イーサリアム：次世代スマートコントラクトと分散型アプリケーションプラットフォーム
Abstract
Ethereum은 Turing-complete 프로그래밍 언어가 내장된 blockchain을 도입한 차세대 암호화폐이자 탈중앙화 애플리케이션 플랫폼이다. 이를 통해 누구나 소유권, 거래 형식, 상태 전이 함수에 대한 임의의 규칙을 만들 수 있는 smart contract와 탈중앙화 애플리케이션을 작성할 수 있다.
Ethereum의 근본적인 혁신은 Bitcoin이 개척한 blockchain 기술을 범용 프로그래밍 환경과 결합한 것이다. Bitcoin이 하나의 계좌에서 다른 계좌로 화폐를 이동하기 위한 단순한 상태 전이 시스템을 제공하는 반면, Ethereum은 개발자가 대안 화폐와 금융 상품부터 도메인 등록 시스템과 탈중앙화 조직에 이르기까지 상상할 수 있는 모든 종류의 탈중앙화 애플리케이션을 구축할 수 있는 플랫폼을 제공한다.
Ethereum은 본질적으로 궁극의 추상적 기반 계층을 구축함으로써 이를 달성한다: Turing-complete 프로그래밍 언어가 내장된 blockchain으로, 누구나 소유권, 거래 형식 및 상태 전이 함수에 대한 임의의 규칙을 만들 수 있는 smart contract와 탈중앙화 애플리케이션을 작성할 수 있다. Namecoin의 기본 버전은 두 줄의 코드로 작성할 수 있으며, 화폐나 평판 시스템 같은 다른 프로토콜도 스무 줄 이내로 구축할 수 있다.
Abstract
Ethereumは、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを導入する、次世代の暗号通貨および分散型アプリケーションプラットフォームです。これにより、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成し、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義することができます。
Ethereumの根本的なイノベーションは、Bitcoinによって開拓されたブロックチェーン技術と汎用プログラミング環境を組み合わせたことにあります。Bitcoinがある口座から別の口座への通貨移動のためのシンプルな状態遷移システムを提供するのに対し、Ethereumは開発者が想像しうるあらゆる種類の分散型アプリケーション——代替通貨や金融商品からドメイン登録システム、分散型組織に至るまで——を構築できるプラットフォームを提供します。
Ethereumは、本質的に究極の抽象的基盤レイヤーを構築することでこれを実現します。すなわち、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンであり、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義できます。Namecoinの基本的なバージョンはわずか2行のコードで記述でき、通貨やレピュテーションシステムなどの他のプロトコルは20行未満で構築できます。
Introduction and Existing Concepts
탈중앙화 디지털 화폐의 개념은 부동산 등기부와 같은 대안적 응용과 함께 수십 년 전부터 존재해왔다. 1980년대와 1990년대의 익명 전자 화폐 프로토콜은 주로 Chaumian blinding이라는 암호학적 기본 요소에 의존했으며, 높은 수준의 프라이버시를 갖춘 화폐를 제공했지만, 중앙화된 중개자에 대한 의존성 때문에 대부분 주목받지 못했다. 1998년 Wei Dai의 b-money는 계산 퍼즐 풀기를 통한 화폐 생성과 탈중앙화 합의를 도입한 최초의 제안이었지만, 탈중앙화 합의가 실제로 어떻게 구현될 수 있는지에 대한 세부 사항은 부족했다.
2009년, Satoshi Nakamoto에 의해 탈중앙화 화폐가 최초로 실질적으로 구현되었다. 이는 공개키 암호학을 통한 소유권 관리를 위한 기존의 기본 요소들과 누가 코인을 소유하는지 추적하기 위한 합의 알고리즘인 "proof of work"를 결합한 것이었다. Proof of work 뒤에 있는 메커니즘은 두 가지 문제를 동시에 해결했다는 점에서 획기적이었다. 첫째, 네트워크의 노드들이 Bitcoin 원장의 상태에 대한 정규 업데이트 집합에 집단적으로 합의할 수 있도록 하는 단순하고 적당히 효과적인 합의 알고리즘을 제공했다. 둘째, 합의 과정에 자유롭게 참여할 수 있는 메커니즘을 제공하여, 누가 합의에 영향을 미칠 수 있는지를 결정하는 정치적 문제를 해결하는 동시에 Sybil 공격을 방지했다.
Bitcoin blockchain은 수년간의 운영을 통해 놀라울 정도로 견고함을 입증했지만, 본질적으로 제한적이다. Bitcoin의 스크립팅 언어는 의도적으로 제한적이고 Turing-complete하지 않도록 설계되어, 반복문과 더 복잡한 애플리케이션을 구축하는 데 필요한 많은 기능이 없다. 이 제한은 무한 루프 및 기타 형태의 계산 공격을 방지하기 위해 존재하지만, Bitcoin 위에 구축할 수 있는 것을 심각하게 제한한다.
지난 5년간 Bitcoin의 기능을 확장하려는 다양한 시도가 있었다. Colored coins는 Bitcoin blockchain을 사용하여 대체 자산의 소유권을 추적하고자 했고, Namecoin은 탈중앙화 이름 등록 데이터베이스를 만들고자 시도했으며, 다양한 metacoin 프로토콜은 Bitcoin 위에 추가 레이어를 구축하는 것을 목표로 했다. 이러한 접근법들은 가능성을 보여주었지만, 궁극적으로 Bitcoin의 스크립팅 능력과 스크립트 내에서 blockchain 데이터에 접근할 수 없다는 한계에 의해 제약되었다.
Ethereum이 제공하고자 하는 것은 Turing-complete 프로그래밍 언어가 완전히 내장된 blockchain으로, 임의의 상태 전이 함수를 인코딩할 수 있는 "contract"를 만드는 데 사용될 수 있으며, 사용자가 위에 설명된 모든 시스템뿐만 아니라 아직 상상하지 못한 많은 다른 것들도 단지 몇 줄의 코드로 로직을 작성함으로써 만들 수 있게 해준다.
Introduction and Existing Concepts
分散型デジタル通貨の概念は、財産登記などの代替的応用と同様に、数十年前から存在していました。1980年代から1990年代にかけての匿名電子マネープロトコルは、主にチャウミアンブラインディングと呼ばれる暗号プリミティブに依存しており、高度なプライバシーを備えた通貨を提供していましたが、中央集権的な仲介者への依存のため、これらのプロトコルは普及に至りませんでした。1998年、Wei Daiのb-moneyが、計算パズルの解決による貨幣創造と分散型コンセンサスの概念を導入した最初の提案となりましたが、分散型コンセンサスの実際の実装方法についての詳細は不十分でした。
2009年、Satoshi Nakamotoによって、分散型通貨が初めて実用的に実装されました。公開鍵暗号による所有権管理の確立された技術と、誰がコインを所有しているかを追跡するための「プルーフ・オブ・ワーク」と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムを組み合わせたものです。プルーフ・オブ・ワークの仕組みは、2つの問題を同時に解決したという点で画期的でした。第一に、ネットワーク内のノードがBitcoin台帳の状態に対する正規の更新セットに集団的に合意できる、シンプルかつ適度に効果的なコンセンサスアルゴリズムを提供しました。第二に、コンセンサスプロセスへの自由な参加を可能にする仕組みを提供し、誰がコンセンサスに影響を与えるかを決定するという政治的問題を解決すると同時に、シビル攻撃を防止しました。
Bitcoinブロックチェーンは長年の運用を通じて驚くほど堅牢であることが証明されましたが、本質的な限界があります。Bitcoinのスクリプト言語は意図的に制限的かつ非チューリング完全に設計されており、ループやより複雑なアプリケーションの構築に必要な多くの機能を欠いています。この制限は無限ループやその他の計算攻撃を防ぐために存在しますが、Bitcoin上に構築できるものを大幅に制約しています。
過去5年間で、Bitcoinの機能を拡張するための多くの試みがありました。カラードコインはBitcoinブロックチェーンを利用して代替資産の所有権を追跡しようとし、Namecoinは分散型の名前登録データベースの作成を試み、様々なメタコインプロトコルがBitcoin上に追加レイヤーを構築することを目指しました。これらのアプローチは有望でしたが、Bitcoinのスクリプト機能の制限とスクリプト内からブロックチェーンデータにアクセスできないことにより、最終的には限界がありました。
Ethereumが提供しようとしているのは、完全なチューリング完全プログラミング言語を内蔵したブロックチェーンです。この言語は、任意の状態遷移関数をエンコードできる「コントラクト」の作成に使用でき、ユーザーは上述のシステムのいずれか、さらには我々がまだ想像していない多くのシステムを、わずか数行のコードでロジックを記述するだけで作成することができます。
Bitcoin As A State Transition System
기술적 관점에서, Bitcoin과 같은 암호화폐의 원장은 상태 전이 시스템으로 생각할 수 있다. 여기서 "상태"는 모든 기존 bitcoin의 소유 현황으로 구성되며, "상태 전이 함수"는 상태와 거래를 입력받아 그 결과인 새로운 상태를 출력한다. 표준적인 은행 시스템에서 예를 들면, 상태는 대차대조표이고, 거래는 A에서 B로 \(X를 이동하라는 요청이며, 상태 전이 함수는 A의 계좌에서 \)X를 감소시키고 B의 계좌에서 \(X를 증가시킨다. A의 계좌에 처음부터 \)X 미만이 있으면 상태 전이 함수는 오류를 반환한다.
Bitcoin에서 "상태"는 발행되었지만 아직 사용되지 않은 모든 코인(기술적으로 "미사용 거래 출력" 또는 UTXO)의 집합이며, 각 UTXO는 액면가와 소유자(본질적으로 암호학적 공개키인 20바이트 주소로 정의됨)를 갖는다. 거래는 하나 이상의 입력을 포함하며, 각 입력은 기존 UTXO에 대한 참조와 소유자 주소에 연결된 개인키로 생성된 암호학적 서명을 포함하고, 하나 이상의 출력을 포함하며, 각 출력은 상태에 추가될 새로운 UTXO를 포함한다.
상태 전이 함수 APPLY(S,TX) - S'는 대략 다음과 같이 정의될 수 있다:
- TX의 각 입력에 대해, 참조된 UTXO가 S에 없으면 오류를 반환한다.
- 제공된 서명이 UTXO의 소유자와 일치하지 않으면 오류를 반환한다.
- 모든 입력 UTXO의 액면가 합이 모든 출력 UTXO의 액면가 합보다 작으면 오류를 반환한다.
- 모든 입력 UTXO가 제거되고 모든 출력 UTXO가 추가된 S를 반환한다.
첫 번째 단계의 전반부는 거래 발신자가 존재하지 않는 코인을 사용하는 것을 방지하고, 첫 번째 단계의 후반부는 거래 발신자가 다른 사람의 코인을 사용하는 것을 방지하며, 두 번째 단계는 가치의 보존을 강제한다. 이를 결제에 사용하기 위한 프로토콜은 다음과 같다: Alice가 Bob에게 11.7 BTC를 보내고 싶다고 가정하자. 먼저 Alice는 합계가 최소 11.7 BTC가 되는 자신이 소유한 사용 가능한 UTXO 집합을 찾는다. 현실적으로 Alice는 정확히 11.7 BTC를 얻을 수 없을 것이다; 가장 작은 조합이 6+4+2=12라고 하자. 그러면 그녀는 세 개의 입력과 두 개의 출력을 가진 거래를 생성한다. 첫 번째 출력은 Bob의 주소를 소유자로 하는 11.7 BTC이고, 두 번째 출력은 나머지 0.3 BTC의 "거스름돈"으로 소유자는 Alice 자신이다.
Bitcoin As A State Transition System
技術的な観点から、Bitcoinのような暗号通貨の台帳は状態遷移システムと考えることができます。「状態」はすべての既存bitcoinの所有権の状況で構成され、「状態遷移関数」は状態とトランザクションを受け取り、結果として新しい状態を出力します。標準的な銀行システムでは、例えば、状態は貸借対照表であり、トランザクションはAからBへ\(Xを移動する要求であり、状態遷移関数はAの口座の値を\)X減少させ、Bの口座の値を\(X増加させます。もしAの口座に最初から\)X未満しかなければ、状態遷移関数はエラーを返します。
Bitcoinにおける「状態」は、鋳造されたがまだ使われていないすべてのコイン（技術的には「未使用トランザクション出力」またはUTXO）の集合です。各UTXOは額面と所有者（本質的に暗号公開鍵である20バイトのアドレスで定義される）を持っています。トランザクションは1つ以上の入力を含み、各入力は既存のUTXOへの参照と所有者のアドレスに関連付けられた秘密鍵によって生成された暗号署名を含みます。また、1つ以上の出力を含み、各出力は状態に追加される新しいUTXOを含みます。
状態遷移関数APPLY(S,TX) - S'は、おおよそ以下のように定義できます：
- TX内の各入力について、参照されたUTXOがSに存在しない場合、エラーを返す。
- 提供された署名がUTXOの所有者と一致しない場合、エラーを返す。
- すべての入力UTXOの額面の合計が、すべての出力UTXOの額面の合計より小さい場合、エラーを返す。
- すべての入力UTXOが削除され、すべての出力UTXOが追加されたSを返す。
最初のステップの前半は、トランザクション送信者が存在しないコインを使うことを防ぎ、最初のステップの後半は、トランザクション送信者が他人のコインを使うことを防ぎ、2番目のステップは価値の保存を強制します。これを支払いに使用するためのプロトコルは次の通りです：AliceがBobに11.7 BTCを送りたいとします。まず、Aliceは自分が所有する利用可能なUTXOの中から合計が少なくとも11.7 BTCになるセットを探します。現実的には、Aliceはちょうど11.7 BTCを得ることはできません。得られる最小の組み合わせが6+4+2=12だとします。そして、3つの入力と2つの出力を持つトランザクションを作成します。最初の出力はBobのアドレスを所有者とする11.7 BTCであり、2番目の出力は残りの0.3 BTCの「おつり」で、所有者はAlice自身です。
Mining
신뢰할 수 있는 중앙화된 서비스가 있다면, 이 시스템은 구현하기 쉬울 것이다; 중앙 서버의 하드 드라이브를 사용하여 상태를 추적하면서 설명된 대로 정확히 코딩할 수 있다. 그러나 Bitcoin에서 우리는 탈중앙화 화폐 시스템을 구축하려고 하므로, 모든 사람이 거래 순서에 동의하도록 보장하기 위해 상태 전이 시스템과 합의 시스템을 결합해야 한다. Bitcoin의 탈중앙화 합의 과정은 네트워크의 노드들이 "block"이라 불리는 거래 패키지를 지속적으로 생성하도록 요구한다. 네트워크는 대략 10분마다 하나의 block을 생성하도록 의도되며, 각 block에는 타임스탬프, nonce, 이전 block에 대한 참조(즉, hash), 그리고 이전 block 이후 발생한 모든 거래 목록이 포함된다.
시간이 지남에 따라, 이는 Bitcoin 원장의 최신 상태를 나타내기 위해 끊임없이 업데이트되는 지속적이고 계속 성장하는 "blockchain"을 만든다. block이 유효한지 확인하는 알고리즘은 이 패러다임에서 다음과 같이 표현된다:
- block이 참조하는 이전 block이 존재하고 유효한지 확인한다.
- block의 타임스탬프가 이전 block의 타임스탬프보다 크고 미래 2시간 이내인지 확인한다.
- block의 proof of work가 유효한지 확인한다.
- S를 이전 block 끝의 상태로 설정한다.
- TX를 n개의 거래가 있는 block의 거래 목록이라 하자. 0...n-1의 모든 i에 대해 S = APPLY(S,TX[i])를 설정한다. 어떤 적용이든 오류를 반환하면 종료하고 false를 반환한다.
- true를 반환하고, S를 이 block 끝의 상태로 등록한다.
본질적으로, block의 각 거래는 거래가 실행되기 전의 정규 상태에서 새로운 상태로의 유효한 상태 전이를 제공해야 한다. 상태는 block에 어떤 방식으로든 인코딩되지 않는다는 점에 주목하라; 이것은 순전히 검증 노드가 기억해야 할 추상적 개념이며, 어떤 block에 대해서든 genesis 상태에서 시작하여 모든 block의 모든 거래를 순차적으로 적용해야만 (안전하게) 계산할 수 있다.
채굴자는 새로 생성된 bitcoin과 거래 수수료로 계산 작업에 대한 보상을 받는다. 채굴 과정은 다음과 같이 작동한다: 채굴자는 block header를 가져와 특정 난이도 목표 아래의 hash를 찾을 때까지 다른 nonce 값으로 반복적으로 hash한다. 채굴자가 그러한 hash를 찾으면 block을 네트워크에 브로드캐스트하고, 다른 노드들은 hash가 유효하고 block의 모든 거래가 유효한지 검증한다. 난이도 목표는 block이 대략 일정한 비율로 생성되도록 프로토콜에 의해 매 2016 block(약 2주)마다 자동으로 조정된다.
장기적으로 blockchain의 보안은 채굴자들이 정직하게 행동할 재정적 인센티브를 갖는 것에 달려 있다는 점에 주목하라. 공격자가 네트워크 채굴 파워의 50% 이상을 통제하면, 정직한 체인보다 빠르게 성장하는 대안적 blockchain을 생성하여 "51% 공격"을 잠재적으로 실행할 수 있다. 그러나 그러한 공격에는 막대한 계산 자원이 필요하며, 네트워크가 blockchain의 무결성에 대한 신뢰를 잃으면서 공격자의 채굴 보상이 무가치해질 가능성이 높다.
Mining
信頼できる中央集権的なサービスにアクセスできれば、このシステムの実装は自明です。記述された通りにコーディングし、中央サーバーのハードドライブを使って状態を追跡するだけで済みます。しかし、Bitcoinでは分散型通貨システムを構築しようとしているため、すべての人がトランザクションの順序に合意することを保証するために、状態遷移システムとコンセンサスシステムを組み合わせる必要があります。Bitcoinの分散型コンセンサスプロセスでは、ネットワーク内のノードが「ブロック」と呼ばれるトランザクションのパッケージを継続的に生成しようと試みます。ネットワークはおよそ10分ごとに1つのブロックを生成することを意図しており、各ブロックにはタイムスタンプ、ノンス、前のブロックへの参照（すなわちハッシュ）、および前のブロック以降に行われたすべてのトランザクションのリストが含まれます。
時間の経過とともに、これはBitcoin台帳の最新の状態を表すために常に更新される、永続的で成長し続ける「ブロックチェーン」を生み出します。このパラダイムにおいてブロックが有効かどうかを検証するアルゴリズムは以下の通りです：
- ブロックが参照する前のブロックが存在し、有効であることを確認する。
- ブロックのタイムスタンプが前のブロックのタイムスタンプより大きく、未来の2時間以内であることを確認する。
- ブロックのプルーフ・オブ・ワークが有効であることを確認する。
- Sを前のブロックの終了時点の状態とする。
- TXをn個のトランザクションからなるブロックのトランザクションリストとする。0...n-1のすべてのiについて、S = APPLY(S,TX[i])とする。いずれかの適用がエラーを返した場合、終了してfalseを返す。
- trueを返し、Sをこのブロックの終了時点の状態として登録する。
本質的に、ブロック内の各トランザクションは、トランザクション実行前の正規の状態から新しい状態への有効な状態遷移を提供しなければなりません。状態はブロック内にいかなる形でもエンコードされていないことに注意してください。状態は純粋に検証ノードによって記憶される抽象概念であり、ジェネシス状態から始めてすべてのブロック内のすべてのトランザクションを順次適用することによってのみ、任意のブロックに対して（安全に）計算できます。
マイナーは、新しく作成されたbitcoinとトランザクション手数料によって計算作業に対する報酬を受け取ります。マイニングプロセスは次のように機能します：マイナーはブロックヘッダーを取得し、特定の難易度ターゲット以下のハッシュを見つけるまで、異なるノンス値で繰り返しハッシュ化します。マイナーがそのようなハッシュを見つけると、ブロックをネットワークにブロードキャストし、他のノードがハッシュの有効性とブロック内のすべてのトランザクションの有効性を検証します。難易度ターゲットは、ブロックがおおよそ一定の速度で生成されることを保証するために、プロトコルによって2016ブロック（約2週間）ごとに自動的に調整されます。
長期的には、ブロックチェーンのセキュリティはマイナーが正直に行動する経済的インセンティブを持っていることに依存することに注意してください。攻撃者がネットワークのマイニングパワーの50%以上を制御する場合、正直なチェーンよりも速く成長する代替ブロックチェーンを作成することで「51%攻撃」を実行できる可能性があります。しかし、そのような攻撃には膨大な計算リソースが必要であり、ブロックチェーンの完全性に対するネットワークの信頼が失われることで、攻撃者のマイニング報酬が無価値になる可能性が高いでしょう。
Merkle Trees
Merkle tree는 Bitcoin block에서 거래 포함의 효율적이고 안전한 검증을 가능하게 하는 데 사용되는 기본적인 데이터 구조이다. Merkle tree는 hash의 이진 트리로, 리프 노드는 개별 거래의 hash를 포함하고, 각 내부 노드는 두 자식 노드의 hash를 포함하며, 재귀적으로 block header에 저장되는 단일 루트 hash까지 올라간다. 이 계층적 구조는 block의 모든 거래를 다운로드하지 않고도 거래에서 루트까지의 hash 체인인 Merkle branch만 다운로드하면 특정 거래가 block에 포함되어 있는지 누구나 검증할 수 있게 해준다.
효율성 향상은 상당하다: 전체 Bitcoin 노드는 전체 blockchain(2013년 기준 약 15GB)을 저장해야 하지만, 단순화된 결제 검증(SPV) 노드는 Merkle root를 포함하는 block header만 다운로드하면 되며, 단 4MB의 데이터만 필요하다. 거래를 검증하기 위해 SPV 노드는 전체 노드에 Merkle branch를 요청하며, 이는 block의 거래 수 n에 대해 O(log n)의 데이터만 필요로 한다. 이 로그 스케일링은 모바일 기기와 저자원 환경에서 경량 클라이언트를 실행하는 것을 가능하게 한다.
Bitcoin의 Merkle tree 사용은 핵심 원칙을 보여준다: 암호학적 구조는 탈중앙화 네트워크에 참여하기 위한 신뢰와 자원 요구 사항을 극적으로 줄일 수 있다. 이 동일한 원칙이 Ethereum의 설계를 뒷받침하며, Ethereum에서 Merkle tree는 거래뿐만 아니라 상태와 영수증 저장에도 사용되어 훨씬 더 정교한 경량 클라이언트 프로토콜을 가능하게 한다.
Merkle Trees
マークル木は、Bitcoinブロックにおいてトランザクションの包含を効率的かつ安全に検証するために使用される基本的なデータ構造です。マークル木はハッシュの二分木であり、リーフノードには個々のトランザクションのハッシュが含まれ、各内部ノードにはその2つの子のハッシュが含まれ、再帰的に構築されて最終的にブロックヘッダーに格納される単一のルートハッシュになります。この階層構造により、ブロック内のすべてのトランザクションをダウンロードすることなく、トランザクションからルートまでのハッシュの連鎖であるマークルブランチのみをダウンロードすることで、特定のトランザクションがブロックに含まれていることを誰でも検証できます。
効率性の向上は顕著です：完全なBitcoinノードはブロックチェーン全体を保存する必要がありますが（2013年時点で約15GB）、簡易支払い検証（SPV）ノードはマークルルートを含むブロックヘッダーのみをダウンロードすればよく、必要なデータはわずか4MBです。トランザクションを検証するために、SPVノードはフルノードにマークルブランチを要求しますが、これにはブロック内のトランザクション数をnとしてO(log n)のデータしか必要ありません。この対数的なスケーリングにより、モバイルデバイスやリソースの限られた環境でも軽量クライアントを実行することが可能になります。
Bitcoinのマークル木の使用は重要な原則を示しています：暗号構造は分散型ネットワークへの参加に必要な信頼とリソースの要件を劇的に削減できるということです。この同じ原則はEthereumの設計にも基盤として存在しており、マークル木はトランザクションだけでなく状態とレシートの保存にも使用され、さらに洗練されたライトクライアントプロトコルを可能にしています。
Alternative Blockchain Applications
Bitcoin blockchain의 성공은 이 개념을 단순한 화폐를 넘어 확장하려는 수많은 시도를 촉발했다. 2010년에 출시된 Namecoin은 가장 초기의 사례 중 하나로, blockchain 위에 구축된 탈중앙화 이름 등록 데이터베이스로서 중앙 기관이 검열하거나 취소할 수 없는 분산 네임스페이스에 이름을 등록할 수 있게 해주었다. Colored coins는 특정 거래 출력을 "태깅"하여 실물 자산, 회사 주식 또는 기타 암호화폐의 소유권을 나타내는 방식으로 Bitcoin blockchain에서 대체 자산을 표현하는 방법으로 등장했다. Mastercoin(이후 Omni)과 같은 Metacoin 및 메타 프로토콜은 Bitcoin 거래에 추가 데이터를 인코딩하고 그 위에 별도의 프로토콜 규칙을 구축하여 Bitcoin 위에 추가 기능을 레이어링했다.
그러나 이러한 모든 접근법은 Bitcoin의 아키텍처가 부과하는 근본적인 한계에 시달렸다. Bitcoin 스크립팅 언어는 의도적으로 제한되어 있다 — blockchain 상태에 접근할 수 없고, 반복문과 복잡한 제어 흐름이 없으며, 거래 값에 대한 제한된 내성만을 제공한다. 정교한 애플리케이션을 구축하려면 어색한 우회 방법이 필요했다: 그러한 목적으로 의도되지 않은 거래 필드에 메타데이터를 인코딩하거나, 복잡한 로직을 위해 오프체인 인프라에 의존하거나, 프로토콜이 달성할 수 있는 것에 대한 심각한 제한을 수용해야 했다.
이러한 제약은 더 범용적인 blockchain 플랫폼에 대한 탐색을 촉발했다. Bitcoin의 제한된 기반 위에 또 다른 특수 목적 프로토콜을 구축하는 대신, Ethereum은 다른 접근법을 취한다: Turing-complete 프로그래밍 언어가 내장된 blockchain을 제공하여 누구나 소유권, 거래 형식, 상태 전이 함수에 대한 임의의 규칙을 가진 smart contract와 탈중앙화 애플리케이션을 작성할 수 있게 한다.
Alternative Blockchain Applications
Bitcoinのブロックチェーンの成功は、この概念を単純な通貨を超えて拡張する多くの試みを触発しました。2010年に開始されたNamecoinは最も初期の例の一つであり、ブロックチェーン上に構築された分散型名前登録データベースで、中央機関が検閲や取り消しできない分散型の名前空間にユーザーが名前を登録できるようにしました。カラードコインは、特定のトランザクション出力に「タグ付け」することで、Bitcoinブロックチェーン上で現実世界の資産、会社の株式、または他の暗号通貨の所有権を表す代替資産の手段として登場しました。Mastercoin（後のOmni）などのメタコインやメタプロトコルは、Bitcoinトランザクションに追加データをエンコードし、その上に別のプロトコルルールを構築することで、Bitcoin上に追加機能をレイヤー化しました。
しかし、これらのアプローチはすべて、Bitcoinのアーキテクチャによって課される根本的な制限に苦しみました。Bitcoinのスクリプト言語は意図的に制限されており、ブロックチェーンの状態にアクセスできず、ループや複雑な制御フローを欠き、トランザクション値への内省が限られています。洗練されたアプリケーションを構築するには、不格好な回避策が必要でした：本来そのような目的を想定していないトランザクションフィールドにメタデータをエンコードしたり、複雑なロジックのためにオフチェーンインフラストラクチャに依存したり、プロトコルが達成できることの厳しい制限を受け入れたりする必要がありました。
これらの制約が、より汎用的なブロックチェーンプラットフォームの探求を動機づけました。Bitcoinの限られた基盤の上にさらに別の特殊目的プロトコルを構築するのではなく、Ethereumは異なるアプローチを取ります：チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを提供し、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する任意のルールを定義できるようにします。
Scripting
Bitcoin Script는 Bitcoin 거래의 지출 조건을 정의하는 데 사용되는 언어로, 의도적으로 심각한 제한을 가지고 설계되었다. Turing-complete하지 않으며 — 가장 주목할 만한 것은 반복문과 복잡한 제어 흐름 구조가 없다는 점이다. 이 언어는 연산이 값을 push하고 pop하며, 암호학적 조건을 평가하고, 궁극적으로 거래가 유효한지 결정하기 위해 true 또는 false를 반환하는 단순한 스택 기반 실행 환경으로 작동한다. 이러한 단순성은 보안상의 이점과 형식적 분석을 용이하게 하지만, 많은 유형의 애플리케이션을 구현하는 것을 불가능하게 만든다.
이러한 제한은 세 가지 주요 범주로 나뉜다. 첫째, Turing-completeness의 부재로 인해 복잡한 상태 기계, 의사결정 트리, 또는 반복을 필요로 하는 어떤 알고리즘도 구현할 수 없다. 둘째, 값 인지 불가(value-blindness)로 인해 스크립트가 출금 금액에 대한 세밀한 제어를 지정할 수 없다 — UTXO는 전액으로만 사용할 수 있으며, 거스름돈은 새로운 출력으로 보내진다. 예를 들어, 스크립트는 하루 최대 X까지만 출금하고 나머지는 잠금 상태로 유지하도록 제한할 수 없다. 셋째, blockchain 상태 인식의 부재로 인해 UTXO는 사용되었거나 사용되지 않은 두 가지 상태만 가지며 중간 상태가 없어, 다단계 계약을 순수하게 온체인에서 구현하는 것이 불가능하다.
이러한 제약은 탈중앙화 자율 조직, 출금 한도가 있는 저축 지갑, 탈중앙화 거래소, 또는 예측 시장과 같은 정교한 애플리케이션을 불가능하게 하거나 어색한 오프체인 메커니즘을 필요로 한다. 고급 금융 계약은 시장 데이터에 대한 접근, 여러 거래에 걸쳐 내부 상태를 유지하는 능력, 복잡한 조건부 로직을 필요로 할 수 있다 — 이 중 어느 것도 Bitcoin Script가 제공할 수 없다. Ethereum은 blockchain 상태에 대한 완전한 접근이 가능한 Turing-complete 언어를 제공함으로써 이러한 제한을 제거한다.
Scripting
Bitcoin Script——Bitcoinトランザクションの使用条件を定義するために使用される言語——は、意図的に厳しい制限のもとに設計されています。チューリング完全ではなく、特にループや複雑な制御フロー構造を欠いています。この言語は、値のプッシュとポップ、暗号条件の評価を行い、最終的にトランザクションが有効かどうかを判定するためにtrueまたはfalseを返す、単純なスタックベースの実行環境として動作します。このシンプルさはセキュリティ上の利点を提供し、形式的分析を容易にしますが、多くの種類のアプリケーションの実装を不可能にもしています。
これらの制限は主に3つのカテゴリに分類されます。第一に、チューリング完全性の欠如は、複雑な状態機械、決定木、または反復を必要とするいかなるアルゴリズムの実装も妨げます。第二に、値の不可視性は、スクリプトが引き出し金額に対するきめ細かい制御を指定できないことを意味します——UTXOはその全額でしか使用できず、おつりは新しい出力に送られます。例えば、スクリプトは1日あたりの引き出しをX以下に制限し、残りをロックしたままにするということができません。第三に、ブロックチェーン状態の認識の欠如は、UTXOが使用済みか未使用のいずれかであり中間状態がないことを意味し、多段階のコントラクトをオンチェーンのみで実装することを不可能にしています。
これらの制約により、分散型自律組織、引き出し制限付きの貯蓄ウォレット、分散型取引所、予測市場などの高度なアプリケーションは、不可能であるか、不格好なオフチェーンメカニズムを必要とします。高度な金融コントラクトは、市場データへのアクセス、複数のトランザクションにわたる内部状態の維持、複雑な条件ロジックを必要とするかもしれません——これらのいずれもBitcoin Scriptでは提供できません。Ethereumは、ブロックチェーン状態への完全なアクセスを備えたチューリング完全言語を提供することで、これらの制限を取り除きます。
Ethereum
Ethereum의 근본적인 목표는 Turing-complete 프로그래밍 언어가 내장된 blockchain을 제공하여 누구나 소유권, 거래 형식, 상태 전이 함수에 대한 임의의 규칙을 만들 수 있는 smart contract와 탈중앙화 애플리케이션을 작성할 수 있게 하는 것이다. 화폐, 이름 등록, 자산 거래와 같은 특정 애플리케이션을 위한 프로토콜을 설계하는 대신, Ethereum은 개발자가 상상할 수 있는 모든 애플리케이션을 구축할 수 있는 blockchain 기반 분산 컴퓨팅 플랫폼이라는 기반 계층을 제공한다.
아키텍처는 Bitcoin의 UTXO 모델과 근본적으로 다르다. Ethereum은 blockchain 상태가 주소에서 계정 객체로의 매핑으로 구성되는 계정 기반 시스템을 사용한다. 각 계정은 잔액, 거래 카운터(nonce)를 가지며, contract 계정의 경우 관련 코드와 저장소를 갖는다. 플랫폼에는 Ethereum Virtual Machine(EVM)에서 실행되는 contract 코드를 작성하기 위한 Turing-complete 프로그래밍 언어가 내장되어 있으며, EVM은 거래와 상태 전이를 처리하는 스택 기반 실행 환경이다.
이러한 범용성은 광범위한 애플리케이션을 가능하게 한다: 사용자 정의 발행 규칙을 가진 대안 암호화폐, 금융 파생상품과 stablecoin, 신원 및 평판 시스템, 탈중앙화 파일 저장, 탈중앙화 자율 조직(DAO) 등. 백서는 Ethereum이 특정 사용 사례에 최적화되어 있지 않으며, 대신 개발자가 생태계가 요구하는 어떤 애플리케이션이든 만들기 위해 조합할 수 있는 기본 구성 요소 — 계정, 거래, Turing-complete 언어, gas 기반 실행 — 를 제공한다는 점을 강조한다.
Ethereum
Ethereumの根本的な目標は、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを提供し、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義できるようにすることです。通貨、名前登録、資産取引などの特定のアプリケーション向けにプロトコルを設計するのではなく、Ethereumは基盤レイヤー——開発者が想像しうるあらゆるアプリケーションを構築するために使用できるブロックチェーンベースの分散コンピューティングプラットフォーム——を提供します。
このアーキテクチャはBitcoinのUTXOモデルとは根本的に異なります。Ethereumはアカウントベースのシステムを使用しており、ブロックチェーンの状態はアドレスからアカウントオブジェクトへのマッピングで構成されます。各アカウントは残高、トランザクションカウンター（ノンス）を持ち、コントラクトアカウントの場合は関連するコードとストレージも持ちます。プラットフォームには、Ethereum仮想マシン（EVM）——トランザクションと状態遷移を処理するスタックベースの実行環境——で実行されるコントラクトコードを記述するための、チューリング完全なプログラミング言語が内蔵されています。
この汎用性により、幅広いアプリケーションが可能になります：カスタム発行ルールを持つ代替暗号通貨、金融デリバティブとステーブルコイン、アイデンティティおよびレピュテーションシステム、分散型ファイルストレージ、分散型自律組織（DAO）、その他多数。ホワイトペーパーは、Ethereumが特定のユースケースに最適化されているのではなく、アカウント、トランザクション、チューリング完全言語、ガスによる計量実行という基本的なビルディングブロックを提供し、開発者がそれらを組み合わせてエコシステムが求めるあらゆるアプリケーションを作成できることを強調しています。
Ethereum Accounts
Ethereum에서 상태는 계정으로 구성되며, 두 가지 기본 유형이 있다. 외부 소유 계정(EOA)은 개인키로 제어되며 관련 코드가 없다 — blockchain과 상호작용하는 인간 사용자나 외부 주체를 나타낸다. Contract 계정은 contract 코드에 의해 제어되며 메시지나 거래를 수신할 때 활성화된다. 두 유형 모두 공통 구조를 공유한다: 모든 계정은 nonce(각 거래가 한 번만 처리될 수 있도록 하는 카운터), ether 잔액, 그리고 contract의 경우 특히 contract 코드와 영구 저장소를 갖는다.
Ether는 Ethereum의 주요 내부 암호화폐로, 가치 전달 매체이자 거래 수수료(gas)를 지불하기 위한 기본 단위로서의 역할을 한다. 가치가 여러 미사용 출력에 분산되어 있는 Bitcoin의 UTXO 모델과 달리, Ethereum 계정은 ether를 받으면 증가하고 보내면 감소하는 단순한 잔액을 유지한다. 이 계정 기반 모델은 특히 영구적 상태나 복잡한 접근 제어를 필요로 하는 많은 유형의 애플리케이션을 단순화하지만, Bitcoin의 접근 방식과 비교하여 다른 보안 고려 사항을 도입한다.
EOA와 contract 계정의 구분은 Ethereum의 작동을 이해하는 데 매우 중요하다. EOA는 개인키로 메시지를 생성하고 서명하여 거래를 시작할 수 있으며, 거래가 block에 포함되도록 gas 수수료를 지불한다. Contract 계정은 스스로 거래를 시작할 수 없지만, 거래나 메시지를 수신하는 것에 대한 응답으로 다른 contract에 메시지를 보낼 수 있어, 단일 외부 거래가 여러 contract 간 상호작용을 촉발하는 복잡한 실행 체인을 가능하게 한다.
Ethereum Accounts
Ethereumにおいて、状態はアカウントで構成されており、2つの基本的な種類があります。外部所有アカウント（EOA）は秘密鍵によって制御され、関連するコードを持ちません——ブロックチェーンと対話する人間のユーザーや外部エンティティを表します。コントラクトアカウントはそのコントラクトコードによって制御され、メッセージまたはトランザクションを受信した際に起動されます。両方の種類は共通の構造を共有しています：すべてのアカウントはノンス（各トランザクションが一度だけ処理されることを保証するために使用されるカウンター）、Ether残高を持ち、コントラクトの場合は特にコントラクトコードと永続ストレージを持ちます。
Etherは Ethereumの主要な内部暗号通貨であり、価値移転の手段とトランザクション手数料（ガス）を支払うための基本単位の両方として機能します。価値が複数の未使用出力に分散されるBitcoinのUTXOモデルとは異なり、Ethereumのアカウントは単純な残高を維持し、Etherを受信すると増加し、送信すると減少します。このアカウントベースのモデルは、特に永続的な状態や複雑なアクセス制御を必要とする多くの種類のアプリケーションを簡素化しますが、Bitcoinのアプローチとは異なるセキュリティ上の考慮事項を導入します。
EOAとコントラクトアカウントの区別は、Ethereumの動作を理解する上で極めて重要です。EOAは秘密鍵でメッセージを作成・署名してトランザクションを開始でき、トランザクションがブロックに含まれるためにガス手数料を支払います。コントラクトアカウントは自らトランザクションを開始することはできませんが、トランザクションやメッセージの受信に応じて他のコントラクトにメッセージを送信できます。これにより、単一の外部トランザクションが複数のコントラクト間のインタラクションをトリガーする、複雑な実行チェーンが可能になります。
Messages and Transactions
Ethereum의 거래는 외부 소유 계정에 의해 생성되어 네트워크에 브로드캐스트되는 서명된 데이터 패키지이다. 거래에는 수신자 주소, 발신자의 신원을 증명하는 암호학적 서명, 전송할 ether의 양, 선택적 데이터 필드(contract와의 상호작용에 중요), STARTGAS(거래가 수행할 수 있는 최대 계산 단계 수), 그리고 GASPRICE(발신자가 지불할 의향이 있는 계산 단계당 수수료)가 포함된다. 채굴자는 이러한 거래를 수집하고, 검증하고, 실행하여 block에 포함시키며, 보상으로 gas 수수료를 받는다.
메시지는 개념적으로 거래와 유사하지만 외부 행위자가 아닌 contract에 의해 생성된다. contract의 코드가 실행될 때, 다른 contract에 메시지를 보낼 수 있다 — 이러한 내부 메시지에는 발신자(contract 주소), 수신자, 전송할 ether의 양, 선택적 데이터 페이로드, STARTGAS 한도가 포함된다. 메시지는 contract 간 통신을 가능하게 하여, 단일 모놀리식 프로그램이 아닌 여러 상호작용하는 contract로 복잡한 애플리케이션을 구축할 수 있게 한다.
Gas 메커니즘은 남용 방지에 매우 중요하다: 거래 내의 모든 계산 단계, 저장 연산, 데이터 바이트는 gas를 소비한다. 거래가 완료되기 전에 gas가 소진되면, 모든 상태 변경이 되돌려진다(채굴자에 대한 gas 지불은 제외). 이는 무한 루프나 과도한 계산이 네트워크를 정지시키는 것을 방지한다. 발신자는 총 gas 예산(STARTGAS)과 단위당 지불할 가격(GASPRICE)을 모두 지정하며, 사용되지 않은 gas는 실행 완료 후 환불된다.
Messages and Transactions
Ethereumにおけるトランザクションは、外部所有アカウントによって作成され、ネットワークにブロードキャストされる署名付きデータパッケージです。トランザクションには、受信者アドレス、送信者の身元を証明する暗号署名、送金するEtherの量、オプションのデータフィールド（コントラクトとのインタラクションにおいて重要）、STARTGAS（トランザクションに許可される計算ステップの最大数）、およびGASPRICE（送信者が計算ステップごとに支払う意思のある手数料）が含まれます。マイナーはこれらのトランザクションを収集し、検証し、実行し、ブロックに含め、報酬としてガス手数料を受け取ります。
メッセージはトランザクションと概念的に似ていますが、外部アクターではなくコントラクトによって生成されます。コントラクトのコードが実行されると、他のコントラクトにメッセージを送信できます——これらの内部メッセージには、送信者（コントラクトアドレス）、受信者、送金するEtherの量、オプションのデータペイロード、およびSTARTGAS制限が含まれます。メッセージはコントラクト間の通信を可能にし、モノリシックなプログラムではなく、複数の相互作用するコントラクトから複雑なアプリケーションを構築できるようにします。
ガスメカニズムは不正利用を防ぐために不可欠です：トランザクション内のすべての計算ステップ、ストレージ操作、データバイトがガスを消費します。トランザクションが完了前にガスを使い果たした場合、すべての状態変更はロールバックされます（マイナーへのガス支払いを除く）。これにより、無限ループや過剰な計算がネットワークを停止させることを防ぎます。送信者はガス予算の合計（STARTGAS）と単位あたりの支払い価格（GASPRICE）の両方を指定し、実行完了後に未使用のガスは返金されます。
Ethereum State Transition Function
Ethereum 상태 전이 함수 APPLY(S,TX) - S'는 거래가 blockchain 상태를 어떻게 변환하는지를 정의하며, 정확한 단계의 순서를 따른다. 먼저 시스템은 거래의 유효성을 검사한다: 서명이 올바른지 확인하고, nonce가 발신자 계정의 nonce와 일치하는지 확인하며, 발신자가 선불 비용(STARTGAS x GASPRICE에 전송되는 값을 더한 금액)을 지불할 충분한 잔액이 있는지 확인한다. 어떤 검사라도 실패하면, 거래는 실행 시작 전에 거부된다. 유효하면, 거래 수수료가 발신자의 계정에서 차감되고, 발신자의 nonce가 증가하며, 초기 gas 카운터가 STARTGAS에서 거래 데이터에 대한 바이트당 수수료를 뺀 값으로 설정된다.
다음으로, 시스템은 지정된 ether 값을 발신자에서 수신자로 전송한다. 수신자가 외부 소유 계정이면, 이것으로 거래가 완료된다. 수신자가 contract 계정이면, contract의 코드가 Ethereum Virtual Machine에서 실행되며, 코드가 성공적으로 완료되거나, 코드가 명시적으로 중지되거나, gas가 소진될 때까지 각 연산에 대해 gas를 소비한다. 실행 중에 contract는 자신의 저장소를 읽고 수정하며, 다른 contract에 메시지를 보내고, 새로운 contract를 생성할 수 있다.
마지막으로, 값 전송이 실패했거나(잔액 부족) 코드 실행이 실패했으면(gas 소진 또는 오류 발생), 모든 상태 변경이 되돌려진다 — 다만 발신자는 수행된 계산에 대해 여전히 채굴자에게 gas 수수료를 지불한다. 실행이 성공하면, 나머지 gas가 발신자에게 환불되고, 소비된 gas는 수수료로 채굴자에게 전송된다. 이 메커니즘은 채굴자가 계산에 대해 보상받으면서도 폭주하는 실행이 무한한 자원을 소비하는 것을 방지한다.
Ethereum State Transition Function
Ethereumの状態遷移関数APPLY(S,TX) - S'は、トランザクションがブロックチェーンの状態をどのように変換するかを定義し、正確な一連のステップに従います。まず、システムはトランザクションの有効性を検証します：署名が正しいことの確認、ノンスが送信者のアカウントノンスと一致することの確認、送信者が前払い費用（STARTGAS × GASPRICE加えて送金額）を支払うのに十分な残高を持っていることの確認です。いずれかのチェックが失敗した場合、実行開始前にトランザクションは拒否されます。有効であれば、トランザクション手数料が送信者のアカウントから差し引かれ、送信者のノンスがインクリメントされ、トランザクションデータのバイトごとの手数料を差し引いたSTARTGASに初期ガスカウンターが設定されます。
次に、システムは指定されたEther値を送信者から受信者に送金します。受信者が外部所有アカウントの場合、これでトランザクションは完了します。受信者がコントラクトアカウントの場合、コントラクトのコードがEthereum仮想マシン内で実行され、コードが正常に完了するか、コードが明示的に停止するか、ガスが尽きるまで、各操作でガスを消費します。実行中、コントラクトはそのストレージの読み書き、他のコントラクトへのメッセージの送信、新しいコントラクトの作成が可能です。
最後に、値の送金が失敗した場合（残高不足）またはコード実行が失敗した場合（ガス切れまたはエラー発生）、すべての状態変更がロールバックされます——ただし、送信者は実行された計算に対するガス手数料をマイナーに支払います。実行が成功した場合、残りのガスは送信者に返金され、消費されたガスは手数料としてマイナーに送られます。このメカニズムにより、マイナーは計算に対する報酬を受け取り、同時に制御不能な実行が無制限のリソースを消費することを防ぎます。
Code Execution
Ethereum Virtual Machine(EVM)은 contract 코드가 실행되는 런타임 환경으로 — Java Virtual Machine이나 WebAssembly와 개념적으로 유사한 저수준 스택 기반 가상 머신이다. Contract 코드는 바이트 시퀀스로 저장되며, 각 바이트는 EVM이 실행할 수 있는 연산(opcode)을 나타낸다. 실행 모델은 의도적으로 단순하고 결정론적이다: 동일한 입력 상태와 거래로 EVM을 실행하는 모든 노드는 동일한 출력 상태에 도달해야 하며, 이는 네트워크 전체에서의 합의를 보장한다.
EVM은 계산을 위해 세 가지 별개의 저장소 유형을 제공한다. 스택은 1024개의 요소로 제한된 후입선출(LIFO) 구조로, 즉각적인 연산 값에 사용된다. 메모리는 단일 메시지 호출 동안만 지속되고 실행 사이에 초기화되는 무한 확장 가능한 바이트 배열이다. 저장소(storage)는 각 contract 계정에 영구적으로 연결된 영구 키-값 저장소로, contract가 거래 간에 장기적인 상태를 유지하는 곳이다. 이러한 저장소 유형은 gas 가격이 다르게 책정된다 — 스택과 메모리 연산은 저렴하지만, 저장소 연산은 blockchain 비대화를 방지하기 위해 비싸다.
실행 중에 contract 코드는 중요한 컨텍스트에 접근할 수 있다: 메시지 발신자의 주소, 전송된 ether의 양, 호출자가 제공한 데이터 페이로드, 그리고 현재 block 번호, 타임스탬프, 채굴자 주소와 같은 block 수준 속성을 읽을 수 있다. 코드는 호출자에게 출력 바이트 배열을 반환할 수 있으며, 다른 contract에 메시지를 보내거나 새로운 contract를 생성할 수 있다. 이 실행 모델은 Turing-complete하다 — 반복문과 복잡한 제어 흐름이 가능하다 — 그러나 gas 메커니즘이 모든 계산이 유한한 시간 내에 종료되도록 보장하며, 정지 문제를 언어 제한이 아닌 경제적으로 해결한다.
Code Execution
Ethereum仮想マシン（EVM）は、コントラクトコードが実行されるランタイム環境であり、Java仮想マシンやWebAssemblyと概念的に類似した低レベルのスタックベース仮想マシンです。コントラクトコードはバイトの列として格納され、各バイトはEVMが実行できるオペレーション（オペコード）を表します。実行モデルは意図的にシンプルかつ決定論的です：同じ入力状態とトランザクションでEVMを実行するすべてのノードは、同じ出力状態に到達しなければならず、ネットワーク全体のコンセンサスを保証します。
EVMは計算のために3つの異なるタイプのストレージを提供します。スタックは1024要素に制限された後入先出（LIFO）構造であり、即座の操作値に使用されます。メモリは単一のメッセージコールの間だけ持続し、実行間でリセットされる無限に拡張可能なバイト配列です。ストレージは各コントラクトアカウントに永続的に関連付けられた永続キーバリューストアであり、コントラクトがトランザクションをまたいで長期的な状態を維持する場所です。これらのストレージタイプはガス料金が異なります——スタックとメモリの操作は安価ですが、ストレージ操作はブロックチェーンの肥大化を防ぐために高価です。
実行中、コントラクトコードは重要なコンテキストにアクセスできます：メッセージ送信者のアドレス、送られたEtherの量、呼び出し元が提供したデータペイロード、現在のブロック番号、タイムスタンプ、マイナーアドレスなどのブロックレベルのプロパティを読み取ることができます。コードは呼び出し元に出力バイト配列を返すことができ、他のコントラクトにメッセージを送信したり、新しいコントラクトを作成したりできます。この実行モデルはチューリング完全であり、ループや複雑な制御フローが可能ですが、ガスメカニズムによりすべての計算が有限時間で終了することが保証され、言語の制限ではなく経済的な方法で停止性問題を解決しています。
Blockchain and Mining
Ethereum blockchain은 근본적으로 Bitcoin과 유사하며, 지금까지 실행된 모든 거래를 포함하는 데이터베이스 역할을 한다. 그러나 Bitcoin이 거래 목록만 저장하는 반면, Ethereum은 거래 목록과 가장 최근의 상태 모두를 저장한다. Ethereum의 각 block에는 이전 block의 hash, state root(전체 상태를 나타내는 Merkle Patricia trie의 루트 hash), transaction root, receipt root(거래 실행의 데이터를 저장), 난이도, 타임스탬프, nonce 값이 포함된다. 상태 자체는 주소를 계정 객체에 매핑하는 대규모 Merkle Patricia trie이며, 각 계정은 잔액, nonce, 코드(있는 경우), 저장소를 갖는다.
Ethereum은 빠른 block 시간에서 발생하는 보안 문제를 해결하기 위해 수정된 버전의 GHOST(Greedy Heaviest Observed Subtree) 프로토콜을 사용한다. 전통적인 최장 체인 프로토콜에서 빠른 block은 높은 무효화율(stale rate)을 초래하여 네트워크 보안을 감소시키고, 대규모 채굴자가 무효화된 block에 대한 계산 낭비가 적어 중앙화 위험을 증가시킨다. GHOST는 무효화된 block(Ethereum에서 "uncle"이라 불림)을 어떤 체인이 가장 긴지 계산하는 데 포함시키며, uncle block에 부분적인 보상을 제공하여 채굴자가 이를 참조하도록 인센티브를 부여한다. 이를 통해 Ethereum은 네트워크 보안을 유지하면서 약 12초의 목표 block 시간을 유지할 수 있다.
채굴 알고리즘은 Bitcoin의 proof-of-work와 유사하게 작동하며, 채굴자가 block의 hash가 특정 난이도 목표 아래가 되는 nonce를 찾도록 요구한다. 그러나 Ethereum의 메모리 하드 채굴 알고리즘(Ethash)은 ASIC 저항성을 갖도록 설계되어, 더 탈중앙화된 채굴 생태계를 촉진한다. 난이도는 약 12초 목표를 유지하기 위해 block 시간에 따라 동적으로 조정되며, GHOST 프로토콜이 Bitcoin의 10분 평균에 비해 빠른 block 시간에도 불구하고 보안 보장을 제공하여 일관된 block 생성을 보장한다.
Blockchain and Mining
Ethereumのブロックチェーンは基本的にBitcoinのものと類似しており、これまでに実行されたすべてのトランザクションを含むデータベースとして機能します。しかし、Bitcoinがトランザクションリストのみを格納するのに対し、Ethereumはトランザクションリストと最新の状態の両方を格納します。Ethereumの各ブロックには、前のブロックのハッシュ、ステートルート（全体の状態を表すマークル・パトリシアトライのルートハッシュ）、トランザクションルート、レシートルート（トランザクション実行からのデータを格納）、そして難易度、タイムスタンプ、ノンスの値が含まれます。状態自体は、アドレスからアカウントオブジェクトへのマッピングである大きなマークル・パトリシアトライであり、各アカウントは残高、ノンス、コード（存在する場合）、およびストレージを持ちます。
Ethereumは、高速なブロック時間から生じるセキュリティ問題に対処するために、GHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）プロトコルの修正版を使用しています。従来の最長チェーンプロトコルでは、高速なブロックは高い陳腐化率をもたらし、ネットワークセキュリティを低下させ、大規模なマイナーが陳腐ブロックでの計算の無駄が少ないため、中央集権化のリスクを増加させます。GHOSTは陳腐ブロック（Ethereumでは「アンクル」と呼ばれる）をどのチェーンが最長かの計算に含め、アンクルブロックに部分的な報酬を提供し、マイナーがそれらを参照するインセンティブを与えます。これにより、Ethereumはネットワークセキュリティを維持しながら、約12秒のターゲットブロック時間を維持できます。
マイニングアルゴリズムはBitcoinのプルーフ・オブ・ワークと同様に機能し、マイナーはブロックのハッシュが特定の難易度ターゲット以下になるノンスを見つける必要があります。しかし、Ethereumのメモリハードなマイニングアルゴリズム（Ethash）はASIC耐性を持つように設計されており、より分散化されたマイニングエコシステムを促進します。難易度はブロック時間に基づいて動的に調整され、約12秒のターゲットを維持し、一貫したブロック生成を保証します。一方、GHOSTプロトコルはBitcoinの10分の平均と比較してより高速なブロック時間にもかかわらず、セキュリティ保証を提供します。
Applications
Ethereum 위에 구축할 수 있는 애플리케이션은 크게 세 가지 범주로 나뉜다. 첫 번째 범주는 금융 애플리케이션으로, 사용자에게 자신의 자금과 관련된 계약을 관리하고 체결하는 더 강력한 방법을 제공한다. 여기에는 하위 화폐, 금융 파생상품, 헤징 계약, 출금 한도가 있는 저축 지갑, 자금을 자동으로 분배하는 유언장, 그리고 검증된 작업 완료에 따라 급여를 계산하는 고용 계약까지 포함된다. 이러한 애플리케이션은 Ethereum의 프로그래밍 가능성을 활용하여 전통적인 시스템이나 심지어 Bitcoin에서도 구현이 불가능하거나 극히 어려운 복잡한 금융 상품을 만들어낸다.
두 번째 범주는 준금융 애플리케이션으로, 자금이 관련되지만 수행되는 작업에 상당한 비금전적 요소가 존재한다. 완벽한 예시는 계산 문제의 해답에 대한 자기 집행형 현상금이다. 누군가 계산 문제와 함께 보상금을 게시하면, contract가 제출된 해답을 자동으로 검증하고 첫 번째 정답에 현상금을 지급할 수 있다. 이 범주는 순수 금융과 다른 영역을 연결하며, 경제적 인센티브를 사용하여 문제를 해결하거나 행동을 조율한다.
세 번째 범주는 온라인 투표와 탈중앙화 거버넌스 시스템과 같이 자금과 전혀 관련이 없는 애플리케이션이다. 이러한 비금융 애플리케이션은 범용 플랫폼으로서의 Ethereum의 유연성을 보여준다. 예시로는 Namecoin과 같은 탈중앙화 도메인 네임 시스템, 평판 시스템, 탈중앙화 파일 저장, 조직 거버넌스 도구 등이 있다. 이 모든 애플리케이션 유형 중에서 token 시스템이 가장 일반적이고 기본적인 형태로 부상하여 다른 많은 애플리케이션의 구성 요소 역할을 하고 있다.
Applications
Ethereum上に構築できるアプリケーションは、大きく3つのカテゴリに分類されます。第一のカテゴリは金融アプリケーションであり、ユーザーに自分のお金に関するコントラクトを管理・締結するより強力な方法を提供します。これにはサブ通貨、金融デリバティブ、ヘッジコントラクト、引き出し制限付きの貯蓄ウォレット、自動的に資金を分配する遺言、さらには検証された作業完了に基づいて支払いを計算する雇用契約が含まれます。これらのアプリケーションはEthereumのプログラマビリティを活用して、従来のシステムやBitcoin上でも実装が不可能または極めて困難な複雑な金融商品を作成します。
第二のカテゴリは半金融アプリケーションであり、お金が関与しますが、行われていることの非金銭的な側面も相当なものです。完璧な例は、計算問題の解決に対する自己強制型の報奨金です。誰かが報酬とともに計算問題を投稿し、コントラクトが提出された解決策を自動的に検証し、最初の正解に報奨金を支払うことができます。このカテゴリは純粋な金融と他の領域を橋渡しし、経済的インセンティブを使用して問題を解決したり行動を調整したりします。
第三のカテゴリは、お金とは一切関係のないアプリケーションであり、オンライン投票や分散型ガバナンスシステムなどです。これらの非金融アプリケーションは、汎用プラットフォームとしてのEthereumの柔軟性を示しています。例としては、Namecoinのような分散型ドメインネームシステム、レピュテーションシステム、分散型ファイルストレージ、組織ガバナンスツールなどがあります。すべてのアプリケーションタイプの中で、トークンシステムが最も一般的かつ基本的なものとして台頭しており、他の多くのアプリケーションのビルディングブロックとして機能しています。
Token Systems
Token 시스템은 가장 강력하고 일반적인 애플리케이션 중 하나임에도 불구하고 Ethereum에서 놀라울 정도로 간단하게 구현할 수 있다. 핵심적으로 token 시스템은 단일 연산을 가진 데이터베이스에 불과하다: 계정 A에서 X 단위를 차감하고 계정 B에 X 단위를 추가하되, 거래 전에 A가 최소 X 단위를 보유하고 있어야 하며 거래가 A에 의해 승인되어야 한다는 조건이 있다. 구현에는 주소에서 잔액으로의 매핑을 유지하고 token을 계정 간에 이동하기 전에 적절한 검사를 수행하는 전송 함수를 제공하는 것이 필요하다.
기본적인 token 시스템의 contract 코드는 놀라울 정도로 간단하며 단 몇 줄로 작성할 수 있다. 주소에서 잔액으로의 매핑 데이터 구조, 초기 token 공급량을 할당하는 초기화 함수, 그리고 전송을 실행하기 전에 발신자의 잔액과 승인을 확인하는 전송 함수로 구성된다. 이러한 단순함은 Bitcoin에서 유사한 시스템을 구현하는 데 필요한 복잡성과 극명한 대조를 이루는데, Bitcoin의 제한된 스크립팅 기능으로 인해 상당한 우회 방법과 제약이 필요하기 때문이다.
Ethereum의 token은 가치 있는 거의 모든 것을 나타낼 수 있다. 자체 통화 정책을 가진 하위 화폐, 외부 자산을 추적하는 금융 파생상품, 배당권이 있는 회사 주식, 고객 프로그램의 로열티 포인트, 금이나 석유와 같은 상품, 심지어 물리적 자산의 표현까지 가능하다. Ethereum의 프로그래밍 가능성은 이러한 token이 전송 제한, 자동 소각 메커니즘, 배당 분배, 거버넌스 권한 등 행동을 지배하는 임의의 규칙을 가질 수 있게 한다. 이러한 유연성 덕분에 token 시스템은 Ethereum 생태계의 기본 구성 요소가 되었다.
Token Systems
トークンシステムは、最も強力で一般的なアプリケーションの一つであるにもかかわらず、Ethereum上での実装は驚くほど簡単です。その核心において、トークンシステムは単一の操作を持つデータベースに過ぎません：アカウントAからX単位を差し引き、アカウントBにX単位を加える。ただし、トランザクション前にAが少なくともX単位を保有しており、トランザクションがAによって承認されていることが条件です。実装には、アドレスから残高へのマッピングを維持し、トークンをアカウント間で移動する前に適切なチェックを行う送金関数を提供する必要があります。
基本的なトークンシステムのコントラクトコードは非常にシンプルで、わずか数行で記述できます。アドレスから残高へのマッピングのデータ構造、初期トークン供給量を割り当てる初期化関数、送信者の残高と承認をチェックしてから送金を実行する送金関数で構成されます。このシンプルさは、Bitcoinの制限されたスクリプト機能のために大幅な回避策と制限が必要な同様のシステムの実装の複雑さとは対照的です。
Ethereum上のトークンは、価値のあるものであれば事実上何でも表すことができます。独自の金融政策を持つサブ通貨、外部資産を追跡する金融デリバティブ、配当権付きの会社株式、顧客プログラムのロイヤリティポイント、金や石油などの商品、さらには物理的財産の表現までも可能です。Ethereumのプログラマビリティにより、これらのトークンは送金制限、自動バーンメカニズム、配当分配、ガバナンス権限など、その行動を支配する任意のルールを持つことができます。この柔軟性により、トークンシステムはEthereumエコシステムの大部分の基盤となるビルディングブロックとなっています。
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
금융 파생상품은 Ethereum smart contract의 가장 근본적이고 중요한 애플리케이션 중 하나이다. 간단한 헤징 계약이 기본 메커니즘을 보여준다: 당사자 A가 1,000달러 상당의 ether를 예치하고, 당사자 B가 동등한 금액을 예치하면, contract는 데이터 피드를 사용하여 그 시점의 ether USD 가치를 기록한다. 30일 후 contract는 가치를 재계산하여 1,000달러 상당의 ether를 A에게 보내고 나머지를 B에게 보낸다. ether 가격이 상승하면 A는 더 적은 ether를 받지만 1,000달러 가치를 유지하고, 가격이 하락하면 A는 해당 가치를 유지하기 위해 더 많은 ether를 받는다. 이를 통해 A는 변동성에 대해 헤징하고 B는 가격 변동에 투기할 수 있다.
이러한 contract의 구현에는 oracle contract나 데이터 피드를 통한 외부 데이터 접근이 필요하다. 이러한 oracle은 contract가 제대로 실행되기 위해 필요한 가격 정보, 날씨 데이터 또는 기타 현실 세계 정보를 제공한다. Oracle은 신뢰 의존성을 도입하지만, 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하기 위해 중복성과 암호경제적 인센티브를 갖추도록 설계할 수 있다. Contract 자체는 단순히 oracle에 쿼리하고, 해당 데이터를 기반으로 계산을 수행하며, 프로그래밍된 로직에 따라 자금을 분배한다.
Stablecoin과 더 복잡한 금융 상품도 유사한 메커니즘을 사용하여 구축할 수 있다. Stablecoin contract는 ether 준비금을 유지하고 법정 화폐에 고정된 token을 발행하며, 가격 피드를 기반으로 공급량이나 담보 요건을 자동으로 조정할 수 있다. 옵션 계약, 선물, 스왑 및 기타 파생상품은 일반적으로 복잡한 법적 프레임워크와 신뢰할 수 있는 중개자가 필요하지만, 대신 자기 실행형 smart contract로 인코딩할 수 있다. 이러한 프로그래밍 가능한 금융 인프라는 blockchain 기술의 투명성과 보안 보장을 유지하면서 정교한 금융 공학을 가능하게 한다.
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
金融デリバティブは、Ethereumスマートコントラクトの最も基本的かつ重要なアプリケーションの一つです。シンプルなヘッジコントラクトが基本的な仕組みを示しています：当事者Aが1000ドル相当のEtherを預け入れ、当事者Bが同等の金額を預け入れ、コントラクトがデータフィードを使用してその時点でのEtherのUSD価値を記録します。30日後、コントラクトは価値を再計算し、1000ドル相当のEtherをAに送り、残りをBに送ります。Etherの価格が上昇した場合、Aはより少ないEtherを受け取りますが1000ドルの価値を維持します。価格が下落した場合、Aはその価値を維持するためにより多くのEtherを受け取ります。これにより、Aはボラティリティに対してヘッジし、Bは価格変動に投機することができます。
このようなコントラクトの実装には、オラクルコントラクトやデータフィードを通じた外部データへのアクセスが必要です。これらのオラクルは、コントラクトが適切に実行するために必要な価格情報、気象データ、その他の現実世界の情報を提供します。オラクルは信頼への依存を導入しますが、冗長性と暗号経済的インセンティブを備えた設計により、信頼性の高いデータを提供できます。コントラクト自体は単にオラクルに問い合わせ、そのデータに基づいて計算を行い、プログラムされたロジックに従って資金を分配します。
ステーブルコインやより複雑な金融商品も、同様のメカニズムを使用して構築できます。ステーブルコインのコントラクトは、Etherのリザーブを維持し、法定通貨にペッグされたトークンを発行し、価格フィードに基づいて供給量や担保要件を自動的に調整することができます。オプション契約、先物、スワップ、その他のデリバティブは、通常であれば複雑な法的枠組みと信頼できる仲介者を必要としますが、代わりに自己実行型のスマートコントラクトとしてエンコードできます。このプログラマブルな金融インフラストラクチャは、ブロックチェーン技術の透明性とセキュリティ保証を維持しながら、高度な金融工学を可能にします。
Identity and Reputation Systems
Namecoin과 유사한 이름 등록 시스템은 Ethereum에서 간단하게 구현할 수 있으며, 신원 시스템의 가장 단순한 예시 역할을 한다. Contract는 이름을 관련 데이터(IP 주소, 공개 키 또는 기타 정보 등)에 매핑하는 키-값 테이블로 구성된 데이터베이스를 유지한다. 누구나 소액의 등록 수수료와 함께 거래를 보내 이름을 등록할 수 있으며, 해당 이름이 아직 사용되지 않은 경우에만 가능하다. 소유자는 언제든지 관련 데이터를 업데이트할 수 있고, contract에 인코딩된 규칙에 따라 이름을 양도 가능하게 하거나 영구적으로 설정할 수 있다.
이 기반 위에 평판 점수, 신뢰 관계망(web of trust), 탈중앙화 신원 인증을 포함하는 더 고급 신원 시스템을 구축할 수 있다. 예를 들어, contract는 검증된 거래, 동료 평가 또는 작업 완료를 기반으로 평판 점수를 유지할 수 있다. 이러한 점수는 공개적으로 가시적이며 특정 주소에 암호학적으로 연결되어, 애플리케이션 간에 사용자를 따라다니는 이동 가능한 평판을 생성한다. 신뢰 관계망 시스템은 사용자가 다른 사용자의 신원을 보증할 수 있게 하여, 합법적인 사용자를 악의적 행위자와 구별하는 데 도움이 되는 소셜 그래프를 구축한다.
이러한 신원 및 평판 시스템은 다른 애플리케이션과 통합될 때 특히 강력해진다. 마켓플레이스는 판매자에게 최소 평판 점수를 요구할 수 있고, 대출 플랫폼은 차용자의 평판에 따라 이자율을 조정할 수 있으며, 소셜 네트워크는 신뢰 관계망을 사용하여 스팸과 사기성 콘텐츠를 필터링할 수 있다. 모든 애플리케이션이 조회할 수 있는 공유 신원 인프라를 제공함으로써, Ethereum은 중앙화된 신원 제공자나 독점적 평판 시스템에 의존하지 않는 새로운 유형의 신뢰 기반 애플리케이션을 가능하게 한다.
Identity and Reputation Systems
Namecoinに類似した名前登録システムは、Ethereum上で簡単に実装でき、アイデンティティシステムの最もシンプルな例として機能します。コントラクトは、名前から関連データ（IPアドレス、公開鍵、その他の情報など）へのマッピングであるキーバリューテーブルを持つデータベースを維持します。その名前がまだ取得されていなければ、少額の登録料とともにコントラクトにトランザクションを送信することで、誰でも名前を登録できます。所有者はいつでも関連データを更新でき、名前はコントラクトにエンコードされたルールに従って、譲渡可能にも永続的にもできます。
この基盤の上に、レピュテーションスコア、信頼の網の関係、分散型アイデンティティ検証を含む、より高度なアイデンティティシステムを構築できます。例えば、コントラクトは検証済みトランザクション、ピア評価、タスクの完了に基づいてレピュテーションスコアを維持できます。これらのスコアは公開され、暗号的に特定のアドレスに紐付けられ、アプリケーション間で持ち運び可能なレピュテーションを作成します。信頼の網システムにより、ユーザーは他者のアイデンティティを保証し、正当なユーザーと悪意ある行為者を区別するのに役立つソーシャルグラフを構築できます。
このようなアイデンティティおよびレピュテーションシステムは、他のアプリケーションと統合された場合に特に強力になります。マーケットプレイスは販売者に最低限のレピュテーションスコアを要求でき、融資プラットフォームは借り手のレピュテーションに基づいて金利を調整でき、ソーシャルネットワークは信頼の網を使用してスパムや不正コンテンツをフィルタリングできます。あらゆるアプリケーションが照会できるアイデンティティのための共有インフラストラクチャを提供することで、Ethereumは中央集権的なアイデンティティプロバイダーや独自のレピュテーションシステムに依存しない、新たな信頼ベースのアプリケーション群を可能にします。
Decentralized File Storage
탈중앙화 파일 저장은 저장이 필요한 사용자와 저장을 제공하는 제공자 간의 조율을 담당하는 Ethereum contract를 통해 구현할 수 있다. "탈중앙화 Dropbox" 모델에서 사용자는 파일을 업로드하기 위해 월정액을 지불하고, contract는 데이터를 실제로 저장하고 있음을 증명하는 저장 제공자에게 지불금을 분배한다. 증명 메커니즘은 주기적인 암호학적 도전을 통해 작동한다: contract가 파일의 일부를 무작위로 선택하고 제공자에게 해당 데이터를 보유하고 있음을 보여주는 Merkle tree 증명을 제출하도록 요청한다. 도전에 실패하거나 오프라인 상태가 된 제공자는 보증금과 향후 지불 흐름을 잃게 된다.
이 접근 방식은 중앙화 저장에 비해 여러 가지 장점을 제공한다. Merkle tree 증명은 효율적인 검증을 가능하게 한다 — 사용자와 contract는 전체 파일을 다운로드하지 않고도 파일 가용성을 확인할 수 있다. 시스템은 자연스럽게 여러 독립적인 제공자에게 파일을 분산시켜, 명시적인 복제 프로토콜 없이도 중복성을 생성한다. 경제적 인센티브는 제공자의 행동을 사용자의 필요에 맞게 조정한다: 제공자는 데이터를 안정적으로 저장하면 수익을 얻고 실패하면 손실을 입는다. 이는 중앙화 저장 솔루션에 내재된 신뢰 요건을 제거한다.
이러한 시스템의 저장 비용은 여러 가지 이유로 중앙화 대안보다 잠재적으로 낮을 수 있다. 독점 가격 책정의 제거는 시장 경쟁이 비용을 실제 저장 비용에 가깝게 낮출 수 있게 한다. 유사한 파일을 저장하는 여러 사용자로 인한 암묵적 중복성은 전체 저장 요구량을 줄일 수 있다. 비용이 많이 드는 데이터 센터 인프라나 기업 운영 비용이 필요하지 않다. 그러나 지불 메커니즘, 적절한 제공자 참여 보장, 중복성과 비용 간의 균형 관리에 관한 과제가 남아 있다. 이러한 과제에도 불구하고, 탈중앙화 저장은 Ethereum이 경제적 인센티브만으로 복잡한 다자간 상호작용을 어떻게 조율할 수 있는지를 보여준다.
Decentralized File Storage
分散型ファイルストレージは、ストレージを必要とするユーザーとストレージを提供するプロバイダーの間を調整するEthereumコントラクトを通じて実装できます。「分散型Dropbox」モデルでは、ユーザーが月額料金を支払ってファイルをアップロードし、コントラクトがデータを実際に保存していることを証明するストレージプロバイダーに支払いを分配します。証明メカニズムは定期的な暗号チャレンジを通じて機能します：コントラクトがファイルの一部をランダムに選択し、プロバイダーにそのデータを所持していることを示すマークル木の証明を提供するよう求めます。チャレンジに失敗したりオフラインになったプロバイダーは、保証金と将来の支払いの流れを失います。
このアプローチは中央集権的なストレージに対していくつかの利点を提供します。マークル木の証明により効率的な検証が可能です——ユーザーとコントラクトはファイル全体をダウンロードすることなくファイルの可用性を確認できます。システムは自然にファイルを複数の独立したプロバイダーに分散させ、明示的なレプリケーションプロトコルを必要とせずに冗長性を生み出します。経済的インセンティブはプロバイダーの行動をユーザーのニーズに合わせます：プロバイダーはデータを確実に保存することで収益を得、それを怠ると損失を被ります。これにより、中央集権的なストレージソリューションに固有の信頼要件が排除されます。
このようなシステムにおけるストレージコストは、いくつかの理由から中央集権的な代替手段よりも低くなる可能性があります。独占的価格設定の排除により、市場競争がコストをストレージの実際のコストに近いところまで引き下げます。複数のユーザーが類似のファイルを保存することによる暗黙的な冗長性が、総ストレージ要件を削減できます。高価なデータセンターインフラストラクチャや企業のオーバーヘッドが不要です。しかし、支払いメカニズム、十分なプロバイダー参加の確保、冗長性とコストのトレードオフの管理に関する課題が残っています。これらの課題にもかかわらず、分散型ストレージは、Ethereumが経済的インセンティブのみを通じて複雑な多者間のインタラクションを調整できることを示しています。
Decentralized Autonomous Organizations
탈중앙화 자율 조직(DAO)은 구성원 또는 주주의 집합이 조직의 자금을 지출하고 코드를 수정할 권리를 집단적으로 보유하는 가상 실체이다. 일반적인 DAO는 간단한 규칙으로 운영된다: 지출 결정이나 조직의 코드 수정에 구성원의 67%가 필요하다. 구성원은 제안을 제출하고 투표할 수 있으며, 제안이 충분한 지지를 받으면 contract가 자동으로 결정을 실행한다. 멤버십 지분은 양도 가능하여 DAO 참여에 대한 유동적 시장이 형성될 수 있고, 다양한 종류의 지분이 서로 다른 투표권이나 경제적 청구권을 가질 수 있다.
가장 단순한 DAO 설계는 구성원 목록을 유지하고 자체 투표 규칙을 포함한 contract의 모든 측면을 변경하기 위해 2/3 과반수 투표를 요구하는 자기 수정 contract이다. 구성원은 거래로 코드 변경을 제출하고, 다른 구성원이 투표하여 임계값에 도달하면 contract가 스스로를 업데이트한다. 더 정교한 설계에는 구성원이 자신의 투표권을 대표에게 위임할 수 있는 위임 투표 시스템이나, 투표를 위임하되 중요한 결정에 대해서는 언제든지 회수할 수 있는 유동적 민주주의(liquid democracy)가 포함될 수 있다.
DAO는 단순한 자금 관리를 넘어 다양한 목적에 활용될 수 있다. DAO는 계약자를 고용하고, 서비스를 구매하며, 주주에게 이익을 분배하는 탈중앙화 기업으로 기능할 수 있으며, 이 모든 것이 전통적인 법적 구조가 아닌 smart contract 코드에 의해 지배된다. 탈중앙화 투자 펀드로 운영되어 구성원이 어떤 프로젝트에 자금을 지원할지 투표할 수도 있다. 공유 자원을 관리하며 이해관계자가 배분 규칙에 대해 투표할 수도 있다. 핵심적인 통찰은 거버넌스 규칙을 투명하고 불변의 코드로 인코딩하고 경제적 지분에 연결함으로써, DAO가 전통적인 계층적 관리나 법적 집행 없이도 집단적 결정을 조율할 수 있다는 것이다.
Decentralized Autonomous Organizations
分散型自律組織（DAO）は、メンバーまたは株主のセットを持ち、その組織の資金を支出しコードを修正する権利を集団的に持つ仮想エンティティです。典型的なDAOはシンプルなルールで運営されます：支出の決定または組織のコードの修正にはメンバーの67%が必要です。メンバーは提案を提出し、投票することができ、提案が十分な支持を得た場合、コントラクトが自動的にその決定を実行します。メンバーシップシェアは譲渡可能にでき、DAOへの参加に流動的な市場を可能にし、異なるクラスのシェアは異なる議決権や経済的請求権を持つことができます。
最もシンプルなDAOの設計は、メンバーリストを維持し、コントラクトのいかなる側面（自身の投票ルールを含む）の変更にも3分の2の多数決を必要とする自己修正コントラクトです。メンバーはコード変更をトランザクションとして提出し、他のメンバーが投票し、閾値に達するとコントラクトが自身を更新します。より洗練された設計には、メンバーが投票権を代表者に委任できる代理投票システムや、投票を委任できるが重要な決定の際にはいつでも取り戻せるリキッドデモクラシーなどがあります。
DAOは単純な資金管理を超えて様々な目的に使用できます。DAOは分散型企業として機能し、請負業者を雇用し、サービスを購入し、利益を株主に分配することができ——すべてが従来の法的構造ではなくスマートコントラクトコードによって統治されます。分散型投資ファンドとして運営され、メンバーがどのプロジェクトに資金を提供するかを投票できます。共有資源を管理し、利害関係者が配分ルールについて投票できます。重要な洞察は、ガバナンスルールを透明で不変のコードにエンコードし、経済的利害と結びつけることで、DAOは従来の階層的な管理や法的強制なしにグループの意思決定を調整できるということです。
Further Applications
이미 논의된 주요 범주 외에도 Ethereum은 수많은 다른 애플리케이션을 가능하게 한다. 정교한 보안 기능을 갖춘 저축 지갑은 일일 출금 한도를 설정하면서 복구를 위한 긴급 키를 제공하여, 도난으로부터 사용자를 보호하면서도 궁극적인 통제권을 유지할 수 있다. 작물 보험 contract는 날씨 데이터 피드를 기반으로 농부에게 자동으로 지급하여 청구 처리를 없애고 행정 비용을 줄일 수 있다. P2P 도박 애플리케이션은 신뢰할 수 있는 중개자 없이 운영될 수 있으며, smart contract가 판돈을 보유하고 검증 가능한 난수 또는 현실 세계 이벤트 데이터를 기반으로 승자에게 자동으로 지급한다.
온체인 예측 시장은 사용자가 미래 이벤트에 베팅할 수 있게 하여, 군중의 지혜를 통해 강력한 예측 메커니즘을 만든다. 이는 SchellingCoin 스타일 프로토콜로 강화되어 탈중앙화 oracle을 생성할 수 있다: 참가자가 독립적으로 데이터(선거 결과나 날씨 조건 등)를 보고하고, 다수와 일치하는 보고를 한 참가자는 보상을 받는 반면 이상치는 벌칙을 받는다. 이러한 암호경제적 접근 방식은 정직한 보고에 인센티브를 부여하며, 단일 oracle 제공자에 대한 신뢰 없이도 다른 contract에 신뢰할 수 있는 현실 세계 데이터를 제공할 수 있다.
다중 서명 지갑은 또 다른 중요한 애플리케이션으로, 여러 당사자 간에 자금의 공유 통제를 가능하게 한다. 2-of-3 다중 서명 지갑은 자금이 지출되기 전에 세 명의 지정된 당사자 중 두 명의 승인을 요구할 수 있으며, 에스크로 계약, 기업 자금 관리 또는 개인 보안에 유용하다. 탈중앙화 마켓플레이스는 신원 시스템, 평판 점수, 에스크로 contract, 분쟁 해결 메커니즘을 결합하여 중앙화 플랫폼 없이 P2P 상거래를 가능하게 할 수 있다. 이러한 각 애플리케이션은 Ethereum의 프로그래밍 가능성이 새로운 신뢰 모델과 조직 구조를 어떻게 가능하게 하는지를 보여준다.
Further Applications
すでに議論した主要なカテゴリを超えて、Ethereumは他にも多数のアプリケーションを可能にします。高度なセキュリティ機能を持つ貯蓄ウォレットは、回復用の緊急キーを提供しながら日次の引き出し制限を課し、最終的な管理権を維持しつつ盗難からユーザーを保護できます。農作物保険コントラクトは、気象データフィードに基づいて農家に自動的に支払いを行い、保険金請求処理を排除し管理上のオーバーヘッドを削減できます。ピアツーピアのギャンブルアプリケーションは、信頼できる仲介者なしで運営でき、スマートコントラクトが賭け金を保持し、検証可能な乱数または現実世界のイベントデータに基づいて自動的に勝者に支払います。
オンチェーンの予測市場は、ユーザーが将来のイベントに賭けることを可能にし、群衆の知恵を通じて強力な予測メカニズムを生み出します。これらはSchellingCoinスタイルのプロトコルで強化し、分散型オラクルを作成できます：参加者は独立してデータ（選挙結果や気象条件など）を報告し、多数派と一致した報告をした者には報酬が与えられ、外れ値にはペナルティが課されます。この暗号経済的アプローチは正直な報告にインセンティブを与え、単一のオラクルプロバイダーへの信頼を必要とせずに、他のコントラクトに信頼性の高い現実世界のデータを提供できます。
マルチシグウォレットは、複数の当事者間での資金の共有管理を可能にするもう一つの重要なアプリケーションです。2-of-3のマルチシグウォレットは、資金の支出前に指定された3者のうちいずれか2者による承認を必要とし、エスクロー取引、企業の財務管理、個人のセキュリティに有用です。分散型マーケットプレイスは、アイデンティティシステム、レピュテーションスコア、エスクローコントラクト、紛争解決メカニズムを組み合わせて、中央集権的なプラットフォームなしにピアツーピアの商取引を可能にできます。これらのアプリケーションのそれぞれが、Ethereumのプログラマビリティが新しい信頼モデルと組織構造を可能にすることを示しています。
Miscellanea And Concerns
Ethereum의 수정된 GHOST 프로토콜 구현에는 uncle 포함과 보상에 관한 구체적인 규칙이 포함되어 있다. Uncle은 현재 block 조상의 직접 자식이어야 하고(2세대에서 7세대 사이), 유효한 block 헤더여야 하며, 이전 uncle과 구별되어야 하고, 현재 block의 직접 조상이 아니어야 한다. Uncle block은 표준 block 보상의 87.5%를 받으며, 포함하는 block은 포함된 uncle당 추가로 3.125%를 받는다(최대 두 개의 uncle까지). 이 인센티브 구조는 채굴자가 관찰한 무효화된 block을 참조하도록 장려하여, 네트워크 전파에서 일시적으로 불운했던 채굴자에게 보상하면서 네트워크 보안을 강화한다.
수수료 시스템은 "gas" 개념에 기반하며, 모든 계산 연산에는 고정된 gas 비용이 있다. 예를 들어, 곱셈 연산은 5 gas, SHA256 hash는 20 gas가 소요되며, 모든 거래에는 21,000 gas의 기본 비용이 있다. 사용자는 gas limit(소비할 의향이 있는 최대 gas)과 gas price(gas 단위당 지불할 ether 금액) 모두를 지정한다. 이 시스템은 여러 목적을 수행한다: 모든 계산에 비용을 부과하여 무한 루프와 서비스 거부 공격을 방지하고, 사용자가 gas price를 통해 입찰하는 block 공간 시장을 생성하며, 채굴자가 수용할 최소 gas price를 설정할 수 있게 하여 네트워크 자원을 보호한다.
확장성은 모든 전체 노드가 상태를 검증하기 위해 모든 거래를 처리해야 하므로 중대한 과제로 남아 있다. 현재 blockchain 아키텍처는 중앙화 시스템의 거래 처리량에 맞추기 어렵다. 잠재적 해결책으로는 서로 다른 노드가 거래의 서로 다른 하위 집합을 처리하는 상태 샤딩(state sharding)과, 더 효율적인 block 생성을 가능하게 할 수 있는 proof-of-work에서 proof-of-stake 합의로의 전환이 포함된다. Merkle proof를 사용하는 라이트 클라이언트는 모든 block을 처리하지 않고도 거래를 검증할 수 있지만, 누군가는 여전히 모든 것을 처리해야 한다. 이러한 확장성 과제는 Ethereum의 장기적 실행 가능성에 중요한 활발한 연구 개발 분야이다.
Miscellanea And Concerns
Ethereumの修正GHOSTプロトコルの実装には、アンクルの包含と報酬に関する具体的なルールが含まれます。アンクルは現在のブロックの祖先の直接の子でなければならず（2世代から7世代前の間）、有効なブロックヘッダーでなければならず、以前のアンクルとは異なるものでなければならず、現在のブロックの直接の祖先であってはなりません。アンクルブロックは標準的なブロック報酬の87.5%を受け取り、包含するブロックは包含されたアンクル1つあたり追加の3.125%を受け取ります（最大2つのアンクルまで）。このインセンティブ構造により、マイナーは観察した陳腐ブロックを参照するよう促され、ネットワークセキュリティを強化しながら、ネットワーク伝播の一時的な不運を経験したマイナーに報酬を与えます。
手数料システムは「ガス」の概念に基づいており、すべての計算操作には固定のガスコストがあります。例えば、乗算操作は5ガス、SHA256ハッシュは20ガスのコストがかかり、すべてのトランザクションには21,000ガスの基本コストがかかります。ユーザーはガスリミット（消費する意思のある最大ガス）とガスプライス（ガス単位あたり支払うEtherの量）の両方を指定します。このシステムは複数の目的を果たします：すべての計算に対価が支払われることを保証することで無限ループやサービス拒否攻撃を防止し、ユーザーがガスプライスを通じて入札するブロックスペースの市場を作り出し、マイナーが受け入れる最低ガスプライスを設定できるようにしてネットワークリソースを保護します。
スケーラビリティは依然として重大な懸念事項です。すべてのフルノードが状態を検証するためにすべてのトランザクションを処理しなければならないからです。現在のブロックチェーンアーキテクチャは、中央集権的なシステムのトランザクションスループットに匹敵するのに苦労しています。潜在的な解決策には、異なるノードが異なるトランザクションのサブセットを処理するステートシャーディングや、より効率的なブロック生成を可能にするプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行が含まれます。マークル証明を使用するライトクライアントは、すべてのブロックを処理せずにトランザクションを検証できますが、誰かがすべてを処理しなければなりません。これらのスケーラビリティの課題は、Ethereumの長期的な存続可能性にとって重要な、活発な研究開発分野を表しています。
Conclusion
Ethereum 프로토콜은 원래 on-blockchain 에스크로, 출금 한도, 금융 계약과 같은 고급 기능을 고도로 일반화된 프로그래밍 언어를 통해 제공하는 암호화폐의 업그레이드 버전으로 구상되었다. 그러나 Ethereum 프로토콜은 단순한 화폐를 훨씬 넘어선다. 탈중앙화 파일 저장, 탈중앙화 컴퓨팅, 탈중앙화 예측 시장을 비롯한 수십 가지 다른 개념에 관한 프로토콜은 컴퓨팅 산업의 효율성을 크게 높이고, 최초로 경제적 계층을 추가함으로써 다른 P2P 프로토콜에 대규모 촉진력을 제공할 잠재력을 갖고 있다.
특정 사용 사례를 위해 설계된 제한된 연산 집합을 제공하는 대신, Ethereum은 개발자가 설계할 수 있는 모든 애플리케이션을 구축할 수 있게 하는 Turing-complete 프로그래밍 언어를 제공한다. 나만의 금융 파생상품을 만들고 싶은가? 자신만의 화폐를 만들고 싶은가? blockchain 위에 정부를 세우고 싶은가? 이 모든 것이 Ethereum의 스크립팅 시스템으로 간단하게 구현 가능하다. 플랫폼의 힘은 어떤 애플리케이션이 구축될지 예측하는 데 있지 않고, 그것들을 쉽게 구축할 수 있는 기반 인프라를 제공하는 데 있다.
Ethereum 프로토콜에 의해 구현된 임의의 상태 전이 함수 개념은 고유한 잠재력을 가진 플랫폼을 제공한다. 데이터 저장, 도박 또는 금융의 특정 애플리케이션을 위한 폐쇄적이고 단일 목적의 프로토콜이 아니라, Ethereum은 설계상 개방적이며, 향후 수년간 많은 금융 및 비금융 프로토콜의 기반 계층으로 봉사하기에 매우 적합하다고 우리는 믿는다. 미래에 Ethereum 위에 구축될 애플리케이션은 오늘날 우리가 상상조차 할 수 없는 것일 수 있으며, 이러한 개방적 가능성이야말로 플랫폼의 진정한 약속이다.
Conclusion
Ethereumプロトコルは当初、オンブロックチェーンのエスクロー、引き出し制限、金融コントラクトなどの高度な機能を、高度に汎用化されたプログラミング言語を通じて提供する、暗号通貨のアップグレード版として構想されました。しかし、Ethereumプロトコルは単なる通貨をはるかに超えています。分散型ファイルストレージ、分散型計算、分散型予測市場を含む数十のコンセプトに関するプロトコルは、計算産業の効率を大幅に向上させ、初めて経済レイヤーを追加することで他のピアツーピアプロトコルに大きな後押しを提供する可能性があります。
特定のユースケース向けに設計された限定的な操作セットを提供するのではなく、Ethereumは開発者が設計できるあらゆるアプリケーションを構築できるチューリング完全なプログラミング言語を提供します。独自の金融デリバティブを発明したいですか？独自の通貨を作成したいですか？ブロックチェーン上に政府を設立したいですか？これらはすべてEthereumのスクリプトシステムで簡単に実装可能です。プラットフォームの力は、どのようなアプリケーションが構築されるかを予測することにあるのではなく、それらの構築を容易にする基盤インフラストラクチャを提供することにあります。
Ethereumプロトコルによって実装された任意の状態遷移関数の概念は、独自の可能性を持つプラットフォームを提供します。データストレージ、ギャンブル、または金融における特定のアプリケーションを意図した閉鎖的で単一目的のプロトコルであるのではなく、Ethereumは設計上オープンエンドです。そして我々は、今後数年間にわたって、多数の金融および非金融プロトコルの基盤レイヤーとして機能するのに極めて適していると信じています。将来Ethereum上に構築されるアプリケーションは、今日の我々には想像もできないものかもしれません。そのオープンエンドの可能性こそが、このプラットフォームの真の約束を表しています。
References and Further Reading
Ethereum 백서는 암호화폐와 분산 시스템 연구의 광범위한 선행 연구를 기반으로 한다. 기반이 되는 Bitcoin 프로토콜은 Satoshi Nakamoto의 2008년 원본 논문 "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System"에 서술되어 있으며, 이 논문은 blockchain 기반 디지털 화폐의 개념을 도입했다. Bitcoin의 기능을 확장하려는 초기 시도에는 blockchain 애플리케이션을 화폐 이상으로 확장한 탈중앙화 이름 등록 시스템인 Namecoin이 포함되나, Bitcoin의 제한된 스크립팅 기능에 의해 한계가 있었다.
Colored coins 백서는 특정 bitcoin을 "착색"하여 다른 자산을 나타내는 방법을 제안했으며, Mastercoin은 더 복잡한 금융 상품을 위해 Bitcoin 위에 프로토콜 계층을 생성하려 시도했다. 두 프로젝트 모두 Bitcoin 위에 구축하는 것의 한계를 부각시키며 더 유연한 플랫폼의 필요성을 촉발했다. Bitcoin Magazine에서 탐구된 탈중앙화 자율 기업의 개념은 smart contract를 통한 조직 거버넌스에 대한 이론적 기반을 제공했다.
핵심 기술 구성 요소로는 라이트 클라이언트를 위한 간편 결제 검증(SPV), 효율적인 데이터 검증을 위한 Merkle tree, Ethereum의 상태 표현을 위한 Patricia trie가 있다. 2013년 암호학 논문에 서술된 GHOST(Greedy Heaviest Observed Subtree) 프로토콜은 빠른 block 시간에서 발생하는 보안 문제를 해결하며 Ethereum의 합의 메커니즘의 기반을 형성한다. 이러한 참고문헌들은 Ethereum이 구축된 지적 토대를 나타내며, 암호화폐, 분산 시스템, 암호학, 게임 이론의 통찰을 결합하여 범용 blockchain 플랫폼을 창조했다.
References and Further Reading
Ethereumのホワイトペーパーは、暗号通貨および分散システム研究における広範な先行研究の上に構築されています。基盤となるBitcoinプロトコルは、Satoshi Nakamotoの2008年の原論文「Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System」に記述されており、ブロックチェーンベースのデジタル通貨の概念を導入しました。Bitcoinの機能を拡張する初期の試みには、通貨を超えたブロックチェーンアプリケーションを実証した分散型名前登録システムであるNamecoinが含まれますが、Bitcoinの制限されたスクリプト機能により限界がありました。
カラードコインのホワイトペーパーは、特定のbitcoinに「色付け」することでBitcoinブロックチェーン上で代替資産を表現する方法を提案し、Mastercoinはより複雑な金融商品のためにBitcoin上にプロトコルレイヤーを作成しようとしました。両者はBitcoin上に構築することの限界を浮き彫りにし、より柔軟なプラットフォームの必要性を動機づけました。Bitcoin Magazineで探求された分散型自律企業の概念は、スマートコントラクトによる組織ガバナンスの理論的基盤を提供しました。
主要な技術的コンポーネントには、ライトクライアント向けの簡易支払い検証（SPV）、効率的なデータ検証のためのマークル木、Ethereumの状態表現のためのパトリシアトライが含まれます。2013年の暗号学論文に記述されたGHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）プロトコルは、高速なブロック時間から生じるセキュリティ問題に対処し、Ethereumのコンセンサスメカニズムの基盤を形成しています。これらの参考文献は、Ethereumが構築された知的基盤を表しており、暗号通貨、分散システム、暗号学、ゲーム理論からの洞察を組み合わせて、汎用ブロックチェーンプラットフォームを作成しています。
