KR20230028439A - 블록체인 네트워크에서 데이터를 유효성 검증하기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

블록체인 네트워크에서 데이터를 유효성 검증하기 위한 방법 및 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블록 내에서 정렬된 트랜잭션의 세트 내의 트랜잭션의 위치에 대한 인덱스 위치 필드를 포함하는 머클 증명 데이터를 시그널링하기 위한 방법, 디바이스 및 데이터 구조에 관한 것이다. 인덱스는, 머클 경로를 상향식으로 추적(bottom-up tracing)할 때, 각각의 계산된 요소의 왼쪽/오른쪽 위치를 계산적으로 간단하게 결정하는 것을 가능하게 한다. 인덱스를 사용하여 머클 증명을 수행하는 방법 및 디바이스는 머클 증명 프로세스 내에 적어도 하나의 확장된 유효성 검사를 포함한다. 일부 예시에서, 확장된 유효성 검사는 블록에 대한 트랜잭션 카운트의 유효성 검증 및/또는 인덱스 유효성의 증명을 가능하게 한다.

Description

블록체인 네트워크에서 데이터를 유효성 검증하기 위한 방법 및 디바이스
본 개시는 블록체인 네트워크에 관한 것이며, 특히, 블록 내의 트랜잭션의 존재 및 인덱스를 유효성 검증하는 것과 같이 블록체인 네트워크에서 데이터를 유효성 검증하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
블록체인은 분산형 데이터 구조의 형태를 지칭하며, 여기에서 블록체인의 복제본이 분산형 피어-투-피어(Peer-to-Peer; P2P) 네트워크(아래에 "블록체인 네트워크"로 지칭됨)의 복수의 노드들 각각에서 유지되고 널리 공개된다. 블록체인은 데이터의 블록들의 체인으로부터 형성되고, 각각의 블록은 하나 이상의 트랜잭션들을 포함한다. 소위 "코인베이스 트랜잭션" 이외의 각각의 트랜잭션은, 하나 이상의 코인베이스 트랜잭션까지 하나 이상의 블록에 걸쳐 있을 수 있는 시퀀스에서 선행 트랜잭션을 다시 가리킨다. 코인베이스 트랜잭션은 아래에 논의된다. 블록체인 네트워크에 제출된 트랜잭션은 새로운 블록에 포함된다. 새로운 블록은, 복수의 노드 각각이 "작업 증명"을 수행하기 위해 경쟁하는 것, 즉, 블록체인의 새로운 블록에 포함되기를 대기하는 정렬 및 유효성 검증된 계류중인 트랜잭션의 정의된 세트의 표현에 기초하여 암호화 퍼즐을 푸는 것을 수반하는 "채굴"로 종종 지칭되는 프로세스에 의해 생성된다. 블록체인은 노드에서 프루닝될(pruned) 수 있으며, 블록의 공개는 단순한 블록 헤더의 공개를 통해 달성될 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
블록체인의 트랜잭션은 다음: 디지털 자산(즉, 다수의 디지털 토큰)을 전달하는 것, 가상화된 원장 또는 레지스트리에서 저널 엔트리의 세트를 정렬하는 것, 타임스탬프 엔트리를 수신 및 처리하는 것 및/또는 인덱스 포인터를 시간 정렬하는 것 중 하나 이상을 수행하는 데 사용된다. 블록체인 위에 부가적인 기능성을 쌓기 위해 블록체인이 또한 활용될 수 있다. 블록체인 프로토콜들은 트랜잭션의 데이터에 대한 부가적인 사용자 데이터 또는 인덱스의 저장을 허용할 수 있다. 단일 트랜잭션 내에 저장될 수 있는 최대 데이터 용량에 대한 어떠한 미리 특정된 제한도 없고, 따라서 점점 더 복잡한 데이터가 통합될 수 있다. 예컨대, 이는 블록체인에 전자 문서를 저장하거나, 오디오 또는 비디오 데이터를 저장하는 데 사용될 수 있다.
블록체인 네트워크의 노드(종종 "채굴자"로 지칭됨)는, 아래에 상세히 설명될 분산형 트랜잭션 등록 및 검증 프로세스를 수행한다. 요약하면, 이러한 프로세스 동안에, 노드는 트랜잭션을 검증하고, 트랜잭션을 그들이 유효한 작업 증명 해를 식별하려고 시도하는 블록 템플릿 내에 삽입한다. 일단 유효한 해가 발견되면, 새로운 블록이 네트워크의 다른 노드에 전파되고, 따라서 각각의 노드가 새로운 블록을 블록체인 상에 기록하는 것을 가능하게 한다. 트랜잭션을 블록체인에 기록하기 위해, 사용자(예컨대, 블록체인 클라이언트 애플리케이션)는 트랜잭션을 전파될 네트워크의 노드들 중 하나로 전송한다. 트랜잭션을 수신하는 노드는, 유효성 검증된 트랜잭션을 새로운 블록 내로 통합하는 작업 증명 해를 찾기 위해 경쟁할 수 있다. 각각의 노드는 트랜잭션이 유효하기 위한 하나 이상의 조건들을 포함하는 동일한 노드 프로토콜을 시행하도록 구성된다. 유효하지 않은 트랜잭션들은 블록들 내로 전파되거나 통합되지 않을 것이다. 트랜잭션이 유효성 검증되고 그리하여 블록체인 상에서 수락된다고 가정하면, 트랜잭션(임의의 사용자 데이터를 포함함)은 이에 따라 변경 불가능한 공개 기록으로서 블록체인 네트워크의 노드들 각각에 등록 및 인덱싱된 채로 유지될 것이다.
최신 블록을 생성하기 위하여 작업 증명 퍼즐을 성공적으로 해결한 노드는 일반적으로 디지털 자산의 금액, 즉, 다수의 토큰을 분배하는 "코인베이스 트랜잭션(coinbase transaction)"이라 불리는 새로운 트랜잭션으로 보상을 받는다. 무효한 트랜잭션의 검출 및 거부는, 네트워크의 에이전트로서 역할을 하고 불법 행위(malfeasance)를 보고 및 차단하도록 장려되는 경쟁하는 노드의 동작에 의해 시행된다. 정보의 광범위한 공개는 사용자가 노드의 성능을 계속해서 감사(audit)하는 것을 허용한다. 단지 블록 헤더의 공개는 참여자가 블록체인의 진행중인 무결성을 보장하는 것을 허용한다.
"출력 기반" 모델(때때로 UTXO 기반 모델로 지칭됨)에서, 주어진 트랜잭션의 데이터 구조는 하나 이상의 입력들과 하나 이상의 출력들을 포함한다. 임의의 지출 가능한 출력은, 선행하는 시퀀스의 트랜잭션으로부터 도출 가능한 디지털 자산의 금액을 지정하는 요소를 포함한다. 지출 가능한 출력은 때때로 UTXO(unspent transaction output)으로 지칭된다. 출력은 출력의 미래의 리뎀션(redemption)에 대한 조건을 지정하는 잠금 스크립트(locking script)를 더 포함할 수 있다. 잠금 스크립트는, 디지털 토큰 또는 자산을 유효성 검증하고 이전하는 데 필요한 조건의 서술적인 정의이다. (코인베이스 트랜잭션 이외의) 트랜잭션의 각각의 입력은 선행 트랜잭션에서 그러한 출력에 대한 포인터(즉, 참조)를 포함하고, 지시된 출력의 잠금 스크립트를 잠금 해제하기 위한 잠금 해제 스크립트를 더 포함할 수 있다. 한 쌍의 트랜잭션들은 제1 및 제2 트랜잭션(또는 "타겟" 트랜잭션)으로 라벨링될 수 있다는 것이 고려된다. 제1 트랜잭션은 디지털 자산의 금액을 지정하는 적어도 하나의 출력을 포함하고, 출력을 잠금 해제하는 하나 이상의 조건들을 정의하는 잠금 스크립트를 갖는다. 제2 타겟 트랜잭션은 제1 트랜잭션의 출력에 대한 포인터를 포함하는 적어도 하나의 입력, 및 제1 트랜잭션의 출력을 잠금 해제하기 위한 잠금 해제 스크립트를 갖는다.
이러한 모델에서, 제2 타겟 트랜잭션이 블록체인 네트워크로 전송되어 블록체인에 전파 및 기록될 때, 각 노드에서 적용되는 유효성을 위한 기준 중 하나는, 잠금 해제 스크립트가 제1 트랜잭션의 잠금 스크립트에 정의된 하나 이상의 조건들 모두를 충족시킨다는 것일 것이다. 다른 하나는, 제1 트랜잭션의 출력이 다른 이전의 유효한 트랜잭션에 의해 이미 리딤되지 않았다는 것일 것이다. 이러한 조건들 중 어느 하나에 따라 타겟 트랜잭션이 무효하다는 것을 발견한 임의의 노드는 (가능하게는 무효 트랜잭션을 등록하지만 유효 트랜잭션으로서) 이를 전파시키지 않거나, 블록체인에 기록할 새로운 블록에 이를 포함하지 않지 않을 것이다.
트랜잭션 모델의 대안적인 유형은 계정 기반 모델이다. 이 경우에, 각각의 트랜잭션은 과거 트랜잭션들의 시퀀스에서 선행 트랜잭션의 UTXO를 뒤로 참조하기 보다는, 절대 계정 잔액을 참조함으로써 전달될 금액을 정의한다. 모든 계정들의 현재 상태는 블록체인과 별개로 노드들에 의해 저장되며 지속적으로 업데이트된다.
블록체인 네트워크가 매우 다수의 참가자에게 실질적으로 유용하기 위해, 최종 사용자 디바이스는 클라이언트 애플리케이션(때때로 "지갑" 또는 SPV(Simplified Payment Verification) 소프트웨어로 지칭됨)을 동작시킬 수 있다. 이러한 클라이언트 애플리케이션은 전체 블록체인 노드의 기능이 없으며, 블록체인의 전체 사본을 갖지 않는다. 최종 사용자 디바이스는, 자신의 클라이언트 애플리케이션을 통해, 특정 트랜잭션이 블록체인에 존재한다는 것, 즉, 특정 트랜잭션이 블록에 포함되었다는 것 ― 이는 트랜잭션이 "확인됨"을 의미함 ― 을 증명하는 데이터에 대한 요청을 블록체인 노드에 전송할 수 있다. 이러한 데이터를 제공하고, 최종 사용자 디바이스 또는 다른 노드가 블록 내의 트랜잭션의 포함을 증명하고 및/또는 블록의 다른 특징을 증명하는 것을 가능하게 하는 개선된 방법 및 디바이스를 갖추는 것이 유리할 것이다.
이제 첨부된 도면에 대해 예로서 참조가 이루어질 것이고, 도면은 본 출원의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1은 블록체인을 구현하기 위한 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2는 예시적인 트랜잭션 프로토콜을 도시한다.
도 3a는 클라이언트 애플리케이션의 예시적인 구현을 도시한다.
도 3b는 클라이언트 애플리케이션을 위한 사용자 인터페이스의 예를 도시한다.
도 4는 블록체인 노드를 위한 예시적인 노드 소프트웨어를 도시한다.
도 5a는 머클 트리(Merkle tree)의 예를 도시한다.
도 5b는 부분적인 머클 트리의 예를 도시한다.
도 6은 머클 경로의 예를 도시한다.
도 7은 블록체인 데이터를 유효성 검증하는 하나의 예시적인 방법을 흐름도 형태로 도시한다.
유사한 참조 번호는 도면에서 유사한 요소 및 특징을 나타내는 데 사용된다.
일 양상에서, 블록체인 내의 데이터의 유효성(validity)을 결정하는 컴퓨터 구현 방법이 제공될 수 있다. 방법은: 원격 노드로부터, 블록 내의 트랜잭션의 인덱스 및 머클 증명을 위한 정렬된 해시의 세트를 수신하는 단계; 머클 트리의 최하부 레벨로부터 시작하여, 최상부 레벨에 도달할 때까지 머클 트리의 각각의 레벨에 대해, 정렬된 해시의 세트로부터 제공된 해시를 순서대로 선택하는 단계; 제공된 해시 및 현재 레벨에 대해 계산된 해시를 인덱스에 기초하여 결정된 순서대로 연결하는 단계; 한 레벨 위의 계산된 해시를 찾기 위해 연결을 해싱하는 단계; 인덱스 및 계산된 해시 및 정렬된 해시의 세트로부터의 계산된 해시의 대응하는 제공된 해시의 각각의 쌍으로부터, 트랜잭션이 블록의 마지막 트랜잭션인지를 결정하는 단계; 최상부 레벨에 대한 계산된 해시와 블록에 대한 헤더의 머클 루트를 비교하는 단계; 및 비교 및 결정의 결과를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 수신된 인덱스는 블록 내의 정렬된 트랜잭션의 세트에서 트랜잭션의 위치를 나타내는 위치 인덱스일 수 있다. 일부 예들에서, 방법은 최하부 레벨 위의 각각의 레벨에 대해, 한 레벨 아래의 인덱스에 기초하여 각각의 레벨에 대한 인덱스를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 트랜잭션이 블록의 마지막 트랜잭션이라고 결정하는 단계는, 최상부 레벨에 대한 계산된 해시 이외에, 각각의 계산된 해시가 머클 트리 내의 오른쪽 요소라고 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 트랜잭션이 블록의 마지막 트랜잭션이라고 결정하는 단계는, 임의의 계산된 해시의 쌍에서 왼쪽 요소인 임의의 계산된 해시에 대해, 임의의 계산된 해시의 대응하는 제공된 해시가 계산된 해시와 동일하다고 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 트랜잭션이 블록의 마지막 트랜잭션인지를 결정하는 단계는, 적어도 하나의 계산된 해시가 왼쪽 요소이고 적어도 하나의 계산된 해시의 대응하는 제공된 해시가 적어도 하나의 계산된 해시와 동일하지 않다는 결정에 기초하여, 트랜잭션이 블록의 마지막 트랜잭션이 아니라고 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 방법은, 적어도 하나의 계산된 해시가 오른쪽 요소이고 적어도 하나의 계산된 해시의 대응하는 제공된 해시가 적어도 하나의 계산된 해시와 동일하다는 결정에 기초하여, 인덱스가 무효하다고 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 방법은 트랜잭션에 대한 식별자와 함께 머클 증명 데이터에 대한 요청을 원격 노드에 먼저 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 수신하는 단계는 버전 필드, 인덱스를 포함하는 인덱스 필드, 및 정렬된 해시의 세트를 포함하는 데이터 구조를 포함하는 경로 필드를 포함하는 메시지를 수신하는 단계를 포함한다.
일부 구현에서, 머클 트리의 최하부 레벨에 대한 계산된 해시는 트랜잭션에 대한 트랜잭션 식별자일 수 있다.
일부 구현에서, 인덱스에 기초하여 결정되는 순서는, 계산된 해시가 계산된 해시의 대응하는 제공된 해시와의 계산된 해시의 쌍 내에서 왼쪽 요소인지 또는 오른쪽 요소인지를 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 계산된 해시가 왼쪽 요소인지 또는 오른쪽 요소인지를 결정하는 단계는, 인덱스 모듈러스(modulus) 2에 기초하여 해당 레벨에 대한 인덱스가 짝수인지 또는 홀수인지를 결정하는 것에 기초한다.
일부 구현에서, 정렬된 해시의 세트는, 복제된 해시 값을 포함하는 것 대신에, 복제된 해시를 시그널링하는 신택스 요소를 포함한다.
다른 양상에서, 블록체인 상에서 노드를 구현하는 컴퓨팅 디바이스가 제공될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 메모리, 하나 이상의 프로세서, 및 실행될 때, 프로세서로 하여금 본원에서 설명된 방법 중 하나 이상을 수행하게 하는 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함할 수 있다.
또 다른 양상에서, 프로세서 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공될 수 있고, 프로세서 실행 가능 명령은, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서로 하여금 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 청구된 방법을 수행하게 하는 명령을 포함한다.
본 개시의 다른 예시적인 실시예는 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 검토함으로써 당업자에게 명백할 것이다.
본 출원에서, "및/또는"이라는 용어는 열거된 요소들 중 어느 하나 단독, 임의의 하위 조합 또는 모든 요소를 포함하고, 그리고 반드시 추가 요소를 제외하지 않고서, 열거된 요소의 모든 가능한 조합 및 하위 조합을 커버하도록 의도된다.
본 출원에서 "... 또는... 중 적어도 하나"라는 문구는 열거된 요소 중 어느 하나 단독, 임의의 하위 조합 또는 임의의 추가 요소를 배제하지 않고서 그리고 요소 모두를 반드시 요구하지는 않고서, 열거된 요소 중 임의의 하나 이상을 커버하도록 의도된다.
예시적인 시스템 개요
도 1은 블록체인(150)을 구현하기 위한 예시적인 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 패킷-교환 네트워크(101), 통상적으로 인터넷과 같은 광역 인터네트워크를 포함할 수 있다. 패킷-교환 네트워크(101)는, 패킷-교환 네트워크(101) 내에서 P2P(peer-to-peer) 네트워크(106)를 형성하도록 배열될 수 있는 복수의 블록체인 노드들(104)을 포함한다. 예시되지 않지만, 블록체인 노드(104)는 거의 완전한 그래프로서 배열될 수 있다. 따라서, 각각의 블록체인 노드(104)는 다른 블록체인 노드(104)에 고도로 연결된다.
각각의 블록체인 노드(104)는 피어의 컴퓨터 장비를 포함하며, 노드들(104) 중 상이한 노드들은 상이한 피어들에 속한다. 각각의 블록체인 노드(104)는 하나 이상의 프로세서들, 예컨대, 하나 이상의 CPU(central processing unit)들, 가속기 프로세서들, 애플리케이션 특정 프로세서 및/또는 FPGA(field programmable gate array)들, 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 다른 장비에 의해 구현되는 프로세싱 장치를 포함한다. 각각의 노드는 또한 메모리, 즉 비-일시적 컴퓨터-판독 가능 매체 또는 매체들의 형태의 컴퓨터-판독 가능 저장소를 포함한다. 메모리는 하나 이상의 메모리 매체들, 예컨대, 하드 디스크와 같은 자기 매체; 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 플래시 메모리 또는 EEPROM과 같은 전자 매체; 및/또는 광학 디스크 드라이브와 같은 광학 매체를 사용하는 하나 이상의 메모리 유닛들을 포함할 수 있다.
블록체인(150)은 데이터의 블록들의 체인(151)을 포함하며, 블록체인(150)의 개개의 사본이 분산형 또는 블록체인 네트워크(160)의 복수의 블록체인 노드들 각각에서 유지된다. 위에서 언급된 바와 같이, 블록체인(150)의 사본을 유지하는 것은 반드시 블록체인(150)을 완전히 저장하는 것을 의미하지는 않는다. 대신에, 블록체인(150)은, 각각의 블록체인 노드(150)가 각각의 블록(151)의 블록헤더(아래에 논의됨)를 저장하는 한, 데이터가 프루닝될 수 있다. 체인의 각각의 블록(151)은 하나 이상의 트랜잭션들(152)을 포함하며, 여기서 이 맥락에서 트랜잭션은 일종의 데이터 구조를 지칭한다. 데이터 구조의 성질은 트랜잭션 모델 또는 체계(scheme)의 일부로서 사용되는 트랜잭션 프로토콜의 유형에 의존할 것이다. 주어진 블록체인은 전반에 걸쳐 하나의 특정 트랜잭션 프로토콜을 사용할 것이다. 하나의 공통 유형의 트랜잭션 프로토콜에서, 각각의 트랜잭션(152)의 데이터 구조는 적어도 하나의 입력 및 적어도 하나의 출력을 포함한다. 각각의 출력은 재산으로서 디지털 자산의 금액을 표현하는 금액을 지정하고, 이의 예는 출력이 암호학적으로 잠금된 사용자(103)이다(잠금 해제되고 그리하여 리딤(redeem) 또는 지출되기 위해 해당 사용자의 서명 또는 다른 해를 요구함). 각각의 입력은 선행 트랜잭션(152)의 출력을 뒤로 가리키고, 그리하여 트랜잭션들을 링크한다.
각각의 블록(151)은 또한 블록들(151)에 대한 순차적인 순서를 정의하기 위해 체인에서 이전에 생성된 블록(151)을 뒤로 가리키는 블록 포인터(155)를 포함한다. (코인베이스 트랜잭션 외의) 각각의 트랜잭션(152)은 트랜잭션들의 시퀀스들에 대한 순서를 정의하기 위해 이전 트랜잭션에 대한 역 포인터를 포함한다(트랜잭션들(152)의 시퀀스들은 분기가 허용됨을 주의함). 블록들의 체인(151)은 체인의 최초 블록이었던 제네시스(genesis) 블록(Gb)(153)까지 완전히 거슬러 올라간다. 체인(150) 초반의 하나 이상의 오리지널 트랜잭션들(152)은 선행 트랜잭션이 아닌 제네시스 블록(153)을 가리켰다.
블록체인 노드(104) 각각은 트랜잭션(152)을 다른 블록체인 노드(104)에 포워딩하고 이로써 트랜잭션(152)이 네트워크(106) 전반에 걸쳐 전파되게 하도록 구성된다. 각각의 블록체인 노드(104)는 블록들(151)을 생성하고 동일한 블록체인(150)의 개개의 사본을 그들 개개의 메모리에 저장하도록 구성된다. 각각의 블록체인 노드(104)는 또한 블록(151)으로 통합되기를 대기하는 트랜잭션들(152)의 정렬된 세트(154)를 유지한다. 정렬된 세트(154)는 종종 "멤풀(mempool)"로 지칭된다. 본원에서 이러한 용어는 임의의 특정 블록체인, 프로토콜 또는 모델로 제한되도록 의도되지 않는다. 이것은, 노드(104)가 유효한 것으로 수락하였고 노드(104)가 동일한 출력을 지출하려고 시도하는 임의의 다른 트랜잭션을 수락하지 않도록 해야 되는 트랜잭션의 정렬된 세트를 지칭한다.
주어진 현재 트랜잭션(152j)에서, 그(또는 각각의) 입력은 트랜잭션들의 시퀀스에서 선행 트랜잭션(152i)의 출력을 참조하는 포인터를 포함하여, 그러한 출력이 현재 트랜잭션(152j)에서 "지출"되거나 리딤됨을 지정한다. 일반적으로, 선행 트랜잭션은 정렬된 세트(154) 또는 임의의 블록(151)의 임의의 트랜잭션일 수 있다. 선행 트랜잭션(152i)은 현재 트랜잭션(152j)이 생성되거나 심지어 네트워크(106)로 전송될 때 반드시 존재할 필요는 없지만, 선행 트랜잭션(152i)은 현재 트랜잭션이 유효하기 위해 존재하고 유효성 검증될 필요가 있을 것이다. 따라서 본원에서 "선행(preceding)"이라 함은 포인터들에 의해 링크된 논리적 시퀀스의 선행자를 지칭하며, 반드시 시간적 시퀀스의 전송 또는 생성 시간은 아니고, 따라서 트랜잭션들(152i, 152j)은 순서와 다르게(out-of-order)(고아 트랜잭션들에 대한 아래 논의 참조) 전송되거나 생성되는 것을 반드시 배제하지 않는다. 선행 트랜잭션(152i)은 앞선(antecedent) 트랜잭션 또는 선행자(predecessor) 트랜잭션으로 동등하게 칭해질 수 있다.
현재 트랜잭션(152j)의 입력은 또한 입력 인가(input authorisation), 예컨대, 선행 트랜잭션(152i)의 출력이 잠금된 사용자(103a)의 서명을 포함한다. 차례로, 현재 트랜잭션(152j)의 출력은 새로운 사용자 또는 엔티티(103b)에 대해 암호학적으로 잠금될 수 있다. 따라서 현재 트랜잭션(152j)은 선행 트랜잭션(152i)의 입력에서 정의된 금액을 현재 트랜잭션(152j)의 출력에서 정의된 바와 같은 새로운 사용자 또는 엔티티(103b)에게 전달할 수 있다. 일부 경우들에서 트랜잭션(152)은 다수의 사용자들 또는 엔티티들(이들 중 하나는 잔돈(change)을 주기 위해 오리지널 사용자(103a)일 수 있음) 사이에서 입력 금액을 분할하기 위해 다수의 출력들을 가질 수 있다. 일부 경우에서 트랜잭션은 또한 하나 이상의 선행 트랜잭션들의 다수의 출력들로부터 금액들을 수집하고 현재 트랜잭션의 하나 이상의 출력들에 재분배하기 위해 다수의 입력들을 가질 수 있다.
비트코인과 같은 출력-기반 트랜잭션 프로토콜에 따라, 엔티티, 이를테면, 사용자 또는 머신이 새로운 트랜잭션(152j)을 규정하기를 원할 때, 엔티티는 새로운 트랜잭션을 자신의 컴퓨터 단말(102)로부터 수신자에게 전송한다. 엔티티 또는 수신자는 결국 이러한 트랜잭션을 네트워크(106)의 블록체인 노드(104) 중 하나 이상(이는 오늘날 전형적으로 서버 또는 데이터 센터이지만, 원칙적으로 다른 사용자 단말일 수 있음)에 전송할 수 있다. 또한, 새로운 트랜잭션(152j)을 규정하는 엔티티(103)가 일부 예들에서 수신자가 아니라 블록체인 노드(104) 중 하나 이상에 전송할 수 있다는 것이 배제되지 않는다. 트랜잭션을 수신하는 블록체인 노드(104)는, 블록체인 노드들(104) 각각에 적용되는 블록체인 노드 프로토콜에 따라 트랜잭션이 유효한지를 체크한다. 블록체인 노드 프로토콜은 통상적으로 블록체인 노드(104)가 새로운 트랜잭션(152j)의 암호화 서명이 예상되는 서명과 일치되는지를 체크하도록 요구하며, 이는 트랜잭션들(152)의 정렬된 시퀀스에서 이전 트랜잭션(152i)에 의존한다. 이러한 출력-기반 트랜잭션 프로토콜에서, 이는 새로운 트랜잭션(152j)의 입력에 포함된 엔티티(103)의 암호화 서명 또는 다른 인가가 새로운 트랜잭션이 할당하는 선행 트랜잭션(152i)의 출력에 정의된 조건과 일치된다는 것을 체크하는 것을 포함하며, 여기에서 이 조건은 통상적으로 적어도 새로운 트랜잭션(152j)의 입력의 암호화 서명 또는 다른 인가가 새로운 트랜잭션의 입력이 링크된 이전 트랜잭션(152i)의 출력을 잠금 해제한다는 것을 체크하는 것을 포함한다. 조건은 선행 트랜잭션(152i)의 출력에 포함된 스크립트에 의해 적어도 부분적으로 정의될 수 있다. 대안적으로, 이는 단순히 블록체인 노드 프로토콜만으로 고정될 수 있거나, 이는 이들의 조합으로 인한 것일 수 있다. 어느 쪽이든, 새로운 트랜잭션(152j)이 유효한 경우, 블록체인 노드(104)는 이를 블록체인 네트워크(106)의 하나 이상의 다른 블록체인 노드들(104)에 포워딩한다. 이러한 다른 블록체인 노드들(104)은 동일한 블록체인 프로토콜에 따라 동일한 테스트를 적용하고, 이에 따라 새로운 트랜잭션(152j)을 하나 이상의 추가 노드들(104)로 포워딩하는 식이다. 이러한 방식으로, 새로운 트랜잭션은 블록체인 노드들(104)의 네트워크 전반에 걸쳐 전파된다.
출력-기반 모델에서, 주어진 출력(예컨대, UTXO)이 할당되는지 여부에 대한 정의는 그것이 블록체인 노드 프로토콜에 따라 다른 전방 트랜잭션(152j)의 입력에 의해 유효하게 리딤되었는지의 여부이다. 트랜잭션이 유효하기 위한 다른 조건은, 할당 또는 리딤을 시도하는 선행 트랜잭션(152i)의 출력이 다른 트랜잭션에 의해 이미 할당/리딤되지 않았다는 것이다. 재차, 유효하지 않은 경우, 트랜잭션(152j)은 (무효한 것으로 플래깅되고 경고를 위해 전파되지 않는 한) 블록체인(150)에 기록되거나 전파되지 않을 것이다. 이는 거래자가 동일한 트랜잭션의 출력을 한번 초과로 할당하고자 시도하는 이중-지출을 경계한다. 반면, 계정-기반 모델은 계정 잔액을 유지함으로써 이중-지출을 경계한다. 재차, 트랜잭션들의 정의된 순서가 존재하기 때문에, 계정 잔액은 임의의 한 시간에 단일의 정의된 상태를 갖는다.
트랜잭션을 유효성 검증하는 것에 추가하여, 블록체인 노드들(104) 은 또한 채굴로서 공통적으로 지칭되는 프로세스에서 트랜잭션들의 블록들을 최초로 생성하기 위해 경쟁하며, 이는 "작업 증명"에 의해 지원된다. 블록체인 노드(104)에서, 유효한 트랜잭션들의 정렬된 세트(154)에, 블록체인(150)에 기록된 블록(151)에 아직 나타나지 않은 새로운 트랜잭션들이 추가된다. 그 후, 블록체인 노드들은 암호화 퍼즐을 해결하도록 시도함으로써 트랜잭션들의 정렬된 세트(154)로부터 트랜잭션들(152)의 새로운 유효한 블록(151)을 조립하기 위해 경쟁한다. 통상적으로 이는 "논스(nonce)"가 트랜잭션들의 정렬된 세트(154)의 표현과 연접되고(concatenated) 해싱될 때, 해시의 출력이 미리 결정된 조건을 충족시키도록 논스 값을 검색하는 것을 포함한다. 예컨대, 미리 결정된 조건은 해시의 출력이 미리 정의된 특정 수의 선행 0들을 갖는 것일 수 있다. 이것은 단지 하나의 특정 유형의 작업 증명 퍼즐이고, 다른 유형이 배제되지 않는다는 것이 유의된다. 해시 함수의 특성은 해시 함수가 그의 입력에 대해 예측 불가능한 출력을 갖는다는 것이다. 따라서, 이 검색은 무차별 대입(brute force)에 의해서만 수행될 수 있고, 이에 따라 퍼즐을 해결하고자 하는 각각의 블록체인 노드(104)에서 상당한 양의 프로세싱 리소를 소비한다.
퍼즐을 해결하고자 하는 제1 블록체인 노드(104)는 이를 네트워크(106)에 발표하고, 그 해(solution)를 증명으로서 제공하며, 이는 그 후 네트워크의 다른 블록체인 노드(104)들에 의해 쉽게 체크될 수 있다(해시에 대한 해가 주어지면, 그 해가 해시의 출력으로 하여금 조건을 충족시키게 한다는 것을 체크하는 것은 간단함). 제1 블록체인 노드(104)는, 블록을 수락하고 따라서 프로토콜 규칙을 시행하는 임계 합의의 다른 노드에 블록을 전파시킨다. 그런 다음, 트랜잭션의 정렬된 세트(154)는 블록체인 노드(104) 각각에 의해 블록체인에 새로운 블록(151)으로서 기록되게 된다. 블록 포인터(155)가 또한 체인에서 이전에 생성된 블록(151n-1)을 뒤로 가리키는 새로운 블록(151n)에 할당된다. 작업 증명 해를, 예컨대, 해시 형태로 생성하는 데 요구되는 상당한 양의 노력은 블록체인 프로토콜의 규칙을 따르게 하기 위한 제1 노드(104)의 의도를 시그널링한다. 이러한 규칙은, 동일한 출력을 이전에 유효성 검증된 트랜잭션으로서 할당하면(이는 달리 이중 지출로 알려짐), 트랜잭션을 유효한 것으로 수락하지 않는 것을 포함한다. 일단 생성되면, 블록(151)은 수정될 수 없는데, 그 이유는 그것이 블록 네트워크(106)의 저장 노드들(104) 각각에서 인식 및 유지되기 때문이다. 블록 포인터(155)는 또한 블록들(151)에 순차적인 순서를 부과한다. 트랜잭션들(152)이 네트워크(106)의 각각의 블록체인 노드(104)에서 정렬된 블록들에 기록되기 때문에, 이는 이에 따라, 트랜잭션들의 변경 불가능한 공개 원장을 제공한다.
임의의 주어진 시간에 퍼즐을 풀기 위해 경쟁하는 상이한 블록체인 노드들(104)은, 그들이 트랜잭션이 수신된 순서 또는 해의 검색을 시작한 시기에 의존하여, 임의의 주어진 시간에 아직 공개되지 않은 트랜잭션의 정렬된 세트(154)의 상이한 스냅샷들에 기초하여 퍼즐을 해결한다는 것이 유의된다. 그들 개개의 퍼즐을 먼저 푸는 사람은, 어떤 트랜잭션들(152)이 어떤 순서로 다음의 새로운 블록(151n)에 포함되는지를 정의하고 공개되지 않은 트랜잭션들의 현재 세트(154)는 업데이트된다. 그 후, 블록체인 노드들(104)은 새롭게 정의된 미해결의 공개되지 않은 트랜잭션의 정렬된 세트(154)로부터 블록을 생성하기 위해 계속 경쟁하며, 이와 같이 계속된다. 발생할 수 있는 임의의 "포크(fork)" ― 이는 2개의 블록체인 노드들(104)이 서로 매우 짧은 시간 내에 그의 퍼즐을 풀어서, 블록체인에 대한 상충되는 뷰(view)가 노드들(104) 사이에 전파되는 경우임 ― 를 해결하기 위한 프로토콜이 또한 존재한다. 요컨대, 가장 길게 성장하는 포크의 갈래가 확정적인 블록체인(150)이 된다. 동일한 트랜잭션이 포크 둘 모두에서 나타날 것이기 때문에, 이는 네트워크의 사용자 또는 에이전트에 영향을 미치지 않아야 한다는 것이 유의된다.
비트코인 블록체인(및 대부분의 다른 블록체인)에 따라, 새로운 블록(104)을 성공적으로 구성한 노드에는, 디지털 자산의 수락된 금액을 새로운 특별한 종류의 트랜잭션에 할당하는 능력이 수여되고, 트랜잭션은 (하나의 에이전트 또는 사용자에서 다른 에이전트 또는 사용자로 디지털 자산의 금액을 이전하는 에이전트간 트랜잭션 또는 사용자간 트랜잭션과 대조적으로) 디지털 자산의 정의된 수량을 분배한다. 이 특별한 유형의 트랜잭션을 일반적으로 "코인베이스 트랜잭션"으로 지칭되지만, 또한 "개시 트랜잭션"으로 칭해질 수 있다. 이것은 일반적으로 새로운 블록(151n)의 제1 트랜잭션을 형성한다. 작업 증명은, 이 특별한 트랜잭션이 나중에 리딤되는 것을 허용하는 프로토콜 규칙을 따르도록 새로운 블록을 구성하는 노드의 의도를 시그널링한다. 블록체인 프로토콜 규칙은, 이 특별 트랜잭션이 리딤되기 전에, 만기 기간, 예컨대, 100개의 블록을 요구할 수 있다. 종종 일반(비-생성) 트랜잭션(152)은 또한, 해당 트랜잭션이 공개된 블록(151n)을 생성한 블록체인 노드(104)를 추가로 보상하기 위해, 그의 출력들 중 하나에 부가적인 트랜잭션 수수료를 지정할 것이다. 이러한 수수료는 정상적으로 "트랜잭션 수수료"로 지칭되고, 아래에 논의된다.
트랜잭션 유효성 검증 및 공개에 수반되는 리소스로 인해, 통상적으로 적어도 블록체인 노드들(104) 각각은 하나 이상의 물리적 서버 유닛들, 또는 심지어 전체 데이터 센터를 포함하는 서버의 형태를 취한다. 그러나, 원칙적으로, 임의의 주어진 블록체인 노드(104)는 사용자 단말 또는 함께 네트워킹된 사용자 단말들의 그룹의 형태를 취할 수 있다.
각각의 블록체인 노드(104)의 메모리는 블록체인 노드 프로토콜에 따라 각자의 역할 또는 역할들을 수행하고 트랜잭션들(152)을 처리하기 위해 블록체인 노드(104)의 프로세싱 장치 상에서 실행되도록 구성된 소프트웨어를 저장한다. 본원에서 블록체인 노드(104)에 기인한 임의의 동작은 각자의 컴퓨터 장비의 프로세싱 장치 상에서 실행되는 소프트웨어에 의해 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 노드 소프트웨어는 애플리케이션 계층, 운영 시스템 계층 또는 프로토콜 계층과 같은 하위 계층, 또는 이들의 임의의 조합에서 하나 이상의 애플리케이션들에서 구현될 수 있다.
또한 네트워크(101)에는 소비 사용자들의 역할을 하는 복수의 당사자들(103) 각각의 컴퓨터 장비(102)가 연결되어 있다. 이러한 사용자는 블록체인 네트워크와 상호작용할 수 있지만, 트랜잭션 및 블록의 유효성 검증, 구성 또는 전파에 참여하지 않는다. 이러한 사용자 또는 에이전트(103) 중 일부는 트랜잭션에서 전송자 및 수신자의 역할을 할 수 있다. 다른 사용자는, 반드시 전송자 또는 수신자의 역할을 하지 않고도, 블록체인(150)과 상호작용할 수 있다. 예컨대, 일부 당사자는 블록체인(150)의 사본을 저장하는(예컨대, 블록체인 노드(104)로부터 블록체인의 사본을 획득한) 저장 엔티티의 역할을 할 수 있다.
당사자(103) 중 일부 또는 전부는 상이한 네트워크, 예컨대, 블록체인 네트워크(106)의 최상부에 오버레이된 네트워크의 일부로서 연결될 수 있다. 블록체인 네트워크의 사용자(종종 "클라이언트"로 지칭됨)는 블록체인 네트워크를 포함하는 시스템의 일부라고 할 수 있지만, 이러한 사용자는 블록체인 노드에서 요구되는 역할을 수행하지 않기 때문에 블록체인 노드(104)가 아니다. 대신에, 각각의 당사자(103)는 블록체인 네트워크(106)와 상호작용하고 이로써 블록체인 노드(106)에 연결(즉, 통신)함으로써 블록체인(150)을 활용할 수 있다. 제1 당사자(103a) 및 그/그녀의 개개의 컴퓨터 장비(102a) 및 제2 당사자(103b) 및 그/그녀의 개개의 컴퓨터 장비(102b)인 두 당사자들(103) 및 이들의 개개의 장비(102)가 예시 목적으로 도시된다. 훨씬 더 많은 이러한 당사자들(103) 및 이들의 개개의 컴퓨터 장비(102)가 존재하고 시스템(100)에 참여할 수 있지만, 편의상 그것들은 예시되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 각각의 당사자(103)는 개인 또는 조직일 수 있다. 순전히 예시로서, 제1 당사자(103a)는 본원에서 앨리스(Alice)로 지칭되고 제2 당사자(103b)는 밥(Bob)으로 지칭되지만, 이것이 제한적이지 않고 본원에서 앨리스 또는 밥에 대한 임의의 참조는 각각 "제1 당사자" 및 "제2 당사자"로 대체될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
각각의 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102)는 하나 이상의 프로세서들, 예컨대, 하나 이상의 CPU들, GPU들, 다른 가속기 프로세서들, 애플리케이션 특정 프로세서들 및/또는 FPGA들을 포함하는 개개의 프로세싱 장치를 포함한다. 각각의 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102)는 메모리, 즉 비-일시적 컴퓨터-판독 가능 매체 또는 매체들의 형태의 컴퓨터-판독 가능 저장소를 더 포함한다. 이 메모리는 하나 이상의 메모리 매체들, 예컨대, 하드 디스크와 같은 자기 매체; 솔리드 스테이트 SSD, 플래시 메모리 또는 EEPROM과 같은 전자 매체; 및/또는 광학 디스크 드라이브와 같은 광학 매체를 사용하는 하나 이상의 메모리 유닛들을 포함할 수 있다. 각각의 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102) 상의 메모리는 프로세싱 장치 상에서 실행되도록 배열된 적어도 하나의 클라이언트 애플리케이션(105)의 개개의 인스턴스와 같은 소프트웨어를 저장한다. 본원에서 주어진 당사자(103)에 기인한 임의의 동작은 개개의 컴퓨터 장비(102)의 프로세싱 장치 상에서 실행되는 소프트웨어를 사용하여 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 각각의 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102)는 적어도 하나 사용자 단말, 예컨대, 데스크 톱 또는 랩톱 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰, 또는 스마트워치와 같은 웨어러블 디바이스를 포함한다. 주어진 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102)는 또한 사용자 단말을 통해 액세스되는 클라우드 컴퓨팅 리소스들과 같은 하나 이상의 다른 네트워킹된 리소스들을 포함할 수 있다.
예컨대, 서버로부터 다운로드되거나, 또는 이동식 저장 디바이스 이를테면, 이동식 SSD, 플래시 메모리 키, 이동식 EEPROM, 이동식 자기 디스크 드라이브, 자기 플로피 디스크 또는 테이프, 광학 디스크 이를테면, CD 또는 DVD ROM 또는 이동식 광학 드라이브 등 상에서 제공되는 클라이언트 애플리케이션(105)은 적절한 컴퓨터-판독 가능 저장 매체 또는 매체들 상에서 임의의 주어진 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102)에 초기에 제공될 수 있다.
클라이언트 애플리케이션(105)은 적어도 "지갑" 기능을 포함한다. 이는 2개의 메인 기능성들을 갖는다. 이들 중 하나는, 개개의 당사자(103)가 트랜잭션들(152)을 생성, 인가(예컨대, 서명)하여 하나 이상의 비트코인 노드들(104)에 전송하여, 그런 다음 블록체인 노드들(104)의 네트워크 전반에 걸쳐 전파되고 그리하여 블록체인(150)에 포함되는 것을 가능하게 하는 것이다. 남은 하나는 개개의 당사자에게 자신이 현재 소유하고 있는 디지털 자산의 금액을 다시 보고하는 것이다. 출력-기반 시스템에서, 이 제2 기능성은 블록체인(150) 전반에 걸쳐 흩어져 있는 해당 당사자에 속하는 다양한 트랜잭션들(152)의 출력들에서 정의된 금액들을 대조하는 것을 포함한다.
다양한 클라이언트 기능이 주어진 클라이언트 애플리케이션(105)에 통합되는 것으로 설명될 수 있지만, 이것은 반드시 제한적인 것은 아니며, 대신에 본원에서 설명된 임의의 클라이언트 기능은 2개 이상의 별개의 애플리케이션들이 한 조로 구현될 수 있는데, 예컨대, API를 통해 인터페이싱하거나 또는 하나가 다른 것에 플러그 인될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 더 일반적으로, 클라이언트 기능은 애플리케이션 계층, 또는 운영 시스템과 같은 하위 계층, 또는 이들의 임의의 조합에서 구현될 수 있다. 다음은 클라이언트 애플리케이션(105)의 관점에서 설명될 것이지만, 이것이 제한적이지 않다는 것이 인지될 것이다.
각각의 컴퓨터 장비(102) 상의 클라이언트 애플리케이션 또는 소프트웨어(105)의 인스턴스는 네트워크(106)의 블록체인 노드들(104) 중 적어도 하나에 동작 가능하게 커플링된다. 이는 클라이언트(105)의 지갑 기능이 트랜잭션들(152)을 네트워크(106)로 전송하는 것을 가능하게 한다. 클라이언트(105)는 또한 개개의 당사자(103)가 수신자인 임의의 트랜잭션들에 대해 블록체인(150)에 질의하기 위해(또는 실시예들에서, 블록체인(150)은 그의 공개 가시성을 통해 부분적으로 트랜잭션들의 신뢰를 제공하는 공공 시설(public facility)이므로, 실제로 블록체인(150)에서 다른 당사자들의 트랜잭션을 검사하기 위해) 블록체인 노드들(104)에 접촉할 수 있다. 각각의 컴퓨터 장비(102) 상의 지갑 기능은 트랜잭션 프로토콜에 따라 트랜잭션들(152)을 공식화(formulate) 하고 전송하도록 구성된다. 위에서 제시된 바와 같이, 각각의 블록체인 노드(104)는 블록체인 노드 프로토콜에 따라 트랜잭션(152)을 유효성 검증하고, 그리고 트랜잭션(152)을 블록체인 네트워크(106) 전반에 걸쳐 전파시키기 위해 트랜잭션(152)을 포워딩하도록 구성된 소프트웨어를 실행한다. 트랜잭션 프로토콜 및 노드 프로토콜은 서로 대응하며, 주어진 트랜잭션 프로토콜은 주어진 트랜잭션 모델을 함께 구현하도록 주어진 노드 프로토콜을 따른다. 블록체인(150)의 모든 트랜잭션(152)에 동일한 트랜잭션 프로토콜이 사용된다. 네트워크(106)의 모든 노드들(104)에 의해 동일한 트랜잭션 프로토콜이 사용된다.
주어진 당사자(103), 이를테면, 앨리스가 블록체인(150)에 포함될 새로운 트랜잭션(152j)을 전송하기를 원할 때, 그녀는 (자신의 클라이언트 애플리케이션(105)의 지갑 기능을 사용하여) 관련 트랜잭션 프로토콜에 따라 새로운 트랜잭션을 공식화한다. 그 후, 그녀는 클라이언트 애플리케이션(105)으로부터 그녀가 연결되는 하나 이상의 블록체인 노드들(104)에 트랜잭션(152)을 전송한다. 예컨대, 이는 앨리스의 컴퓨터(102)에 가장 잘 연결된 블록체인 노드(104)일 수 있다. 임의의 주어진 블록체인 노드(104)가 새로운 트랜잭션(152j)을 수신할 때, 주어진 노드는 블록체인 노드 프로토콜 및 각자의 역할에 따라 이를 처리한다. 이는 새롭게 수신된 트랜잭션(152j)이 "유효"하기 위한 특정 조건을 충족시키는지를 먼저 체크하는 것을 포함할 수 있고, 그의 예들은 곧 보다 자세히 논의될 것이다. 일부 트랜잭션 프로토콜들에서, 유효성 검증을 위한 조건은 트랜잭션들(152)에 포함된 스크립트들에 의해 트랜잭션 단위로 구성 가능할 수 있다. 대안적으로, 조건은 단순히 노드 프로토콜의 내장 피처이거나, 스크립트 및 노드 프로토콜의 조합으로 정의될 수 있다.
새롭게 수신된 트랜잭션(152j)이 유효한 것으로 간주되기 때문에 테스트를 통과한다는 것을 조건으로(즉, 그것이 "유효성 검증"된다는 조건으로), 트랜잭션(152j)을 수신하는 임의의 블록체인 노드(104)는 새로운 유효성 검증된 트랜잭션(152)을 해당 블록체인 노드(104)에서 유지되는 트랜잭션의 정렬된 세트(154)에 추가할 것이다. 또한, 트랜잭션(152j)을 수신하는 임의의 블록체인 노드(104)는 유효성 검증된 트랜잭션(152)을 네트워크(106)의 하나 이상의 다른 블록체인 노드들(104)로 전방으로 전파시킬 것이다. 각각의 블록체인 노드(104)가 동일한 프로토콜을 적용하기 때문에, 트랜잭션(152j)이 유효하다고 가정하면, 이는 그것이 곧 전체 네트워크(106)에 걸쳐 전파될 것임을 의미한다.
일단 주어진 블록체인 노드(104)에서 유지되는 트랜잭션의 정렬된 세트(154)에 승인되면, 해당 블록체인 노드(104)는 새로운 트랜잭션(152)을 포함하는 그들 개개의 트랜잭션의 정렬된 세트(154)의 최신 버전에 대한 작업 증명 퍼즐을 풀기 위해 경쟁하기 시작할 것이고(다른 블록체인 노드(104)가 트랜잭션의 상이한 정렬된 세트(154)에 기초하여 퍼즐을 풀려고 시도할 수 있지만 먼저 달성한 사람이 최신 블록(151)에 포함된 트랜잭션의 정렬된 세트를 정의할 것임이 상기됨), 결국, 블록체인 노드(104)는 앨리스의 트랜잭션(152j)을 포함하는 정렬된 세트(154)의 일부에 대한 퍼즐을 풀 것이다. 새로운 트랜잭션(152j)을 포함하는 정렬된 세트(154)에 대한 작업 증명이 완료되면, 이는 변경 불가능하게 블록체인(150)의 블록들(151) 중 하나의 부분이 된다. 각각의 트랜잭션(152)은 이전 트랜잭션에 대한 역 포인터를 포함하여서, 트랜잭션들의 순서가 또한 변경 불가능하게 기록된다.
상이한 블록체인 노드들(104)은 우선 주어진 트랜잭션의 상이한 인스턴스들을 수신하고, 따라서 하나의 인스턴스가 새로운 블록(151)에 공개되기 전에 어떤 인스턴스가 유효한지에 대한 충돌하는 뷰들을 가질 수 있고, 이 지점에서 모든 블록체인 노드들(104)은 공개된 인스턴스가 유일한 유효 인스턴스라고 동의한다. 블록체인 노드(104)가 하나의 인스턴스를 유효한 것으로 수락하고, 그 후 제2 인스턴스가 블록체인(150)에 기록되었다는 것을 발견하면, 해당 블록체인 노드(104)는 이것을 수락해야 하고, 자신이 초기에 수락한 인스턴스(즉, 블록(151)에 공개되지 않은 것)를 폐기(즉, 무효한 것으로 처리)할 것이다.
일부 블록체인 네트워크들에 의해 운영되는 대안적인 유형의 트랜잭션 프로토콜은 계정-기반 트랜잭션 모델의 일부로서 "계정-기반" 프로토콜로서 지칭될 수 있다. 계정-기반의 경우에, 각각의 트랜잭션은 과거 트랜잭션들의 시퀀스에서 선행 트랜잭션의 UTXO를 뒤로 참조하기 보다는, 절대 계정 잔액을 참조함으로써 전달될 금액을 정의한다. 모든 계정들의 현재 상태는 블록체인과 별개로 해당 네트워크의 노드들에 의해 저장되며 지속적으로 업데이트된다. 이러한 시스템에서, 트랜잭션들은 (또한 "포지션"이라 불리는) 계정의 실행 중인 트랜잭션 총계를 사용하여 정렬된다. 이 값은 그의 암호화 서명의 일부로 발신인에 의해 서명되고 트랜잭션 참조 계산의 부분으로서 해싱된다. 게다가, 선택적 데이터 필드가 또한 트랜잭션에 서명할 수 있다. 이 데이터 필드는 예컨대, 이전 트랜잭션 ID가 데이터 필드에 포함된 경우 이전 트랜잭션을 뒤로 가리킬 수 있다.
UTXO-기반 모델
도 2는 예시적인 트랜잭션 프로토콜을 예시한다. 이는 UTXO-기반 프로토콜의 예이다. 트랜잭션(152)(약칭 "Tx")은 블록체인(150)의 기본 데이터 구조이다(각각의 블록(151)은 하나 이상의 트랜잭션들(152)을 포함함). 다음은 출력-기반 또는 "UTXO" 기반 프로토콜을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 이것은 모든 가능한 실시예들로 제한되지 않는다. 예시적인 UTXO-기반 프로토콜이 비트코인을 참조하여 설명되지만, 이것은 다른 예시적인 블록체인 네트워크 상에서 동일하게 구현될 수 있다는 것이 유의된다.
UTXO-기반 모델에서, 각각의 트랜잭션("Tx")(152)은 하나 이상의 입력들(202) 및 하나 이상의 출력들(203)을 갖는 데이터 구조이다. 각각의 출력(203)은 (UTXO가 아직 리딤되지 않은 경우) 다른 새로운 트랜잭션의 입력(202)에 대한 소스로서 사용될 수 있는 미지출 트랜잭션 출력(unspent transaction output; UTXO)을 포함할 수 있다. UTXO는 디지털 자산의 금액을 지정하는 값을 포함한다. 이것은 분산형 원장 상의 설정된 토큰의 수를 나타낸다. UTXO는 또한 다른 정보 중에서, 그것이 발생한 트랜잭션의 트랜잭션 ID를 포함할 수 있다. 트랜잭션 데이터 구조는 또한 입력 필드(들)(202) 및 출력 필드(들)(203)의 크기의 표시자를 포함할 수 있는 헤더(201)를 포함할 수 있다. 헤더(201)는 또한 트랜잭션의 ID를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 트랜잭션 ID는 (트랜잭션 ID 자체는 제외한) 트랜잭션 데이터의 해시이고 노드들(104)에 제출된 원시 트랜잭션(152)의 헤더(201)에 저장된다.
앨리스(103a)가 해당 디지털 자산의 금액을 밥(103b)에게 전달하는 트랜잭션(152j)을 생성하기를 원한다고 하자. 도 2에서 앨리스의 새로운 트랜잭션(152j)은 "Tx1"로서 라벨링된다. 이는 시퀀스의 선행 트랜잭션(152i)의 출력(203)에서 앨리스에게 잠금된 디지털 자산의 금액을 취하고, 이 중 적어도 일부를 밥에게 전달한다. 선행 트랜잭션(152i)은 도 2에서 "Tx0"로 라벨링된다. Tx0 및 Tx1은 임의의 라벨일 뿐이다. 이들은, Tx0이 블록체인(151)의 최초 트랜잭션이거나, Tx1이 풀(154)에서 바로 다음 트랜잭션이라는 것을 반드시 의미하지는 않는다. Tx1은 앨리스에게 잠금된 미지출 출력(203)을 여전히 갖는 임의의 선행(즉, 앞선) 트랜잭션을 뒤로 가리킬 수 있다.
선행 트랜잭션 Tx0은 앨리스가 자신의 새로운 트랜잭션 Tx1을 생성할 때, 또는 적어도 그녀가 그것을 네트워크(106)에 전송할 때까지 이미 유효성 검증되고 블록체인(150)의 블록(151)에 포함되었을 수 있다. 이는 그 시간에 이미 블록들(151) 중 하나에 포함되었거나, 정렬된 세트(154)에서 여전히 대기 중일 수 있으며, 이 경우에 곧 새로운 블록(151)에 포함될 것이다. 대안적으로 Tx0 및 Tx1이 생성되고 네트워크(106)에 함께 전송될 수 있거나 또는 노드 프로토콜이 "고아" 트랜잭션들을 버퍼링하도록 허용하는 경우 Tx0은 Tx1 이후에도 전송될 수 있다. 트랜잭션들의 시퀀스의 맥락에서 본원에서 사용된 바와 같은 "선행" 및 "후속"이라는 용어들은 (트랜잭션이 다른 트랜잭션을 뒤로 가리키고, 이와 같이 계속되는) 트랜잭션들에서 지정된 트랜잭션 포인터들에 의해 정의된 바와 같은 시퀀스에서의 트랜잭션들의 순서를 지칭한다. 이들은 "선행자(predecessor)" 및 "후행자(successor)", 또는 "앞선(antecedent)"과 "후위의(descendant)", "부모" 및 "자식" 등으로 동등하게 대체될 수 있다. 이는 그것들이 생성되고, 네트워크(106)로 전송되거나, 임의의 주어진 블록체인 노드(104)에 도달하는 순서를 반드시 의미하지는 않는다. 그럼에도 불구하고, 선행 트랜잭션(앞선 트랜잭션 또는 "부모")을 가리키는 후속 트랜잭션(후위의 트랜잭션 또는 "자식")은 부모 트랜잭션이 유효성 검증될 때까지 그리고 유효성 검증되지 않는 한 유효성 검증되지 않을 것이다. 그의 부모 이전에 블록체인 노드(104)에 도달하는 자식은 고아로 간주된다. 이는 노드 프로토콜 및/또는 노드 거동에 의존하여 부모를 대기하기 위해 특정 시간 동안 버퍼링되거나 폐기될 수 있다.
선행 트랜잭션(Tx0)의 하나 이상의 출력들(203) 중 하나는, 본원에서 UTXO0으로서 라벨링되는 특정 UTXO이다. 각각의 UTXO는 UTXO에 의해 표현되는 디지털 자산의 금액을 지정하는 값 및 후속 트랜잭션이 유효성 검증되고 따라서 UTXO가 성공적으로 리딤되기 위하여 후속 트랜잭션의 입력(202)에서 잠금 해제 스크립트에 의해 만족되어야 하는 조건을 정의하는 잠금 스크립트를 포함한다. 통상적으로, 잠금 스크립트는 특정 당사자(그것이 포함된 트랜잭션의 수혜자)에게로 금액을 잠근다. 즉, 잠금 스크립트는, 통상적으로 후속 트랜잭션의 입력의 잠금 해제 스크립트가 선행 트랜잭션이 잠겨 있는 당사자의 암호화 서명을 포함하는 조건을 포함하는 잠금 해제 조건을 정의한다.
잠금 스크립트(일명 scriptPubKey)는 노드 프로토콜에 의해 인식되는 도메인 특정 언어로 작성된 코드 조각이다. 이러한 언어의 특정 예는, 블록체인 네트워크에 의해 사용되는 "스크립트(Script)"(대문자 S)라 불린다. 잠금 스크립트는 트랜잭션 출력(203)을 지출하는 데 어떤 정보가 필요한지, 예컨대, 앨리스의 서명 요건을 지정한다. 잠금 해제 스크립트들은 트랜잭션들의 출력에서 나타난다. 잠금 해제 스크립트(일명 scriptSig)는 잠금 스크립트 기준들을 충족시키는 데 필요한 정보를 제공하는 도메인 특정 언어로 작성된 코드 조각이다. 예컨대, 이는 밥의 서명을 포함할 수 있다. 잠금 해제 스크립트들은 트랜잭션들의 입력(202)에 나타난다.
따라서, 예시된 예에서, Tx0의 출력(203)의 UTXO0은 UTXO0가 리딤되기 위해(엄밀히, UTXO0을 리딤하고자 시도하는 후속 트랜잭션이 유효하기 위해) 앨리스의 서명 Sig PA를 요구하는 잠금 스크립트 [Checksig PA]를 포함한다. [Checksig PA]는 앨리스의 공개-개인 키 쌍으로부터의 공개 키 PA의 표현(즉, 해시)을 포함한다. Tx1의 입력(202)은 (예컨대, 일부 실시예에서, 전체 트랜잭션 Tx0의 해시인 그의 트랜잭션 ID인 TxID0에 의해) Tx1을 뒤로 가리키는 포인터를 포함한다. Tx1의 입력(202)은 Tx0 내에서 UTXO0을 식별하는 인덱스를 포함하여 Tx0의 임의의 다른 가능한 출력들 사이에서 그것을 식별한다. Tx1의 입력(202)은 앨리스의 암호화 서명을 갖는 잠금 해제 스크립트 <Sig PA>를 더 포함하며, 이는 앨리스가 키 쌍으로부터 자신의 개인 키를 데이터의 미리 정의된 부분(때로는 암호화에서 "메시지"라 불림)에 적용함으로써 생성된다. 유효한 서명을 제공하기 위해 앨리스에 의해 서명될 필요가 있는 데이터(또는 "메시지")는 잠금 스크립트, 노드 프로토콜 또는 이들의 조합에 의해 정의될 수 있다.
새로운 트랜잭션 Tx1이 블록체인 노드(104)에 도달할 때, 노드는 노드 프로토콜을 적용한다. 이는 잠금 해제 스크립트가 잠금 스크립트에 정의된 조건(이 조건은 하나 이상의 기준들을 포함할 수 있음)을 충족시키는지를 체크하기 위해 잠금 스크립트 및 잠금 해제 스크립트를 함께 실행하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이는 2개의 스크립트들을 연결하는 것을 수반할 수 있다.
<Sig PA> < PA> || [Checksig PA]
여기에서 "||"는 연결을 표현하고 "<...>"는 스택 상에 데이터를 배치하는 것을 의미하고, "[…]"는 잠금 스크립트(이 예에서, 스택-기반 언어)에 의해 수행되는 함수이다. 동등하게, 스크립트들을 연결하는 대신, 스크립트들은 공통 스택을 사용하여 차례로 실행될 수 있다. 어느 쪽이든, 함께 실행될 때, 스크립트들은 Tx0의 출력의 잠금 스크립트에 포함된 바와 같은 앨리스의 공개 키 PA를 사용하여, Tx1의 입력의 잠금 해제 스크립트가 데이터의 예상되는 부분에 서명하는 앨리스의 서명을 포함한다는 것을 인증한다. 이 인증을 수행하기 위하여 데이터의 예상되는 부분 자체("메시지")가 또한 포함될 필요가 있다. 실시예들에서, 서명된 데이터는 Tx1 전체를 포함한다(이에 따라, 평문으로 데이터의 서명된 부분을 지정하는 별개의 요소가 포함될 필요가 없는데, 그 이유는 이것이 이미 본질적으로 존재하기 때문임).
공개-개인 암호화에 의한 인증의 세부사항들은 당업자에게 친숙할 것이다. 기본적으로, 앨리스가 자신의 개인 키를 사용하여 메시지에 서명한 경우, 앨리스의 공개 키 및 평문의 메시지를 감안하여, 노드(104)와 같은 다른 엔티티는 메시지가 앨리스에 의해 서명된 것임이 틀림없다는 것을 인증할 수 있다. 서명은 통상적으로 메시지를 해싱하는 것, 해시에 서명하는 것, 그리고 이를 서명으로서 메시지에 태깅하고, 이에 따라 공개 키의 임의의 보유자(holder)가 서명을 인증하는 것을 가능하게 하는 것을 포함한다. 특정 데이터 조각 또는 트랜잭션의 부분에 서명한다는 본원에서의 임의의 참조는 실시예들에서 해당 데이터의 조각 또는 트랜잭션의 부분의 해시를 서명하는 것을 의미한다는 것이 유의된다.
Tx1의 잠금 해제 스크립트가 Tx0의 잠금 스크립트에 지정된 하나 이상의 조건들을 충족시키는 경우(이에 따라, 도시된 예에서, 앨리스의 서명이 Tx1에서 제공되고 인증된 경우), 블록체인 노드(104)는 Tx1이 유효한 것으로 간주한다. 이것은, 블록체인 노드(104)가 Tx1을 트랜잭션의 정렬된 세트(154)에 추가할 것이라는 것을 의미한다. 블록체인 노드(104)는 또한 트랜잭션 Tx1이 네트워크 전반에 걸쳐 전파되도록, 해당 트랜잭션을 네트워크(106)의 하나 이상의 다른 블록체인 노드(104)로 포워딩할 것이다. Tx1이 유효성 검증되고 블록체인(150)에 포함되면, 이는 지출된 것으로 Tx0으로부터 UTXO0를 정의한다. Tx1은 그것이 미지출 트랜잭션 출력(203)을 지출하는 경우에만 유효할 수 있다는 것에 주의한다. 다른 트랜잭션(152)에 의해 이미 지출된 출력을 지출하려고 시도하는 경우, 다른 모든 조건들이 충족되는 경우에서조차도 Tx1은 유효하지 않을 것이다. 따라서, 블록체인 노드(104)는 또한 선행 트랜잭션 Tx0에서 참조된 UTXO가 이미 지출되었는지(즉, 다른 유효한 트랜잭션에 대한 유효한 입력을 이미 형성했는지)를 체크할 필요가 있다. 이는 트랜잭션들(152) 상에 정의된 순서를 부과하는 것이 블록체인(150)에 대해 중요한 하나의 이유이다. 실제로, 주어진 블록체인 노드(104)는 트랜잭션들(152)이 지출된 UTXO들(203)을 마킹하는 별개의 데이터베이스를 유지할 수 있지만, 궁극적으로 UTXO가 지출되었는지를 정의하는 것은 블록체인(150)의 다른 유효한 트랜잭션에 대한 유효한 입력이 이미 형성되었는지의 여부이다.
또한, 주어진 트랜잭션(152)의 모든 출력들(203)에서 지정된 총 금액이 모든 그의 입력들(202)에 의해 가리켜지는 총 금액보다 큰 경우, 이는 대부분의 트랜잭션 모델들에서 무효에 대한 다른 근거이다. 따라서, 이러한 트랜잭션들은 블록들(151)에 포함되거나 전파되지 않을 것이다.
UTXO-기반 트랜잭션 모델에서, 주어진 UTXO는 전체로서 지출될 필요가 있다는 것에 주의한다. 다른 프랙션(fraction)이 지출되면서, 지출된 것으로 UTXO에서 정의된 금액의 프랙션이 "남겨둘" 수는 없다 그러나 UTXO로부터의 금액은 다음 트랜잭션의 다수의 출력들 사이에서 분할될 수 있다. 예컨대, Tx0의 UTXO0에 정의된 금액은 Tx1의 다수의 UTXO들 사이에서 분할될 수 있다. 따라서 앨리스가 UTXO0에 정의된 모든 금액을 밥에게 주기를 원하지 않는 경우, 앨리스는 Tx1의 제2 출력에서 자신에게 잔돈을 주거나, 다른 당사자에게 지불하는 데 나머지를 사용할 수 있다.
실제로, 앨리스는 또한 보통, 그녀의 트랜잭션(104)을 공개한 비트코인 노드에 대한 수수료를 포함할 필요가 있을 것이다. 앨리스가 그러한 수수료를 포함하지 않는 경우, Tx0은 블록체인 노드들(104)에 의해 거부될 수 있고, 따라서 기술적으로 유효하더라도, 전파되어 블록체인(150)에 포함되지 않을 수 있다(노드 프로토콜은 블록체인 노드들(104)이 원하지 않는 경우 이들에게 트랜잭션들(152)을 수락하도록 강요하지 않음). 일부 프로토콜들에서, 트랜잭션 수수료는 자체의 별개의 출력(203)을 요구하지 않는다(즉, 별개의 UTXO가 필요하지 않음). 대신, 주어진 트랜잭션(152)의 입력(들)(202)에 의해 가리켜지는 총 금액과 출력(들)(203)에 지정된 총 금액 사이의 임의의 차이가 트랜잭션을 공개한 블록체인 노드(104)에 자동으로 주어진다. 예컨대, UTXO0에 대한 포인터가 Tx1에 대한 유일한 입력이고 Tx1은 단 하나의 출력 UTXO1만을 갖는다고 하자. UTXO0에 지정된 디지털 자산의 금액이 UTXO1에 지정된 금액보다 큰 경우, 차이는 UTXO1을 포함하는 블록을 공개한 노드(104)에 의해 할당될 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 부가적으로, 트랜잭션 수수료가 트랜잭션(152)의 UTXO들(203) 중 자체 UTXO에서 명시적으로 지정될 수 있다는 것이 반드시 배제되는 것은 아니다.
앨리스 및 밥의 디지털 자산들은 블록체인(150)의 임의의 위치의 임의의 트랜잭션들(152)에서 그들에게 잠금된 UTXO로 구성된다. 따라서 통상적으로, 주어진 당사자(103)의 자산들은 블록체인(150) 전반에 걸친 다양한 트랜잭션들(152)의 UTXO들에 걸쳐 흩어져 있다. 블록체인(150)의 어떤 위치에도 주어진 당사자(103)의 총 잔액을 정의하는 숫자는 전혀 없다. 클라이언트 애플리케이션(105)에서 지갑 기능의 역할은, 개개의 당사자에게 잠겨 있으며 다른 전방 트랜잭션에서 아직 지출되지 않은 모든 다양한 UTXO들의 값들을 함께 대조하는 것이다. 지갑 기능은, 블록체인(150)의 사본이 비트코인 노드(104) 중 임의의 것에 저장된 것인지에 대해 질의함으로써 이를 행할 수 있다.
스크립트 코드는 종종 개략적으로(즉, 정확한 언어가 아님) 표현된다는 것이 유의된다. 예컨대, 특정 기능을 표현하기 위해 연산 코드(operation code)(작업코드(opcode))가 사용될 수 있다. "OP_..."는 스크립트 언어의 특정 작업코드를 지칭한다. 예로서, OP_RETURN은, 잠금 스크립트의 시작에서 OP_FALSE가 선행할 때, 트랜잭션 내에 데이터를 저장하고 그리하여 데이터를 블록체인(150)에 변경 불가능하게 기록할 수 있는 트랜잭션의 지출 불가능한 출력을 생성하는 스크립트 언어의 작업코드이다. 예컨대, 데이터는 블록체인에 저장하고자 하는 문서를 포함할 수 있다.
전형적으로, 트랜잭션의 입력은 공개 키 PA에 대응하는 디지털 서명을 포함한다. 실시예들에서, 이는 타원 곡선 secp256k1을 사용하는 ECDSA에 기초한다. 디지털 서명은 특정 데이터 조각에 서명한다. 일부 실시예들에서, 주어진 트랜잭션에 대해, 서명은 트랜잭션 입력의 일부, 및 트랜잭션 출력의 전부 또는 일부에 서명할 것이다. 서명되는 출력들의 특정 부분들은 SIGHASH 플래그에 의존한다. SIGHASH 플래그는 보통, 어느 출력들이 서명되는지를 선택하기 위해 서명의 끝에 포함된 4-바이트 코드이다(이에 따라, 서명 시에 고정됨).
잠금 스크립트는 때로는, 그것이 전형적으로 개개의 트랜잭션이 잠겨 있는 당사자의 공개 키를 포함한다는 사실을 지칭하는 "scriptPubKey"라 칭해진다. 잠금 해제 스크립트는 때로는, 그것이 전형적으로 대응하는 서명을 제공한다는 사실을 지칭하는 "scriptSig"라 칭해진다. 그러나, 보다 일반적으로, UTXO가 리딤되기 위한 조건이 서명을 인증하는 것을 포함하는 것이 블록체인(150)의 모든 애플리케이션들에서 필수적인 것은 아니다. 보다 일반적으로 스크립팅 언어는 임의의 하나 이상의 조건들을 정의하는 데 사용될 수 있다. 따라서 보다 일반적인 용어들 "잠금 스크립트" 및 "잠금 해제 스크립트"가 선호될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각 앨리스 및 밥의 컴퓨터 장비(102a, 102b) 각각의 상의 클라이언트 애플리케이션은 추가적인 통신 기능을 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 기능은 (어느 한 당사자 또는 제3자의 주도로) 앨리스(103a)가 밥(103b)과 별개의 사이드 채널(301)을 설정하는 것을 가능하게 한다. 사이드 채널(301)은 블록체인 네트워크와 별개로 데이터 교환을 가능하게 한다. 이러한 통신을 때로는 "오프-체인(off-chain)" 통신으로서 지칭된다. 예컨대, 이는 당사자들 중 하나가 블록체인 네트워크(106)로 브로드캐스팅하기로 선택할 때까지, (아직) 트랜잭션이 네트워크 블록체인 네트워크(106) 상에 등록되거나 체인(150)으로 진행됨 없이 앨리스와 밥 사이에서 트랜잭션(152)을 교환하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 트랜잭션을 공유하는 것은 때때로 "트랜잭션 템플릿"을 공유하는 것으로 지칭된다. 트랜잭션 템플릿에는, 완전한 트랜잭션을 형성하기 위해 요구되는 하나 이상의 입력 및/또는 출력이 없을 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 사이드 채널(301)은 키들, 협상된 금액들 또는 조건들(terms), 데이터 콘텐츠 등과 같은 임의의 다른 트랜잭션 관련 데이터를 교환하는 데 사용될 수 있다.
사이드 채널(301)은 블록체인 네트워크(106)와 동일한 패킷 교환 네트워크(101)를 통해 설정될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 사이드 채널(301)은 상이한 네트워크 이를테면, 모바일 셀룰러 네트워크, 또는 로컬 영역 네트워크 이를테면, 로컬 무선 네트워크, 또는 심지어, 앨리스 및 밥의 디바이스들(102a, 102b) 사이의 직접 유선 또는 무선 링크를 통해 설정될 수 있다. 일반적으로, 본원의 임의의 위치에서 지칭되는 바와 같은 사이드 채널(301)은 "오프-체인", 즉, 블록체인 네트워크(106)와 별개로 데이터를 교환하기 위한 하나 이상의 네트워킹 기술들 또는 통신 매체들을 통한 임의의 하나 이상의 링크들을 포함할 수 있다. 하나 초과의 링크가 사용되는 경우, 오프-체인 링크들의 번들(bundle) 또는 모음은 전체적으로 사이드 채널(301)로서 지칭될 수 있다. 따라서 앨리스 및 밥이 사이드 채널(301)을 통해 특정 정보 조각들 또는 데이터 등을 교환한다고 하면, 이는 이러한 모든 데이터 조각들이 정확히 동일한 링크 또는 심지어 동일한 유형의 네트워크를 통해 전송되어야 한다는 것을 반드시 의미하는 것은 아니란 것에 주의한다.
클라이언트 소프트웨어
도 3a는 현재 개시된 방식의 실시예를 구현하기 위한 클라이언트 애플리케이션(105)의 예시적인 구현을 도시한다. 클라이언트 애플리케이션(105)은 트랜잭션 엔진(401) 및 사용자 인터페이스(UI) 계층(402)을 포함할 수 있다. 트랜잭션 엔진(401)은, 위에서 논의된 프로세스에 따라, 클라이언트(105)의 기본 트랜잭션 관련 기능을 구현하고, 이를테면, 트랜잭션(152)을 공식화하고, 트랜잭션 및/또는 다른 데이터를 사이드 채널(301)을 통해 수신 및/또는 전송하고, 그리고/또는 블록체인 네트워크(106)를 통해 전파되도록 트랜잭션을 하나 이상의 노드(104)에 전송하도록 구성된다.
UI 계층(402)은, 개개의 사용자의 컴퓨터 장비(102)의 사용자 출력 수단을 통해 개개의 사용자(103)에게 정보를 출력하는 것, 및 장비(102)의 사용자 입력 수단을 통해 개개의 사용자(103)로부터 입력을 수신하는 것을 포함하여, 장비(102)의 사용자 입력/출력(I/O) 수단을 통해 사용자 인터페이스를 렌더링하도록 구성된다. 예컨대, 사용자 출력 수단은 시각적 출력을 제공하기 위한 하나 이상의 디스플레이 스크린(터치 또는 비터치 스크린), 오디오 출력을 제공하기 위한 하나 이상의 스피커, 및/또는 촉각 출력을 제공하기 위한 하나 이상의 햅틱 출력 디바이스 등을 포함할 수 있다. 사용자 입력 수단은, 예컨대, 하나 이상의 터치 스크린(출력 수단에 사용되는 것과 동일하거나 상이함)의 입력 어레이; 마우스, 트랙패드 또는 트랙볼과 같은 하나 이상의 커서 기반 디바이스; 스피치 또는 음성 입력을 수신하기 위한 하나 이상의 마이크로폰 및 스피치 또는 음성 인식 알고리즘; 수동 또는 신체 제스처의 형태로 입력을 수신하기 위한 하나 이상의 제스처 기반 입력 디바이스; 또는 하나 이상의 기계식 버튼, 스위치 또는 조이스틱 등을 포함할 수 있다.
본원의 다양한 기능이 동일한 클라이언트 애플리케이션(105)에 통합되는 것으로 설명될 수 있지만, 이는 반드시 제한적인 것은 아니며 대신에 그들은 둘 이상의 별개의 애플리케이션의 묶음으로 구현될 수 있고, 예컨대, 하나가 다른 것에 플러그 인하거나 또는 API(application programming interface)를 통해 인터페이싱한다는 것이 유의된다. 예컨대, 트랜잭션 엔진(401)의 기능은 UI 계층(402)과 별개의 애플리케이션에서 구현될 수 있거나, 트랜잭션 엔진(401)과 같은 주어진 모듈의 기능은 하나 초과의 애플리케이션 사이에서 분할될 수 있다. 또한 설명된 기능 중 일부 또는 전부가, 이를테면, 운영 시스템 계층에서 구현될 수 있음을 배제하지 않는다. 본원의 어디에서나 단일 또는 주어진 애플리케이션(105) 등에 대한 참조가 이루어지는 경우, 이것은 단지 예에 불과하며, 보다 일반적으로 설명된 기능이 임의의 형태의 소프트웨어로 구현될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
도 3b는, 앨리스의 장비(102a) 상의 클라이언트 애플리케이션(105a)의 사용자 인터페이스(UI) 계층(402)에 의해 렌더링될 수 있는 UI(500)의 예의 실물 모형(mock up)을 제공한다. 유사한 UI가 밥의 장비(102b) 또는 임의의 다른 당사자의 장비 상에서 클라이언트(105b)에 의해 렌더링될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
예시로서, 도 3b는 앨리스의 관점으로부터 UI(500)를 도시한다. UI(500)는 사용자 출력 수단을 통해 별개의 UI 요소로서 렌더링되는 하나 이상의 UI 요소(501, 502, 502)를 포함할 수 있다.
예컨대, UI 요소는 상이한 온-스크린 버튼, 또는 메뉴의 상이한 옵션 등일 수 있는 하나 이상의 사용자 선택 가능 요소(501)를 포함할 수 있다. 사용자 입력 수단은 사용자(103)(이 경우에, 앨리스(103a))가, 이를테면, 스크린 상의 UI 요소를 클릭 또는 터치하거나 원하는 옵션의 명칭을 말함으로써 옵션 중 하나를 선택하거나 그렇지 않은 경우 동작시키는 것을 가능하게 하도록 배열된다(주의 사항 ― 본원에서 사용된 용어 "수동"은 자동과 대조되는 의미일 뿐이며, 반드시 손 또는 손들의 사용으로 제한하는 것은 아니다).
대안적으로 또는 추가적으로, UI 요소는 하나 이상의 데이터 엔트리 필드(502)를 포함할 수 있다. 이러한 데이터 엔트리 필드(502)는 사용자 출력 수단, 예컨대, 온스크린을 통해 렌더링되고, 데이터는 사용자 입력 수단, 예컨대, 키보드 또는 터치스크린을 통해 필드에 입력될 수 있다. 대안적으로, 데이터는, 예컨대, 스피치 인식에 기초하여 구두로 수신될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, UI 요소는 사용자에게 정보를 출력하기 위해 출력되는 하나 이상의 정보 요소(503)를 포함할 수 있다. 예컨대, 정보는 스크린 상에서 또는 들릴 수 있게 렌더링될 수 있다.
다양한 UI 요소를 렌더링하고, 옵션을 선택하고, 데이터를 입력하는 특정 수단은 중요하지 않다는 것이 인지될 것이다. 이러한 UI 요소의 기능은 곧 더 자세히 논의될 것이다. 도 3b에 도시된 UI(500)는 단지 도식화된 실물 모형이고, 실제로는 이는 간결성을 위해 도시되지 않은 하나 이상의 추가 UI 요소를 포함할 수 있다는 것이 인지될 것이다.
노드 소프트웨어
도 4는 UTXO-기반 또는 출력-기반 모델의 예에서 네트워크(106)의 각각의 블록체인 노드(104) 상에서 실행되는 노드 소프트웨어(450)의 예를 예시한다. 다른 엔티티는, 네트워크(106) 상의 노드(104)로서 분류되지 않고서, 즉, 노드(104)의 요구된 동작을 수행하지 않고서, 노드 소프트웨어(450)를 실행할 수 있다는 것이 유의된다. 노드 소프트웨어(450)는 프로토콜 엔진(451), 스크립트 엔진(452), 스택(453), 애플리케이션-레벨 결정 엔진(454), 및 일 세트의 하나 이상의 블록체인-관련 기능 모듈들(455)을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 각각의 노드(104)는, 합의 모듈(455C)(예컨대, 작업 증명), 전파 모듈(455P) 및 저장 모듈(예컨대, 데이터베이스) 중 3개 모두를 포함하지만 이에 제한되지 않는 노드 소프트웨어를 실행할 수 있다. 프로토콜 엔진(401)은 전형적으로 트랜잭션(152)의 상이한 필드들을 인식하고 이들을 노드 프로토콜에 따라 프로세싱하도록 구성된다. 다른 선행 트랜잭션(152i)(Txm-1)의 출력(예컨대, UTXO)을 가리키는 입력을 갖는 트랜잭션(152j)(Txj)이 수신될 때, 프로토콜 엔진(451)은 Txj의 잠금 해제 스크립트를 식별하고 이를 스크립트 엔진(452)에 전달한다. 프로토콜 엔진(451)은 또한 Txj의 입력의 포인터에 기초하여 Txi를 식별 및 리트리브(retrieve)한다. Txi는 블록체인(150) 상에서 공개될 수 있고, 이 경우에, 프로토콜 엔진은 노드(104)에 저장된 블록체인(150)의 블록(151)의 사본으로부터 Txi를 리트리브할 수 있다. 대안적으로, Txi는 아직 블록체인(150) 상에서 공개되지 않았을 수 있다. 이 경우에, 프로토콜 엔진(451)은 노드(104)에 의해 유지되는 미공개 트랜잭션의 정렬된 세트(154)로부터 Txi를 리트리브할 수 있다. 어느 쪽이든, 스크립트 엔진(451)은 Txi의 참조된 출력에서 잠금 스크립트를 식별하고, 이를 스크립트 엔진(452)으로 전달한다.
따라서, 스크립트 엔진(452)은 Txj의 대응하는 입력으로부터의 잠금 해제 스크립트 및 Txi의 잠금 스크립트를 갖는다. 예컨대, Tx0 및 Tx1로 라벨링된 트랜잭션이 도 2에 예시되지만, 동일한 것이 트랜잭션들의 임의의 쌍에 동일하게 적용될 수 있다. 스크립트 엔진(452)은 이전에 논의된 바와 같이 2개의 스크립트들을 함께 실행하며, 이는 사용되고 있는 스택-기반 스크립팅 언어(예컨대, Script)에 따라 스택(453) 상에 데이터를 배치하고 스택(403)으로부터 데이터를 리트리브하는 것을 포함할 것이다.
스크립트들을 함께 실행함으로써, 스크립트 엔진(452)은 잠금 해제 스크립트가 잠금 스크립트에 정의된 하나 이상의 기준들을 충족시키는지 여부 ― 즉, 잠금 스크립트가 포함되는 출력을 잠금 해제 스크립트가 "잠금 해제"하는가? 를 결정한다. 스크립트 엔진(452)은 이 결정의 결과를 프로토콜 엔진(451)에 반환한다. 잠금 해제 스크립트가 대응하는 잠금 스크립트에 지정된 하나 이상의 기준들을 충족시키는 것으로 스크립트 엔진(452)이 결정하는 경우, 결과 "참"이 반환된다. 그렇지 않으면, 결과 "거짓"이 반환된다.
출력-기반 모델에서, 스크립트 엔진(452)으로부터의 결과 "참"은 트랜잭션의 유효함을 위한 조건들 중 하나이다. 통상적으로 또한 충족되어야 하는, 프로토콜 엔진(451)에 의해 평가되는 하나 이상의 추가의 프로토콜-레벨 조건들; 이를테면, Txj의 출력(들)에 지정된 디지털 자산의 총 금액이 그의 입력에 의해 가리켜지는 총 금액을 초과하지 않는 것, 그리고 Txi의 가리켜진 출력이 다른 유효한 트랜잭션에 의해 이미 지출되지 않았을 것이 존재한다. 프로토콜 엔진(451)은 하나 이상의 프로토콜-레벨 조건들과 함께 스크립트 엔진(452)으로부터의 결과를 평가하고, 이들이 모두 참인 경우에만, 트랜잭션 Txj을 유효성 검증한다. 프로토콜 엔진(451)은 트랜잭션이 유효한지에 관한 표시를 애플리케이션-레벨 결정 엔진(454)에 출력한다. Txj이 실제로 유효성 검증된다는 조건에서만, 결정 엔진(454)은 Txj에 대해 그들 개개의 블록체인-관련 기능을 수행하도록 합의 모듈(455C) 및 전파 모듈(455P) 둘 모두를 제어하기로 선택할 수 있다. 이것은 합의 모듈(455C)이 블록(151)에 통합하기 위해 노드의 트랜잭션의 개개의 정렬된 세트(154)에 Txj를 추가하는 것, 및 전파 모듈(455P)이 Txj를 네트워크(106)의 다른 블록체인 노드(104)에 포워딩하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 실시예들에서, 애플리케이션 결정 엔진(454)은, 이러한 기능들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 트리거하기 전에 하나 이상의 부가적인 조건들을 적용할 수 있다. 예컨대, 결정 엔진은, 트랜잭션 모두가 유효하고 트랜잭션 수수료가 충분하다는 조건 하에서만 트랜잭션을 공개하기로 선택할 수 있다.
또한, 본원에서 "참" 및 "거짓"이라는 용어들은 단지 단일 이진 숫자(비트)의 형태로 표현되는 결과를 반환하는 것으로 반드시 제한되지는 않지만, 이는 확실히 하나의 가능한 구현이라는 것이 유의된다. 보다 일반적으로, "참"은 성공 또는 긍정적인 결과를 표시하는 임의의 상태를 지칭할 수 있고 "거짓"은 실패 또는 비-긍정적인 결과를 표시하는 임의의 상태를 지칭할 수 있다. 예컨대, 계정-기반 모델에서, "참"의 결과는 서명의 암시적인 프로토콜 레벨의 유효성 검증 및 스마트 계약의 부가적인 긍정적인 출력의 조합에 의해 표시될 수 있다(개별 결과들 둘 모두가 참인 경우, 전체 결과가 참을 시그널링하는 것으로 간주됨).
개시된 기술들의 다른 변형들 또는 사용 사례들은 본원에서의 개시가 주어지면 당업자에게 명백해질 수 있다. 본 개시의 범위는 설명된 실시예에 의해 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구들에 의해서만 제한된다.
예컨대, 위의 일부 실시예는 비트코인 네트워크(106), 비트코인 블록체인(150) 및 비트코인 노드(104)와 관련하여 설명되었다. 그러나, 비트코인 블록체인은 블록체인(150)의 하나의 특정 예이고, 위의 설명은 일반적으로 임의의 블록체인에 적용될 수 있음을 인지될 것이다. 즉, 본 발명은 결코 비트코인 블록체인에 한정되지 않는다. 보다 일반적으로, 비트코인 네트워크(106), 비트코인 블록체인(150) 및 비트코인 노드(104)에 대한 위의 임의의 참조는 각각 블록체인 네트워크(106), 블록체인(150) 및 블록체인 노드(104)에 대한 참조로 대체될 수 있다. 블록체인, 블록체인 네트워크 및/또는 블록체인 노드는, 전술한 바와 같이, 비트코인 블록체인(150), 비트코인 네트워크(106) 및 비트코인 노드(104)의 설명된 속성 중 일부 또는 전부를 공유할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 블록체인 네트워크(106)는 비트코인 네트워크이고, 비트코인 노드(104)는 적어도 블록체인(150)의 블록(151)을 생성, 공개, 전파 및 저장하는 설명된 기능 모두를 수행한다. 이러한 기능의 전부가 아닌 하나 또는 일부만을 수행하는 다른 네트워크 엔티티(또는 네트워크 요소)가 있을 수 있다는 것이 배제되지 않는다. 즉, 네트워크 엔티티는, 블록을 생성 및 공개하지 않고, 블록을 전파 및/또는 저장하는 기능을 수행할 수 있다(이러한 엔티티는 선호되는 비트코인 네트워크(106)의 노드로 간주되지 않는다는 것을 상기함).
본 발명의 일부 다른 실시예에서, 블록체인 네트워크(106)는 비트코인 네트워크가 아닐 수 있다. 이러한 실시예에서, 노드가 블록체인(150)의 블록(151)을 생성, 공개, 전파 및 저장하는 기능의 전부는 아니지만 적어도 하나 또는 일부를 수행할 수 있다는 것이 배제되지 않는다. 예컨대, 그러한 다른 블록체인 네트워크 상에서 "노드"는 블록(151)을 생성 및 공개하지만 이러한 블록(151)을 저장 및/또는 다른 노드로 전파하지 않도록 구성된 네트워크 엔티티를 지칭하는 데 사용될 수 있다.
훨씬 더 일반적으로, 위의 "비트코인 노드"(104)라는 용어에 대한 임의의 언급은 "네트워크 엔티티" 또는 "네트워크 요소"로 대체될 수 있으며, 이러한 엔티티/요소는 블록을 생성, 공개, 전파 및 저장하는 역할 중 일부 또는 전부를 수행하도록 구성된다. 이러한 네트워크 엔티티/요소의 기능은, 블록체인 노드(104)를 참조하여 위에서 설명한 방식과 동일한 방식으로 하드웨어에서 구현될 수 있다.
머클 증명
위에서 설명된 바와 같이, 채굴 노드는 트랜잭션을 블록으로 그룹화한다. 블록의 페이로드는, 코인베이스 트랜잭션(coinbase transaction)을 포함하여 정렬된 트랜잭션의 세트를 포함한다. 각각의 블록은 머클 루트(Merkle root)를 포함하여 다양한 데이터 필드를 포함하는 블록 헤더를 갖는다. 머클 루트는 페이로드의 데이터, 즉, 정렬된 트랜잭션의 세트의 요약 또는 "지문"으로 간주될 수 있다. 머클 루트는 머클 트리 의구축을 통해 결정된다.
정렬된 요소의 세트에 대한 머클 트리는, 각각의 요소를 해싱하고 인접한 해시 요소의 쌍을 연결하고 연결된 해시 요소를 해싱하여 다음 계층을 재귀적으로 생성함으로써 구축된다. 머클 트리(500)의 단순화된 예가 도 5a에 도시된다.
이 예에서, 머클 트리(500)는, 설명을 용이하게 하기 위해 정렬된 8개 요소의 세트에 관련된다. 다른 예에서 머클 트리는 더 작거나 더 일반적으로 훨씬 더 클 수 있다. 머클 트리(500)의 계층은 아래에서 위로 라벨링되며, 계층 0은 기본 계층이고, 계층 3은 이 예에서 머클 루트(502)이다. 머클 트리(500)는 먼저 요소들의 해싱을 통해 기본 계층을 생성함으로써 형성된다. 즉, 각각의 기본 계층 노드(504)는 해당 위치에 있는 대응하는 요소의 해시이다. 비트코인의 경우에, 각각의 기본 계층 노드(504)는 자신의 대응하는 트랜잭션의 해시(비트코인의 경우에, 이중 SHA256)이다. 트랜잭션의 이중 SHA256 해시는 또한 자신의 트랜잭션 식별자인 TXID이다. 따라서, 비트코인의 경우에, 기본 계층 노드(504) 각각은 블록 내의 정렬된 트랜잭션의 세트에서 해당 위치의 트랜잭션에 대응하는 TXID이다.
머클 트리(500)의 계층 1 노드를 구축하기 위해, 기본 계층 노드가 쌍으로 그룹화된다. 각각의 쌍 내에서, 요소가 연결되고, 그런 다음 해싱되어, 위의 계층에서 부모 노드의 값을 찾는다. 예컨대, 기본 계층 쌍(506)이 TxID2 및 TxID3을 포함하는 경우, 2개의 TxID는 TxID2||TxID3으로 연결되고, 결과적인 값은 요소(508)를 계산하기 위해 해싱된다.
계층 2 요소는 연결된 계층 1 요소의 쌍의 해시로서 계산되고, 이러한 식이다. 예컨대, 요소(512)는 연결된 요소(510)와 요소(508)의 쌍의 해시로부터 계산된다. 머클 트리(500)의 중간 계층에 있는 노드에 대한 중간 해시(intermediate hash)의 계산을 통한 계층의 구축은, 머클 루트(502)로 지칭되는 최상부 계층에서 단일 요소를 발생시킬 때까지 계속된다.
모든 각각의 블록이 정확히 2n개의 요소를 포함하는 전체 트랜잭션의 세트를 갖지는 않는다는 것이 인지될 것이다. 이러한 경우는 "부분적인" 머클 트리를 발생시킬 수 있다. 도 5b는, 계층 0에 5개의 요소, 예컨대, 블록 내에 5개의 트랜잭션이 있는 예를 도시한다. 처음 4개의 요소가 페어링될 수 있지만, 참조번호 520으로 표시된 마지막 트랜잭션은 어떠한 대응하는 페어링된 요소도 갖지 않는다. 마지막 요소가 쌍의 왼쪽 멤버인 경우에만, 기본 계층에서 누락된 페어링된 요소가 발생한다는 것이 인지될 것이다. 이 상황에서 머클 트리를 구축할 목적으로, 왼쪽 요소의 "사본"이 오른쪽 요소로서 사용되고, 즉, 숫자 520으로 표시된 TxID4는 자신과 연결되고 노드(522)에서 자신의 부모 요소의 값을 찾기 위해 해싱된다. 마찬가지로, 노드(522)가 자신의 페어링에서 어떠한 대응하는 오른쪽 요소도 갖지 않기 때문에, 노드(522)에서의 요소는 자신과 연결되고, 계층 2의 노드(524)에서 자신의 부모 요소의 값을 찾기 위해 해싱된다.
머클 루트(502)는 블록 내의 트랜잭션의 지문 역할을 하기 위해 블록의 헤더에 삽입된다.
머클 트리는, 최종 사용자 디바이스 상의 클라이언트 애플리케이션과 같은 경량 노드가, 전체 블록 또는 완전한 블록체인을 반드시 다운로드해야 할 필요 없이, 특정 트랜잭션이 블록체인의 블록에 존재하지를 결정하는 것을 가능하게 하는 데 유용하다. 클라이언트 애플리케이션은 머클 증명에 기초하여 트랜잭션이 블록에 존재하는지를 결정할 수 있다. 머클 증명은, 트랜잭션이 블록에 포함되었음을 확인하기 위해 머클 트리를 통해 트랜잭션으로부터 머클 루트까지의 경로를 추적하는 것을 수반한다.
노드는, 머클 증명을 수행할 수 있는 트랜잭션에 관련된 데이터를 요청할 수 있다. 일 예에서, 요청된 데이터는, 계산 및/또는 제공된 해시가 각각의 페어링의 왼쪽 요소인지 또는 오른쪽 요소인지를 표시하는 이진 신호와 함께, 머클 루트에 도달하기 위해 경로를 따라 필요한 머클 트리 내의 페어링된 해시에 대응하는 정렬된 해시의 세트의 형태로 제공될 수 있다.
본원에서 논의 목적으로, 다음 규칙이 사용될 수 있다. 이용 가능한 데이터(예컨대, 트랜잭션 데이터 또는 머클 트리의 연결된 요소)의 해싱을 사용하여 계산된 요소는 c[n]을 사용하여 표시될 수 있고, 여기서 n은 트리의 계층을 나타내고, 최하부 또는 기본 계층은 n = 0에 있다. 머클 증명을 목적으로 다른 노드에 의해 제공되는 트리의 요소, 예컨대, 중간 해시는 p[n]을 사용하여 표시될 수 있다.
도 6은 머클 트리(600)를 통한 머클 경로의 예를 도시한다. 이 경우에, 머클 경로는 블록 내의 트랜잭션(Tx)의 존재를 유효성 검증하는 것에 관련된다. 이 머클 경로를 사용하여 머클 증명을 완료하기 위해, 컴퓨팅 디바이스는 트랜잭션(Tx)(또는 적어도 TxID) 및 머클 경로를 따라 쌍을 형성하는 데 필요한 요소에 대응하는 정렬된 해시의 세트(중간 해시)를 갖는다. 이 예에서, 정렬된 세트는 p[0], p[1], p[2]를 포함한다.
컴퓨팅 디바이스는 또한 제공된 중간 해시가 페어링의 왼쪽 요소인지 또는 오른쪽 요소인지를 결정하기 위한 메커니즘을 필요로 한다. 일부 경우에, 이것은 이진 플래그를 사용하여 시그널링될 수 있다. 이진 플래그는, 각각의 계층에 대해, 계산된 해시(또는 제공된 해시)가 왼쪽 요소인지 또는 오른쪽 요소인지를 나타낼 수 있다. 일부 경우에, 각각의 계층에서 계산된 해시(또는 제공된 해시)가 왼쪽 요소인지 또는 오른쪽 요소인지를 시그널링하는 것 대신에, 최하부 또는 기본 계층에서 계산된 해시의 위치, 즉, 정렬된 요소의 세트에서 해당 인덱스가 시그널링될 수 있다. 일부 구현에서, 이들은 실질적으로 등가일 수 있다. 예컨대, 머클 루트(602)로부터 머클 경로 아래로 이동하여 계층 2의 계산된 요소를 0까지 추적하는 왼쪽(0) 또는 오른쪽(1) 경로의 비트별 시그널링은 비트 [0, 1, 0]를 발생시킨다. 동등하게, c[0] 요소의 인덱스 i=2가 시그널링될 수 있으며, 이진법에서는 010이다. 다른 구현은 상이한 시그널링 또는 코딩을 사용할 수 있다.
머클 증명을 수행하기 위해, 컴퓨팅 디바이스는, TxID를 획득하기 위해 트랜잭션(Tx)을 해싱(이 예에서는 이중 SHA256)함으로써 c[0] 요소를 결정한다. 일부 경우에, 컴퓨팅 디바이스는 이미 TxID를 가질 수 있다. 그런 다음, 컴퓨팅 디바이스는 정렬된 해시의 세트에서 첫 번째로 제공된 해시(p[0])와 TxID를 연결한다. 컴퓨팅 디바이스는 계산된 해시 c[0]가 왼쪽 요소인지 또는 오른쪽 요소인지를 인덱스(i) 또는 비트 시그널링으로부터 결정하고 그에 따라서 연결한다. 그런 다음, 컴퓨팅 디바이스는 c[1]을 결정하기 위해 연결을 해싱한다. 컴퓨팅 디바이스는 c[3]을 결정할 때까지 이 프로세스를 계속 수행하고, 그런 다음 컴퓨팅 디바이스는 블록 헤더에서 발견된 머클 루트(602)와 c[3]를 비교한다. 일치하면, 컴퓨팅 디바이스는 트랜잭션(Tx)이 블록에 포함된다고 결정한다. 그렇지 않은 경우, 트랜잭션(Tx)이 블록에 없다(또는 이것이 제공된 머클 경로 해시는 에러를 포함함).
계층의 정렬된 요소의 세트에서 요소의 위치는 "인덱스"로 지칭될 수 있고, n번째 계층 내에서 계산된 요소의 인덱스를 참조할 때 i 또는 indexOf(c[n])로 표시될 수 있다. 최하부 또는 기본 계층에서, 인덱스(i)는 0 내지 블록 내의 트랜잭션의 카운트에서 1을 뺀 것의 범위이다.
일 양상에서, 본 출원은 유리하게는 인덱스 위치 필드를 포함하는 머클 증명 데이터를 시그널링하기 위한 데이터 구조를 개시하고, 이는 비트벡터(bitvector)에 기초하는 경로의 하향식 추적보다 각각의 계산된 요소의 왼쪽/오른쪽 위치를 더 쉽게 결정할 수 있게 한다. 다른 양상에서, 본 출원은 머클 증명 프로세스 내에서 적어도 하나의 확장된 유효성 검사를 제공한다. 일부 예시에서, 확장된 유효성 검사는 블록에 대한 트랜잭션 카운트의 유효성 검증 및/또는 인덱스 유효성의 증명을 가능하게 한다.
머클 경로를 따라 계산된 요소의 왼쪽 또는 오른쪽 위치를 결정하기 위한 메커니즘으로서 위치 인덱스를 사용하는 것은 간단한 모듈러스(modulus) 계산을 사용하여 왼쪽/오른쪽을 결정하는 것을 가능하게 한다. "mod 2" 연산은 값이 짝수인지 또는 홀수인지를 시그널링하는 결과를 효과적으로 생성한다. 예컨대 "indexOf(c[n]) mod 2" 표현식은 indexOf(c[n])의 짝수 값에 대해 0을 생성하고, indexOf(c[n])의 홀수 값에 대해 1을 생성한다. 그런 다음, indexOf(c[n])의 값은 2로 나누어 위 계층의 계산된 요소에 대한 인덱스 값, 즉, indexOf(c[n+1])을 결정할 수 있다. 구현은, 나누기 연산이 부동 소수점 수학에서 수행되는 경우, 임의의 나머지를 삭제하기 위해 2로 나눌 때 바닥 함수(floor function)를 사용할 수 있다.
위치 인덱스를 사용하여 인에이블될 수 있는 하나의 확장된 유효성 검사는, 계산된 요소 중 임의의 요소가 오른쪽 요소라는 것을 인덱스가 나타내는 경우, 예컨대, indexOf(c[n]) mod 2 ==1인 경우, 대응하는 왼쪽 요소 p[n]이 c[n]과 동일할 수 없거나 위치 인덱스가 잘못된 것일 가능이 높다는 것을 확인하는 것이다. 위치 인덱스가 잘못되었음에도 불구하고, 그러한 상황이 유효한 머클 루트 계산을 발생시키는 것이 가능하다. 예컨대, 적절한 위치 인덱스가 트랜잭션 목록의 끝에서 왼쪽 요소를 가리키지만, 위치 인덱스가 오른쪽 복사된 요소를 잘못 가리키는 경우, 인덱스 값이 잘못되었음에도 불구하고, 머클 루트 계산은 정확할 수 있다.
위치 인덱스를 사용하여 인에이블될 수 있는 추가의 확장된 유효성 검사는 블록에서 마지막 트랜잭션을 식별하는 능력이다. 컴퓨팅 디바이스는 블록 내의 트랜잭션의 총수를 알 수도 있고 모를 수도 있고, 트랜잭션 카운트는 블록의 필드이지만 반드시 블록 헤더에 있는 것은 아니므로, 컴퓨팅 디바이스는 이러한 정보를 가질 수 없다. 컴퓨팅 디바이스가 해당 정보를 갖든지 또는 없든지 간에, 컴퓨팅 디바이스는, 계산된 값이 머클 트리의 모든 각각의 계층에서 모든 오른쪽 요소라는 것, 또는 계산된 값 c[n]이 임의의 계층에서 왼쪽 요소이면, 대응하는 제공된 해시 p[n]가 c[n]과 동일하다는 것을 발견함으로써 트랜잭션이 실제로 블록의 마지막 트랜잭션이라는 것을 유효성 검증할 수 있을 수 있다. 트랜잭션이 정렬된 세트의 마지막, 즉, 블록의 마지막 트랜잭션이라는 것을 유효성 검증함으로써, 컴퓨팅 디바이스는 이로써 블록 내의 트랜잭션의 카운트를 결정한다(또는 컴퓨팅 디바이스가 해당 정보를 이미 갖는지를 유효성 검증함).
일부 데이터 구조 구현에서, 정렬된 해시의 세트 내에 c[n]의 사본인 p[n]을 제공하는 것보다는, 제공 노드는 c[n]이 해당 계층에 대해 복제되어야 한다는 것을 시그널링할 수 있음이 이해될 것이다. 제공된 해시 대신에 c[n]의 사본이 사용되어야 한다는 것을 시그널링하기 위해 특정 코드, 신호, 플래그 또는 다른 신택스 요소가 사용될 수 있다.
다음은 머클 증명 데이터를 전송하기 위한 하나의 예시적인 데이터 구조이다.
Figure pct00001
위의 예에서, 머클 트리의 최하부 계층 내의 c[0]의 위치 인덱스가 인덱스 필드에 제공된다. 버전 필드는 다양한 옵션을 시그널링하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 원래 트랜잭션이 시그널링될 수 있거나 시그널링되지 않을 수 있고, 머클 루트가 포함될 수 있거나 포함되지 않을 수 있으며, 블록 헤더가 포함될 수 있거나 포함되지 않을 수 있고, 이러한 식이다. 버전 필드는 특징의 어떠한 조합이 포함되는지를 시그널링한다. 예시적인 버전은 다음이 포함될 수 있지만 이에 국한되지는 않는다.
0x00 ― tx_id가 생략되고, 마지막 요소는 block_hash이다.
0x01 ― tx_id가 포함되고, 마지막 요소는 block_hash이다.
0x02 ― tx_id가 생략되고, 마지막 요소는 block_header이다.
0x03 ― tx_id가 포함되고, 마지막 요소는 block_header이다.
0x04 ― tx_id가 생략되고, 마지막 요소는 merkle_root이다.
0x05 ― tx_id가 포함되고, 마지막 요소는 merkle_root이다.
0x06 ― tx_id가 생략되고, 마지막 요소가 생략된다.
0x07 ― tx_id가 포함되고, 마지막 요소가 생략된다.
경로 필드는 정렬된 제공된 해시의 세트를 포함한다. 일부 예시에서, 경로 데이터 구조는 완전한 제공된 해시의 세트이며, 일부 예시에서, 이는 완전한 제공된 해시의 세트를 생성하기 위해 확장 또는 디코딩될 수 있는 충분한 정보를 포함한다. 원래 TxID(예컨대, c[0])의 포함 및 머클 루트는 버전 코드에 기초하여 결정된다.
일부 예시에서, p[n]이 c[n]의 사본인 경우에, p[n]은 경로 데이터 구조에 포함되지 않을 수 있으며, p[n]이 사본임을 시그널링하는 신택스 요소로 대체될 수 있다. 예로서, JSON에서, 특수 스트링 "*"은 사본을 시그널링하는 데 사용될 수 있다.
duplicated_indexes 및 duplicated_indexes_count 필드가 포함되거나 포함되지 않을 수 있다. 포함된 경우, 복제된 p[n] 요소의 카운트 및 이들이 발생하는 계층(n)은 이러한 필드를 사용하여 시그널링될 수 있다. 복제된 p[n] 요소를 시그널링하기 위한 이 메커니즘이 사용되면, 경로 필드가 해당 계층에 대한 해시 또는 신택스 요소 시그널링 사본 중 어느 하나를 포함하지 않을 것임이 인지될 것이다.
도 7은 트랜잭션이 블록에 포함되는지를 결정하기 위한 하나의 단순화된 예시적인 방법(700)을 흐름도 형태로 도시한다. 방법(700)은, 블록체인 노드 또는, 예컨대, 클라이언트 애플리케이션을 사용하는 최종 사용자 디바이스일 수 있는 네트워크 연결된 컴퓨팅 디바이스에 의해 구현될 수 있다. 방법(700)은, 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서로 하여금 설명된 동작을 수행하게 하는 프로세서 실행 가능 명령에 의해 구현될 수 있다. 동작은 메모리 액세스 기능, 신호 또는 데이터 수신 또는 전송 기능, 디스플레이 동작 및 프로세서에 연결된 구성요소를 수반하는 다른 동작을 수반할 수 있다. 명령은 하나 이상의 소프트웨어 모듈, 애플리케이션, 루틴 등으로 구현될 수 있다.
방법(700)은, 일부 경우에, 동작(702)에 표시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스가 원격 노드에 대한 요청을 발행함으로써 개시될 수 있다. 원격 노드는 블록체인 노드일 수 있거나, 최종 사용자 디바이스일 수 있다. 예컨대, 컴퓨팅 디바이스는 제1 최종 사용자 디바이스일 수 있고, 원격 노드는 제2 최종 사용자 디바이스일 수 있으며, 이들 둘 모두는 트랜잭션을 협상 또는 마감하는 것에 관여된다. 요청은, 특정 트랜잭션(Tx)이 블록체인의 블록에 포함된다는 것을 확인하는 것에 관련된다. 요청은 일부 예에서 하나 초과의 원격 노드에 전송될 수 있다. 요청은 Tx의 사본 또는 Tx에 대한 고유 식별자, 이를테면, 그의 TxID를 포함할 수 있다.
요청에 응답하여, 동작(704)에서, 컴퓨팅 디바이스는, 적어도, 특정 블록의 Tx와 연관된 위치 인덱스, 및 경로 데이터를 포함하는 응답 메시지를 수신할 수 있다. 경로 데이터는 정렬된 해시의 세트를 포함할 수 있다. 정렬된 해시의 세트는, 특정 블록에 대한 머클 트리 내의 Tx와 관련된 머클 증명을 수행하기 위한 제공된 해시를 포함할 수 있다.
동작(706)에서, 컴퓨팅 디바이스는 머클 트리의 최하부 레벨부터 시작하여, 계산된 요소를 재귀적으로 계산하고, 정렬된 해시의 세트에서 대응하는 제공된 요소를 식별하고, 인덱스에 따라 이들을 연결하고, 그리고 부모 계산된 요소를 찾기 위해 해싱하는 머클 증명을 수행한다. 컴퓨팅 디바이스는, 머클 루트에 도달할 때까지 머클 경로를 구축한다. 컴퓨팅 디바이스는 머클 트리의 레벨의 수를 아는 것에 기초하여 머클 루트에 도달했음을 알 수 있거나, 그는 정렬된 해시의 세트에 어떠한 추가의 해시도 없다는 사실로부터 머클 트리의 레벨의 수를 추론할 수 있을 수 있다.
동작(708)에서, 컴퓨팅 디바이스는, 인덱스 및 계산된 해시 및 대응하는 제공된 해시의 쌍으로부터, 트랜잭션이 블록의 마지막 트랜잭션인지를 결정한다. 컴퓨팅 디바이스는, 머클 루트를 제외한 모든 각각의 레벨에서, 계산된 요소가 오른쪽 요소임을 인덱스가 나타내는 경우, 인덱스에 기초하여 트랜잭션을 블록의 마지막 트랜잭션으로 식별할 수 있다. 이러한 상황은, 머클 트리가 "완전한" 경우에만 발생하고, 즉, 기본 계층에 정확히 2n개의 요소가 있고, 트랜잭션이 가장 오른쪽 요소이다. 컴퓨팅 디바이스는, 계산된 요소가 쌍의 왼쪽 멤버일 때마다, 대응하는 제공된 오른쪽 멤버 p[n]가 사본이면, '부분적인'(예컨대, 완전하지 않은) 머클 트리의 경우에 트랜잭션이 블록의 마지막 트랜잭션인지를 또한 식별할 수 있다. 즉, indexOf(c[n])=0인 모든 각각의 n에 대해 c[n] = p[n]이다.
동작(708)은 논의의 용이함을 위해 별도로 도시되지만, 머클 경로가 구축됨에 따라 동작(706)과 동시에 수행될 수 있음이 인지될 것이다.
동작(710)에서, 컴퓨팅 디바이스는 에러가 검출되었는지 결정할 수 있다. 하나의 에러는, 계산된 머클 루트가 블록 헤더의 머클 루트와 일치하지 않는다는 결정일 수 있다. 또 다른 에러는, 계산된 요소가 오른쪽 요소이고 해당 쌍의 왼쪽 위치에 있는 제공된 해시가 계산된 요소의 사본인 경우의 검출일 수 있다. 어느 경우에서든, 동작(712)에서, 컴퓨팅 디바이스는 에러 통지를 출력한다. 에러 통지는 검출된 에러의 특성, 즉, 일치하지 않는 머클 루트 또는 왼쪽 복사 에러를 나타낼 수 있다. 그렇지 않으면, 컴퓨팅 디바이스는, 머클 증명이 유효하고 트랜잭션(Tx)이 지정된 위치 인덱스에서 블록에 포함됨을 확인하는 성공 통지를 동작(714)에서 출력한다. 성공 통지는 Tx가 블록의 마지막 Tx로 결정되었는지, 및 그렇다면 해당 블록의 트랜잭션의 총수를 또한 나타낼 수 있다.
동작(712 및 714)에서의 통지는 청각 통지, 시각적 통지, 및/또는 햅틱 통지와 같은 컴퓨팅 디바이스 상의 출력을 포함할 수 있다. 통지는 머클 증명 분석 및 결정의 결과를 자세히 설명하는 사용자 인터페이스 메시지의 디스플레이를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 통지는 하나 이상의 원격 노드로의 결과 메시지의 전송을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 원격 노드는 동작(704)에서 경로 데이터를 획득한 원격 노드를 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 구현은 다음 예시적인 코드에 의해 도시된다. 예시적인 코드는 자바스크립트 형태로 제공되며, 제공된 해시의 세트가 머클 트리의 계층의 수를 추가로 나타내는 "hashes.length" 길이의 데이터 구조이며 머클 루트가 해시 데이터 구조의 마지막 요소로서 제공된다고 간주한다. 이 예에서, 컴퓨팅 디바이스는 "tx"로 표시된 트랜잭션의 사본을 갖는다. 이 예에서 사용된 해싱 알고리즘은 "sha256d()" 함수로 표시되는 비트코인의 표준 이중 SHA256 해시이다.
Figure pct00002
위의 코드는 단지 하나의 예시적인 구현이라는 것이 인지될 것이다. 다른 코딩 언어, 구조 및 기술이 다른 구현에서 사용될 수 있다.
원격 노드로부터 제공되는 데이터는 머클 루트, 머클 루트를 포함하는 블록 헤더 및/또는 블록 해시를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 클라이언트 애플리케이션을 실행하는 최종 사용자 디바이스와 같은 컴퓨팅 디바이스는 미리 검증된 블록 헤더 및 헤더에 대한 블록 해시 인덱스를 갖거나 이에 액세스하고, 이 경우에, 원격 노드는 블록 해시를 제공하여 컴퓨팅 디바이스가 미리 검증된 대응하는 블록 헤더를 로케이팅하고 증명을 유효성 검증하기 위해 자신의 머클 루트를 추출하는 것을 가능하게 할 수 있다. 유리하게는, 블록 헤더가 현재 가장 긴 작업 증명 체인을 나타내고 블록 헤더가 다수의 블록체인 노드에 의해 검증되었음을 컴퓨팅 디바이스가 확신하도록, 미리 검증된 블록 헤더 및 대응하는 블록 해시 정보는 다른 원격 블록체인 노드 중 하나 또는 다수로부터 획득되었을 수 있다.
위에 제시된 다양한 실시예는 단지 예일 뿐이며 결코 본 출원의 범위를 제한하는 것을 의미하지 않는다. 본원에서 설명된 혁신의 변형은 당업자에게 명백할 것이며, 그러한 변형은 본 출원의 의도된 범위 내에 있다. 특히, 전술한 예시적인 실시예 중 하나 이상으로부터의 특징은 위에서 명시적으로 설명되지 않을 수 있는 특징의 하위 조합을 포함하는 대안적인 예시적인 실시예를 생성하도록 선택될 수 있다. 또한, 전술한 예시적인 실시예들 중 하나 이상으로부터의 특징은 위에서 명시적으로 설명되지 않을 수 있는 특징들의 조합을 포함하는 대안적인 예시적인 실시예를 생성하도록 선택 및 결합될 수 있다. 그러한 조합 및 하위 조합에 적합한 특징은 본 출원 전체를 검토할 때 당업자에게 쉽게 명백할 것이다. 본원 및 인용된 청구범위에 설명된 주제는 기술 면에서 모든 적합한 변화를 포함하고 포괄하도록 의도된다.

Claims (14)

  1. 블록체인에서 데이터의 유효성(validity)을 결정하기 위한 컴퓨터 구현 방법으로서,
    원격 노드로부터, 블록 내의 트랜잭션의 인덱스 및 머클 증명(Merkle proof)을 위한 정렬된 해시(hash)의 세트를 수신하는 단계;
    머클 트리(Merkle tree)의 최하부 레벨로부터 시작하여, 최상부 레벨에 도달할 때까지 상기 머클 트리의 각각의 레벨에 대해,
    상기 정렬된 해시의 세트로부터 제공된 해시를 순서대로 선택하는 단계;
    상기 제공된 해시 및 현재 레벨에 대해 계산된 해시를 상기 인덱스에 기초하여 결정된 순서대로 연결(concatenating)하는 단계;
    한 레벨 위의 계산된 해시를 찾기 위해 상기 연결을 해싱하는 단계;
    상기 인덱스 및 상기 계산된 해시 및 상기 정렬된 해시의 세트로부터의 상기 계산된 해시의 대응하는 제공된 해시의 각각의 쌍으로부터, 상기 트랜잭션이 상기 블록의 마지막 트랜잭션인지를 결정하는 단계;
    상기 최상부 레벨에 대한 상기 계산된 해시와 상기 블록에 대한 헤더의 머클 루트를 비교하는 단계; 및
    상기 비교 및 상기 결정의 결과를 출력하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 인덱스는 상기 블록 내의 정렬된 트랜잭션의 세트에서 상기 트랜잭션의 위치를 나타내는 위치 인덱스(positional index)인,
    컴퓨터 구현 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    최하부 레벨 위의 각각의 레벨에 대해, 한 레벨 아래의 인덱스를 모듈로(modulo) 2한 것에 기초하여 각각의 레벨에 대한 인덱스를 결정하는 단계를 더 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜잭션이 상기 블록의 마지막 트랜잭션이라고 결정하는 단계는, 상기 최상부 레벨에 대한 상기 계산된 해시 이외에, 각각의 계산된 해시가 상기 머클 트리 내의 오른쪽 요소라고 결정하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜잭션이 상기 블록의 마지막 트랜잭션이라고 결정하는 단계는, 임의의 계산된 해시의 쌍에서 왼쪽 요소인 임의의 계산된 해시에 대해, 임의의 계산된 해시의 대응하는 제공된 해시가 상기 계산된 해시와 동일하다고 결정하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜잭션이 상기 블록의 마지막 트랜잭션인지를 결정하는 단계는, 적어도 하나의 계산된 해시가 왼쪽 요소이고 적어도 하나의 계산된 해시의 대응하는 제공된 해시가 상기 적어도 하나의 계산된 해시와 동일하지 않다는 결정에 기초하여, 상기 트랜잭션이 상기 블록의 마지막 트랜잭션이 아니라고 결정하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 계산된 해시가 오른쪽 요소이고 적어도 하나의 계산된 해시의 대응하는 제공된 해시가 상기 적어도 하나의 계산된 해시와 동일하다는 결정에 기초하여, 상기 인덱스가 무효하다고 결정하는 단계를 더 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜잭션에 대한 식별자와 함께 머클 증명 데이터에 대한 요청을 상기 원격 노드에 먼저 전송하는 단계를 더 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    수신하는 단계는 버전 필드(version field), 상기 인덱스를 포함하는 인덱스 필드(index field), 및 상기 정렬된 해시의 세트를 포함하는 데이터 구조를 포함하는 경로 필드(path field)를 포함하는 메시지를 수신하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 머클 트리의 최하부 레벨에 대한 상기 계산된 해시는 상기 트랜잭션에 대한 트랜잭션 식별자인,
    컴퓨터 구현 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덱스에 기초하여 결정되는 순서는, 상기 계산된 해시가 상기 계산된 해시의 대응하는 제공된 해시와의 상기 계산된 해시의 쌍 내에서 왼쪽 요소인지 또는 오른쪽 요소인지를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 계산된 해시가 왼쪽 요소인지 또는 오른쪽 요소인지를 결정하는 단계는, 인덱스 모듈러스(modulus) 2에 기초하여 해당 레벨에 대한 인덱스가 짝수인지 또는 홀수인지를 결정하는 것에 기초하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정렬된 해시의 세트는, 복제된 해시 값을 포함하는 것 대신에, 복제된 해시를 시그널링하는 신택스 요소(syntax element)를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  13. 컴퓨팅 디바이스로서,
    하나 이상의 프로세서;
    메모리;
    상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 청구된 방법을 수행하게 하는, 상기 메모리에 저장된 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함하는,
    컴퓨팅 디바이스.
  14. 프로세서 실행 가능 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체로서,
    상기 프로세서 실행 가능 명령은, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 청구된 방법을 수행하게 하는 명령을 포함하는,
    컴퓨터 판독 가능 매체.
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