비트코인(블록체인)은 왜 개인키로 암호화하고 공개키로 복호화하는것인가?

왜 개인키로 암호화하고 공개키로 복호화할까?

1. 개인키와 공개키의 역할:
   • 개인키(Private Key): 거래를 생성하거나 서명할 때 사용됩니다. 개인키는 절대 타인에게 공개되지 않고, 거래 소유자가 본인임을 증명하는 데 사용됩니다.
   • 공개키(Public Key): 개인키로 암호화된 데이터를 복호화하거나, 거래 검증 시 사용됩니다. 누구나 접근 가능한 공개된 정보로, 이를 통해 거래의 유효성을 확인할 수 있습니다.
2. 암호화 과정:
   • 사용자가 거래를 생성할 때 개인키로 서명하여 암호화합니다.
   • 이 암호화된 정보는 공개키를 통해 복호화되어, 다른 노드들이 해당 거래가 올바른지 확인할 수 있습니다.
   • 이렇게 하면 거래 소유자의 신원이 보호되며, 거래의 무결성 또한 보장됩니다.

비대칭 암호화 방식을 사용했을 때의 이점

1. 보안성 강화:
   • 개인키는 절대적으로 비밀이기 때문에, 오직 개인키를 소유한 사람만이 거래를 생성하거나 서명할 수 있습니다. 이로 인해 타인이 거래를 위조하거나 조작하는 것을 방지합니다.
2. 무결성 보장:
   • 공개키로 검증할 수 있기 때문에, 네트워크 상의 다른 노드들은 해당 거래가 진짜인지, 즉 원래의 개인키 소유자에 의해 서명된 것인지 확인할 수 있습니다. 이렇게 하면 거래 내역이 조작되지 않았음을 확신할 수 있습니다.
3. 투명성과 익명성의 균형:
   • 공개키는 누구나 접근 가능하지만, 개인키 소유자는 익명성을 유지할 수 있습니다. 이는 거래의 투명성을 보장하면서도 개인의 프라이버시를 보호하는 효과를 줍니다.
4. 탈중앙화된 신뢰:
   • 중앙 기관 없이도 공개키와 개인키만으로 거래의 진위를 확인할 수 있어, 탈중앙화된 신뢰 모델을 구축하는 데 큰 기여를 합니다.

따라서 블록체인 거래는 개인키와 공개키를 사용하여 안전하고 신뢰성 높은 거래 환경을 제공할 수 있습니다.

 

블록체인의 개인키와 공개키 사용 방식

1. 개인키로 서명:
   • 사용자는 트랜잭션(거래)을 생성한 후, 이 트랜잭션 데이터에 대해 개인키로 서명을 합니다.
   • 이 서명은 해당 거래가 사용자의 소유임을 증명하는 역할을 합니다. 즉, 개인키를 알고 있는 사람만이 그 거래를 생성할 수 있다는 것을 보장합니다.
   • 하지만 개인키로 데이터를 직접 암호화하지는 않습니다.
2. 공개키로 검증:
   • 블록체인 네트워크에서 다른 노드들은 서명된 트랜잭션을 검증하기 위해 사용자의 공개키를 사용합니다.
   • 공개키를 통해 서명이 올바른지, 즉 개인키로 서명된 것이 맞는지 검증할 수 있습니다.
   • 공개키는 거래 상대방이나 네트워크 상에서 자유롭게 공유됩니다, 그러나 개인키는 절대 공개되지 않습니다.

블록체인에서의 실제 흐름

• 사용자는 자신의 개인키로 트랜잭션에 서명하여 네트워크에 제출합니다.
• 트랜잭션에는 해당 사용자의 공개키도 포함되어 네트워크에 전파됩니다.
• 노드들은 공개키를 사용해 트랜잭션이 올바르게 서명되었는지, 즉 개인키 소유자가 서명했는지 검증합니다.
• 개인키는 절대로 네트워크에 공유되지 않으며, 공개키는 거래 검증 과정에서 누구나 볼 수 있습니다.

정리하자면:

• 개인키로 데이터를 암호화한 뒤 공개키를 따로 보내는 것이 아닙니다.
• 사용자는 개인키로 서명하고, 공개키로 서명 검증이 이루어집니다.
• 공개키는 트랜잭션 검증을 위해 네트워크에 전파되며, 개인키는 절대로 공유되지 않습니다.

 

비트코인 거래 과정 상세 설명:

1. 첫 번째 거래 (Transaction 1):
   • 소유자 0이 비트코인을 소유자 1에게 전송합니다.
   • 소유자 0의 거래가 생성되며, 소유자 1의 공개키가 포함됩니다.
   • 거래 내용은 해시(Hash) 처리가 되며, 그 결과가 거래의 요약본으로 사용됩니다.
   • 소유자 0은 자신의 개인키를 사용하여 거래에 서명합니다.
   • 이 서명된 거래는 소유자 1에게 전달됩니다.
2. 두 번째 거래 (Transaction 2):
   • 소유자 1이 이 비트코인을 다시 소유자 2에게 전송하려고 합니다.
   • 소유자 1의 공개키와 서명된 거래 정보가 새로운 거래에 포함됩니다.
   • 소유자 1이 개인키를 사용하여 서명하고, 이 거래 역시 해시가 되어 요약본이 생성됩니다.
   • 서명된 거래는 소유자 2에게 전달됩니다.
   • 소유자 2는 이 거래를 검증하기 위해 소유자 1의 공개키를 사용하여 서명을 확인하고, 거래의 유효성을 보장합니다.
3. 세 번째 거래 (Transaction 3):
   • 소유자 2가 소유자 3에게 비트코인을 전송하려고 합니다.
   • 소유자 2는 소유자 3의 공개키를 이용해 거래를 생성하고, 자신의 개인키로 서명합니다.
   • 소유자 3은 소유자 2의 서명을 검증하기 위해 소유자 2의 공개키를 사용합니다.
   • 검증이 완료되면 거래가 완료됩니다.

실제 거래 예시:

1. 예시 시나리오:
   • A가 1 BTC를 B에게 보내고, 이후 B는 C에게 같은 비트코인을 보냅니다.
2. A에서 B로의 거래:
   • A가 1 BTC를 전송하려는 경우, A는 B의 공개키를 사용하여 거래를 생성합니다.
   • A는 자신의 개인키로 이 거래에 서명하고, 네트워크에 이 서명된 거래를 전송합니다.
   • 네트워크 상의 노드들은 A의 서명을 검증한 후, 거래를 블록체인에 기록합니다.
3. B에서 C로의 거래:
   • B가 받은 1 BTC를 C에게 전송하려면, B는 C의 공개키를 사용하여 거래를 생성합니다.
   • B는 자신의 개인키로 서명하고, 이 서명된 거래는 네트워크를 통해 검증된 후 블록체인에 기록됩니다.
   • C는 B의 서명을 검증하여 이 거래가 진짜임을 확인합니다.

이 과정에서 모든 거래는 각 소유자의 개인키와 공개키를 이용하여 서명되고 검증되며, 이러한 방식으로 비트코인의 소유권이 이전됩니다.

 

 

비트코인 거래 실제 예시를 토대로 시나리오 작성

시나리오:

• B는 A에게서 0.5 BTC, D에게서 0.5 BTC를 각각 받았습니다.
• 그래서 B의 총 잔액은 1 BTC입니다. 하지만 이 잔액은 두 개의 UTXO로 나누어져 있습니다:
  • 0.5 BTC (A에게 받은 것)
  • 0.5 BTC (D에게 받은 것)

이제 B가 C에게 1 BTC를 보내고 싶어 한다고 가정해보겠습니다.

1. 입력과 UTXO 검증:

• B는 C에게 1 BTC를 보내기 위해 두 개의 입력이 필요합니다.
  • 첫 번째 입력: A에게서 받은 0.5 BTC (해당 UTXO는 A로부터 발생함)
  • 두 번째 입력: D에게서 받은 0.5 BTC (해당 UTXO는 D로부터 발생함)
• 이 두 개의 UTXO를 사용해 B는 C에게 1 BTC를 보내려고 합니다.

2. 거래 생성 및 서명:

• B는 거래를 생성하며, 이 거래는 두 개의 입력을 포함하게 됩니다:
  • 첫 번째 입력: A로부터 받은 0.5 BTC의 UTXO.
  • 두 번째 입력: D로부터 받은 0.5 BTC의 UTXO.
• 각각의 입력은 B의 서명으로 확인되어야 합니다. 이때 중요한 점은 B가 자신의 개인키를 사용해 이 두 개의 입력에 대해 서명한다는 점입니다.
• A나 D의 공개키로 직접적으로 검증하는 것은 아닙니다. 대신, A와 D가 각각 B에게 전달한 UTXO가 유효한지 검증하려면, 네트워크 노드가 B의 서명을 확인하고, 블록체인에서 A와 D의 거래 기록을 확인합니다.

3. 출력:

• B는 C에게 1 BTC를 보낼 수 있습니다. 출력(output)은 1 BTC가 될 것입니다. 하지만 보통 비트코인 거래에서는 전체 입력을 다 써야 하기 때문에, 1 BTC를 보내고 나면 거스름돈이 발생할 수 있습니다.
• 예를 들어, B가 1 BTC 중 일부를 C에게 보내고 나머지를 다시 자신에게 "거스름돈"으로 돌려받는 방식으로 거래가 구성될 수 있습니다.

4. 검증:

• 거래가 생성된 후, 네트워크 상의 노드들이 B가 서명한 거래의 유효성을 검증합니다.
• 각 입력(즉, A와 D에게서 받은 0.5 BTC UTXO)이 실제로 B의 것인지 확인하기 위해, 네트워크는 B가 해당 입력들에 대한 서명을 올바르게 했는지 검증합니다.
• 이때, A와 D의 공개키는 B가 받은 UTXO가 실제로 유효한지 확인할 때 블록체인에서 사용됩니다. 그러나 B는 자신의 개인키로 서명하여 이 거래를 완료하게 됩니다.

결론:

• B가 C에게 1 BTC를 보내는 과정에서 A와 D의 공개키는 직접적으로 사용되지 않고, B 자신의 개인키로 서명한 후 네트워크에서 검증됩니다.
• 네트워크는 블록체인에 기록된 이전 거래(즉, A와 D로부터 받은 UTXO)를 확인해 해당 UTXO가 유효한지 검증하고, B의 서명을 확인합니다.

 

1. B가 A와 D에게서 받은 UTXO의 유효성 검증:

• B가 트랜잭션을 만들 때, A와 D로부터 받은 UTXO(사용되지 않은 비트코인 출력)을 입력으로 사용합니다.
• 각 노드는 A와 D의 공개키를 이용해 B가 받은 해당 UTXO가 실제로 유효한 것인지 검증합니다.
  • 예를 들어, A가 0.5 BTC를 B에게 전송했다는 트랜잭션은 이미 블록체인에 기록되어 있습니다.
  • 이 트랜잭션은 A의 개인키로 서명되었고, A의 공개키를 사용해 서명이 유효한지 이미 검증된 상태입니다.
  • 따라서 네트워크 노드들은 A와 D가 B에게 보낸 비트코인이 블록체인에서 유효하게 기록된 출처임을 확인하기 위해, A와 D의 공개키를 사용해 그들의 트랜잭션이 유효한지를 다시 확인합니다.

2. B가 서명한 트랜잭션의 유효성 검증:

• B는 자신의 개인키로 이번 트랜잭션(즉, C에게 1 BTC를 보내는 트랜잭션)에 대해 서명을 합니다.
• 서명된 트랜잭션은 노드들에게 전송되고, 각 노드는 이 서명을 검증하여 B가 이 트랜잭션을 실제로 만든 주체인지 확인합니다.
• 이때 노드들은 B의 공개키를 사용하여 B가 해당 트랜잭션에 대해 올바르게 서명했는지 확인합니다.
  • B가 C에게 보내는 트랜잭션은 B의 개인키로 암호화되었고, 노드들은 B의 공개키를 사용하여 B의 서명이 맞는지 검증합니다.
  • 이 검증 과정은 B가 실제로 해당 비트코인의 소유자인지, 그리고 트랜잭션이 조작되지 않았는지 확인하는 과정입니다.

결론적으로:

• 첫 번째 검증: B가 사용하는 UTXO가 유효한지를 확인하는 과정입니다. 여기서 A와 D의 공개키를 사용해 B가 받은 UTXO가 블록체인 상에서 유효하게 기록된 것임을 확인합니다.
• 두 번째 검증: B가 자신의 개인키로 서명한 트랜잭션을 검증하는 과정입니다. 여기서 B의 공개키를 사용하여 B가 서명한 트랜잭션이 올바른지 확인합니다.

이러한 검증 절차는 분산된 네트워크에서 이루어지며, 이를 통해 비트코인 거래의 무결성과 신뢰성을 보장하게 됩니다.