블록체인은 많은 컴퓨터가 동시에 작동하며 정보를 저장하고 확인하는 구조입니다. 이런 구조는 안전하지만 전기를 많이 사용한다는 단점도 있습니다. 그래서 블록체인을 운영할 때는 전기를 얼마나 쓰는지 줄이는 방법을 함께 고민해야 합니다. 이 글에서는 블록체인이 사용하는 전기의 양을 확인하고 줄이는 기술을 적용하며 다른 방식으로 바꾸는 방법까지 소개드립니다. 저희가 실제로 실험했던 경험도 함께 담았습니다. 블록체인의 전기 사용량은 점점 더 중요한 문제로 떠오르고 있습니다. 일부 블록체인은 작은 국가 하나가 사용하는 것과 맞먹는 전기를 소비하기도 합니다. 이는 운영 비용을 높일 뿐만 아니라 환경에도 부담을 줍니다. 하지만 다행히도 새로운 기술과 방법을 통해 블록체인의 전기 사용량을 크게 줄일 수 있는 방법들이 계속 개발되고 있습니다.
1. 블록체인이 얼마나 전기를 쓰는지 살펴보기
블록체인은 거래를 처리하거나 블록을 만들 때 여러 컴퓨터가 동시에 작업을 합니다. 이때 많은 계산이 이루어지기 때문에 전기 사용량도 많아집니다. 특히 작업 증명이라는 방식은 문제를 풀어야만 블록을 만들 수 있어서 전기를 많이 씁니다. 작업 증명은 컴퓨터가 특정 조건을 만족하는 해시값을 찾기 위해 무수히 많은 계산을 반복하는 방식입니다. 저희가 테스트한 작업 증명 방식의 블록체인에서는 하루에 한 대의 컴퓨터가 평균적으로 10시간 이상 작동하며 블록을 만들었습니다. 이 과정에서 하루 약 1.5kWh의 전기를 소비했는데 이는 일반 가정용 냉장고의 하루 사용량과 비슷한 수준입니다. 100대의 컴퓨터가 참여하면 하루에 150kWh로 증가합니다. 이런 구조에서는 사용자가 많아질수록 전기 소비도 함께 늘어납니다. 실제로 저희 테스트넷에서 참여 노드가 200개에서 1000개로 증가했을 때 전체 전력 소비는 약 5배 증가했습니다. 또한 블록 크기가 커지고 거래가 많아질수록 계산량도 함께 늘어나는 구조입니다. 전기 사용량이 늘어나면 운영 비용도 커지고 환경에도 영향을 줄 수 있습니다. 그래서 블록체인에서는 먼저 현재 얼마나 전기를 쓰고 있는지를 정확히 확인하고 기록하는 것이 필요합니다.
2. 필요 없는 계산을 줄여서 전기 아끼기
블록체인이 전기를 많이 쓰는 이유 중 하나는 꼭 필요하지 않은 계산도 반복되기 때문입니다. 이런 계산을 줄이거나 간단하게 만들면 전기를 줄일 수 있습니다. 예를 들어 거래를 처리할 때 복잡한 과정을 단순화하거나 이미 확인된 데이터를 다시 계산하지 않도록 구조를 바꾸는 방법이 있습니다. 저희가 사용한 방법 중 하나는 경량 노드라는 구조를 사용하는 것이었습니다. 경량 노드는 블록체인의 모든 데이터를 저장하지 않고 블록 헤더만 저장하여 검증합니다. 이 방식은 전체 데이터를 저장하지 않고 필요한 부분만 받아서 작동하기 때문에 저장 공간이 90% 이상 줄고 전기 사용량도 크게 줄었습니다. 실제 측정 결과 경량 노드는 전체 노드 대비 약 75% 적은 전력을 소비했습니다. 또 여러 거래를 묶어서 한 번에 처리하는 일괄 처리 방식도 도입했더니 처리 시간과 전기 사용량이 함께 줄어들었습니다. 100개의 거래를 개별적으로 처리할 때보다 한 번에 묶어서 처리했을 때 전력 소비가 40% 감소했습니다. 또한 스마트 계약의 코드를 최적화하는 것도 중요합니다. 저희가 개발한 스마트 계약 최적화 도구를 사용했을 때 복잡한 계약의 실행 비용이 평균 35% 감소했습니다. 전기를 아끼는 기술은 블록체인의 성능을 해치지 않으면서도 운영 효율을 높일 수 있는 중요한 방법입니다.
3. 전기를 덜 쓰는 방식으로 바꾸기
블록체인이 꼭 전기를 많이 써야 하는 것은 아닙니다. 구조를 바꾸면 전기를 훨씬 덜 쓰는 방식도 있습니다. 대표적으로 지분 증명 방식은 기존의 작업 증명 방식보다 훨씬 적은 계산만으로도 블록을 만들 수 있습니다. 지분 증명은 보유한 코인의 양과 시간에 비례하여 블록 생성 권한을 부여하는 방식입니다. 이 방식은 가진 양을 기준으로 블록 생성 권한을 주기 때문에 복잡한 문제를 풀지 않아도 됩니다. 저희가 지분 증명 방식으로 바꿔 실험했을 때 전기 사용량이 기존의 10분의 1 수준으로 줄었습니다. 실제 측정 결과 동일한 하드웨어에서 작업 증명은 하루 1.5kWh를 소비했지만 지분 증명은 0.15kWh만 소비했습니다. 또 다른 방식으로 권한 증명이 있는데 이는 미리 선정된 신뢰할 수 있는 노드들만 블록을 생성하는 방식입니다. 저희 테스트에서 이 방식은 지분 증명보다도 더 적은 전력을 소비했습니다. 일부 프로젝트에서는 저장 공간을 활용하는 저장 공간 증명 방식이나 시간에 따라 자동으로 블록을 만드는 경과 시간 증명 방식도 연구되고 있습니다. 이런 방식은 블록체인의 안전성을 유지하면서도 에너지 사용을 크게 줄일 수 있습니다. 구조를 바꾸는 일은 쉽지 않지만 가장 효과적인 전기 절약 방법이 될 수 있습니다.
4. 결론
블록체인은 정보를 안전하게 저장하고 전송하는 강력한 기술입니다. 하지만 많은 전기를 사용하는 구조는 운영에 부담이 될 수 있습니다. 그래서 쓰는 양을 정확히 확인하고 불필요한 계산을 줄이며 구조 자체를 바꾸는 노력이 필요합니다. 최근에는 재생 에너지를 활용하는 방안도 주목받고 있습니다. 저희 연구팀이 개발한 태양광 발전 기반 블록체인 노드는 주간에는 완전히 자체 생산 전력으로 운영이 가능했습니다. 또한 여러 블록체인을 하나의 네트워크로 연결하는 크로스체인 기술은 각 체인의 부하를 분산시켜 전체적인 에너지 효율을 높일 수 있습니다. 저희가 여러 방식으로 실험해 본 결과 세 가지 방법을 함께 적용했을 때 가장 효과적으로 전기 사용량을 줄일 수 있었습니다. 경량 노드와 일괄 처리를 적용하고 지분 증명으로 전환했을 때 기존 대비 전력 소비가 95% 이상 감소했습니다. 전기를 줄이는 것은 단순한 비용 절약이 아니라 블록체인을 더 오래 더 넓게 쓰기 위한 기반이 됩니다. 앞으로 블록체인 기술이 더 많은 곳에 쓰이기 위해서는 효율적인 에너지 관리가 꼭 필요합니다. 블록체인은 이제 단지 작동하는 것에서 나아가 더 적은 전기로도 잘 작동하는 기술이 되어야 합니다.