1. 이더리움 탄생 배경과 목적

2. 이더리움 개념                     上

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3. 이더리움 아키텍쳐      中上

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4. 스마트 계약 및 DApp   中下

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5. 합의 알고리즘              下

6. 이더리움의 응용 가능성

 이번 이더리움 백서 해설 下편에서는 5장 합의 알고리즘, 6장 이더리움의 응용 가능성, 7장 미래 전망에 대해 다루겠습니다.

5. 합의 알고리즘

 이더리움의 합의 알고리즘은 블록체인 네트워크에서 트랜잭션을 검증하고 블록을 생성하며, 전체 네트워크의 무결성을 유지하는 중요한 역할을 합니다. 이더리움은 초기에 작업 증명(Proof of Work, PoW) 알고리즘을 사용했으며, 이후 지분 증명(Proof of Stake, PoS) 알고리즘으로 전환하기 위한 계획을 진행했습니다. 이 두 가지 주요 합의 알고리즘에 대해 상세히 설명하겠습니다.

5-1) 작업 증명 (PoW, Proof of Work)

 PoW의 개념

 

 PoW는 비트코인에서도 사용되는 최초의 블록체인 합의 알고리즘입니다. 이 알고리즘은 네트워크 참여자(채굴자)가 복잡한 수학 문제를 해결함으로써 새로운 블록을 생성할 수 있는 권한을 얻는 방식입니다.

 이 수학 문제는 주로 해시 함수(Hash Function)를 사용하는 퍼즐로, 매우 계산 집약적이며, 문제를 해결하려면 많은 컴퓨팅 파워가 필요합니다.

채굴자가 이 문제를 해결하면, 해당 블록을 네트워크에 제출하고, 다른 노드들이 이를 검증한 후 블록체인에 추가합니다. 이 과정에서 문제를 해결한 채굴자는 보상으로 이더(Ether)를 받게 됩니다.

 PoW의 특징

 보안성: PoW는 네트워크 보안을 강력하게 유지합니다. 공격자가 블록체인을 조작하려면 전체 네트워크의 51% 이상의 해시 파워를 장악해야 하며, 이는 현실적으로 매우 어렵고 비용이 많이 듭니다.

 탈중앙화: PoW는 탈중앙화된 방식으로 네트워크 참여자들이 블록을 생성하도록 유도합니다. 채굴자들은 전 세계에 분포되어 있으며, 네트워크의 모든 참여자가 블록 검증 과정에 참여합니다.

 에너지 소비: PoW의 가장 큰 단점은 막대한 에너지를 소비한다는 점입니다. 계산 작업이 매우 복잡하기 때문에, 많은 컴퓨팅 파워와 전기가 필요하며, 이는 환경적인 부담으로 작용할 수 있습니다.

 트랜잭션 속도: PoW는 블록 생성 속도가 제한적이며, 이는 트랜잭션 처리 속도에 영향을 미칩니다. 비트코인의 경우 블록 생성 주기가 약 10분이지만, 이더리움은 약 12~14초로 더 빠르지만 여전히 확장성에 제한이 있습니다.

5-2) 지분 증명 (PoS, Proof of Stake)

<PoS의 개념>

 PoS는 PoW의 단점을 해결하기 위해 개발된 합의 알고리즘입니다. PoS에서는 블록 생성 권한이 채굴자가 아닌, 네트워크 참여자들 중 일정량의 이더(지분)를 보유한 사람들이 선택됩니다.

 PoS에서는 보유한 이더의 양이 많을수록, 그리고 그 이더를 스테이킹(Staking)한 기간이 길수록 블록 검증자로 선택될 확률이 높아집니다. 블록이 생성되면, 해당 검증자는 그에 대한 보상을 받습니다.

 PoS에서는 블록 검증을 위해 복잡한 수학 문제를 해결할 필요가 없으므로, 에너지 소비가 훨씬 적습니다.

 <PoS의 특징>

 에너지 효율성: PoS는 PoW와 달리 계산 작업이 필요하지 않기 때문에, 에너지 소비가 매우 적습니다. 이는 환경 친화적인 블록체인 운영을 가능하게 합니다.

 경제적 인센티브: PoS에서는 네트워크 참여자가 더 많은 이더를 스테이킹할수록 더 많은 보상을 받을 수 있습니다. 이는 네트워크의 보안에 대한 경제적 인센티브를 제공합니다.

 보안: PoS의 보안은 스테이킹한 자산을 기반으로 합니다. 만약 검증자가 악의적인 행위를 시도할 경우, 그들이 스테이킹한 이더가 소멸될 수 있습니다. 이를 슬래싱(Slashing)이라고 하며, 네트워크의 신뢰성을 유지하는 중요한 메커니즘입니다.

 탈중앙화: PoS는 네트워크의 탈중앙화를 촉진할 수 있습니다. PoW에서는 주로 큰 채굴 풀이나 고성능 채굴 장비를 가진 사람들이 유리한 반면, PoS에서는 더 많은 사람들이 네트워크 유지에 참여할 수 있습니다.

 <이더리움의 PoS 전환 (Ethereum 2.0)>

 이더리움 2.0 업그레이드는 PoS로의 전환을 목표로 하며, 이 과정에서 여러 단계로 이루어진 업그레이드가 포함됩니다. 가장 중요한 단계 중 하나는 비콘 체인(Beacon Chain)의 도입입니다.

 비콘 체인: 비콘 체인은 PoS의 핵심 요소로, 네트워크의 합의 메커니즘을 관리하며, 검증자들의 스테이킹을 조정합니다. 비콘 체인은 기존의 PoW 이더리움 네트워크와 병행하여 운영되며, 단계적으로 PoS로 완전히 전환할 계획입니다.

 샤딩(Sharding): 이더리움 2.0은 또한 샤딩 기술을 도입하여 네트워크의 확장성을 대폭 개선할 계획입니다. 샤딩은 네트워크를 여러 작은 블록체인(샤드)으로 나누어, 각 샤드가 독립적으로 트랜잭션을 처리할 수 있도록 합니다. 이는 PoS와 결합되어 이더리움의 처리 속도를 크게 향상시킬 것입니다.

5-3) 하이브리드 합의 알고리즘

<Casper FFG (Friendly Finality Gadget)>

 이더리움은 PoW와 PoS를 결합한 하이브리드 합의 알고리즘인 Casper FFG를 도입하여 PoS로 전환하는 과정의 초기 단계를 관리합니다. Casper FFG는 PoW 기반의 블록 생성과 PoS 기반의 검증을 결합하여, 점진적으로 PoS로 전환하면서도 네트워크의 보안을 유지합니다.

<Casper의 역할>

 Casper는 PoW를 사용해 블록을 생성하지만, 이 블록의 최종성(finality)을 보장하기 위해 PoS를 사용합니다. 검증자들은 블록이 정당하게 생성되었는지 검증하고, 최종적으로 이를 승인함으로써 네트워크의 안전성을 보장합니다.

5-4) PoW와 PoS의 비교

 에너지 소비: PoW는 에너지 소비가 매우 높은 반면, PoS는 에너지 효율적입니다.

 보안 모델: PoW는 해시 파워를 기반으로 한 보안을 제공하지만, PoS는 경제적 스테이킹을 기반으로 보안을 제공합니다.

 탈중앙화: PoW에서는 고성능 채굴 장비가 필요해 탈중앙화가 제한될 수 있지만, PoS는 더 많은 사용자가 네트워크에 참여할 수 있는 환경을 제공합니다.

 확장성: PoS는 네트워크의 확장성을 높일 수 있으며, 특히 샤딩과 결합하면 대규모 트랜잭션 처리가 가능합니다.

6. 이더리움의 응용 가능성

 이더리움은 단순한 암호화폐 이상의 플랫폼입니다. 앞으로 얼마나 무궁무진하게 사용될 지는 알 수 없지만 다양한 분야에서 큰 잠재력을 지니고 있다는 것은 확신할 수 있습니다. 아래에서 현재까지 응용 가능한 분야를 상세히 살펴보겠습니다.

6-1) 탈중앙화 금융 (DeFi, Decentralized Finance)

 탈중앙화 금융(DeFi)은 이더리움 플랫폼 위에서 작동하는 금융 서비스로, 중앙화된 금융 기관 없이도 다양한 금융 활동을 가능하게 합니다. DeFi는 전통적인 금융 시스템의 대안으로서, 투명성, 개방성, 접근성을 제공하며, 금융 서비스를 혁신하고 있습니다.

<스마트 계약 기반의 금융 서비스>

 대출 및 차입: DeFi 플랫폼에서는 사용자가 스마트 계약을 통해 자동으로 대출을 받고, 이자를 지불하거나, 반대로 자금을 예치하여 이자를 받을 수 있습니다. 대표적인 예로는 컴파운드(Compound)와 아베(Aave) 같은 플랫폼이 있습니다.

 탈중앙화 거래소 (DEX): 이더리움 기반의 DEX는 중앙화된 거래소 없이도 사용자 간 직접 암호화폐를 거래할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 유니스왑(Uniswap)과 스시스왑(SushiSwap)은 자동화된 시장 조성자(AMM) 모델을 사용하여 유동성을 제공합니다.

 스테이블코인: 이더리움에서는 미국 달러와 같은 법정화폐에 연동된 스테이블코인을 발행할 수 있습니다. 다이(DAI)와 USDC 같은 스테이블코인은 가격 변동성을 최소화하여 디지털 자산의 안정성을 제공합니다.

 파생상품과 예측시장: DeFi에서는 스마트 계약을 통해 파생상품과 예측시장을 운영할 수 있습니다. 사용자는 미래의 사건에 대해 예측하고 이에 대한 보상을 받을 수 있으며, 이러한 시스템은 기존 금융 시장의 파생상품과 유사한 기능을 제공합니다.

 <금융의 포용성과 혁신>

 금융 포용성: DeFi는 전통적인 은행 계좌나 신용 기록이 없는 사용자도 금융 서비스를 이용할 수 있게 하여, 금융 포용성을 증대시킵니다.

 글로벌 접근성: DeFi는 전 세계 어디에서나 인터넷에 연결된 사용자라면 누구나 접근할 수 있습니다. 이는 금융 서비스의 글로벌화를 촉진하고, 국경 없는 금융 시스템을 가능하게 합니다.

 프로그램 가능성: DeFi 서비스는 완전히 프로그램 가능한 금융 시스템을 구축합니다. 사용자나 개발자는 스마트 계약을 통해 복잡한 금융 로직을 구현할 수 있으며, 이는 기존 금융 시스템의 경직성을 극복할 수 있는 혁신적 도구입니다.

6-2) 탈중앙화 자율 조직 (DAO, Decentralized Autonomous Organization)

 DAO는 스마트 계약을 통해 운영되는 자율적이고 탈중앙화된 조직입니다. DAO는 인간의 개입 없이 코드에 의해 관리되며, 참여자들이 직접 조직의 의사결정에 참여할 수 있습니다.

 <DAO의 개념과 구조>

 스마트 계약 기반의 거버넌스: DAO는 조직의 규칙과 의사결정 과정을 스마트 계약에 코딩합니다. 이러한 계약은 블록체인에 저장되며, 누구나 그 규칙을 검토하고 확인할 수 있습니다.

 토큰 기반 투표: DAO의 참여자들은 조직의 의사결정에 투표할 수 있는 권한을 가지며, 이는 주로 조직의 토큰 보유량에 비례합니다. 중요한 결정 사항은 투표를 통해 이루어지며, 이는 투명하고 공정한 의사결정을 가능하게 합니다.

 자금 관리: DAO는 자체적으로 자금을 관리할 수 있으며, 자금의 사용은 투표로 결정됩니다. 이는 투명하고 탈중앙화된 방식으로 자금을 배분할 수 있게 합니다.

 <DAO의 응용 사례>

 투자 펀드: DAO를 통해 투자 펀드를 운영할 수 있으며, 참여자들은 어떤 프로젝트에 투자할지 투표로 결정할 수 있습니다. 메이커다오(MakerDAO)는 이러한 투자 펀드의 대표적인 사례입니다.

 커뮤니티 운영: DAO는 특정 커뮤니티의 운영을 자율적으로 관리할 수 있습니다. 예를 들어, 디지털 아트 커뮤니티나 오픈 소스 프로젝트에서 DAO를 활용해 자금을 관리하고 프로젝트 방향을 결정할 수 있습니다.

 탈중앙화 협동조합: DAO는 전통적인 협동조합의 디지털 버전으로서, 조합원들이 조직의 운영과 자금 사용에 직접 참여할 수 있습니다.

6-3) 게임 및 엔터테인먼트

 이더리움은 게임과 엔터테인먼트 분야에서도 다양한 응용 가능성을 제공합니다. 특히, 블록체인 기술을 활용한 게임은 플레이어가 실제로 게임 자산을 소유하고 거래할 수 있는 환경을 제공합니다.

 <블록체인 게임>

 NFT(Non-Fungible Token): 이더리움 기반의 게임에서는 NFT를 사용하여 디지털 자산(캐릭터, 아이템 등)을 발행하고, 플레이어가 이를 실제로 소유할 수 있게 합니다. 이 자산은 유일무이하며, 블록체인에서 그 소유권이 보장됩니다.

 디지털 소유권: 플레이어는 블록체인 상에서 게임 자산을 소유하고, 이를 자유롭게 거래할 수 있습니다. 이는 플레이어들에게 더 큰 경제적 가치를 제공하며, 게임의 지속성을 높입니다. 예를 들어, 크립토키티(CryptoKitties)와 같은 게임은 이더리움 기반의 NFT를 활용하여 큰 인기를 끌었습니다.

 게임 경제: 블록체인 게임에서는 스마트 계약을 통해 게임 내 경제를 자동으로 관리할 수 있습니다. 예를 들어, 아이템 생성, 거래, 경매 등을 자동화하여 플레이어에게 더 공정하고 투명한 게임 환경을 제공합니다.

 <엔터테인먼트 및 미디어>

 저작권 관리: 이더리움은 디지털 콘텐츠의 저작권을 관리하고, 창작자에게 공정한 보상을 제공하는 플랫폼을 구축할 수 있습니다. 블록체인에 저작권을 기록함으로써, 창작물의 원본성과 소유권을 보호할 수 있습니다.

 콘텐츠 배포: 콘텐츠 제작자들은 중앙화된 플랫폼을 거치지 않고도, 직접 사용자에게 콘텐츠를 배포할 수 있습니다. 이를 통해 중개 수수료를 줄이고, 창작자들이 더 많은 수익을 올릴 수 있습니다.

 팬과의 상호작용: NFT를 활용하여 팬들과의 상호작용을 강화할 수 있습니다. 예를 들어, 아티스트는 NFT를 통해 독점적인 콘텐츠를 제공하거나, 팬들에게 특별한 혜택을 부여할 수 있습니다.

6-4) 공공 서비스 및 투표 시스템

 이더리움은 투명성과 신뢰성이 중요한 공공 서비스 및 투표 시스템에도 큰 응용 가능성을 가지고 있습니다.

 <전자 투표 시스템>

 투명하고 신뢰할 수 있는 투표: 블록체인을 활용한 전자 투표 시스템은 투표 과정의 모든 단계를 투명하게 기록할 수 있습니다. 이로 인해 조작이 불가능하며, 모든 투표 결과는 블록체인에 영구히 기록됩니다.

6-5) 공급망 관리

 

 이더리움은 공급망 관리 분야에서도 강력한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 블록체인을 활용한 공급망 관리는 제품의 생산에서부터 최종 소비자에게 이르는 모든 단계를 투명하게 추적할 수 있습니다.

 <제품 추적 및 투명성>

 추적 가능성: 이더리움 기반의 스마트 계약을 통해 제품이 제조, 유통, 판매되는 모든 과정을 블록체인에 기록할 수 있습니다. 이는 제품의 원산지, 이동 경로, 품질 등을

 투표의 프라이버시: 이더리움 기반의 스마트 계약을 통해, 투표자의 신원을 보호하면서도 정확한 투표 결과를 기록할 수 있습니다. 이는 민주주의의 기본 원칙인 비밀 투표를 보장합니다.

 <공공 기록 및 신원 확인>

 신원 관리: 이더리움은 디지털 신원 관리 시스템을 구축하여, 중앙화된 기관 없이도 개인의 신원을 확인할 수 있게 합니다. 이는 특히 금융 서비스나 공공 서비스에 유용하게 사용될 수 있습니다.

 공공 기록: 이더리움은 공공 기록(예: 토지 소유권, 의료 기록 등)을 관리하는 데 사용될 수 있습니다. 블록체인에 기록된 데이터는 변조가 불가능하며, 필요한 모든 당사자가 신뢰할 수 있는 데이터를 제공합니다.

 지금까지 총 4번에 걸쳐 이더리움 백서의 핵심을 요약했습니다. 핵심만 요약해도 꽤 긴 분량이 나왔지만, 이더리움에 대해 더 자세히 알기 위해서는 추가적인 공부가 필요합니다. 그만큼 복잡하고 새로운 혁신을 가져다주는 플랫폼인 것은 틀림없습니다. 정말 이더리움 네트워크에 관심이 생기셨다면 이더리움 백서 전문을 읽어보시는 것을 추천해 드립니다.

1. 이더리움 탄생 배경과 목적

2. 이더리움 개념                     上

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3. 이더리움 아키텍처      中上

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4. 스마트 계약 및 DApp   中下

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5. 합의 알고리즘              下

6. 이더리움의 응용 가능성

4. 스마트 계약 및 DApp

 스마트 계약과 탈중앙화 애플리케이션(DApp)은 이더리움 생태계의 핵심 요소입니다. 이더리움은 스마트 계약과 DApp을 통해 단순한 트랜잭션 처리 이상의 복잡한 작업을 수행할 수 있는 플랫폼으로 진화하였습니다. 위 요소를 통해 이더리움이 비트코인과 두드러진 차이점을 보여줍니다. 이 섹션에서는 스마트 계약과 DApp에 대해 설명하겠습니다

4-1) 스마트 계약

 스마트 계약은 이더리움 네트워크에서 실행되는 자율적이고 자동화된 계약입니다. 스마트 계약은 일정한 조건이 충족되면 미리 정의된 작업을 자동으로 수행하도록 설계된 코드입니다.

A) 스마트 계약의 개념과 특징

 자동화된 실행: 스마트 계약은 사람이 개입하지 않아도 설정된 조건이 충족되면 자동으로 실행됩니다. 예를 들어, A가 B에게 일정 금액을 지급하기로 약속한 계약이 있다면, 해당 조건이 충족되면 스마트 계약은 자동으로 A의 계좌에서 B의 계좌로 이더를 전송합니다.

 불변성: 스마트 계약은 블록체인에 배포되면 변경할 수 없습니다. 이는 계약의 신뢰성을 보장하지만, 실수나 오류가 있는 계약은 수정할 수 없다는 단점도 있습니다. 따라서 계약을 배포하기 전에 철저한 검토가 필요합니다.

 분산성: 스마트 계약은 이더리움 네트워크 전체에 분산되어 실행되므로, 중앙 서버가 필요하지 않습니다. 이는 스마트 계약이 검열에 저항하고, 높은 수준의 보안을 유지할 수 있게 합니다.

 신뢰성: 스마트 계약은 블록체인 기술의 특성상 신뢰할 수 있습니다. 계약의 조건이 모두 코드로 정의되어 있으며, 블록체인 상에서 투명하게 공개되기 때문에 모든 당사자가 계약이 공정하게 실행될 것을 신뢰할 수 있습니다.

B) 스마트 계약의 구성 요소

 코드와 로직: 스마트 계약은 주로 이더리움의 Solidity라는 프로그래밍 언어로 작성됩니다. 이 코드는 계약의 조건과 행동을 정의하며, 트랜잭션이나 메시지에 의해 실행됩니다.

 이더와 가스: 스마트 계약을 실행하려면 가스(Gas)가 필요합니다. 가스는 스마트 계약 실행 시 소모되는 연산 비용을 의미하며, 사용자는 이 가스를 이더(ETH)로 지불합니다. 가스는 네트워크의 자원 사용을 조절하고, 효율적인 자원 관리를 가능하게 합니다.

 상태(State): 스마트 계약은 상태(State)를 유지합니다. 상태는 스마트 계약이 블록체인에서 관리하는 데이터의 현재 상태를 의미하며, 트랜잭션에 의해 변경될 수 있습니다. 예를 들어, 사용자가 특정 스마트 계약을 통해 이더를 예치하면, 이 계약의 상태는 예치된 이더의 양을 반영하게 됩니다.

C) 스마트 계약의 작동 방식

 배포(Deployment): 스마트 계약은 이더리움 네트워크에 배포되어야 합니다. 배포는 EOA(외부 소유 계정)에서 발생하며, 배포된 스마트 계약은 고유한 주소를 가지게 됩니다. 이 주소는 스마트 계약을 호출하거나 상호작용하는 데 사용됩니다.

 호출(Invocation): 스마트 계약은 EOA에서 전송된 트랜잭션에 의해 호출될 수 있습니다. 사용자는 계약의 특정 함수를 호출하여 작업을 수행하거나, 데이터를 조회할 수 있습니다.

 자동 실행: 스마트 계약이 호출되면, 조건이 충족되었을 때 자동으로 계약의 로직이 실행됩니다. 예를 들어, 특정 날짜가 지나면 자동으로 정해진 금액이 전송되거나, 특정 이벤트가 발생하면 관련 데이터를 업데이트하는 등의 작업이 이루어집니다.

4-2) 탈중앙화 애플리케이션(DApp)

 탈중앙화 애플리케이션(DApp)은 중앙 서버가 아닌 블록체인 네트워크에서 실행되는 애플리케이션입니다. DApp은 스마트 계약과 사용자 인터페이스(UI)로 구성되며, 이더리움 네트워크를 기반으로 작동합니다.

A) DApp의 개념과 특징

 탈중앙화: DApp은 중앙 서버가 없는 분산형 애플리케이션입니다. 모든 데이터와 로직은 블록체인에 저장되며, 네트워크의 모든 노드가 동일한 상태를 유지합니다. 이는 DApp이 검열 저항성을 가지며, 중앙 기관의 통제 없이도 작동할 수 있게 합니다.

 오픈 소스: 대부분의 DApp은 오픈 소스 소프트웨어로 개발됩니다. 이는 누구나 코드를 검토하고 기여할 수 있으며, 애플리케이션의 투명성과 보안을 높이는 데 기여합니다.

 토큰 경제: DApp은 자체 토큰을 발행하여 경제 시스템을 구축할 수 있습니다. 이러한 토큰은 DApp의 기능을 사용하거나, 네트워크 참여자들에게 보상을 제공하는 데 사용될 수 있습니다.

B) DApp의 구성 요소

 스마트 계약: DApp의 핵심 로직은 스마트 계약에 의해 관리됩니다. 스마트 계약은 DApp의 백엔드 역할을 하며, 모든 트랜잭션과 데이터 처리를 담당합니다.

 프론트엔드(UI): DApp은 사용자와 상호작용할 수 있는 프론트엔드(웹 또는 모바일 앱)를 제공합니다. 이 프론트엔드는 이더리움 네트워크와 상호작용하기 위해 스마트 계약을 호출합니다. 사용자는 프론트엔드를 통해 DApp의 기능을 이용하고, 데이터를 입력하거나 조회할 수 있습니다.

 이더리움 네트워크: DApp은 이더리움 네트워크에서 실행됩니다. 네트워크는 DApp의 데이터와 트랜잭션을 기록하고, 스마트 계약을 실행하는 데 필요한 인프라를 제공합니다.

C) DApp의 작동 방식

 스마트 계약 배포: DApp 개발자는 스마트 계약을 작성하고, 이를 이더리움 네트워크에 배포합니다. 배포된 스마트 계약은 고유한 주소를 가지며, 이 주소를 통해 DApp과 상호작용할 수 있습니다.

 사용자 인터페이스와 상호작용: 사용자는 DApp의 UI를 통해 스마트 계약과 상호작용합니다. 예를 들어, 사용자가 DApp을 통해 이더를 전송하거나, 특정 서비스를 이용할 수 있습니다. UI는 스마트 계약을 호출하여 이러한 작업을 처리하며, 그 결과를 사용자에게 표시합니다.

 트랜잭션 처리: DApp에서 발생하는 모든 트랜잭션은 이더리움 네트워크에서 검증되고, 블록체인에 기록됩니다. 이 과정에서 사용자는 가스(Gas) 비용을 지불해야 하며, 트랜잭션의 결과는 스마트 계약에 의해 자동으로 처리됩니다.

 데이터 관리: DApp은 데이터를 블록체인에 저장하거나, IPFS(InterPlanetary File System)와 같은 탈중앙화된 파일 저장 시스템을 사용할 수 있습니다. 이 데이터를 통해 DApp은 사용자의 상태를 추적하고, 애플리케이션의 로직을 관리합니다.

4-3) 스마트 계약과 DApp의 기술적 한계와 도전

확장성 문제

 네트워크 혼잡: 이더리움 네트워크는 많은 DApp이 동시에 실행되면서 혼잡해질 수 있습니다. 이는 트랜잭션 속도를 느리게 하고, 가스 비용을 높일 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 이더리움 2.0은 샤딩과 같은 확장성 솔루션을 도입하고 있습니다.

 트랜잭션 처리 비용: 이더리움에서 스마트 계약을 실행할 때 발생하는 가스 비용은 네트워크의 혼잡에 따라 크게 변동할 수 있습니다. 높은 가스 비용은 DApp 사용자들에게 부담이 될 수 있으며, 이는 DApp의 대중화에 장애가 될 수 있습니다.

보안 문제

 스마트 계약의 취약성: 스마트 계약은 한 번 배포되면 변경할 수 없기 때문에, 코드에 취약점이 있을 경우 이를 악용한 해킹이 발생할 수 있습니다. 유명한 사례로 2016년 발생한 다오(DAO) 해킹 사건이 있으며, 이로 인해 이더리움은 이더리움(ETH)과 이더리움 클래식(ETC)으로 하드포크되었습니다.

 검증과 감사: 스마트 계약의 보안을 강화하기 위해서는 코드의 철저한 검토와 감사가 필요합니다. 전문적인 보안 감사와 정적 분석 도구를 통해 스마트 계약의 오류를 사전에 발견하고 수정할 수 있습니다.

4-4) 스마트 계약과 DApp의 미래

 스마트 계약과 DApp은 이더리움의 혁신적인 기능으로, 다양한 산업에 적용될 잠재력을 가지고 있습니다. 이더리움 2.0 업그레이드와 샤딩, 레이어 2 솔루션은 네트워크의 확장성과 성능을 크게 향상시켜, DApp의 대규모 채택을 촉진할 것입니다. 

 또한, 스마트 계약은 사물인터넷(IoT), 공급망 관리, 법률 계약 등 다양한 분야에서 자율적이고 신뢰성 있는 프로세스를 가능하게 하여, 공공 및 기업 서비스의 투명성과 효율성을 높일 수 있습니다. 이더리움 생태계에서 스마트 계약과 DApp의 응용 가능성은 계속 확장될 것입니다.

이더리움 백서 해설 - (하) 편 바로가기

 

1. 이더리움 탄생 배경과 목적

2. 이더리움 개념                     上

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3. 이더리움 아키텍처      中上

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4. 스마트 계약 및 DApp   中下

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5. 합의 알고리즘              下

6. 이더리움의 응용 가능성

 본 이더리움 백서 해설 (중상) 편에서는 3장 이더리움 아키텍처를 다루겠습니다. (중상) 편을 이해하기 위해서는 (상)편의 개념을 알고 있어야 하므로 아직 (상) 편을 보기 않으셨다면 먼저 보는 것을 추천합니다.

3. 이더리움 아키텍처

 이더리움 아키텍처는 이더리움 네트워크가 어떻게 구성되어 있는지, 그리고 그 구성 요소들이 어떻게 상호작용하는지를 설명합니다. 아래에서 이더리움 아키텍처를 더 상세히 설명하겠습니다.

3-1) 이더리움 계정 모델

 이더리움의 계정 모델은 두 가지 주요 계정 유형으로 구성됩니다.

A) 외부 소유 계정 (EOA, Externally Owned Account)

 EOA는 개인이나 조직이 소유하는 계정입니다. 이 계정은 비트코인에서 사용되는 전통적인 계정과 유사하게, 사용자가 소유한 개인키에 의해 제어됩니다.

 EOA는 이더(ETH)를 보유할 수 있으며, 트랜잭션을 발생시킬 수 있습니다. 사용자는 EOA를 통해 다른 계정(EOA나 계약 계정)으로 이더를 전송하거나, 스마트 계약을 호출할 수 있습니다.

 EOA의 주요 특징은 개인키를 통해 트랜잭션에 서명할 수 있다는 점입니다. 이는 사용자가 트랜잭션을 시작하고 이더리움 네트워크에 제출할 수 있도록 합니다.

B) 계약 계정 (Contract Account)

 계약 계정은 스마트 계약이 배포된 계정입니다. 이 계정은 사용자가 직접 제어하는 것이 아니라, 스마트 계약 코드에 의해 제어됩니다.

 계약 계정은 트랜잭션에 의해 호출될 때마다 해당 코드가 실행되며, 코드의 결과에 따라 상태가 변경됩니다.

 계약 계정은 이더리움 블록체인에 저장된 스마트 계약의 상태와 관련된 모든 데이터를 유지합니다. 이 데이터는 블록체인에 영구적으로 기록되며, 누구나 이 데이터를 검증할 수 있습니다.

3-2) 이더리움 가상 머신 (EVM)

 EVM의 역할: EVM은 모든 이더리움 노드에서 실행되는 분산 컴퓨팅 환경입니다. 이 환경은 이더리움 네트워크에 배포된 모든 스마트 계약을 동일한 방식으로 실행하며, 모든 노드에서 동일한 결과를 보장합니다.

 EVM은 스마트 계약을 실행할 때 필요한 모든 연산을 수행하며, 그 결과를 블록체인에 기록합니다. 이는 분산된 방식으로 이루어지기 때문에 중앙화된 서버 없이도 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있습니다.

 튜링 완전성: EVM은 튜링 완전성을 지닌 가상 머신입니다. 이는 이론적으로 EVM이 임의의 복잡한 프로그램을 실행할 수 있다는 것을 의미합니다. 개발자는 이더리움의 스마트 계약을 통해 다양한 로직과 알고리즘을 구현할 수 있습니다.

 가스(Gas)와 비용: EVM에서 스마트 계약을 실행하거나 트랜잭션을 처리하려면 가스(Gas)가 필요합니다. 가스는 이더리움에서 연산 작업의 비용을 측정하는 단위입니다. 모든 명령어는 일정량의 가스를 소모하며, 사용자는 이를 위해 이더(ETH)를 지불해야 합니다.

 가스 시스템은 네트워크 자원의 남용을 방지하고, 노드들이 과부하 되지 않도록 보장합니다. 사용자는 트랜잭션을 실행할 때 가스 가격을 설정할 수 있으며, 높은 가스 가격을 설정할수록 트랜잭션이 더 빨리 처리될 가능성이 높습니다.

3-3) 트랜잭션과 메시지

 트랜잭션: 트랜잭션은 EOA에서 발생하며, 이더를 다른 계정으로 전송하거나 스마트 계약을 호출하는 데 사용됩니다. 트랜잭션은 서명되어야 하며, 서명된 트랜잭션은 네트워크의 노드들에 의해 검증되고, 블록체인에 기록됩니다.

 트랜잭션은 특정 수신자 주소, 전송할 이더의 양, 가스 한도, 가스 가격, 그리고 선택적인 데이터 필드를 포함합니다. 데이터 필드는 주로 스마트 계약을 호출할 때 사용되며, 호출할 함수와 그 인자를 포함할 수 있습니다.

 메시지(Call): 메시지는 트랜잭션과 유사하지만, 스마트 계약 간의 내부 통신에 사용됩니다. 메시지는 계약에서 다른 계약으로 데이터를 전송하거나 함수를 호출할 수 있습니다.

 메시지는 트랜잭션과 달리 블록체인에 직접 기록되지 않으며, 스마트 계약 내부에서 발생하는 연산의 일부로 처리됩니다. 이는 스마트 계약이 다른 계약의 기능을 호출하고 그 결과를 사용하는 데 사용됩니다.

3-4) 상태(state)와 트리 구조

 이더리움의 상태는 모든 계정의 현재 상태를 포함하며, 이 상태는 블록체인에 저장됩니다. 이 상태는 Merkle Patricia 트리라는 특별한 데이터 구조로 관리됩니다.

 세계 상태 트리(World State Tree): 세계 상태 트리는 이더리움의 모든 계정과 그 계정의 데이터를 포함하는 트리 구조입니다. 이 트리는 각 계정의 상태(잔액, 코드, 저장된 데이터 등)를 효율적으로 관리하고 검색할 수 있도록 돕습니다.

 Merkle Patricia 트리는 블록체인에서 상태를 효율적으로 관리하기 위해 사용되는 데이터 구조로, 노드 간의 데이터 검증을 빠르고 정확하게 수행할 수 있게 해줍니다.

 트랜잭션 트리와 로그 트리: 트랜잭션 트리는 블록 내에 포함된 모든 트랜잭션을 기록하는 트리 구조입니다.

 로그 트리는 스마트 계약 실행 중에 발생하는 로그 데이터를 기록합니다. 이 로그는 스마트 계약의 실행 결과에 대한 다양한 이벤트를 추적하는 데 사용됩니다.

3-5) 합의 알고리즘

 Proof of Work (PoW): 이더리움은 초기에는 비트코인과 유사한 작업 증명 알고리즘을 사용했습니다. PoW는 채굴자들이 복잡한 수학 문제를 해결하여 블록을 생성하고, 이 과정에서 채굴자들은 보상으로 이더를 획득합니다.

 PoW는 네트워크의 보안을 유지하고, 중앙 집중화된 공격을 방지하는 데 효과적이지만, 높은 에너지 소비와 낮은 처리 속도 등의 단점이 있습니다.

 Proof of Stake (PoS): 이더리움은 PoW에서 지분 증명(Proof of Stake, PoS)으로 전환하고자 합니다. PoS에서는 채굴자가 아닌 이더를 소유한 사람들이 블록 검증에 참여하며, 소유한 이더의 양에 따라 블록 생성 권한이 부여됩니다.

 PoS는 에너지 효율성이 높고, 네트워크의 보안성을 강화할 수 있는 장점이 있습니다. 이더리움 2.0 업그레이드의 핵심 목표 중 하나는 PoS로의 전환을 통해 네트워크 성능과 효율성을 개선하는 것입니다.

3-6) 이더리움 클라이언트

 이더리움 클라이언트는 네트워크에 연결된 소프트웨어로, 블록체인을 유지하고 트랜잭션을 처리하며 스마트 계약을 실행하는 역할을 합니다.

 풀 클라이언트 (Full Client): 풀 클라이언트는 이더리움 블록체인의 전체 사본을 다운로드하고 유지합니다. 이 클라이언트는 네트워크에서 발생하는 모든 트랜잭션과 블록을 검증하고, 스마트 계약을 실행할 수 있습니다. 풀 클라이언트는 많은 저장 공간과 연산 자원이 필요하지만, 네트워크의 완전한 신뢰성을 보장합니다.

 라이트 클라이언트 (Light Client): 라이트 클라이언트는 블록체인의 일부만을 저장하고 필요한 경우에만 데이터를 다운로드합니다. 이는 더 적은 리소스로 빠르게 작동할 수 있으며, 특히 리소스가 제한된 환경(예: 모바일 디바이스)에서 주로 사용됩니다.

3-7) 샤딩 (Sharding)

 샤딩은 이더리움 2.0에서 도입된 기술로, 이더리움의 확장성을 대폭 향상시키는 역할을 합니다.

 샤딩의 개념: 샤딩은 이더리움 네트워크를 여러 개의 작은 체인(샤드)으로 나누는 기술입니다. 각 샤드는 독립적으로 트랜잭션을 처리하고, 자체적인 상태를 유지합니다. 이를 통해 네트워크의 처리 용량을 크게 늘릴 수 있습니다.

 샤드 체인: 샤드 체인은 메인 이더리움 체인과 연결되어 있으며, 서로 다른 트랜잭션과 데이터를 병렬로 처리할 수 있습니다. 이를 통해 네트워크의 처리 속도를 높이고, 대규모 사용자 기반을 지원할 수 있습니다.

 이더리움 아키텍쳐는 매우 복잡하지만 강력한 구조를 가지고 있습니다. 이러한 구조 덕분에 이더리움은 스마트 계약, DApps, DeFi 등을 지원할 수 있는 범용 블록체인 플랫폼으로 자리 잡을 수 있게 됩니다.

다음 (중하)편에서는 4장 스마트 계약 및 DApp에 대하여 다루겠습니다. 이더리움 플랫폼이 세계적으로 퍼진다면 가장 일반 사람들에게 와닿을 기술이라고 생각합니다. 이더리움 네트워크 속 요소 중 제일 핵심적인 요소라고 생각하니 꼭 알아두면 좋겠습니다. 

이더리움 백서 해설 - (중하) 편 바로가기

 이더리움 백서는 비트코인 백서보다 더 상세하고 많은 내용들이 들어있습니다. 이더리움 블록체인 플랫폼의 개념과 설계를 설명하며, 주로 스마트 계약과 탈중앙화 애플리케이션(DApps)의 개발을 지원하는 시스템을 설명합니다. 목차는 다음과 같습니다.

1. 이더리움 탄생 배경과 목적

2. 이더리움 개념                     上

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3. 이더리움 아키텍쳐      中上

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4. 스마트 계약 및 DApp   中下

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5. 합의 알고리즘              下

6. 이더리움의 응용 가능성

 핵심 내용만 중심으로 요약해도 내용이 상당히 많습니다. 이번 上 편에서는 2번 "이더리움 개념"까지 다루고 3장은 中上, 4장은 中下 편에서 다루겠습니다. 남은 5장, 6장은 下 편에서 다루도록 하겠습니다.

1. 이더리움 탄생 배경과 목적

1-1) 비트코인의 혁신과 한계

 비트코인은 사토시 나카모토에 의해 2008년에 발표된 최초의 탈중앙화 디지털 통화이며, P2P(Peer to Peer) 방식으로 거래를 가능하게 했습니다. 비트코인은 탈중앙화, 신뢰성, 보안성 측면에서 강한 면모를 보여주었고, 블록체인 기술의 가능성을 처음으로 입증했다는 점에서 큰 의미가 있습니다.

 하지만, 비트코인의 스크립팅 언어는 투박하고 제한적이어서, 복잡한 로직이나 계약을 구현하는데 한계가 있습니다. "A가 B에게 비트코인을 한 개 보낸다"와 같은 단순한 트랜잭션을 효율적으로 처리할 수 있지만, 그 이상 복잡한 거래나 프로그래밍 논리를 구현하기에는 적합하지 않습니다. 이 때문에 비트코인은 주로 가치 저장 및 단순한 금융 거래에 사용됩니다.

1-2) 이더리움의 목표

 범용 플랫폼의 필요성: 이더리움의 창시자인 비탈릭 부테린은 비트코인의 한계를 극복하고, 보다 복잡하고 다양한 애플리케이션을 지원할 수 있는 범용 블록체인 플랫폼의 필요성을 느꼈습니다. 부테린은 블록체인 기술을 통해 디지털 화폐 이상의 기능을 구현할 수 있는 플랫폼을 구상했습니다. 이는 누구나 자유롭게 애플리케이션을 개발하고 배포할 수 있는 탈중앙화된 플랫폼을 의미합니다. 여기서 탈중앙화 플랫폼은 이더리움을 의미합니다.

 스마트 계약의 도입: 이더리움은 ‘스마트 계약’이라는 개념을 중심으로 설계되었습니다. 스마트 계약은 블록체인상에서 코드로 작성된 계약으로, 조건이 충족되면 자동으로 실행됩니다. 이를 통해 이더리움은 단순한 트랜잭션을 넘어 다양한 논리적 조건과 규칙을 자동으로 처리할 수 있는 시스템을 제공합니다. 

 탈중앙화 애플리케이션(DApps)의 지원: 이더리움은 중앙 서버 없이 블록체인상에서 실행되는 탈중앙화 애플리케이션(DApps)을 개발할 수 있는 환경을 제공합니다. 이는 모든 애플리케이션이 분산된 네트워크에 의해 유지되고, 중앙 기관이나 서버의 개입 없이도 안전하고 신뢰성 있게 작동할 수 있음을 의미합니다. 목차 4번 스마트 계약 및 DApp에서 스마트 계약과 DApp의 원리에 대해 상세하게 다루겠습니다.

1-3) 기술적 비전

 범용 컴퓨터로서의 블록체인: 이더리움은 튜링 완전 언어(Turing Complete Language)를 지원하는 블록체인 플랫폼을 구축하여, 사용자가 원하는 어떤 프로그램이든 실행할 수 있도록 합니다. 이를 통해 이더리움은 하나의 범용 컴퓨터로서 작동하며, 누구나 블록체인 위에서 복잡한 프로그램을 실행할 수 있게 합니다.

 확장성과 유연성: 이더리움은 다양한 사용 사례와 요구에 맞게 확장할 수 있으며, 기존의 블록체인 시스템이 지원하지 않는 새로운 기능을 쉽게 추가할 수 있습니다. 이러한 유연성은 이더리움이 개발자 커뮤니티에서 인기를 얻는 주요 이유 중 하나입니다.

1-4) 이더리움의 궁극적 목표

 탈중앙화된 세계 컴퓨터: 이더리움의 비전은 전 세계적으로 연결된 탈중앙화 컴퓨터를 만드는 것입니다. 여기서 "컴퓨터"라는 단어는 물리적인 컴퓨터 한 대를 의미하는 것이 아니라, 전 세계적으로 분산된 컴퓨팅 자원들이 하나의 거대한 가상 컴퓨터처럼 작동하는 것을 비유적으로 표현했습니다.

 이를 통해 사람들이 중앙 기관에 의존하지 않고도 디지털 자산을 관리하고, 계약을 실행하며, 애플리케이션을 운영할 수 있습니다. 이더리움은 이러한 목표를 달성하기 위해 새로운 경제 시스템을 제안하고 있으며, 이는 기존 금융 시스템을 대체하거나 보완할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

 이렇게 이더리움 탄생 배경과 목적을 통해 앞으로 어떤 문제를 해결하려고 하는지, 그리고 어떻게 이를 실현할 것인지를 대략적으로 설명했습니다. 다음 목차 2장 "이더리움의 개념"은 이 플랫폼이 어떻게 작동하며, 기존 블록체인과 어떤 차이점이 있는지에 대한 이해를 돕기 위해 설명됩니다.

2. 이더리움의 개념

2-1) 블록체인과 이더리움

 블록체인 기술의 기본 개념: 블록체인은 분산 원장 기술로, 모든 트랜잭션이 블록에 기록되고, 이 블록들이 연결되어 체인을 형성합니다. 모든 참여자(노드)는 동일한 블록체인을 유지하며, 새로운 트랜잭션이 발생할 때마다 이를 검증하고 블록체인에 추가합니다. 이러한 구조는 데이터의 무결성과 보안을 보장합니다.

 이더리움의 블록체인: 이더리움은 기존 블록체인 기술을 확장하여, 단순한 트랜잭션 기록을 넘어 더 복잡한 데이터와 로직을 기록하고 실행할 수 있도록 설계되었습니다. 이더리움 블록체인은 트랜잭션뿐만 아니라 스마트 계약의 상태 변화도 기록합니다. 즉, 이더리움 블록체인은 계약의 논리를 자동으로 실행하고 결과를 기록할 수 있는 환경을 제공합니다.

2-2) 이더리움 계정 모델

 외부 소유 계정(EOA, Externally Owned Account): EOA는 개인이 소유하는 계정으로, 개인키로 보호됩니다. 이 계정은 이더(ETH)를 보유하고 있으며, 트랜잭션을 발생시키는 데 사용됩니다. 사용자는 EOA를 통해 다른 계정으로 이더를 전송하거나 스마트 계약을 실행할 수 있습니다.

 계약 계정(Contract Account): 계약 계정은 스마트 계약에 의해 제어되며, 자체적인 코드를 보유합니다. 이 계정은 사용자에 의해 직접 제어되지 않고, 스마트 계약의 로직에 따라 자동으로 실행됩니다. 계약 계정은 스마트 계약의 상태를 유지하며, 트랜잭션의 결과에 따라 상태가 변경됩니다.

2-3) 트랜잭션과 메시지

 트랜잭션: 이더리움에서 트랜잭션은 EOA에서 발생하며, 다른 EOA나 계약 계정으로 전송됩니다. 트랜잭션은 이더를 전송하거나, 계약 계정을 호출하여 특정 기능을 실행할 수 있습니다. 모든 트랜잭션은 이더리움 네트워크의 노드에 의해 검증되고 블록체인에 기록됩니다.

 메시지: 메시지는 트랜잭션과 유사하지만, 스마트 계약 간의 내부 호출을 의미합니다. 메시지는 특정 스마트 계약의 함수를 호출하고, 해당 함수가 실행되면 결과를 반환합니다. 메시지는 블록체인에 직접 기록되지 않으며, 해당 트랜잭션의 일부로 처리됩니다.

2-4) 이더리움 가상 머신 (EVM)

 EVM의 역할: 이더리움 가상 머신(EVM)은 스마트 계약을 실행하는 분산 컴퓨팅 환경입니다. EVM은 이더리움 네트워크에 참여하는 모든 노드에서 동일하게 실행되며, 스마트 계약의 상태와 결과를 동기화합니다. 이는 스마트 계약이 네트워크 전체에서 동일한 결과를 보장할 수 있도록 합니다.

 튜링 완전성: EVM은 튜링 완전(Turing Complete)이라는 개념을 지니고 있습니다. 이는 EVM이 이론적으로 어떤 계산이든 수행할 수 있는 능력을 가지고 있음을 의미합니다. 따라서, 개발자는 EVM을 통해 다양한 복잡한 로직과 알고리즘을 구현할 수 있습니다.

 가스(Gas): 가스는 이더리움에서 스마트 계약을 실행하거나 트랜잭션을 처리할 때 필요한 연산 비용을 측정하는 단위입니다. EVM에서 실행되는 모든 명령어는 일정량의 가스를 소모하며, 사용자는 트랜잭션을 실행할 때 소모할 가스의 양을 지불해야 합니다. 이는 네트워크 자원의 남용을 방지하고, 시스템의 안정성을 유지하는 역할을 합니다.

2-5) 스마트 계약과 탈중앙화 애플리케이션(DApps)

 스마트 계약의 정의: 스마트 계약은 특정 조건이 충족되면 자동으로 실행되는 프로그램 코드입니다. 예를 들어, A가 B에게 일정 금액을 송금하는 계약이 있을 때, 계약의 조건이 충족되면 이더리움 네트워크가 자동으로 송금을 처리합니다. 스마트 계약은 블록체인에 저장되며, 블록체인의 특성상 한 번 배포된 계약은 변경될 수 없습니다.

 탈중앙화 애플리케이션(DApps): DApps는 중앙 서버가 아닌 블록체인 위에서 실행되는 애플리케이션입니다. DApps는 스마트 계약을 기반으로 하여 작동하며, 사용자 인터페이스(UI)를 통해 상호작용합니다. DApps는 중앙 기관의 통제를 받지 않기 때문에 더 높은 보안성과 신뢰성을 제공합니다. 다양한 분야에서 DApps가 개발되고 있으며, 금융, 게임, 소셜 네트워크 등이 주요 응용 분야입니다.

2-6) 이더(ETH)

 이더의 역할: 이더(ETH)는 이더리움 네트워크에서 사용되는 기본 암호화폐입니다. 이더는 가스 비용을 지불하고, 스마트 계약을 실행하며, 트랜잭션을 처리하는 데 사용됩니다. 이더는 이더리움의 경제 시스템을 유지하는 핵심 요소로, 네트워크의 보안과 운영에 중요한 역할을 합니다.

 채굴과 보상: 이더리움 네트워크는 초기에는 작업 증명(Proof of Work, PoW) 알고리즘을 통해 채굴자들에게 이더를 보상으로 지급했습니다. 이후에는 지분 증명(Proof of Stake, PoS)으로 전환하여, 네트워크 보안성과 에너지 효율성을 향상시키고자 했습니다.

 

 이더리움의 개념 부분은 이더리움이 단순한 암호화폐 이상의 플랫폼으로, 블록체인 기술을 기반으로 한 다양한 응용 프로그램을 지원하는 강력한 생태계를 구축하고 있음을 설명합니다. 특히 스마트 계약과 DApps의 가능성을 열어주었고, 탈중앙화된 경제와 사회 시스템을 꿈 꾸는 세계를 보여줍니다.

 다음 이더리움 백서 中편을 통해서 이더리움 아키텍쳐, 스마트 계약 및 DApps를 다루도록 하겠습니다.

이더리움 백서 해설 - (중상) 편 바로가기