암호화폐 경제학

1. 서론

2009년 비트코인이 창시된 이후, 암호화폐는 그 경제적 관련성을 두고 격렬한 논쟁을 불러일으켜왔다. 비판자들은 이를 사기나 거품으로 규탄하는 반면, 옹호자들은 이익을 위해 통화를 통제하는 지정 제3자 없이도 결제를 지원할 수 있는 잠재력을 지적한다.

본 논문은 블록체인을 결제 기록 장치로 활용하는 암호화폐의 일반균형모형을 구축한다. 우리는 이중지불 문제를 형식화하고, 자원 집약적 채굴 경쟁과 확인 지연을 통해 이 문제가 어떻게 해결되는지 보여준다.

우리의 분석은 비트코인이 현재 형태로는 상당한 후생 비용이 있지만, 최적으로 설계된 암호화폐가 지불을 효율적으로 지원할 수 있음을 보여준다. 우리는 기존 지불 시스템 대비 암호화폐가 거래를 얼마나 효과적으로 용이하게 하는지 정량적으로 평가한다.

본 논문은 암호화폐 시스템의 독특한 기술적 특징 - 블록체인, 채굴, 이중 지불 인센티브 - 을 정량적 경제 프레임워크 내에서 공식적으로 모델링한 최초의 연구로서, 암호화폐에 대한 부족한 경제학 문헌에 기여한다.

2. Cryptocurrencies: 간략한 소개

비트코인과 같은 암호화폐는 검증자들의 분산된 네트워크에 의존하여 원장 사본을 유지하고 업데이트함으로써 신뢰할 수 있는 제3자의 필요성을 제거합니다. 신뢰는 분산된 검증, 업데이트 및 거래 기록 저장을 보장하는 블록체인을 기반으로 합니다.

블록체인은 채굴이라고 불리는 경쟁 과정을 통해 업데이트되며, 여기서 채굴자들은 계산적으로 비용이 많이 드는 작업 증명 문제를 해결하기 위해 경쟁합니다. 승자는 새로운 블록으로 체인을 업데이트하고 신규 코인 생성과 거래 수수료로 조성된 보상을 받습니다.

근본적인 과제는 이중 지불 문제입니다: 거래를 실행한 후 사용자가 유효성 검사자에게 결제가 이루어지지 않은 대체 기록을 수용하도록 시도할 수 있습니다. 이는 확인 지연으로 억제됩니다. 판매자는 상품을 인도하기 전에 여러 차례의 확인을 기다리므로, 성공적인 이중 지불 공격이 더 어려워집니다.

3. 이중 지불 문제

우리는 결제 주기 내에서 채굴 및 이중 지불 결정을 연구하기 위한 모델을 개발합니다. 이 모델은 N 하위 기간의 확인 지연을 가진 거래를 취소하려면 부정직한 구매자가 채굴 경쟁을 N+1회 연속으로 승리해야 함을 보여줍니다.

이로부터 다음과 같은 근본적인 결론을 도출한다: 작업 증명(Proof-of-Work) 프로토콜 기반 모든 암호화폐에서 결제는 즉시성과 최종성을 동시에 갖출 수 없다. 거래 속도와 이중 지출 방지 보안 사이에는 본질적인 상충 관계가 존재한다.

The model derives a no-double-spending constraint: d < R(N+1)N, where d is the transaction size, R is the mining reward, and N is the confirmation lag. This constraint shows the relationship between transaction size, confirmation lag, and the mining rewards needed to deter double-spending.

4. 일반균형 분석 프레임워크

우리는 라고스와 라이트(Lagos and Wright, 2005)의 화폐 일반균형 모형에 암호화폐 구조를 도입한다. 이 단계는 암호화폐가 폐쇄형 시스템이기 때문에 필수적이다. 즉 암호화폐의 가치는 경제 내 유통량에 좌우되며, 이는 채굴 보상에 영향을 미치고, 결국 이중 지출 유인과 채굴 노력에 영향을 준다.

본 프레임워크를 통해 최적의 암호화폐 설계 방안을 모색한다. 연구 결과, 최적의 보상 구조는 거래 수수료를 0으로 설정하고 화폐 발행 이익(통화 증발)에만 의존하는 것으로 나타났다. 이는 왜곡을 최소화하고 효율성을 향상시킨다.

사용자 풀이 충분히 클 때 이중 지출 방지 암호화폐 균형이 존재함을 증명하며, 암호화폐는 규모가 커질수록 더 효율적이 된다는 점을 부각한다.

5. 비트코인에 대한 수치 분석

2015년 비트코인 거래 데이터를 사용하여 모델을 보정했습니다. 분석 결과, 현재 비트코인 설계는 매우 비효율적이며 효율적인 현금 시스템 대비 1.4%의 후생 손실을 발생시키는 것으로 나타났습니다.

비효율성의 주요 원인은 연간 3억 6천만 달러로 추정되는 대규모 채굴 비용입니다. 이는 사람들이 비트코인 사용보다 더 나은 상황을 경험하기 위해 230% 인플레이션의 현금 시스템을 수용할 의사가 있음을 의미합니다.

그러나 최적으로 설계된 비트코인은 통화 증장을 줄이고 거래 수수료를 없애 후생 비용을 0.08%로 낮출 수 있습니다. 등가 인플레이션율은 27.51%로 하락할 것입니다.

우리는 소매 결제(미국 직불카드 데이터 사용)와 대액 결제(Fedwire 데이터 사용)에 대한 암호화폐 효율성도 평가했습니다. 암호화폐는 대액 결제 시스템(0.0060%)에 비해 소매 결제에서 훨씬 적은 후생 손실(0.00052%)을 보입니다.

6. 결론

작업 증명(Proof-of-Work) 기반 합의를 통한 블록체인의 분산 원장 기술은 매력적인 개념이다. 이 기술의 경제학은 이중 지출을 위한 개인적 유인과 이러한 유인을 통제하는 비용에 의해 주도된다.

암호화폐의 규모가 커질수록 효율성이 증가한다. 이는 충분히 큰 사용자 풀에서만 이중 지입 방지 균형이 존재하는 이유이며, 개별 거래 규모 대비 거래량이 클 때 암호화폐가 가장 효과적으로 작동하는 이유를 설명한다.

Bitcoin은 채굴 비용 측면에서뿐만 아니라 장기적 설계에서도 비효율적입니다. 코인 생성 속도를 최적화하고 거래 수수료를 최소화함으로써 효율성을 크게 개선할 수 있습니다.

확장성 한계가 해결되면 암호화폐 시스템이 소매 결제 시스템에 도전할 가능성이 있습니다. 블록체인 기술의 경제적 잠재력과 효율적 설계에 대해 알아야 할 부분이 여전히 많습니다.

부록

본 논문에는 증명, 유도 및 추가 분석을 포함한 방대한 부록이 수록되어 있으며 그 내용은 다음과 같습니다:

• 작업 증명(proof-of-work) 문제에 대한 미시적 기초
• 보조정리와 명제의 완전한 증명
• 대체 합의 메커니즘으로서 지분 증명에 대한 분석
• 블록체인의 형식적 기술