1. 기존의 정의

이더리움의 창시자로 널리 알려진 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)이 쓴 <The Meaning of Decentralization > 에서 부테린은 다음과 같이 탈중앙화를 구분하고 있다.

- 구조적 탈중앙화
- 정치적 탈중앙화
- 논리적 탈중앙화

이 중 구조적 탈중앙화는 네트워크 구조에서 탈중앙화 되었는가의 여부이고 정치적 탈중앙화는 합의과정에서 소수에게 의사결정이 집중 되어있는가의 여부이고 논리적 탈중앙화는 네트워크작동이 다원화 되어있는가의 여부이다.
블록체인 중 이더리움은 구조적으로 정치적으로 탈중앙화 되어있으나 논리적으로 집중화 되어있다. 논리적으로 집중화 되어있다는 것은 블록체인이 하나의 시스템으로 작동하고 있다는 의미이다.
또한 탈중앙화는 장애 허용성(Fault tolerance), 공격 저항성(Attack resistance), 담합 저항성(Collusion resistance)을 가지기 위해서 필요하다고 지적하였다. 부테린은 담합저항성에 대해서 비트코인에서는 비트코인 채굴자들이 서로 잘 아는 사이라도 담합하고 있지 않다는 점을 지적하고 있다.

<참고> https://medium.com/hashed-kr/the-meaning-of-decentralization-kr-f7942cf9fed6


2. 탈중앙화에 대한 새로운 정의가 필요한 이유

부테린이 설명한 탈중앙화에 대한 개념은 네트워크의 구조, 합의과정에 국한되어 있어서 블록체인이 가지는 실제적인 중앙집중화 현상을 설명하거나 서로 다른 블록체인의 탈중앙화 정도를 비교할 수 없다. 새로운 탈중앙화의 개념이 필요한 이유는 다음과 같다.

- 기존 메인넷 구조개선과 새로운 메인넷 설계
- 메인넷 간의 탈중앙화에 대한 정확한 측정과 비교
- 집중화 되어가는 토큰 이코노미의 개선


3. 탈중앙화에 대한 새로운 정의

새로 제안하는 탈중앙화는 네가지 측면에서 다음과 같이 정의할 수 있다.

- 네트워크 구조 : 새로운 노드의 진입이 자유로운가의 여부
- 거버넌스 : 기존 일반노드들에게 합의과정의 참여기회가 공정하게 부여되는가의 여부
- 컴퓨팅 리소스 : 네트워크 전체의 컴퓨팅리소스가 얼마나 분산화 되어 사용되는가의 여부
- 토큰 이코노미: 토큰의 배분이 노드들에게 얼마나 공정하게 배분되는가의 여부

위의 탈중앙화의 관점에서 보면 EOS는 네트워크구조, 거버넌스에서 탈중앙화 되어있지 않다.
흔히 BFT 합의방식은 중앙집중화 된 방식이라고 오해한다. BFT 합의방식은 사전적으로 ‘네트워크 구조에서 자유로운 진입(Free entry)이 보장되고 합의과정에 일반노드들이 공정하게 참여(Fair participation)한다면 탈중앙화 되어있다’고 간주해야 한다.
여기서 ‘공정한 참여’의 의미를 살펴보자. POW/POS는 사전적으로 모든 노드에게 참여기회를 동등하게 부여하고 있지만, 사후적으로는 항상 컴퓨팅파워와 지분이 높은 노드들에게 합의과정의 처리와 토큰의 분배가 집중된다.

BFT를 이용하는 합의방식의 경우 일반노드 중에서 일정한 컴퓨팅능력과 지분조건이 전제되는 경우 인증자(Validator)로 참여할 기회가 동등하게 주어지고 사후적으로도 참여기회가 분산되어 있다면 탈중앙화 되었다고 해야 한다. 다만 EOS처럼 사전적으로 인증자를 선발하지만 참가를 원하는 자격 있는 노드들에게 시스템에서 자동적인 교체가 이루어지지 않는다면 이는 탈중앙화 되었다고 볼 수 없다.
BFT방식에서 일정한 자격을 가진 노드에게 동등한 인증자의 기회가 주어진 경우를 가정하자. 만약 채굴전문회사에서 인증자노드를 가지기 위해 많은 인증자 후보노드를 만들었을 때 과연 탈중앙화의 필요성 중 하나인 담합저항성(Collusion Resistance)를 가지는 가의 여부이다.
EOS는 헌법을 통해 블록생산자를 정하고 인증자노드의 2/3 보다 큰 수의 노드 합의를 통해 블록이 생성되는 방식으로 하여금 담합저항성을 가진다. 탈중앙화 된 이더리움의 담합저항성이 EOS보다 큰 이유는 담합비용(Collusion Cost)이 크다고 믿기 때문이다. 그러나 메인넷의 노드 수가 적어지고 하나의 조직이나 답합을 통하여 노드를 장악할 수 있다면 담합을 통한 블록조작가능성은 항상 존재한다.


4. 탈중앙화 측정방법

(1) 지니계수를 사용한 탈중앙화 지수 측정방법
소득분배의 불균등도를 측정하는 지수계수를 사용하여 네 가지의 탈중앙화 지수를 정의할 수 있다.

- 컴퓨팅 리소스의 탈중앙화 지수 계산방법
(a) 일정기간 동안의 노드별 거래수수료를 작은 크기부터 배열하여 지니계수를 산출한다.
(b) 탈중앙화지수 = 1 - 지니계수


    - 토큰 이코노미 탈중앙화 지수 계산방법
    (a) 일정기간 동안 노드별로 채굴되거나 분배된 코인의 크기 순서대로 배열한 후 지니계수를 산출한다.
    (b) 토큰 이코노미 탈중앙화 지수 = 1 - 지니계수

    (2) 노드집중도를 이용한 탈중앙화 측정방법
    탈중앙화를 측정하는 또 하나의 방법은 상위 N개의 노드를 블록생성의 수, 보상의 분배, 컴퓨팅처리건수(용량)의 측면에서 집중도를 산출하는 것이다. 이는 경제학에서의 산업집중도 개념을 사용한 방법이다.

    - 허핀달 지수


    (a) 개별노드가 전체에서 차지하는 수수료 비율 (또는 코인분배비율)을 제곱, 합계하여 산출한다.

    (b) 허쉬만(Hirschman)은 지수의 제곱근을 집중지수로 제시하고 있다.
    (c) 지수는 0에서 1 사이에서 변화
    (d) 모든 노드가 동등한 컴퓨팅을 처리한 경우 (또는 코인분배가 균등하면) H=1/N
    (e) 한 노드가 순수독점을 하였을 경우 H=1
    (f) 허핀달 지수의 예




    - 엔트로피 지수


    (a) 물리학에서 도입된 개념
    (b) 불확실성과 불균형 정도를 계측하기 위해 개발
    (c) 작은 값일 수록 높은 독점도 또는 불균등도를 제시
    (d) 모든 노드의 규모가 동일할 경우 E = log2N
    (e) 순수독점일 경우 E = 0
    (f) 상대적 엔트로피 지수(R) : R = log2N -E


    5. 시사점

    사전적으로 네트워크 및 거버넌스 구조가 탈중앙화 되도록 설계하였더라도, 참여자의 전략적인 행동은 자신의 이익을 극대화하기 위함이고 그 결과 사후적인 관점에서 측정하면 탈중앙화 지수는 매우 낮게 나타난다. 이는 플랫폼의 설계의도와 참여자의 전략적인 선택이 불일치하기 때문에 생기는 결과이다.
    PoW와 PoS에서는 합의대가로서 코인을 지불하기 때문에 채굴을 전문으로 하는 마이닝회사가 존재하게 되고, 컴퓨팅파워가 작은 노드들은 장기적으로 고사할 수밖에 없는 악순환구조가 생길 수 있다.
    특히 PoS와 DPoS의 경우 Validator 노드들 간의 암묵적인 담합(Implicit Collusion) 문제가 지속될 수 있다는 점도 눈여겨보아야 한다. 암묵적인 담합은 경제학에서는 지속적인 일종의 독점형태로 보는 전략적인 활동이다. 이미 이러한 행태는 Steemit과 EOS에서 관찰되는 행위이다.

    탈중앙화 지수를 측정하기 위해서는 네트워크 상에 참여하는 노드의 수를 한정하는 것을 고려해야 한다. 예를 들어 이더리움의 경우 많은 노드들이 실험 또는 채굴형으로 돌아가는 경우가 상당하기 때문이다. 실제 거래를 처리하지 않은 노드들은 대상에서 제외해야 탈중앙화 지수를 정확히 측정할 수 있다.
    따라서 블록체인 기능을 제공하는 네트워크의 합의과정, 보상 및 수수료체계는 앞서 언급한 네 가지 측면의 탈중앙화 기준에 합치되어야 하며, 사후적으로 지속가능하도록 설계되어야 한다.