Go 언어로 만드는 간단한 블록체인

Go 언어로 만드는 간단한 블록체인

블록체인은 분산 원장 기술(Distributed Ledger Technology)의 한 종류로, 데이터를 ‘블록’ 단위로 저장하고 이를 ‘체인’ 형태로 연결하여 무결성을 보장하는 기술임. 각 블록은 이전 블록의 정보를 해시(Hash) 값으로 포함하고 있어, 한 번 기록된 데이터는 위변조가 거의 불가능함. Go 언어는 내장된 해시 라이브러리와 명확한 구조체 정의를 통해 블록체인의 핵심 개념을 구현하기에 매우 적합함.

Java와 Go로 구현하는 블록체인

Java는 하이퍼레저 패브릭(Hyperledger Fabric)이나 코다(Corda) 같은 엔터프라이즈 블록체인 플랫폼에서 널리 사용됨. 두 언어 모두 객체(구조체) 지향적인 방식으로 블록을 모델링하고, 표준 라이브러리를 통해 해시 알고리즘(예: SHA-256)을 사용할 수 있다는 점에서 공통점을 가짐.

개념	Go	Java	설명
블록 표현	struct	class	타임스탬프, 데이터, 이전 해시, 현재 해시 등을 필드로 가지는 데이터 구조.
해시 계산	crypto/sha256	java.security.MessageDigest	블록의 데이터를 기반으로 고유한 해시 값을 생성하는 기능.
체인 관리	[]*Block (슬라이스)	List<Block> (리스트)	생성된 블록들을 순서대로 저장하고 관리하는 컬렉션.

이번 시간에는 거래 데이터를 저장하는 간단한 블록체인을 직접 만들면서 그 구조와 원리를 학습하겠음. 제네시스 블록(Genesis Block) 생성부터 새로운 블록 추가, 체인의 유효성 검증까지 단계별로 구현할 것임.

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1단계: 블록 및 블록체인 구조 정의

가장 먼저 블록체인의 기본 단위인 Block과, 이 블록들을 담을 Blockchain의 구조를 정의해야 함.

• Block: 타임스탬프, 저장할 데이터, 이전 블록의 해시, 현재 블록의 해시로 구성됨.
• Blockchain: Block 포인터의 슬라이스([]*Block)로, 생성된 블록들을 순서대로 저장함.

실습 1: 블록과 체인의 기본 구조 만들기

Block과 Blockchain 구조체를 정의하고, 체인의 첫 번째 블록인 제네시스 블록을 생성하는 코드를 작성함.

API	파라미터	리턴값	설명
time.Now().Unix()	없음	int64	현재 시간을 유닉스 타임스탬프(초 단위)로 반환함.
strconv.FormatInt(i int64, base int)	int64, int	string	64비트 정수를 주어진 진법(base)의 문자열로 변환함.
sha256.Sum256(data []byte)	[]byte	[32]byte	입력 데이터의 SHA-256 해시 값을 계산하여 32바이트 배열로 반환함.
hex.EncodeToString(src []byte)	[]byte	string	바이트 슬라이스를 16진수 문자열로 인코딩하여 반환함.

실행 흐름 (블록 구조)

graph TD
    Block_N_Minus_1["Block N-1<br>PrevHash: ...<br>Hash: HASH_N_1"] --> Block_N["Block N<br>PrevHash: HASH_N_1<br>Hash: HASH_N"];
    Block_N --> Block_N_Plus_1["Block N+1<br>PrevHash: HASH_N<br>Hash: ..."];

    subgraph Block N
        Timestamp
        Data
        PrevBlockHash
        Hash
    end

실습 파일: 16-간단-블록체인/01-블록-구조-정의/main.go

package main

import (
	"crypto/sha256"
	"encoding/hex"
	"fmt"
	"strconv"
	"time"
)

// 1. Block은 블록체인의 각 요소를 나타냄
type Block struct {
	Timestamp     int64
	Data          string
	PrevBlockHash []byte
	Hash          []byte
}

// 2. SetHash는 블록의 데이터를 기반으로 해시를 계산하고 설정함
func (b *Block) SetHash() {
	timestamp := []byte(strconv.FormatInt(b.Timestamp, 10))
	headers := append(b.PrevBlockHash, append([]byte(b.Data), timestamp...)...)
	hash := sha256.Sum256(headers)
	b.Hash = hash[:]
}

// 3. NewBlock은 주어진 데이터와 이전 블록 해시로 새 블록을 생성함
func NewBlock(data string, prevBlockHash []byte) *Block {
	block := &Block{time.Now().Unix(), data, prevBlockHash, []byte{}}
	block.SetHash()
	return block
}

// 4. Blockchain은 블록들의 체인을 나타냄
type Blockchain struct {
	blocks []*Block
}

// 5. NewBlockchain은 제네시스 블록과 함께 새 블록체인을 생성함
func NewBlockchain() *Blockchain {
	genesisBlock := NewBlock("Genesis Block", []byte{})
	return &Blockchain{[]*Block{genesisBlock}}
}

func main() {
	bc := NewBlockchain()
	genesis := bc.blocks[0]
	fmt.Printf("Genesis Block Data: %s\n", genesis.Data)
	fmt.Printf("Genesis Block Hash: %s\n", hex.EncodeToString(genesis.Hash))
}

코드 해설

1. Block 구조체: 블록을 구성하는 필수 요소들을 필드로 정의함. Data는 거래 내역 등 실제 정보를 담고, PrevBlockHash와 Hash가 체인을 연결하는 핵심 요소임.
2. SetHash 메서드: 블록의 무결성을 보장할 해시를 계산함. 블록의 내용(타임스탬프, 데이터, 이전 블록 해시)을 모두 합친 뒤 SHA-256 알고리즘으로 해시 값을 생성함.
3. NewBlock 함수: 새 블록을 쉽게 생성하기 위한 팩토리 함수. 현재 시간으로 타임스탬프를 설정하고, SetHash를 호출하여 자신의 해시를 계산함.
4. Blockchain 구조체: Block 포인터의 슬라이스를 통해 체인을 표현함. 실제로는 데이터베이스에 연결되겠지만, 여기서는 메모리 내 슬라이스로 단순화함.
5. NewBlockchain 함수: 체인의 첫 번째 블록, 즉 제네시스 블록(Genesis Block)을 포함한 새로운 블록체인을 생성함. 제네시스 블록은 이전 해시가 없으므로 비어있는 바이트 슬라이스를 사용함.

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2단계: 체인에 블록 추가하기

블록체인이 생성되었으니, 이제 새로운 데이터를 담은 블록을 체인에 추가하는 기능을 구현해야 함. AddBlock 메서드는 마지막 블록의 해시를 가져와 새 블록의 PrevBlockHash로 설정하고, 새 블록을 체인에 추가함.

실습 2: 블록체인에 새 블록 추가

API	파라미터	리턴값	설명
append(slice, elems...)	slice []Type, elems ...Type	[]Type	슬라이스의 끝에 하나 이상의 요소를 추가하고, 결과 슬라이스를 반환함.

실행 흐름

sequenceDiagram
    participant main as "main()"
    participant bc as "Blockchain"
    participant NewBlock as "NewBlock()"

    main->>bc: AddBlock("Send 1 BTC...") 호출
    bc->>bc: 마지막 블록(prevBlock) 조회
    bc->>NewBlock: NewBlock("Send 1 BTC...", prevBlock.Hash) 호출
    NewBlock-->>bc: 새 블록(newBlock) 반환
    bc->>bc: 체인(bc.blocks)에 newBlock 추가
    main-->>main: 다음 블록 추가...

실습 파일: 16-간단-블록체인/02-블록-추가/main.go

// (이전 실습의 Block, SetHash, NewBlock, Blockchain 구조체 및 함수는 동일하게 사용)
package main

import (
	"crypto/sha256"
	"encoding/hex"
	"fmt"
	"strconv"
	"time"
)

type Block struct {
	Timestamp     int64
	Data          string
	PrevBlockHash []byte
	Hash          []byte
}

func (b *Block) SetHash() { /*...*/ }
func NewBlock(data string, prevBlockHash []byte) *Block { /*...*/ }

type Blockchain struct {
	blocks []*Block
}

// 1. AddBlock은 블록체인에 새 블록을 추가함
func (bc *Blockchain) AddBlock(data string) {
	// 2. 체인의 마지막 블록을 가져옴
	prevBlock := bc.blocks[len(bc.blocks)-1]
	// 3. 이전 블록의 해시를 사용하여 새 블록 생성
	newBlock := NewBlock(data, prevBlock.Hash)
	// 4. 새 블록을 체인에 추가
	bc.blocks = append(bc.blocks, newBlock)
}

func NewBlockchain() { /*...*/ }

func main() {
	bc := NewBlockchain()

	bc.AddBlock("Send 1 BTC to Ivan")
	bc.AddBlock("Send 2 more BTC to Ivan")

	for _, block := range bc.blocks {
		fmt.Printf("Prev. hash: %s\n", hex.EncodeToString(block.PrevBlockHash))
		fmt.Printf("Data: %s\n", block.Data)
		fmt.Printf("Hash: %s\n", hex.EncodeToString(block.Hash))
		fmt.Println("----------------------------------")
	}
}

코드 해설

1. AddBlock 메서드: Blockchain 타입에 대한 메서드로, 새 데이터를 받아 블록을 추가하는 역할을 함.
2. prevBlock := bc.blocks[len(bc.blocks)-1]: 체인에 연결하기 위해 현재 체인의 마지막 블록을 가져옴.
3. NewBlock(data, prevBlock.Hash): 새 블록을 생성할 때, 이전 블록의 해시(prevBlock.Hash)를 PrevBlockHash로 전달하여 체인을 연결함.
4. bc.blocks = append(bc.blocks, newBlock): 생성된 새 블록을 블록체인의 슬라이스에 추가함.

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3단계: 블록체인 유효성 검증

블록체인의 핵심은 무결성임. 즉, 체인에 저장된 데이터가 변경되지 않았음을 보장해야 함. 이를 위해 체인이 유효한지 검증하는 기능을 추가할 수 있음. 검증 로직은 간단함.

1. 현재 블록의 PrevBlockHash가 이전 블록의 Hash와 일치하는지 확인.
2. 현재 블록의 데이터를 기반으로 해시를 다시 계산하여 저장된 Hash와 일치하는지 확인.

이 두 조건 중 하나라도 실패하면 체인이 변조되었음을 의미함.

실습 3: 체인 무결성 검증 (보너스)

실제 블록체인 시스템에서는 더 복잡한 검증(예: 작업증명)이 필요하지만, 여기서는 데이터의 무결성만 간단히 확인하는 예제임.

API	파라미터	리턴값	설명
string(slice []byte)	[]byte	string	바이트 슬라이스를 UTF-8 문자열로 변환함. 해시 값 비교에 사용됨.
append(slice[:i], slice[i+1:]...)	slice []Type	[]Type	슬라이스에서 i번째 요소를 제거하는 관용적인 표현.

실행 흐름

sequenceDiagram
    participant Caller
    participant bc as "Blockchain"
    participant Block2
    participant Block1

    Caller->>bc: IsChainValid()
    note right of bc: Loop starts to check blocks
    bc->>Block2: Get previous block hash
    bc->>Block1: Get hash
    note right of bc: Compare hashes
    bc->>Block2: Recalculate own hash
    note right of bc: Compare hashes
    note right of bc: Loop continues for all blocks...
    bc-->>Caller: return true (if all valid)

실습 파일: 16-간단-블록체인/03-블록체인-검증/main.go

// 이 코드는 개념 설명을 위한 의사코드에 가까우며, 위 main.go에 통합하여 테스트해볼 수 있음

// IsChainValid는 블록체인의 무결성을 검증함
func (bc *Blockchain) IsChainValid() bool {
	// 1. 제네시스 블록을 제외한 모든 블록을 순회
	for i := 1; i < len(bc.blocks); i++ {
		currentBlock := bc.blocks[i]
		prevBlock := bc.blocks[i-1]

		// 2. 현재 블록의 데이터로 해시를 다시 계산하여 저장된 해시와 일치하는지 확인
		tempHash := currentBlock.Hash
		currentBlock.SetHash() // 해시 다시 계산
		if string(currentBlock.Hash) != string(tempHash) {
			return false // 데이터가 변조됨
		}
		currentBlock.Hash = tempHash // 원래 해시로 복원

		// 3. 이전 블록의 해시와 현재 블록의 PrevBlockHash가 일치하는지 확인
		if string(currentBlock.PrevBlockHash) != string(prevBlock.Hash) {
			return false // 체인 연결이 끊어짐
		}
	}
	return true
}

코드 해설

1. for i := 1; ...: 제네시스 블록은 검증할 이전 블록이 없으므로, 두 번째 블록(인덱스 1)부터 순회함.
2. 데이터 무결성 검증: 현재 블록의 내용을 기반으로 해시를 다시 계산(currentBlock.SetHash())해보고, 블록에 이미 저장되어 있던 해시 값과 일치하는지 확인함. 만약 다르다면 블록의 Data가 누군가에 의해 변경되었음을 의미함.
3. 체인 연결 검증: 현재 블록에 저장된 이전 블록의 해시(currentBlock.PrevBlockHash)가, 실제로 이전 블록에 저장된 해시(prevBlock.Hash)와 같은지 확인함. 만약 다르다면 체인의 연결이 깨졌음을 의미함.

이 간단한 블록체인 구현을 통해 데이터가 어떻게 안전하게 연결되고 보호되는지에 대한 핵심 원리를 이해할 수 있음. 실제 암호화폐는 여기에 작업증명(Proof-of-Work), P2P 네트워크, 지갑, 암호학적 서명 등 훨씬 더 복잡한 기술들이 결합된 시스템임.