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UTXO

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UTXO 모델이란?

UTXO 모델이란 Unspent Transaction Output의 줄임말로, 계정의 잔액을 직접 저장하는 대신, 아직 사용되지 않은 거래의 결과물을 추적하여 자산의 소유와 거래를 관리하는 방식이다.

UTXO 모델 등장 배경

일반적인 은행 시스템은 계정의 잔액을 직접 관리하는 방식을 사용한다.

예를 들어 Alice 계좌에 10만 원이 있고 3만 원을 송금하면,

송금 전
Alice: 100,000원
 
3만원 송금
 
송금 후
Alice: 70,000원

처럼 하나의 계정에 저장된 잔액을 수정하면 된다.

이 방식에서는 은행이라는 중앙기관이 계좌의 현재 잔액을 관리하면서 같은 돈을 두 번 사용하는 이중 지불(Double Spending) 문제를 걱정하지 않아도 된다.

하지만 비트코인은 중앙기관 없이 사용자끼리 직접 디지털 화폐를 주고받는 시스템을 만들고자 했다.

여기서 문제가 발생하는데, Alice가 1 BTC를 가지고 있다고 가정해보겠다.

Alice가 동일한 1 BTC에 대해

Alice → Bob       : 1 BTC
Alice → Charlie   : 1 BTC

라는 두 개의 거래를 동시에 만든다면 어떤 거래를 인정해야 하는지 문제가 발생한다.

따라서 비트코인은 UTXO 모델을 적용하여 이전에 발생한 거래 중 아직 사용되지 않은 결과물이 무엇인지 추적하는 방식을 사용했다.

UTXO 모델 동작 원리

UTXO 모델은 기본적으로 다음과 같은 구조를 가진다

기존 UTXO
    ↓
Transaction Input
    ↓
Transaction
    ↓
Transaction Output
    ↓
새로운 UTXO

UTXO 모델은 **입력(Input)**과 **출력(Output)**으로 나누어 생각하면 쉽다.

Alice 잔액 조회

예를 들어 Alice가 이전 거래를 통해 다음 UTXO를 받았다고 해보겠다.

UTXO #1
소유자: Alice
금액: 10 BTC
상태: Unspent

Alice의 잔액을 조회하면 Alice가 사용할 수 있는 UTXO들을 찾아서 합산한다.

Alice의 UTXO가 3개라고 한다면 다음과 같다.

Alice
└── UTXO #1 : 10 BTC
└── UTXO #2 : 7 BTC
└── UTXO #3 : 2.5 BTC
 
잔액 = 19.5 BTC

Alice 송금

Alice가 Bob에게 3 BTC를 보낸다고 한다면 Alice가 가지고 있는 10 BTC짜리 UTXO 전체를 사용한다.

Input
10 BTC UTXO
 
Output 1
Bob → 3 BTC
 
Output 2
Alice → 7 BTC

기존 UTXO가 사라지고 새로운 UTXO가 2개 생성되는 구조다.

전체 구조를 보면 다음과 같다.

Alice
UTXO 10 BTC
      │
      │ 사용
      ▼
┌──────────────────┐
│   Transaction    │
└──────────────────┘
      │
      ├──────────────→ Bob   3 BTC
      │
      └──────────────→ Alice 7 BTC

UTXO 모델 장단점

장점 1. 이중 지불을 확인하기 쉽다

사용된 UTXO를 다시 Input으로 사용하려는 거래는 유효하지 않은 거래가 된다.

UTXO #100
 
Transaction A에서 사용
→ Spent
 
Transaction B에서 다시 사용 시도
→ Invalid

따라서 거래의 유효성을 비교적 명확하게 판단할 수 있다.

장점 2. 거래 추적이 명확하다

UTXO는 항상 이전 거래의 Output을 Input으로 사용한다

따라서 코인의 이동 경로를 연결해서 볼 수 있다.

Transaction A
    ↓
UTXO
    ↓
Transaction B
    ↓
UTXO
    ↓
Transaction C

각 UTXO가 어떤 거래에서 생성됐고, 어떤 거래에서 사용됐는지가 명확하게 연결된다.

장점 3. 병렬 처리에 유리하다

서로 다른 UTXO를 사용하는 거래라면 독립적으로 처리할 수 있다.

Transaction A
UTXO #1 사용
 
Transaction B
UTXO #2 사용

다음과 같다면 두 거래가 동일한 상태를 수정하지 않는다.

반면 Account Model에서는 하나의 계정 잔액을 여러 거래가 동시에 수정할 수 있기 때문에 처리 순서와 상태 관리가 더 중요해진다.

장점 4. 프라이버시 측면에서 활용할 여지가 있다

UTXO 모델에서는 하나의 사용자가 여러 주소와 여러 UTXO를 사용할 수 있다.

주소 A → 1 BTC
주소 B → 2 BTC
주소 C → 3 BTC

위처럼 자산을 분산해서 가지고 있을 수 있다.

따라서 하나의 계정 잔액이 계속 갱신되는 Account Model보다 주소를 분리해서 사용하는 방식이 가능하다.

다만 비트코인 거래는 공개 원장에 기록되기 때문에 UTXO를 사용한다고 해서 익명성이 자동으로 보장되는 것은 아니다.

단점 1. 구조가 직관적이지 않다

사용자 입장에서는 단순히 “내 잔액이 얼마인가?”만 보고 싶지만, 지갑 프로그램 내부에서는 여러 UTXO를 관리하고 합산해야 한다.

단점 2. UTXO 선택 과정이 필요하다

여러 개의 UTXO가 있을 때 어떤 UTXO를 사용할 것인지 결정해야 한다.

예를 들어

1 BTC
2 BTC
3 BTC
5 BTC
8 BTC

를 가지고 있고 6 BTC를 보내려 한다면

1 + 5 BTC
2 + 5 BTC
3 + 5 BTC
8 BTC

등 여러 방법이 존재한다.

어떤 조합을 선택하느냐에 따라

  • 거스름돈
  • 거래 데이터 크기
  • 거래 수수료 등이 달라질 수 있는데, 이를 Coin Selection이라고 한다.

그래서 실제 비트코인 지갑은 사용자 대신 적절한 UTXO 조합을 선택하는 알고리즘을 사용한다.

단점 3. UTXO가 너무 많이 쌓일 수 있다

아주 작은 금액의 UTXO가 계속 생성되면 하나의 사용자가 수많은 UTXO를 가지게 될 수 있다.

0.001 BTC
0.001 BTC
0.001 BTC
0.001 BTC
...

처럼 작은 UTXO가 수백 개 존재할 수 있다.

이럴 경우 큰 금액을 보내기 위해 많은 UTXO를 Input으로 사용하게 되는데, 트랜잭션 크기가 커져서 수수료가 증가할 수 있게 된다.

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