블록체인의 핵심 구조: 트랜잭션과 UTXO 완벽 이해하기

블록체인에서 거래는 어떻게 기록될까? 이 글에서는 트랜잭션과 UTXO의 개념부터 작동 원리, 보안 구조, 스마트 컨트랙트와의 관계까지 블록체인의 핵심 구조를 체계적으로 설명합니다.

블록체인은 단순한 암호화폐 거래 장부일까? 사실 블록체인의 진짜 힘은, 그 안에서 일어나는 ‘상태 변화’를 정밀하게 기록하고 추적하는 데 있다. 이 상태 변화의 최소 단위가 바로 **트랜잭션(Transaction)**이다. 암호화폐를 송금하거나, 스마트 컨트랙트를 실행하거나, NFT를 전송할 때마다 우리는 ‘디지털 메시지’를 만들어 블록체인에 남긴다. 이 글에서는 블록체인의 가장 기초적이면서도 핵심적인 구조인 트랜잭션과, 비트코인의 독특한 잔액 처리 방식인 **UTXO(Unspent Transaction Output)**를 중심으로 블록체인의 작동 원리를 자세히 들여다본다. 

 

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1. 트랜잭션이란 무엇인가? 블록체인의 가장 작은 단위

트랜잭션(Transaction)은 블록체인에서 일어나는 모든 상태 변화의 기록 단위다. 쉽게 말해, 사용자가 암호화폐를 보내거나 스마트 컨트랙트를 실행하는 순간 생성되는 디지털 거래 메시지이자 데이터 구조다. 사용자가 지갑을 통해 비트코인을 보내는 행동을 하면, 그 요청은 네트워크에 전송될 수 있도록 트랜잭션이라는 형식으로 포장된다. 즉, 트랜잭션은 사용자의 의도가 담긴 메시지가 블록체인에서 처리되기 위해 만들어지는 최소 단위의 데이터라고 할 수 있다. 예를 들어 누군가에게 암호화폐를 송금하거나, 스마트 컨트랙트를 실행하거나, NFT를 전송하는 행위 모두가 트랜잭션이다. 이 트랜잭션은 블록에 저장되어 전체 네트워크에 전파되며, 누구나 검증할 수 있는 형태로 블록체인에 영구 기록된다. 트랜잭션은 블록체인의 작동을 구성하는 가장 기본적인 단위이며, 블록은 바로 이 트랜잭션들의 묶음이다.

 

📌 핵심 정리
: 트랜잭션은 블록체인의 상태 변화를 기록하는 가장 작은 단위로, 암호화폐 송금, 스마트 컨트랙트 실행 등 모든 활동은 트랜잭션으로 표현된다.

 

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2. 트랜잭션은 어떻게 블록에 기록되는가

트랜잭션은 먼저 P2P(Peer-to-Peer, 개인 간 직접 연결) 네트워크를 통해 전달된다. 이는 중앙 서버 없이 모든 참여자(노드)가 서로 직접 데이터를 주고받는 구조로, 블록체인의 탈중앙화를 가능하게 한다. 트랜잭션이 발생하면 사용자의 지갑에서 디지털 서명된 거래 메시지가 생성되고, 이 메시지는 인접한 노드로 전파된다. 각 노드는 해당 트랜잭션의 유효성을 확인한 후 이를 다시 다른 노드에 전달하고, 이 과정을 반복하며 네트워크 전체로 퍼진다.

 

여러 유효한 트랜잭션이 모이면 이를 묶어 블록을 생성하게 되는데, 이 과정은 합의 알고리즘을 통해 처리된다. 대표적인 방식으로는 **작업증명(PoW)**과 **지분증명(PoS)**이 있다. 작업증명은 컴퓨터가 복잡한 수학 문제를 풀어 블록 생성 권한을 획득하는 방식이고, 지분증명은 암호화폐를 많이 보유한 사람이 블록 생성에 참여하는 방식이다. 생성된 블록은 네트워크 전체에 전파되고, 다수의 노드가 이를 검증해 블록체인에 추가한다.

 

이 과정을 통해 트랜잭션은 블록체인에 최종적으로 기록되며, 위변조가 불가능한 형태로 남는다. 참고로, 디지털 서명이란 사용자의 개인 키로 거래 메시지에 서명하는 것을 말하며, 이 서명을 통해 네트워크는 해당 트랜잭션이 진짜 사용자의 요청인지 검증할 수 있다. 즉, 사용자가 거래를 한다는 것은 곧 '내가 이 거래의 주체다'라는 의미의 디지털 서명이 포함된 메시지를 지갑을 통해 블록체인 네트워크에 전송하는 것이다. 예를 들어, A가 B에게 1 비트코인을 보내고 싶다면, A는 자신의 개인 키로 'A → B, 1BTC'라는 메시지에 서명한 뒤 네트워크에 전송하는 것이다. 이 과정은 마치 서명이 위조되지 않은 진본임을 증명하는 도장과 같은 역할을 한다.

 

📌 핵심 정리
: 트랜잭션은 디지털 서명과 네트워크 검증을 거쳐 블록에 포함되며, 작업증명이나 지분증명 같은 합의 알고리즘을 통해 블록체인에 최종 기록된다.

 

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3. 잔액이 없는 구조? 비트코인의 UTXO 모델이란

비트코인은 잔액을 직접 저장하지 않는다. 대신, **UTXO(Unspent Transaction Output, 미사용 거래 출력)**라는 개념을 사용한다. 이는 과거의 트랜잭션 중에서 아직 사용되지 않은 출력값을 의미하며, 이 UTXO들의 합이 사용자의 보유 자산이다. 예를 들어, 여러 개의 UTXO를 가진 사용자는 이들을 조합하여 새로운 트랜잭션을 생성하고, 일부는 다른 사람에게 보내고 남은 부분은 자신에게 다시 돌려주는 방식으로 동작한다. 일종의 "디지털 거스름돈" 시스템이다.

 

그렇다면 트랜잭션이 많아질수록 과거의 UTXO를 일일이 추적해야 하는 것일까? 실제로는 그렇지 않다. 비트코인 네트워크의 각 노드는 전체 블록체인을 저장하는 동시에, **현재 사용 가능한 모든 UTXO 목록(UTXO set)**을 별도로 관리한다. 이 목록은 항상 최신 상태로 유지되며, 새로운 트랜잭션이 들어올 때 이 목록을 기준으로 사용 가능한 UTXO인지 즉시 확인한다. 따라서 블록체인을 처음부터 추적할 필요 없이 효율적으로 거래 검증이 가능하다.

 

이처럼 비트코인은 실물로 존재하지 않지만, 전 세계에 분산된 블록체인 네트워크에 남겨진 거래 기록으로 존재한다. 즉, 비트코인은 특정한 디지털 형태의 '자산'이라기보다, 디지털 장부에 남겨진 서명된 기록들의 집합이다. 사용자는 자신이 보유한 개인 키를 통해 그 기록에 접근하고, 새로운 거래를 발생시킬 수 있다. 이러한 구조는 중앙 기관 없이도 자산 소유와 이전이 가능하게 하며, 블록체인의 가장 혁신적인 요소 중 하나로 평가된다.

 

[여기서 잠깐] 비트코인에도 '잔액'이라는 개념이 전혀 없는 것은 아니다. 다만, 은행처럼 계좌별 잔액을 직접 저장하는 구조가 아니라, 개별 트랜잭션의 출력(UTXO)을 추적해 잔액을 계산하는 구조다. 즉, 비트코인의 잔액은 단일한 수치로 저장된 것이 아니라, 내가 사용할 수 있는 미사용 출력들의 합으로 계산된다. 실질적으로는 잔액처럼 보이지만, 내부적으로는 완전히 다른 방식이다.

 

📌 핵심 정리
: 비트코인은 잔액을 저장하지 않고, 사용되지 않은 트랜잭션 출력(UTXO)을 추적하여 사용자의 보유 자산을 계산하는 구조다.

 

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4. 트랜잭션과 UTXO의 관계: 입력과 출력으로 이루어진 거래

트랜잭션은 **입력(Input)**과 **출력(Output)**으로 구성된다. 입력은 이전 트랜잭션의 UTXO를 참조하고, 출력은 새로운 UTXO를 생성한다. 즉, 새로운 트랜잭션은 과거의 트랜잭션 결과(UTXO)를 사용하고, 그 결과로 또 다른 UTXO를 만들어내는 식이다. 이 구조 덕분에 블록체인은 사용자의 잔액을 직접 저장하지 않아도, 모든 거래 내역만으로 현재 상태를 완전히 추적할 수 있다. 이는 블록체인이 모든 트랜잭션 기록을 보관하고 있기 때문에 가능한데, 과거에 받은 UTXO 중 아직 사용되지 않은 것들을 모아보면 현재 사용 가능한 자산이 얼마인지 계산할 수 있다. 즉, 블록체인은 잔액을 따로 저장하는 대신, 남아 있는 출력값(UTXO)을 추적함으로써 실시간 잔액을 파악하는 구조다. 

 

쉽게 비유하자면 은행은 내 계좌에 ‘현재 잔액’이라는 숫자를 따로 저장해두지만, 비트코인은 잔액을 기억하지 않고 매번 계산하는 구조이다. 마치 거래 내역을 쭉 살펴보면서, “입금은 이만큼 있었고, 출금은 이만큼 했으니 지금은 얼마 남았겠네”라고 따져보는 방식이다.

 

📌 핵심 정리
: 트랜잭션은 과거의 UTXO를 입력으로 사용하고, 새로운 UTXO를 출력으로 생성하며, 이 구조를 통해 잔액을 추적할 수 있다.

 

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5. 트랜잭션 위조와 이중지불은 어떻게 방지되는가

블록체인은 거래 위조와 이중지불(Double Spending)을 막기 위한 여러 메커니즘을 갖고 있다. 우선 트랜잭션에는 디지털 서명이 필요하다. 이 서명은 개인 키로 생성되며, 타인이 위조할 수 없다. 또한, 각 트랜잭션은 네트워크 내 노드에 의해 검증되며, 이미 사용된 UTXO는 다시 사용할 수 없도록 설계되어 있다. 여기서 말하는 "이미 사용된 UTXO는 다시 사용할 수 없다"는 것은 매우 중요한 원칙이다. UTXO는 일종의 ‘디지털 화폐 조각’과 같아서, 한 번 거래에 사용되면 더 이상 다시 사용할 수 없도록 설계되어 있다. 예를 들어, A가 0.5BTC짜리 UTXO를 가지고 있고, 이를 사용해 B에게 0.4BTC를 보낸다고 하자. 이때 A는 0.5BTC짜리 UTXO를 트랜잭션의 입력으로 사용하며, 이 입력은 블록체인에 기록되는 순간 ‘사용된 것’으로 간주된다. 이후 이 0.5BTC짜리 UTXO는 완전히 소멸되며, B가 받은 0.4BTC와 A가 돌려받는 잔돈 0.1BTC는 각각 새로운 출력(UTXO)으로 생성된다.

 

이처럼 UTXO는 매 거래마다 새롭게 소멸되고 새로 생성되는 구조를 갖는다. 이 설계 덕분에 동일한 UTXO를 두 번 이상 입력으로 사용하는 ‘이중지불(Double Spending)’ 시도를 원천적으로 방지할 수 있다. 네트워크의 모든 노드는 새로운 트랜잭션이 들어올 때마다, 그 입력으로 사용된 UTXO가 이미 다른 트랜잭션에서 사용된 적이 있는지를 검사한다. 만약 이미 사용된 UTXO라면, 그 트랜잭션은 곧바로 거부된다. 요약하자면, UTXO는 마치 한 번 쓰고 나면 사라지는 지폐처럼, 일회용의 디지털 자산 단위이며, 블록체인은 이 원칙을 통해 위조나 이중지불을 효과적으로 막는다.

 

📌 핵심 정리
: 디지털 서명과 한 번 사용된 UTXO의 소멸 구조 덕분에, 블록체인은 거래 위조와 이중지불을 근본적으로 차단할 수 있다.

 

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6. 트랜잭션과 스마트 컨트랙트: 블록체인 기능의 확장

스마트 컨트랙트 역시 트랜잭션을 통해 생성되고 실행된다. 스마트 컨트랙트(Smart Contract)는 블록체인 위에서 조건이 충족되면 자동으로 실행되는 코드 형태의 계약인데, 사용자가 스마트 컨트랙트를 배포하거나 호출할 때, 이는 하나의 트랜잭션으로 블록체인에 기록된다. 스마트 컨트랙트 기능을 갖춘 블록체인 플랫폼인 이더리움에서는 이 트랜잭션이 상태(state)를 변경하고, 조건에 따라 자동으로 코드가 실행된다. 트랜잭션은 단순한 화폐 송금을 넘어서, 복잡한 로직을 자동화하고 탈중앙화된 애플리케이션(DApp)을 작동시키는 기반이 된다.  이처럼 트랜잭션과 UTXO 구조는 단순한 송금을 넘어서, 조건부 실행과 상태 변화 추적이 가능한 논리적 시스템이다. 이러한 구조 덕분에 블록체인은 거래 장부를 넘어선 프로그래머블한 분산 플랫폼으로 기능할 수 있다.

 

📌 핵심 정리
:스마트 컨트랙트는 트랜잭션을 통해 생성되고 실행되며, 복잡한 조건과 로직도 자동화할 수 있는 블록체인 확장 기술이다.

 

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트랜잭션과 UTXO 구조는 블록체인의 신뢰성과 보안성을 떠받치는 핵심 메커니즘이다. 단순히 암호화폐를 전송하는 기능을 넘어서, 탈중앙화된 네트워크에서 자산을 안전하게 추적하고, 조건부 실행까지 가능하게 하는 기술적 기반을 제공한다. 이 글에서 살펴본 것처럼, 비트코인의 UTXO 모델은 잔액을 직접 저장하지 않고도 이중지불을 방지하고 거래의 무결성을 유지하는 독창적인 구조를 갖추고 있다. 또한, 트랜잭션을 통해 스마트 컨트랙트 실행까지 가능해지면서, 블록체인은 단순한 디지털 화폐 시스템을 넘어 ‘프로그래머블한 분산 플랫폼’으로 진화하고 있다.

 

📈 트랜잭션과 UTXO 개념을 이해하면 블록체인의 작동 원리뿐 아니라, 암호화폐의 본질적인 가치와 한계, 그리고 미래 확장성까지 보다 깊이 있게 파악할 수 있다.