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learncave블록체인과 비트코인의 작동 원리
Chapter 04장부 위의 코드, 가스, 지분증명

이더리움과 스마트 계약

이더리움은 장부 위에 프로그램을 올렸습니다. 거래가 들어오면 코드가 정해진 조건대로 돈을 옮깁니다. 모든 노드가 같은 결과에 이르는 원리와 계산 요금인 가스, 장부를 지키는 방식을 바꾼 머지를 살펴봅니다.

읽는 시간 6분선행 챕터 01~03핵심 개념 3개

장부에 프로그램을 올린다는 것

비트코인 장부는 주로 누가 누구에게 얼마를 보냈는지를 적습니다. 비트코인에도 송금 조건을 적는 간단한 언어가 있습니다. 하지만 끝없는 반복에 빠지지 않도록 반복문을 일부러 뺐습니다.[1] 2014년에 나온 이더리움 백서는 방향을 바꿨습니다. 무엇이든 계산할 수 있는 프로그래밍 언어를 장부 안에 넣자고 제안했습니다.[1]

이렇게 장부 위에서 돌아가는 프로그램을 블록체인의 한 주소에 올라간 코드와 데이터의 묶음입니다. 누가 거래로 부르면 정해진 조건대로 실행됩니다.이라고 부릅니다. 스마트 계약은 장부의 한 주소에 자리 잡은 코드와 데이터의 묶음입니다.[2] 올라간 뒤에는 사람이 조종하지 않아도 프로그램된 대로 실행됩니다.[2]

사슬처럼 이어진 고리 위에 검은 자판기 한 대가 서 있다. 위쪽 투입구로 동그란 토큰이 들어가고, 옆 창으로 톱니바퀴가 보이며, 아래 꺼내는 칸에 줄무늬 상자가 나와 있다.
자판기는 지키는 사람이 없어도 돈이 들어오면 정해진 물건을 내줍니다. 스마트 계약도 장부 위에 올라간 코드라서, 거래가 들어오면 사람이 조종하지 않아도 프로그램된 대로 실행됩니다.

계약은 누군가 거래를 보내야만 움직입니다.[3] 그래서 그 출발점에는 언제나 3챕터에서 본 거래에 서명하는 비밀 값입니다. 이것을 가진 사람이 그 코인을 옮길 수 있습니다.지갑, 개인 키, 거래소 보관 챕터에서 보기로 서명한 거래가 있습니다.

쉽게 말하면

자판기를 떠올려 보세요. 돈을 넣고 버튼을 누르면 직원이 없어도 과자가 나옵니다. ethereum.org도 스마트 계약을 자판기에 견줍니다.[2] 돈을 넣고 버튼을 누르는 일이 거래, 안에 든 동작 규칙이 계약 코드, 남은 재고와 쌓인 돈이 상태입니다. 다만 자판기는 고장 나면 주인이 고쳐 줄 수 있습니다. 스마트 계약은 기본적으로 지울 수 없고, 실행된 결과도 되돌릴 수 없습니다.[2]

모든 노드가 같은 계산을 한다

스마트 계약은 어느 컴퓨터에서 돌아갈까요? 블록을 받아 검증하는 모든 노드가 같은 코드를 실행합니다.[1] 실행 규칙은 모든 이더리움 노드가 계약 코드를 같은 규칙으로 실행해 같은 결과를 내게 하는 공통 실행 환경입니다.이 정합니다. EVM은 같은 입력에 언제나 같은 결과를 냅니다.[6]

예를 들어 재고가 1개인 선착순 경품 계약에 민수와 지영의 신청이 한 블록에 들어왔다고 해 봅시다. 계약은 재고가 있으면 신청자를 당첨자로 적고, 없으면 거절합니다.

같은 블록을 받은 세 노드블록 (신청 2건)① 민수 경품 신청② 지영 경품 신청노드 A당첨: 민수상태 해시df0deb66노드 B당첨: 민수상태 해시df0deb66노드 C당첨: 민수상태 해시df0deb66신청 순서만 바꾼 블록블록 (신청 2건)① 지영 경품 신청② 민수 경품 신청노드 A당첨: 지영상태 해시eff05db0노드 B당첨: 지영상태 해시eff05db0노드 C당첨: 지영상태 해시eff05db0
위 줄은 같은 블록을 받은 세 노드가 각자 계약을 실행한 결과이고, 아래 줄은 신청 순서만 바꾼 블록입니다. 같은 순서라면 어느 노드에서나 상태 해시가 같고, 순서가 바뀌면 해시도 바뀝니다. 상태 해시는 '재고:0|당첨:민수' 같은 상태 글자를 1챕터와 같은 SHA-256에 넣어 얻은 값의 앞 8자리입니다.

같은 블록을 받은 노드는 몇 개든 같은 결과에 이릅니다. 그런데 신청 순서만 바뀌어도 당첨자가 달라집니다. 그래서 노드들이 먼저 맞춰야 하는 것은 거래의 순서입니다. 순서가 같으면 계산 결과는 저절로 같아집니다.

같은 결과를 지키려면 계약이 노드마다 다를 수 있는 바깥 정보를 직접 읽으면 안 됩니다.[4] 그래서 바깥 데이터는 블록체인 밖의 가격 같은 정보를 스마트 계약에 전하는 장치입니다.디파이의 위험과 높은 수익률의 착각 챕터에서 보기이라는 도구가 계약에 넣어 줍니다.[2] 디파이 대출 챕터에서 담보 가격을 계약에 알려 주는 장치가 바로 오라클입니다.

흔한 착각

’계약’이라는 이름 때문에 스마트 계약이 잘못을 바로잡아 주는 똑똑한 계약이라고 생각하기 쉽습니다. 실제로는 쓰인 대로만 실행되는 프로그램이라, 코드의 실수도 그대로 실행됩니다. 2016년 The DAO라는 계약에서는 안전하지 않은 코드 때문에 360만 ETH가 넘게 빠져나갔습니다.[7] 커뮤니티는 투표를 거쳐 규칙을 바꾸는 하드포크로, 그 자금을 피해자가 되찾을 수 있는 계약으로 옮겼습니다.[7] 이 결정을 받아들이지 않은 채굴자들은 이더리움 클래식을 만들었습니다.[7]

가스: 계산 한 걸음마다 붙는 요금

무엇이든 계산할 수 있는 언어로는 끝나지 않는 반복도 쓸 수 있습니다. 백서는 누가 무한 반복으로 노드를 멈춰 세우는 일을 코드 검사만으로는 막을 수 없다고 봤습니다.[1]

백서의 해법은 계산에 값을 매기는 것입니다. 거래마다 계산할 수 있는 최대량을 정하고, 넘으면 계산을 되돌리되 수수료는 받습니다.[1] 이 계산량을 재는 단위가 이더리움에서 계산량을 재는 단위입니다. 쓴 가스만큼 ETH로 수수료를 냅니다.입니다. 계산에 비용을 물리면 스팸도 막고, 무한 반복에도 갇히지 않습니다.[8]

수수료는 쓴 가스에 가스 한 단위의 가격을 곱한 만큼을 ETH로 냅니다.[8] 가스 가격은 보통 gwei로 적고, 1 gwei는 10억분의 1 ETH입니다.[8] 가스 가격은 프로토콜이 정하는 직전 블록이 붐빈 정도에 따라 프로토콜이 블록마다 정하는 가스당 최저 가격입니다. 낸 돈은 소각됩니다.와, 먼저 넣어 달라며 얹는 팁인 거래를 먼저 넣어 달라며 기본 수수료 위에 얹어 블록 제안자에게 주는 가스당 팁입니다.로 나뉩니다.[8]

거래를 보낼 때는 쓸 가스의 상한인 가스 한도도 정합니다. 한도를 넉넉히 주면 쓰고 남은 몫은 돌려받습니다.[8] 반대로 실행 도중 가스가 바닥나면 EVM은 그 거래가 바꾼 것을 모두 되돌립니다. 그래도 준 가스는 이미 한 일의 값으로 모두 소비됩니다.[8] 수수료는 거래가 성공하든 실패하든 냅니다.[8]

기본 수수료 10 gwei, 팁 2 gwei일 때 세 경우를 견주어 보겠습니다. 첫 줄은 ethereum.org의 송금 예이고, 아래 두 줄은 80,000 가스가 드는 가상의 계약 호출입니다.

경우 가스 한도 실제로 쓴 가스 결과 낸 수수료
ETH 단순 송금[8] 21,000 21,000 송금 완료 0.000252 ETH
계약 호출, 한도 넉넉함 100,000 80,000 계약 실행, 남은 20,000 가스 몫은 돌려받음 0.00096 ETH
계약 호출, 한도 부족 60,000 60,000 실행 도중 멈추고 모든 변경을 되돌림 0.00072 ETH

세 번째 줄은 아무것도 바꾸지 못했는데도 수수료를 냅니다. 한도를 낮게 잡는다고 수수료가 아껴지지 않는다는 뜻입니다. 무한 반복으로 공격하려는 사람도 가스가 바닥나는 곳에서 멈추고, 그때까지 쓴 계산의 값을 냅니다.[1]

계산 과정 보기

수수료 = 사용한 가스 × (기본 수수료 + 우선 수수료)입니다.[8] 원화로 얼마인지는 그때의 ETH 가격에 따라 달라지므로 ETH 단위로만 적었습니다.

  • ETH 단순 송금: 21,000 × (10 + 2) = 252,000 gwei = 0.000252 ETH[8]
  • 계약 호출, 한도 넉넉함: 80,000 × 12 = 960,000 gwei = 0.00096 ETH
  • 계약 호출, 한도 부족: 60,000 × 12 = 720,000 gwei = 0.00072 ETH

단순 송금의 21,000 가스는 황서의 수수료 표에 모든 거래가 내는 기본 비용으로 적혀 있는 값입니다.[5]

기본 수수료는 태우고 팁만 준다

지금의 수수료 구조는 2021년 8월 5일 런던 업그레이드로 들어온 EIP-1559에서 나왔습니다.[7]

이제 기본 수수료는 프로토콜이 블록마다 정합니다.[11] 직전 블록이 가득 차면 12.5% 오르고, 비면 12.5% 내립니다.[8] 가득 찬 블록이 여섯 개 이어지면 기본 수수료는 두 배를 넘습니다. 그래서 블록이 오래도록 가득 찬 상태로 머물기 어렵습니다.[8]

가스당 기본 수수료 (gwei)01020300481216블록 순서가득 찬 블록: 12.5%씩 오름빈 블록: 12.5%씩 내림10 gwei25.66 gwei8.82 gwei
가로축은 블록 순서, 세로축은 가스당 기본 수수료입니다. 10 gwei에서 출발해 가득 찬 블록 8개, 빈 블록 8개가 이어진다고 가정했습니다. 가득 찬 블록이 이어지는 동안 곡선이 점점 가팔라지는 것은 오른 값에 다시 12.5%가 붙기 때문입니다.

낸 기본 수수료는 누구에게도 가지 않고 소각되어 사라집니다.[8] 수수료 가운데 블록을 만든 이더리움에서 ETH를 맡기고 블록을 제안하거나 블록이 올바른지 투표하는 참여자입니다.가 받는 것은 팁뿐입니다. 블록을 만드는 쪽이 기본 수수료를 받으면, 수수료를 끌어올리려 조작할 동기가 생기기 때문입니다.[11] 앞의 송금 예에서는 0.00021 ETH가 소각됩니다. 검증자에게는 팁 0.000042 ETH만 갑니다.[8]

팁을 더 높게 부르면 같은 블록 안에서 앞자리를 얻을 수도 있습니다.[8]

수수료 규칙 일부는 다음 업그레이드인 Glamsterdam에서 바뀝니다.[10] 새 계정을 만드는 송금의 비용[9]과 기본 수수료 계산[16]이 대상입니다. 블록 안 거래를 짜 주는 빌더가 검증자에게 대가를 치르는 방식[17]도 바뀝니다. 2026년 10월 25일 현재 메인넷 적용 시점은 정해지지 않았습니다.[10]

계산 과정 보기

EIP-1559의 규칙은 직전 블록이 쓴 가스가 목표치(블록 가스 한도의 절반)를 넘으면 올리고 못 미치면 내리며, 한 번에 최대 8분의 1만 바꾸는 것입니다.[11]

  • 가득 찬 블록이 이어지면 기본 수수료는 블록마다 1.125배가 되고, 1.125⁶ ≈ 2.03이므로 여섯 블록 만에 두 배를 넘습니다. 슬롯이 12초마다 돌아오므로[12] 블록이 슬롯마다 나온다면 여섯 블록은 6 × 12 = 72초입니다.
  • 그림이 10 gwei가 아니라 8.82 gwei에서 끝난 것은 1.125 × 0.875 = 0.984라서, 한 번 오르고 한 번 내리면 원래보다 조금 낮아지기 때문입니다.
  • 송금 예의 수수료 252,000 gwei 가운데 21,000 × 10 = 210,000 gwei(0.00021 ETH)가 소각되고, 21,000 × 2 = 42,000 gwei(0.000042 ETH)만 검증자에게 갑니다.[8]

머지: 계산 경쟁에서 예치한 ETH로

이더리움은 2015년 7월 출범할 때부터 2챕터의 조건에 맞는 해시를 찾기까지 많은 계산을 들였음을 보여 주는 방식입니다.작업증명과 발행량 상한 챕터에서 보기으로 장부를 지켰습니다.[13] 그러다 2022년 9월 15일 머지(The Merge)로 작업증명을 끄고 계산 경쟁 대신 맡긴 암호자산에 따라 블록을 만들 권리를 나누는 방식입니다. 속이면 맡긴 돈을 깎습니다.으로 바꿨습니다.[13] 머지 때 장부의 기록은 그대로였고, ETH를 가진 사람이 할 일도 없었습니다.[13]

ethereum.org는 바꾼 이유로 더 안전하고, 에너지를 덜 쓰고, 새 확장 기술을 넣기 좋다는 점을 듭니다.[12]

작업증명이 번호 자물쇠를 먼저 연 사람에게 기록할 권리를 줬다면, 지분증명은 제비뽑기에 가깝습니다. 보증금을 맡긴 사람들 가운데 기록 당번을 뽑고, 속이면 보증금을 깎습니다.[12] 이더리움에서 검증자가 되려면 32 ETH를 맡겨야 합니다.[12] 이렇게 맡기는 일을 스테이킹이라고 합니다.

시간은 12초짜리 칸인 슬롯으로 나뉩니다.[12] 슬롯마다 검증자 한 명이 무작위로 뽑혀 블록을 제안합니다. 무작위로 뽑힌 다른 검증자들은 그 블록의 거래를 다시 실행해 보고 투표합니다.[12]

지분증명이 장부를 지키는 힘은 맡긴 ETH를 잃을 수 있다는 데서 나옵니다. 같은 슬롯에 블록 두 개를 내거나 서로 모순된 투표를 하면 같은 자리에 블록 두 개를 내거나 모순된 투표를 한 검증자의 맡긴 ETH 일부를 소각하고 내보내는 벌칙입니다.을 당합니다.[15] 맡긴 ETH 일부가 바로 소각되고, 네트워크에서 쫓겨납니다.[15] 함께 걸린 검증자가 많을수록 더 잃고, 한꺼번에 많이 걸리면 맡긴 ETH를 전부 잃을 수도 있습니다.[15] 혼자 실수하면 조금 잃고, 여럿이 짜고 공격하면 크게 잃도록 만든 구조입니다.

구분 작업증명 (2챕터, 머지 전 이더리움) 지분증명 (머지 후 이더리움)
블록을 만들 권리 해시 계산 경쟁에서 조건을 먼저 맞춘 채굴자 슬롯마다 검증자 가운데 무작위로 뽑힌 한 명[12]
장부를 지키는 비용 계산 장비와 전기 예치한 ETH이며, 속이면 슬래싱으로 깎입니다
어느 갈래를 따르나 가장 많은 작업이 들어간 사슬 검증자 투표의 무게가 가장 큰 갈래[12]
블록 간격 비트코인 약 10분[4], 머지 전 이더리움 약 13.3초[13] 12초마다 돌아오는 슬롯[13]
되돌리기 공격자의 계산력이 절반보다 작다면 블록이 쌓일수록 어려워지지만 가능성이 0이 되지는 않습니다[13] 검증자 투표로 확정된 블록은 전체 예치 ETH의 3분의 1 이상을 잃어야 되돌립니다[12]
한 해 전력 사용 (추정) 머지 전 이더리움 약 21 TWh[14] 약 0.0026 TWh[14]

가장 크게 달라진 것은 전기입니다. ethereum.org는 머지로 에너지 사용이 약 99.95% 줄었다고 추정합니다.[13]

지분증명에도 반대 의견이 있습니다. ethereum.org는 지분증명이 역사가 짧아 덜 검증되었고, 구현이 더 복잡하다는 점을 단점으로 꼽습니다.[12] 미국 국립표준기술연구소(NIST)는 이미 많이 가진 사람이 더 많이 맡겨 더 많이 받기 쉽다고 지적합니다.[4] 다만 시스템을 장악할 만큼 모으려면 대개 감당하기 어려운 비용이 든다고 덧붙입니다.[4]

흔한 착각

“머지로 가스비가 싸지고 거래가 빨라졌다”는 말은 사실과 다릅니다. 머지는 합의 방식을 바꾼 것이지 네트워크 용량을 늘린 것이 아닙니다.[13] 블록 간격도 약 13.3초에서 12초로 바뀐 정도라, 사용자가 느낄 차이는 아닙니다.[13] ETH1과 ETH2 같은 구분은 없습니다. 머지에 맞춰 무언가를 바꿔야 한다고 말하는 사람은 사기꾼일 가능성이 높습니다.[13]

계산 과정 보기

슬래싱된 32 ETH 검증자는 즉시 32 ÷ 4,096 = 0.0078125 ETH가 소각되고 36일에 걸친 퇴출 절차가 시작됩니다.[12][15] 18일째에는 앞선 36일 동안 함께 슬래싱된 예치금이 많을수록 커지는 벌칙이 더해집니다.[15]

전력은 머지 전 이더리움이 한 해 약 21 TWh, 머지 뒤가 약 0.0026 TWh(2,601 MWh)로 추정됩니다.[14] (21 − 0.0026) ÷ 21 = 99.988%로, 같은 사이트의 에너지 안내가 인용한 CCRI 연구의 ’99.988% 이상’과 맞습니다. 머지 안내의 약 99.95%와는 추정 방법이 다릅니다.

장부 위의 코드가 금융이 될 때

스마트 계약은 공개되어 있어 다른 계약이 불러 쓸 수 있습니다.[2] 그래서 한 계약 위에 다른 계약을 쌓아 금융 서비스를 조립할 수 있습니다. 스테이블코인 코스 1장의 초과 담보형과 알고리즘형 미국 달러 같은 특정 자산과 가치를 연동해 가격이 안정되도록 설계한 가상자산입니다.스테이블코인이 1달러에 묶이는 세 방식 챕터에서 보기은 담보 관리와 발행·소각을 스마트 계약에 맡깁니다. 2장의 디파이 대출과 자동화 마켓 메이커도 모두 스마트 계약 코드입니다. 그 코드도 부를 때마다 가스를 내고, 실수까지 그대로 실행합니다. 코인이 아니라 증권을 같은 장부를 여러 참여자가 한 부씩 갖고 함께 고쳐 적는 방식입니다.장부를 모두가 나눠 갖는다는 것 챕터에서 보기에 적는 블록체인 같은 분산원장에 적어 관리하는 자본시장법상 증권입니다. 개정 전자증권법은 분산원장등록주식등이라 부릅니다.토큰증권은 증권을 어디에 적는가 챕터에서 보기은 토큰증권 코스 2장에서 다룹니다.

코스 전체를 한 번에 꿰면

해시 사슬은 고친 흔적을 드러내고, 작업증명은 그 흔적을 지우기 비싸게 만듭니다. 개인 키는 누가 기록을 옮길지 정하고, 이더리움은 그 장부에 코드를 올렸습니다. 장부가 보증하는 것은 적힌 규칙이 그대로 실행된다는 사실뿐입니다. 그 규칙이나 처음 적힌 내용이 옳다는 보증은 아닙니다.

용어 정리

스마트 계약
블록체인의 한 주소에 올라간 코드와 데이터의 묶음입니다. 누가 거래로 부르면 정해진 조건대로 실행됩니다.
이더리움 가상 머신(EVM)
모든 이더리움 노드가 계약 코드를 같은 규칙으로 실행해 같은 결과를 내게 하는 공통 실행 환경입니다.
가스
이더리움에서 계산량을 재는 단위입니다. 쓴 가스만큼 ETH로 수수료를 냅니다.
기본 수수료
직전 블록이 붐빈 정도에 따라 프로토콜이 블록마다 정하는 가스당 최저 가격입니다. 낸 돈은 소각됩니다.
우선 수수료
거래를 먼저 넣어 달라며 기본 수수료 위에 얹어 블록 제안자에게 주는 가스당 팁입니다.
지분증명
계산 경쟁 대신 맡긴 암호자산에 따라 블록을 만들 권리를 나누는 방식입니다. 속이면 맡긴 돈을 깎습니다.
검증자
이더리움에서 ETH를 맡기고 블록을 제안하거나 블록이 올바른지 투표하는 참여자입니다.
슬래싱
같은 자리에 블록 두 개를 내거나 모순된 투표를 한 검증자의 맡긴 ETH 일부를 소각하고 내보내는 벌칙입니다.

용어 사전 전체 보기

정답 0 / 4

Q1한 블록에 담긴 거래를 수많은 노드가 각자 실행하는데도 모두 같은 상태에 이르는 까닭으로 가장 정확한 것은 무엇입니까?

Q2ETH를 보내며 기본 수수료와 팁(우선 수수료)을 함께 냈습니다. 이 돈은 어디로 갑니까?

Q3가스 한도를 60,000으로 잡고 계약을 호출했는데, 실행에 80,000 가스가 필요해 도중에 가스가 바닥났습니다. 어떻게 됩니까?

Q4머지 이후의 이더리움에서 검증자가 같은 슬롯에 서로 다른 블록 두 개를 제안해 서명하면 어떻게 됩니까?

  • 스마트 계약은 장부 위의 코드이며, 모든 노드가 같은 거래를 같은 순서로 실행해 같은 결과에 이릅니다.
  • 계산마다 가스 요금을 내고, 기본 수수료는 소각되며, 실패한 거래도 쓴 가스의 값을 냅니다.
  • 이더리움은 2022년 9월 머지로 전기 대신 예치한 ETH로 장부를 지키고, 속이는 검증자는 그 ETH를 잃습니다.
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  13. AThe Merge · ethereum.org프로젝트의 공식 안내입니다. 2015년 7월 출범부터 작업증명이었고 2022년 9월 15일 머지가 실행되었다는 점, 에너지 사용 약 99.95% 감소 추정, 기록과 보유자에게 변화가 없었다는 점, 가스비와 속도에 대한 오해(약 13.3초에서 12초), ETH2 사기 경고를 가져왔습니다.본문으로
  14. AEthereum Energy Consumption · ethereum.org프로젝트의 공식 안내입니다. CCRI 연구가 추정한 머지 뒤 연간 전력 2,601 MWh(0.0026 TWh)와 99.988% 이상 감소, 머지 전 이더리움 21 TWh 추정치를 가져왔습니다. 머지 안내의 99.95%와 수치가 다릅니다.본문으로
  15. AProof-of-stake rewards and penalties · ethereum.org프로젝트의 공식 개발자 문서입니다. 슬래싱 사유 세 가지, 32 ETH 검증자의 즉시 소각 0.0078125 ETH, 36일 퇴출 기간과 18일째의 상관 벌칙, 최대 예치금 전부를 잃을 수 있다는 점을 가져왔습니다.본문으로
  16. AEIP-8037: State Creation Gas Cost Increase · Ethereum Improvement Proposals프로토콜 변경 제안의 원문(Last Call 단계)입니다. 가스를 실행 가스와 상태 가스로 나눠 재고, 블록이 가득 찼는지와 다음 기본 수수료를 계산할 때 더 많이 쓰인 쪽(gas_used = 두 값 가운데 큰 쪽)만 본다는 규칙을 가져왔습니다. Glamsterdam 포함 예정이며 메인넷에는 아직 적용되지 않았습니다.본문으로
  17. AEIP-7732: Enshrined Proposer-Builder Separation · Ethereum Improvement Proposals프로토콜 변경 제안의 원문(Last Call 단계)입니다. 지금 블록 제안자의 압도적 다수가 블록 구성을 빌더에게 맡긴다는 동기 설명과, 빌더를 프로토콜 안의 참여자로 두고 제안자에게 약속한 값을 빌더 예치금에서 치르게 한다는 요약을 가져왔습니다. Glamsterdam 포함 예정이며 메인넷에는 아직 적용되지 않았습니다.본문으로