ข้ามไปยังเนื้อหาหลัก

ไตรมัสสามัญของบล็อกเชน: ความปลอดภัย ความสามารถในการปรับขนาด และการกระจายอำนาจ

ไตรมัสสามัญของบล็อกเชน ซึ่งเป็นแนวคิดที่ได้รับความนิยมจาก Vitalik Buterin ผู้ร่วมก่อตั้ง Ethereum อธิบายถึงความท้าทายพื้นฐานที่เครือข่ายบล็อกเชนทั้งหมดต้องเผชิญ: เป็นเรื่องที่ยากมากที่จะบรรลุระดับสูงของ ความปลอดภัย ความสามารถในการปรับขนาด และ การกระจายอำนาจ พร้อมกัน บล็อกเชนส่วนใหญ่สามารถปรับปรุงสองในสามคุณสมบัตินี้ได้เพียงแต่ต้องเสียสละอีกหนึ่งคุณสมบัติ

การเข้าใจไตรมัสสามัญนี้เป็นสิ่งจำเป็นในการประเมินโครงการบล็อกเชน ตัดสินใจลงทุนอย่างรอบรู้ และเข้าใจว่าเหตุใดบล็อกเชนเดียวจึงไม่สามารถ "แก้ไข" ปัญหาความสามารถในการปรับขนาดได้โดยไม่ต้องทำการแลกเปลี่ยนในสถานที่อื่นๆ คู่มือนี้ตรวจสอบแต่ละมิติของไตรมัสสามัญ วิธีที่บล็อกเชนหลักนำทาง และแนวทางที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งอาจจะข้ามไตรมัสสามัญไปในที่สุด

เสาหลักทั้งสาม​

ความปลอดภัย​

ในบริบทของบล็อกเชน ความปลอดภัยหมายถึงความต้านทานของเครือข่ายต่อการโจมตี การหลอกลวง และการจัดการ บล็อกเชนที่ปลอดภัย:

  • ต้านทาน 51% attacks: ต้นทุนในการได้รับการควบคุมเพียงพอที่จะเขียนประวัติของบล็อกเชนใหม่นั้นสูงมากจนห้ามได้
  • รับประกันความถูกต้องของธุรกรรม: เฉพาะธุรกรรมที่ถูกต้อง (ลายเซ็นต์ที่เหมาะสม ยอดคงเหลือเพียงพอ การดำเนินการที่ถูกต้อง) เท่านั้นที่รวมอยู่ในบล็อก
  • ให้ความเป็นสิ้นสุด: เมื่อธุรกรรมได้รับการยืนยันแล้ว จะไม่สามารถย้อนกลับได้หากไม่มีความพยายามที่พิเศษ
  • ยอมรับนักแสดง Byzantine: เครือข่ายดำเนินการต่อไปอย่างถูกต้องแม้ว่าผู้เข้าร่วมบางคนจะทำการแสดงที่เป็นอันตราย

ความปลอดภัยมักจะวัดจากต้นทุนทางเศรษฐศาสตร์ของการโจมตีเครือข่าย สำหรับ Bitcoin นี่คือต้นทุนของการได้รับมากกว่า 50% ของแฮชพาวเวอร์ สำหรับ Ethereum นี่คือต้นทุนของการได้รับมากกว่า 33% ของ ETH ที่ถูกเก็บไว้ (สำหรับการโจมตี liveness) หรือมากกว่า 67% (สำหรับการโจมตี safety)

ความสามารถในการปรับขนาด​

ความสามารถในการปรับขนาดหมายถึงความสามารถของเครือข่ายในการจัดการปริมาณธุรกรรมที่เพิ่มขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ บล็อกเชนที่สามารถปรับขนาดได้:

  • ปริมาณการทำธุรกรรมสูง: สามารถประมวลผลจำนวนธุรกรรมต่อวินาที (TPS) ได้จำนวนมาก
  • ความล่าช้าต่ำ: ธุรกรรมได้รับการยืนยันอย่างรวดเร็ว
  • ต้นทุนต่ำ: ค่าธรรมเนียมธุรกรรมยังคงเหมาะสมแม้ในช่วงความต้องการสูง
  • เพิ่มขึ้นตามความต้องการ: สมรรถนะไม่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อจำนวนผู้ใช้เพิ่มขึ้น

เครือข่ายการชำระเงินแบบดั้งเดิมแสดงให้เห็นขนาดที่บล็อกเชนมุ่งหวัง:

ระบบปริมาณการทำธุรกรรม (TPS)
Visaถึง 65,000
Mastercardถึง 40,000
Bitcoin L1~7
Ethereum L1~15-30
Solana~4,000-10,000
Arbitrum (Ethereum L2)~4,000+

การกระจายอำนาจ​

การกระจายอำนาจหมายถึงการกระจายของอำนาจ การควบคุม และการมีส่วนร่วมในเครือข่าย บล็อกเชนที่กระจายอำนาจ:

  • โหนดอิสระจำนวนมาก: โหนดหลายพันโหนดที่ดำเนินการโดยผู้ประกอบการอิสระในภูมิศาสตร์ที่หลากหลาย
  • อุปสรรคต่ำในการเข้าร่วม: ใครก็ตามสามารถเรียกใช้โหนด ตรวจสอบธุรกรรม และมีส่วนร่วมในฉันทามติโดยไม่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์ที่มีราคาแพงหรือได้รับอนุญาตพิเศษ
  • ไม่มีจุดควบคุมเดียว: ไม่มีหน่วยงาน (รัฐบาล บริษัท มูลนิธิ) ที่สามารถเปลี่ยนแปลงกฎเกณฑ์ สแกนธุรกรรม หรือปิดเครือข่ายโดยเอกพจน์
  • ความต้านทานต่อการเซนเซอร์: ธุรกรรมที่ถูกต้องไม่สามารถถูกบล็อกหรือกรองโดยฝ่ายใดฝ่ายหนึ่ง

การกระจายอำนาจเป็นคุณสมบัติที่ยากที่สุดที่จะวัดปริมาณ เมตริกรวมถึง:

  • จำนวนโหนดแบบเต็มและการกระจายทางภูมิศาสตร์ของพวกมัน
  • ค่าสัมประสิทธิ์นาคาโมโต (จำนวนหน่วยงานขั้นต่ำที่อาจสมรู้ร่วมคิดเพื่อขัดขวางเครือข่าย)
  • ข้อกำหนดฮาร์ดแวร์ขั้นต่ำในการเรียกใช้โหนด
  • การกระจายของแร่แร่หรือโทเคน staked
  • ความเป็นอิสระของการใช้งาน client software

เหตุใดการแลกเปลี่ยนจึงมีอยู่​

ไตรมัสสามัญเกิดขึ้นจากข้อจำกัดทางกายภาพของระบบกระจายอำนาจ

ขวดคอการสื่อสาร​

โหนดทุกโหนดในบล็อกเชนต้องรับ ตรวจสอบ และจัดเก็บธุรกรรมทุกรายการ เมื่อปริมาณการทำธุรกรรมเพิ่มขึ้น:

  • แบนด์วิดธ์: ธุรกรรมมากขึ้นต้องการข้อมูลมากขึ้นในการส่ง หากบล็อกมีขนาด 10 เท่า โหนดจำเป็นต้องมีแบนด์วิดธ์ 10 เท่า
  • การคำนวณ: ธุรกรรมมากขึ้นต้องการพลังการประมวลผลมากขึ้นในการตรวจสอบ
  • การจัดเก็บ: ธุรกรรมมากขึ้นต้องการพื้นที่ดิสก์มากขึ้นในการจัดเก็บ

การเพิ่มข้อกำหนดใด ๆ เหล่านี้จะเพิ่มต้นทุนของการเรียกใช้โหนด เมื่อต้นทุนเพิ่มขึ้น ผู้คนจำนวนน้อยลงจะสามารถจ่ายค่าเพื่อเรียกใช้โหนด ซึ่งลดการกระจายอำนาจ หากเฉพาะหน่วยงานที่มั่งคั่ง (ศูนย์ข้อมูล บริษัท) เท่านั้นที่สามารถจ่ายค่าเพื่อเรียกใช้โหนด เครือข่ายจะกลายเป็นศูนย์กลางมากขึ้น — แม้ว่ามันจะจัดการธุรกรรมมากขึ้นก็ตาม

การแลกเปลี่ยนความเร็วต่อความปลอดภัย​

เวลาบล็อกที่เร็วขึ้นช่วยให้มีปริมาณการทำธุรกรรมสูงขึ้น แต่ลดเวลาที่มีให้สำหรับบล็อกที่จะแพร่กระจายไปทั่วเครือข่าย หากบล็อกถูกสร้างเร็วกว่าที่พวกมันจะแพร่กระจาย:

  • บล็อกที่ถูกปฏิเสธ/ลุง (งานที่เสียเปล่า) จำนวนมากขึ้นเกิดขึ้น
  • ข้อดีเครือข่ายสะสมไปยังโหนดที่มีการเชื่อมต่อที่ดี ศูนย์กลาง
  • ความน่าจะเป็นของการแยกชั่วคราวเพิ่มขึ้น
  • ความเป็นสิ้นสุดใช้เวลานานขึ้นในแง่ของความมั่นใจทางเศรษฐศาสตร์

ปัญหา Validator-Set​

ฉันทามติระหว่างชุด validators ที่เล็ก ที่ทราบว่าเป็นชุดที่เร็วและมีประสิทธิภาพ ฉันทามติระหว่าง validators ที่ไม่มีชื่อหลายพันคนนั้นช้า แต่มีการกระจายอำนาจสูงขึ้น นี่คือเหตุที่ DPoS chains ที่มี 21 ผู้ผลิตบล็อกสามารถบรรลุ TPS หลายพันโดยรักษา finality ที่เร็ว แต่เสียสละการกระจายอำนาจที่ Bitcoin ของแร่แร่เป็นไปได้นับล้านคนให้มา

วิธีการนำทางไตรมัสสามัญของบล็อกเชนหลัก​

Bitcoin: ความปลอดภัย + การกระจายอำนาจ (ความสามารถในการปรับขนาดน้อยลง)​

Bitcoin ให้ความสำคัญกับความปลอดภัยและการกระจายอำนาจเหนือสิ่งอื่นใด:

  • ความปลอดภัย: เครือข่ายแร่แร่ที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยมีอัตรา hash ที่เกิน 800 EH/s ต้นทุนของการโจมตี 51% ประมาณไว้ที่หลายร้อยพันล้านดอลลาร์
  • การกระจายอำนาจ: โหนดที่ไม่มีการเชื่อมต่อมากกว่า 60,000 โหนด ขนาดบล็อกจำกัดโดยเจตนา (น้ำหนัก 4 MB) เพื่อให้ข้อกำหนดโหนดต่ำ ใครก็ตามที่มี Raspberry Pi และการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตสามารถเรียกใช้โหนดแบบเต็มได้
  • การแลกเปลี่ยนความสามารถในการปรับขนาด: ~7 TPS บนชั้นพื้นฐาน ค่าธรรมเนียมสามารถเพิ่มเป็น $50+ ระหว่างการจราจรติดขัด Bitcoin แก้ไขความสามารถในการปรับขนาดผ่าน Layer 2 solutions (Lightning Network) มากกว่าการไปประนีประนอมชั้นพื้นฐาน

Ethereum: ความปลอดภัย + การกระจายอำนาจ (ความสามารถในการปรับขนาดพอสมควร)​

Ethereum ใช้แนวทางที่คล้ายกับ Bitcoin โดยมีปริมาณการทำธุรกรรมชั้นพื้นฐานที่สูงขึ้นบ้าง:

  • ความปลอดภัย: Validators ที่ใช้งานอยู่กว่า 1 ล้านตัวพร้อม ETH ที่ถูก staked 34+ ล้าน (~$100B+)
  • การกระจายอำนาจ: โหนดมากกว่า 10,000 โหนดทั่วโลก Validators สามารถเรียกใช้บนฮาร์ดแวร์ผู้บริโภค
  • ความสามารถในการปรับขนาด: ~15-30 TPS บน L1 แต่ rollup-centric roadmap เป้าหมาย 100,000+ TPS ทั่วทั้ง L2 ecosystem EIP-4844 ลดต้นทุน L2 อย่างมากหลาย

Solana: ความสามารถในการปรับขนาด + ความปลอดภัย (การกระจายอำนาจน้อยลง)​

Solana ปรับปรุงสำหรับปริมาณการทำธุรกรรมโดยมีข้อกำหนดฮาร์ดแวร์ที่สูงขึ้น:

  • ความสามารถในการปรับขนาด: ~4,000-10,000 TPS โดยมีเวลา block 400ms
  • ความปลอดภัย: SOL ที่ถูก staked มากกว่า $50B ฉันทามติ Proof of History + Tower BFT ที่ซับซ้อน
  • การแลกเปลี่ยนการกระจายอำนาจ: การเรียกใช้ validator Solana ต้องใช้ฮาร์ดแวร์ระดับสูง (128 GB RAM การเชื่อมต่อแบนด์วิดธ์สูง ที่เก็บข้อมูล NVMe ที่รวดเร็ว) สิ่งนี้จำกัด validator set และเพิ่มอุปสรรคต่อการมีส่วนร่วม Solana ได้ประสบปัญหาหลายอย่างจากการหยุดของเครือข่าย บางส่วนเนื่องจากความท้าทายในการรักษา consensus ระหว่าง validators ที่เข้มข้นขึ้น

BNB Smart Chain: ความสามารถในการปรับขนาด + ความปลอดภัย (การกระจายอำนาจน้อยลง)​

BNB Smart Chain ใช้ Proof of Staked Authority ที่มี validators ที่ใช้งานอยู่เพียง 21 ตัว:

  • ความสามารถในการปรับขนาด: ปริมาณการทำธุรกรรมสูง ค่าธรรมเนียมต่ำ (~$0.01-$0.10 ต่อธุรกรรม)
  • ความปลอดภัย: Validators staked BNB และรับผิดชอบต่อ Binance ecosystem
  • การแลกเปลี่ยนการกระจายอำนาจ: Validators เพียง 21 ตัว ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ Binance สิ่งนี้ทำให้มันเป็นศูนย์กลางมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญกว่า Bitcoin หรือ Ethereum และอาจเสี่ยงต่อความกดดันด้านการออกแบบพฤติกรรมของหน่วยงาน

Cosmos/Polkadot: แนวทางการทำงานร่วมกัน​

ทั้ง Cosmos และ Polkadot จัดการกับไตรมัสสามัญผ่าน ความเชี่ยวชาญและการทำงานร่วมกัน:

  • โซ่อิสระหลายโซ่ (Cosmos zones / Polkadot parachains) ปรับปรุงสำหรับกรณีการใช้งานเฉพาะแต่ละอย่าง
  • โปรโตคอลการสื่อสารข้ามโซ่ (IBC สำหรับ Cosmos XCMP สำหรับ Polkadot) ช่วยให้สินทรัพย์และข้อมูลไหลระหว่างโซ่
  • โซ่แต่ละโซ่สามารถเลือกการแลกเปลี่ยนตนเองภายในไตรมัสสามัญในขณะที่ได้รับประโยชน์จาก ecosystem ที่กว้างขึ้น

แนวทางการแก้ปัญหาไตรมัสสามัญ​

Sharding​

Sharding แบ่งบล็อกเชนออกเป็นหลายส่วน parallel (shards) ส่วนหนึ่งแต่ละอย่างประมวลผลสินทรัพย์ที่มี transactions ของเครือข่าย Nodes จำเป็นต้องตรวจสอบ transactions ใน shard ที่กำหนดเท่านั้น ลดภาระการคำนวณบนโหนดแต่ละโหนดในขณะที่เพิ่มปริมาณการทำงานโดยรวม

ความท้าทาย:

  • การสื่อสาร cross-shard เพิ่มความซับซ้อนและการหน่วง
  • ความปลอดภัยต้องดำเนินการในทั้งหมด shards — shard ที่มี validators น้อยกว่าอาจเสี่ยงต่อการโจมตีได้ง่ายกว่า
  • การจัดการ state ข้าม shards ทำให้เกิดความท้าทายทางเทคนิค

Ethereum เดิมวางแผนสำหรับ execution sharding แต่หันไปที่แนวทาง rollup-centric ที่มี data sharding (danksharding) เพื่อให้ data availability ที่ประหยัด สำหรับ rollups

สถาปัตยกรรม Rollup-Centric​

แนวทางปัจจุบันของ Ethereum แยกข้อกังวล:

  • L1 ให้: Consensus security และ data availability
  • L2 rollups ให้: การดำเนินการและความสามารถในการปรับขนาด

สถาปัตยกรรมนี้อนุญาตให้ชั้นพื้นฐานยังคงปลอดภัยและกระจายอำนาจสูงสุดในขณะที่โหลดความต้องการความสามารถในการปรับขนาดไปยัง L2 ด้วย full danksharding Ethereum มีเป้าหมายให้ data availability เพียงพอสำหรับ L2 เพื่อบรรลุ 100,000+ TPS รวมกันโดยไม่ประนีประนอมคุณสมบัติ L1

บล็อกเชนแบบ Modular​

วิทยานิพนธ์บล็อกเชนแบบ modular แยกส่วนของบล็อกเชนออกเป็นชั้นแบบ specialized:

  • ชั้น Execution: ที่ที่ประมวลผล transactions (rollups appchains)
  • ชั้น Settlement: ที่ที่แก้ไข disputes และบรรลุ finality (Ethereum)
  • ชั้น Consensus: ที่ที่ตกลง transaction ordering
  • ชั้น Data Availability: ที่ที่เก็บและทำให้ transaction data พร้อมใช้งาน (Celestia EigenDA Avail)

ด้วยการอนุญาตให้ชั้นแต่ละชั้นปรับปรุงอย่างอิสระ สถาปัตยกรรม modular อาจบรรลุสมรรถนะโดยรวมที่ดีกว่า monolithic chains ที่จัดการทุกอย่างบนชั้นเดียว

Celestia ซึ่ง launched ในปลายปี 2023 เป็น data availability layer ที่สร้างขึ้นโดยเจตนาพิเศษซึ่งให้ data storage ที่ประหยัดและปรับขนาดได้สำหรับ rollups โดยไม่มี overhead ของการทำหน้าที่เป็น execution หรือ settlement layer

Parallel Execution​

บล็อกเชนบางอันบรรลุปริมาณการทำธุรกรรมสูงขึ้นโดยประมวลผล non-conflicting transactions ตามขนาน:

  • Solana: ใช้ Sealevel ซึ่งเป็น parallel smart contract runtime ที่ระบุ non-conflicting transactions และดำเนินการพร้อมกันข้ามหลาย cores
  • Aptos: ใช้ Block-STM ซึ่งเป็น optimistic parallel execution engine
  • Sui: ใช้ object-centric model ที่เปิดใจ parallel execution ของ transactions ที่สัมผัส objects ที่แตกต่างกัน

Parallel execution เพิ่มปริมาณการทำธุรกรรมโดยไม่ต้องใช้ sharding หรือ L2 complexity แต่โดยปกติต้องใช้ข้อกำหนด hardware ที่สูงขึ้นสำหรับ validators

เทคโนโลยี Zero-Knowledge​

Zero-knowledge proofs นำเสนอแนวทางที่ไม่ซ้ำใครต่อไตรมัสสามัญโดยเปิดใจ succinct verification แทนที่โหนดทุกโหนดจะดำเนิน transactions ทุกรายการใหม่ prover เดี