โซลูชันการสเกล: โปรโตคอล Layer-1 และ Layer-2 คืออะไร

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมคริปโตและบล็อกเชนเติบโตอย่างก้าวกระโดดอย่างแท้จริง และจำนวนผู้ใช้งานรวมถึงธุรกรรมก็เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน แม้จะไม่มีใครปฏิเสธได้ถึงความเป็นเทคโนโลยีแห่งการปฏิวัติ แต่ก็เริ่มเผชิญปัญหาเรื่องความสามารถในการขยายตัว — คือศักยภาพของระบบในการเติบโตตามความต้องการที่เพิ่มขึ้น

โซลูชันด้านการสเกลมีไว้เพื่ออะไร?

การกระจายอำนาจหมายถึงพลังการประมวลผลและฉันทามติถูกกระจายไปทั่วเครือข่าย ขณะที่ความปลอดภัยสะท้อนถึงการป้องกันบล็อกเชนจากผู้ไม่หวังดีและการโจมตีของแฮ็กเกอร์ ทั้งสองคุณสมบัตินี้ถือเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเครือข่ายบล็อกเชน 

ระบบแบบกระจายศูนย์ที่มีความปลอดภัยสูงมักเผชิญปัญหาเรื่องอัตราการประมวลผลธุรกรรม ซึ่งก่อให้เกิดประเด็นที่เรียกว่า Blockchain Trilemma โดยระบุว่าการบรรลุระดับสูงของความปลอดภัย การกระจายอำนาจ และความสามารถในการขยายตัวไปพร้อมกันแทบเป็นไปไม่ได้ และในทางปฏิบัติเครือข่ายบล็อกเชนสามารถทำได้สูงสุดเพียง 2 ใน 3 ปัจจัยเท่านั้น 

แต่ก็มีนักพัฒนาจำนวนมากที่ทำงานเพื่อเอาชนะปัญหานี้ และพวกเขาก็ได้ผลลัพธ์ที่สำคัญพอสมควร การปรับปรุงความสามารถในการขยายตัวของเครือข่ายบล็อกเชนสามารถแบ่งได้เป็นโซลูชัน Layer-1 และ Layer-2 แต่ละแบบมีกลไกที่แตกต่างกัน ข้อดีของตัวเอง และความซับซ้อนเฉพาะตัว 

ความสำคัญของโซลูชันด้านการสเกล

แม้บล็อกเชนจะเป็นวิธีการถือครองและจัดการเงินที่ยุติธรรมและปลอดภัยกว่า แต่สถาบันการเงินแบบรวมศูนย์กลับมีประสิทธิภาพด้าน throughput สูงกว่ามาก ตัวอย่างเช่น Visa โฆษณาว่ารองรับได้ 65,000 ธุรกรรมต่อวินาที ขณะที่ Bitcoin มีเพียง 7 และ Ethereum อยู่ที่ 15 

เพื่อแข่งขันกับระบบประมวลผลการชำระเงินแบบรวมศูนย์ เครือข่ายบล็อกเชนจำเป็นต้องขยายตัวได้มากขึ้น เพื่อรองรับจำนวนผู้ใช้ ธุรกรรม และข้อมูลที่เพิ่มขึ้น หากไม่มีการแก้ไขใด ๆ บล็อกเชนจะติดขัดจากธุรกรรมที่ค้างสะสมต่อเนื่อง ระบบจะไม่สามารถประมวลผลทั้งหมดได้พร้อมกัน และจะทำให้ประสบการณ์ของผู้ใช้ไม่เท่าเทียมกัน 

บล็อกเชน Layer-1 คืออะไร?

โซลูชันการสเกลแบบ Layer-1 มุ่งเน้นการปรับปรุงบนเชน (on-chain) โดยจะปรับเปลี่ยนโปรโตคอลพื้นฐานและสถาปัตยกรรมของเครือข่ายเพื่อเพิ่ม throughput ตัวอย่างเช่น Bitcoin, Ethereum, Binance Smart Chain และ Litecoin เป็นเครือข่ายบล็อกเชนแบบ Layer-1 โซลูชันการสเกลแบบ Layer-1 จะเพิ่มประสิทธิภาพให้กับชั้นฐาน หรือโปรโตคอลนั่นเอง

Sharding

Sharding ถูกนำมาปรับใช้จากฐานข้อมูลแบบกระจาย และกลายเป็นโซลูชันการสเกลแบบ Layer-1 ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด สำหรับ sharding เครือข่ายบล็อกเชนทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนหรือชุดข้อมูลที่เรียกว่า shards ทำให้โหนดจัดการ shards ได้ง่ายกว่าการดูแลทั้งเครือข่ายพร้อมกัน shards ทั้งหมดจะถูกประมวลผลในเวลาเดียวกัน ช่วยให้ทำงานกับธุรกรรมจำนวนมากแบบต่อเนื่องได้ 

แต่ละโหนดจะถูกกำหนดให้ทำงานกับ shards ที่แตกต่างกัน shards แต่ละส่วนจะส่งหลักฐานไปยัง mainchain และโต้ตอบกันผ่านโปรโตคอลการสื่อสารข้าม shard เพื่อแชร์ที่อยู่ สถานะทั่วไป และยอดคงเหลือ 

Ethereum 2.0 ซึ่งเป็นเวอร์ชันใหม่ของบล็อกเชน Ethereum ได้นำ sharding มาใช้เป็นโซลูชันด้านการสเกล

บล็อกเชน Layer-1 อีกตัวที่ใช้ sharding คือ Elrond โดยสามารถทำ throughput ได้ถึง 100,000 TPS (transactions per second) ผ่าน Adaptive State Sharding และกลไกฉันทามติ Proof-of-Stake ที่ปลอดภัย 

เครือข่ายบล็อกเชน Harmony เป็นอีกตัวอย่างของโปรเจกต์ที่ใช้ shards เพื่อให้ได้ความสามารถในการขยายตัวที่สูงขึ้น โดยมุ่งเน้นการใช้ zero-knowledge proof และ Decentralized Autonomous Organisations 

การปรับปรุงกลไกฉันทามติ

กลไกฉันทามติบางแบบมีประสิทธิภาพมากกว่าแบบอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น Proof-of-Work ที่ใช้โดย Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Doge ฯลฯ ให้ระดับการกระจายอำนาจและความปลอดภัยสูง แต่ในขณะเดียวกันก็ค่อนข้างช้า ทำให้นักพัฒนาหลายคนเลือกใช้ Proof-of-Stake ในการพัฒนาเครือข่าย 

แม้แต่บล็อกเชนที่มีอยู่เดิมก็สามารถเปลี่ยนกลไกฉันทามติได้ และตัวอย่างที่ดีที่สุดคือ Ethereum ซึ่งวางแผนจะย้ายไปใช้กลไกฉันทามติ Proof-of-Stake เพื่อเพิ่มขีดความสามารถและการกระจายอำนาจของบล็อกเชน โดยยังคงรักษาระดับความปลอดภัยสูงไว้ 

โดยทั่วไป ในปัจจุบันบล็อกเชน Layer-1 และ Layer-2 ที่ได้รับการอัปเกรดมากที่สุดจะใช้กลไกฉันทามติ Proof-of-Stake หรือรูปแบบดัดแปลงของมัน เนื่องจากตัดความจำเป็นที่คอมพิวเตอร์ต้องแข่งขันกันเพื่อยืนยันธุรกรรม PoS จึงมีพื้นที่สำหรับการสเกลมากขึ้นอยู่แล้ว

บล็อกเชน Kava อาจเป็นตัวอย่างที่ดีของเครือข่าย Layer-1 ที่ทำให้ขยายตัวได้ด้วยการใช้กลไกฉันทามติ Tendermint Proof-of-Stake เพื่อปรับปรุงธุรกรรมบน EVM co-chain 

Solana ถือเป็นโปรโตคอลบล็อกเชน Layer-1 เจเนอเรชันใหม่ที่ใช้กลไกฉันทามติ Proof-of-History ซึ่งเป็นแนวทางใหม่และมีอนาคตที่ดี และสามารถเพิ่ม throughput ได้อย่างมากด้วยความเร็วมากกว่า 3,000 ธุรกรรมต่อวินาที 

โซลูชัน Layer-1 อื่น ๆ ที่ได้รับความนิยมน้อยลงสำหรับคริปโต ได้แก่ reparameterization และการสร้าง Data Structures ทางเลือก จุดเด่นหลักของวิธีการเหล่านี้คือสามารถให้การปรับปรุงในระดับใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด

ปัญหาของโซลูชัน Layer-1 

ปัญหาหลักอย่างหนึ่งของโซลูชัน Layer-1 คือ validator ของเครือข่ายต้องเห็นชอบต่อการเปลี่ยนแปลงผ่าน fork แบบ hard ซึ่งไม่ได้ง่ายเสมอไป เพราะในบางกรณีพวกเขาอาจเสียผลประโยชน์ ตัวอย่างเช่น เมื่อบล็อกเชนเปลี่ยนจาก Proof-of-Work ไปเป็น Proof-of-Stake เหล่านักขุดจะสูญเสียรายได้ และอาจปฏิเสธความจำเป็นของการสเกล 

บล็อกเชน Layer-2 คืออะไร?

โซลูชัน Layer-2 มุ่งเน้นการสร้างโซลูชันนอกเชน (off-chain) โดยการรันบล็อกเชนคู่ขนานหรือสร้างเครือข่ายของบุคคลที่สามทับบนเครือข่ายเดิม ชั้นที่สองนี้ หรืออีกนัยหนึ่งเรียกว่า computational layer ถูกใช้เพื่อลดความหนาแน่นของเครือข่ายหลักหรือเครือข่ายแม่ เป็นวิธีที่ง่ายและเร็วที่สุดในการปรับปรุงความสามารถในการขยายตัวของบล็อกเชน

ธุรกรรมส่วนหนึ่งของโปรโตคอลจะย้ายไปยังสถาปัตยกรรมบล็อกเชนที่อยู่ข้างเคียง ซึ่งจะประมวลผลธุรกรรมนั้นและส่งกลับไปยัง parent chain เฉพาะตอนสรุปผลเท่านั้น โซลูชัน Layer-2 มักถูกใช้ร่วมกับโซลูชัน Layer-1 

โซลูชัน Layer-2 ที่ดีที่สุด ได้แก่ สะพานที่สามารถขยายตัวได้ระหว่าง legacy chains และ decentralized applications ซึ่งนำไปสู่การค้นพบรูปแบบใหม่ของ PoS เช่น Liquid Proof-of-Stake, delegated Proof-of-Stake, Hybrid PoS และอื่น ๆ 

วิธีหลักในการนำโซลูชัน Layer-2 ไปใช้ ได้แก่ Nestchains, Rollups, State Channels และ Sidechains 

Nested Blockchains 

Nested blockchain มักเป็นเครือข่ายเพิ่มเติมที่อยู่ด้านบนของบล็อกเชนอีกชั้นหนึ่ง โดยทั่วไปจะต้องมีบล็อกเชนพื้นฐานที่กำหนดพารามิเตอร์ให้กับเครือข่ายที่กว้างขึ้น ขณะที่ธุรกรรมและการทำงานของ smart contracts จะอยู่บนเชนรองที่เชื่อมโยงกัน เครือข่ายหลายชุดสามารถสร้างขึ้นบนเชนหลักในลักษณะเป็น child chains ได้ เชนหลักจะมอบหมายการทำงานไปยัง child chain ซึ่งประมวลผลโดยอิสระจากเชนหลัก และจึงค่อยส่งกลับไปยัง parent การมีส่วนร่วมของเชนหลักจะจำเป็นก็ต่อเมื่อมีข้อพิพาทที่ต้องแก้ไข  

Sidechains 

Sidechain คือเชนเพิ่มเติมที่ต่อพ่วงอยู่กับเชนหลัก โดยมักใช้สำหรับธุรกรรมแบบก้อนใหญ่ Sidechain ใช้อัลกอริทึมฉันทามติที่เป็นอิสระ แตกต่างจากเชนหลัก และถูกสร้างขึ้นใหม่จากศูนย์ กลไกนี้สามารถปรับให้เหมาะกับความเร็วและความสามารถในการขยายตัวได้ ส่วนเชนหลักจะทำหน้าที่รักษาความปลอดภัย ยืนยันชุดธุรกรรม และแก้ไขความขัดแย้ง 

ความแตกต่างระหว่าง sidechain และ state channels อยู่ที่จำนวนวิธีการเชิงบูรณาการ ธุรกรรมทั้งหมดจะถูกบันทึกบนบัญชีแยกประเภทสาธารณะและมองเห็นได้ต่อผู้เข้าร่วมทุกคน ที่สำคัญ ช่องโหว่หรือการละเมิดใน sidechain จะไม่กระทบต่อเชนหลัก 

เครือข่าย Plasma เป็นตัวอย่างของโซลูชัน Layer-2 แบบ sidechain สำหรับ Ethereum โดยประกอบด้วยบล็อกเชนขนาดเล็กที่เชื่อมต่อกันในโครงสร้างแบบคล้ายต้นไม้ 

State Channels

State channels ถูกนำมาใช้เพื่ออำนวยความสะดวกให้ประสิทธิภาพโดยรวมของบล็อกเชนดีขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงการสื่อสารสองทางระหว่างบล็อกเชนและช่องทางธุรกรรมนอกเชน State channel ไม่จำเป็นต้องได้รับการยืนยันจากโหนดของ Layer-1 แต่จะใช้กลไกหลายลายเซ็นหรือ smart contract แทน ธุรกรรมที่เสร็จสิ้นแล้วจะถูกบันทึกบนเครือข่ายฐาน 

ตัวอย่างของ State Channels ได้แก่ Celer, Bitcoin Lightning และ Ethereum’s Lightning Network ปัญหาหลักของวิธีนี้คือ state channels ต้องยอมสละการกระจายอำนาจบางส่วนเพื่อให้ได้ความสามารถในการขยายตัวที่สูงขึ้น 

Roll-Ups 

Roll-ups ดำเนินการธุรกรรมนอกบล็อกเชนหลัก แต่จะส่งข้อมูลที่เกี่ยวข้องไปยัง layer-1 จึงทำให้ธุรกรรมบนชั้นฐานมีความปลอดภัยมากขึ้น ด้วยการประมวลผลที่อยู่นอกระดับหลัก ค่าธรรมเนียมจึงลดลง Smart contract ทำงานบน layer-1 แต่ดำเนินการธุรกรรมบน layer 2 โดยใช้ข้อมูลจากบล็อกเชนหลัก มี optimistic roll-ups ที่ถือว่าธุรกรรมถูกต้องโดยค่าเริ่มต้น และจะประมวลผลการคำนวณก็ต่อเมื่อมีการท้าทายผ่าน fraud-proof เท่านั้น ส่วน zero-knowledge roll-ups จะประมวลผลนอกเชนและส่ง proof of validity ไปยังเชนหลัก 

Cartesi, Fuel Network, Optimism และ Boba เป็นบล็อกเชน Layer-2 ที่ใช้ optimistic roll-ups ส่วน Loopring, Immutable X, Starkware และ Polygon Hermez เป็นโซลูชัน Layer-2 ที่ใช้ zero-knowledge roll-ups 

ปัญหาของโซลูชัน Layer-2

ปัญหาหลักของคริปโต Layer-2 คือโอกาสที่จะสูญเสียความปลอดภัยมีสูงกว่ามาก ดังนั้นผู้ใช้อาจเชื่อมั่นในโปรเจกต์ที่แข็งแกร่งอย่าง Bitcoin หรือ Ethereum ได้ง่ายกว่า เพราะมีประวัติด้านความปลอดภัยที่พิสูจน์แล้ว แต่ปัจจุบันผู้ใช้จะหันมาใช้เครือข่าย Layer-2 มากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากความเร็วในการทำธุรกรรมและต้นทุนที่ต่ำกว่า ดังนั้นผู้เชี่ยวชาญจึงเห็นว่าอนาคตของ Layer-2 อยู่ในภาคส่วนที่เจาะจง ขณะที่บล็อกเชนขนาดใหญ่จะยังคงครองตลาดและมุ่งเน้นด้านความปลอดภัยต่อไป 

บทสรุป 

ความสามารถในการขยายตัวคืออุปสรรคหลักบนเส้นทางสู่การยอมรับคริปโตในระดับโลก ทางออกคือการสร้างบล็อกเชนที่รับมือกับ scalability trilemma ได้ ตั้งแต่ขั้นตอนการพัฒนา ขณะเดียวกันก็พยายามปรับปรุงเครือข่ายเดิมเพื่อหลีกเลี่ยงคอขวด ในตอนนี้ โซลูชันที่เป็นไปได้ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็น Layer-1 และ Layer-2 การเปรียบเทียบ Layer-1 กับ Layer-2 เป็นเรื่องยาก เพราะทั้งสองแบบมีทั้งข้อดีและข้อเสีย แม้ว่าอนาคตอาจอยู่ที่การผสมผสานของทั้งสองแนวทางก็ตาม