ปัญหาสามประการของบล็อกเชน

The blockchain trilemma, หรือที่รู้จักกันในชื่อ scalability trilemma เป็นการนิยามความท้าทายหลักของการขยายขนาดระบบแบบกระจายศูนย์ ประเด็นอยู่ที่คุณสมบัติสำคัญสามประการของ blockchain ได้แก่ การกระจายศูนย์ ความปลอดภัย และประสิทธิภาพ ไม่สามารถรับประกันให้ทำงานพร้อมกันได้ เครือข่ายแบบกระจายศูนย์จะมีคุณลักษณะทั้งสามได้ในระดับสูงเพียงสองข้อเท่านั้น กล่าวคือ เมื่อด้านหนึ่งถูกเสริมให้แข็งแกร่ง อีกด้านหนึ่งย่อมได้รับผลกระทบอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ก่อนจะเจาะลึกในรายละเอียดของ crypto trilemma มาทำความเข้าใจกันก่อนว่า scalability, security และ decentralization คืออะไรในภาพรวม

• Blockchain scalability หมายถึงความสามารถในการรองรับธุรกรรมได้มากขึ้น
• Security หมายถึงความสามารถในการปกป้องข้อมูลบน blockchain จากการโจมตีต่าง ๆ และป้องกันการใช้จ่ายซ้ำ (double-spending)
• Decentralization คือรูปแบบหนึ่งของความซ้ำซ้อนของเครือข่าย ที่ทำให้มั่นใจได้ว่าเครือข่ายไม่ได้ถูกควบคุมโดยหน่วยงานจำนวนจำกัด

Bitcoin แสดงให้เห็นเรื่องนี้ได้อย่างชัดเจน ใน blockchain นี้ จำนวนธุรกรรมต่อวินาทีค่อนข้างน้อย ประมาณเจ็ดรายการ และมีการขุดบล็อกทุก ๆ สิบนาที เมื่อเครือข่ายแออัด ธุรกรรมที่มีค่าธรรมเนียมต่ำอาจใช้เวลาประมวลผลนาน ผลลัพธ์คือมีระดับความปลอดภัยและการกระจายศูนย์สูง แต่ประสิทธิภาพต่ำ (หรือก็คือ scalability ต่ำ)

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ คุณสามารถเพิ่มขนาดบล็อกได้ แต่ความซับซ้อนจะพุ่งสูงขึ้น และสุดท้ายมีเพียงกลุ่ม mining ขนาดใหญ่เท่านั้นที่จะสามารถอยู่ในเครือข่ายได้ ส่งผลให้ระบบมีความรวมศูนย์มากขึ้น และหากคุณลดเวลาในการผลิตบล็อก ความปลอดภัยจะถูกกระทบโหนดอาจไม่มีเวลามากพอที่จะบรรลุฉันทามติก่อนที่บล็อกถัดไปจะถูกขุดขึ้นมา

Scalability

เครือข่ายประกอบด้วยคอมพิวเตอร์จำนวนมาก ซึ่งในทางทฤษฎีมีพลังการประมวลผลไม่จำกัดที่จำเป็นต่อการแก้ปัญหาต่าง ๆ Throughput ของเครือข่ายเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญอย่างยิ่ง เพราะใช้วัดจำนวนธุรกรรมที่ประมวลผลได้ต่อหน่วยเวลา

Safety

ความปลอดภัยจากภัยคุกคามภายนอกเกิดจากการเข้ารหัส อัลกอริทึมของ blockchain ใช้การเข้ารหัสสมัยใหม่ ธุรกรรมทั้งหมด (รายการใน blockchain) จะได้รับการตรวจสอบผ่านกระบวนการ mining ซึ่งใช้อัลกอริทึมฉันทามติแบบ Proof-of-Work ซึ่งหมายความว่าธุรกรรมแต่ละรายการจะถูกเข้ารหัสก่อนถูกเพิ่มลงใน blockchain ปัจจุบันยังไม่มีวิธีที่ทราบกันในการเจาะกุญแจเข้ารหัสแบบปิดได้ ทั้งนี้เพราะผู้โจมตีต้องทำให้สำเร็จภายในกรอบเวลาที่จำกัด

Decentralization

คุณสมบัตินี้ช่วยให้ปลอดภัยจากภัยคุกคามภายใน ฐานข้อมูล (blockchain) ถูกจัดเก็บพร้อมกันบนคอมพิวเตอร์ของผู้เข้าร่วมทุกคน นี่เป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลักของ blockchain และหมายถึงการไม่มีองค์กร บุคคล หรือบริการแบบรวมศูนย์ใด ๆ ที่ทำหน้าที่ตัดสินใจบนเครือข่าย งานบนเครือข่ายถูกกระจายไปยังโหนดต่าง ๆ และเป็นแบบกระจายศูนย์อย่างสมบูรณ์ อัลกอริทึมของเครือข่ายมีขั้นตอนสำหรับการบรรลุฉันทามติระหว่างโหนดแต่ละตัวเกี่ยวกับสถานะปัจจุบันของข้อมูลในเครือข่าย กลไกนี้เรียกว่า consensus mechanism หากต้องการเปลี่ยนแปลงข้อมูลย้อนหลัง จำเป็นต้องเปลี่ยนพร้อมกันในโหนดมากกว่า 50% ของทั้งหมด การ hack พร้อมกันลักษณะนี้ แน่นอนว่าในทางทฤษฎีเป็นไปได้ แต่ในทางปฏิบัติแทบเป็นไปไม่ได้

Blockchain Trilemma Explained

วิธีแก้ปัญหาที่ชัดเจนและพื้นฐานที่สุดสำหรับปัญหาความแออัดของเครือข่ายที่อธิบายไว้ข้างต้น คือการลดจำนวนผู้เข้าร่วมที่ทำหน้าที่ยืนยันและเพิ่มข้อมูลเข้าสู่เครือข่าย วิธีนี้จะช่วยเพิ่มทั้งขนาดและความเร็ว แต่จะทำให้การกระจายศูนย์อ่อนลงเมื่ออำนาจควบคุมถูกส่งไปยังผู้เข้าร่วมจำนวนน้อยลง นอกจากนี้ยังนำไปสู่ความปลอดภัยที่ลดลงด้วย เพราะผู้เข้าร่วมที่น้อยลงทำให้โอกาสถูกโจมตีสูงขึ้น

ดังนั้นจึงเกิด trilemma ขึ้น: ด้วยความเชื่อมโยงโดยธรรมชาติระหว่างคุณสมบัติด้านการกระจายศูนย์และความปลอดภัย การออกแบบพื้นฐานของ blockchain จึงทำให้การขยายขนาดเป็นเรื่องท้าทาย เมื่อขยายด้านหนึ่ง อีกด้านหนึ่งจะอ่อนลง แล้วจะทำให้ scalability เกิดขึ้นได้อย่างไรโดยไม่กระทบต่อการกระจายศูนย์ ความปลอดภัย หรือทั้งสองอย่าง?

Blockchain Trilemma Solution

ไม่มีโซลูชันทองคำเพียงหนึ่งเดียวสำหรับ crypto trilemma แต่ด้วยความสำคัญของการแก้ปัญหานี้ จึงมีการเสนอแนวทางที่แตกต่างกันหลายแบบใน community ซึ่งให้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจ เรามาทบทวนพัฒนาการที่ได้รับความนิยมบางส่วน เพื่อให้คุณเห็นภาพว่าสิ่งที่เกิดขึ้นในด้านนี้เป็นอย่างไร

Changes in the consensus algorithm

ปัจจุบันมีอัลกอริทึมฉันทามติของ blockchain หลายรูปแบบ ซึ่งทั้งหมดช่วย solve the blockchain trilemma ได้บางส่วน โดยผสมผสาน scalability, decentralization และ security ในระดับที่แตกต่างกัน นอกจาก Proof-of-Work (PoW) ที่เป็นที่รู้จักกันดีแล้ว ยังมีกลไกฉันทามติอื่น ๆ เช่น Proof-of-Stake (PoS), Delegated Proof-of-Stake (DPoS), Proof-of-Burn (PoB), Proof-of-Capacity (PoC), Proof-of-Importance (PoI), Proof-of-Authority (PoA), Directed Acyclic Graph (DAG), Leased Proof-of-Stake (LPoS), Proof-of-Time (PoT), Proof-of-Elapsed Time (PoET), Proof-of-Space-Time (PoST), Simple Byzantine Fault Tolerance (SBFT), Delegated Byzantine Fault Tolerance (DBFT) และอื่น ๆ ผู้สร้าง blockchain จะเลือกอัลกอริทึมที่เฉพาะเจาะจงโดยอิงจากเป้าหมายและภารกิจของเครือข่าย

Level-1 Solutions

แนวทางเหล่านี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการปรับเปลี่ยนตัว blockchain เอง โดยเฉพาะสถาปัตยกรรมของมัน นักพัฒนานำเสนอแนวทางและวิธีแก้ปัญหาต่าง ๆ สำหรับ blockchain trilemma

ตัวอย่างเช่น มีการเสนอให้ใช้ multichains การนำวิธีการเข้ารหัสแบบใหม่มาใช้ การแบ่งส่วนข้อมูล (sharding) และเทคนิคอื่น ๆ

Sharding น่าจะเป็นแนวทางที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เมื่อใช้ sharding blockchain หลักจะถูกแบ่งออกเป็นหลายส่วน โดยแต่ละส่วนจะควบคุมข้อมูลในส่วนของตนเอง แต่ละส่วนเรียกว่า shard ในโครงสร้างเครือข่ายลักษณะนี้ shard แต่ละตัวจะประมวลผลชุดธุรกรรมของตนเอง ซึ่งช่วยเพิ่ม throughput ของเครือข่าย blockchain หลักทำหน้าที่ประสานกิจกรรมทั้งหมดของ shard

Level-2 Solutions

Sharding และกลไกฉันทามติหลากหลายรูปแบบถือเป็นการตัดสินใจระดับแรก เพราะมุ่งเปลี่ยนโครงสร้างของเครือข่ายโดยตรง อย่างไรก็ตาม นักพัฒนารายอื่นที่พยายามแก้ปัญหา trilemma นี้กำลังทำงานกับโซลูชันที่ต่อยอดจากโครงสร้างเครือข่ายเดิม กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกเขาเชื่อว่าคำตอบอยู่ที่ระดับที่สอง ตัวอย่างได้แก่ sidechains และ status channels

Sidechain คือ blockchain แยกต่างหากที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายหลัก โดยจัดไว้เพื่อโอนสินทรัพย์ระหว่างกัน Sidechain ต้องทำงานตามกฎที่แตกต่างออกไป ซึ่งช่วยให้ความเร็วและ scalability สูงขึ้น ในทำนองเดียวกัน state channels เป็นอีกวิธีหนึ่งในการเบนธุรกรรมออกจากเครือข่ายหลักและลดภาระบนชั้นหลัก status channel ใช้ smart contract แทนการใช้เชนแยกต่างหาก วิธีนี้ทำให้ผู้ใช้สามารถสื่อสารกันได้โดยไม่ต้องเผยแพร่ธุรกรรมลงบน blockchain โดยจะบันทึกเฉพาะจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของ channel ไว้บน blockchain

Conclusion

เพื่อให้ blockchain technology บรรลุศักยภาพเต็มที่ในการเปลี่ยนแปลงโลก มันต้องเผชิญกับ scalability trilemma.

หาก blockchain networks รองรับธุรกรรมได้เพียงจำนวนน้อยต่อวินาทีเพื่อคงไว้ซึ่งการกระจายศูนย์และความปลอดภัย การยอมรับอย่างแพร่หลายก็จะเป็นเรื่องยาก

อย่างไรก็ตาม วิธีการแก้ปัญหาของนักพัฒนาชี้ให้เห็นว่า blockchain technology จะยังคงถูกใช้งานต่อไป ในอนาคต เครือข่ายเหล่านี้จะสามารถประมวลผลข้อมูลได้มากขึ้น