อธิบายกลไกการพิสูจน์การทำงาน

Proof of Work (PoW) เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของระบบคริปโทเคอร์เรนซีหลายระบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Bitcoin ทำหน้าที่เป็นกลไกฉันทามติ หมายความว่าเป็นวิธีที่เครือข่ายคอมพิวเตอร์แบบกระจายศูนย์ (หรือโหนด) ตกลงกันเกี่ยวกับเนื้อหาของบล็อกเชน ซึ่งเป็นบัญชีแยกประเภทดิจิทัลที่เปลี่ยนแปลงไม่ได้ PoW ช่วยให้มั่นใจว่าผู้เข้าร่วม หรือที่เรียกว่านักขุด (miner) จะใช้ทรัพยากรคอมพิวเตอร์เพื่อตรวจสอบและบันทึกธุรกรรม ซึ่งช่วยป้องกันการฉ้อโกงและรักษาความปลอดภัยของเครือข่ายโดยไม่จำเป็นต้องมีหน่วยงานกลาง

ในทางปฏิบัติ PoW กำหนดให้ผู้เข้าร่วมต้องไขปริศนาทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน ปริศนาเหล่านี้ไม่ได้ถูกสร้างมาเพื่อแก้โดยมนุษย์ แต่โดยเครื่องจักร ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ที่ประมวลผลการคำนวณทางการเข้ารหัส เมื่อไขปริศนาได้แล้ว ผลลัพธ์ ("หลักฐาน") สามารถตรวจสอบได้โดยโหนดอื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย ทำให้นักขุดสามารถเพิ่มบล็อกข้อมูลใหม่ ซึ่งโดยทั่วไปจะมีธุรกรรมที่ได้รับการยืนยันแล้ว ลงในบล็อกเชนได้

PoW ผสมผสานกลไกสำคัญสามประการ ได้แก่ การแฮช การปรับความยาก และรางวัลจากการขุด แต่ละกลไกเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการรักษาความสมบูรณ์ ความปลอดภัย และความยุติธรรมของเครือข่ายบล็อกเชน ระบบนี้ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันสแปมและกิจกรรมที่เป็นอันตราย โดยทำให้การสร้างบล็อกที่ถูกต้องนั้นมีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลานาน

เดิมที PoW ถูกเสนอขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1990 เพื่อใช้ในการต่อสู้กับสแปมทางอีเมล ต่อมาในปี 2009 ได้มีการนำ PoW มาใช้งานอย่างปฏิวัติวงการใน Bitcoin นับตั้งแต่นั้นมา ระบบนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นระบบที่รักษาความปลอดภัยให้กับเครือข่ายบล็อกเชน และควบคุมการออกเหรียญดิจิทัลใหม่ๆ ได้อย่างยุติธรรมและคาดการณ์ได้

มาพิจารณาส่วนประกอบหลักแต่ละส่วนของระบบ PoW เพื่อทำความเข้าใจว่าระบบนี้ทำงานอย่างไรจากมุมมองเชิงปฏิบัติ

หัวใจสำคัญของ Proof of Work คือกระบวนการที่เรียกว่า แฮชชิ่ง แฮชคือสตริงอักขระที่มีความยาวคงที่ซึ่งสร้างขึ้นโดยฟังก์ชันการเข้ารหัสจากข้อมูลอินพุตที่มีความยาวใดๆ ก็ได้ ในระบบ PoW ยอดนิยมหลายระบบ เช่น Bitcoin ฟังก์ชันแฮชที่ใช้เรียกว่า SHA-256 (อัลกอริทึมแฮชที่ปลอดภัย 256 บิต)

ลองคิดดูว่าการแฮชเป็นเหมือนลายนิ้วมือดิจิทัล: ไม่ควรมีชุดข้อมูลที่แตกต่างกันสองชุดที่สร้างแฮชเดียวกัน และแม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในอินพุต เช่น การเปลี่ยนตัวเลขหรือตัวอักษรเพียงตัวเดียว ก็จะส่งผลให้แฮชแตกต่างออกไปโดยสิ้นเชิง สิ่งนี้สำคัญมาก เนื่องจากเป้าหมายของการขุด PoW คือการค้นหาแฮชประเภทเฉพาะที่ตรงตามเกณฑ์ที่เข้มงวดมาก ซึ่งเรียกว่า ระดับความยากเป้าหมาย

วิธีการแฮชในการขุดมีดังนี้:

1. นักขุดจะรวบรวมธุรกรรมบล็อกเชนที่ยังไม่ได้รับการยืนยัน
2. นักขุดจะเพิ่มเมตาดาต้า ซึ่งรวมถึงข้อมูล เช่น ไทม์สแตมป์และแฮชของบล็อกก่อนหน้า
3. บล็อกทั้งหมดนี้จะถูกแฮชซ้ำๆ ด้วยตัวแปรที่เรียกว่า nonce (ตัวเลขที่ใช้เพียงครั้งเดียว)
4. ทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนแปลง nonce ระบบจะสร้างแฮชใหม่จากข้อมูลบล็อกทั้งหมด
5. วัตถุประสงค์คือการค้นหาแฮชที่เริ่มต้นด้วยเลขศูนย์นำหน้าจำนวนหนึ่ง หรือมีค่าต่ำกว่าเกณฑ์ตัวเลขที่กำหนด

เนื่องจากความพยายามแต่ละครั้งในการค้นหาแฮชที่ยอมรับได้นั้นขึ้นอยู่กับการทดลอง และข้อผิดพลาด—และเนื่องจากเป้าหมายแคบมาก—นักขุดจึงต้องคาดเดาหลายล้านล้านครั้งต่อวินาที ปริมาณการคำนวณมหาศาลนี้กินไฟและพลังประมวลผลจำนวนมาก ทำให้การขุดที่ประสบความสำเร็จนั้นอิงตามคุณค่าที่แท้จริง

ความปลอดภัยและความไม่เปลี่ยนแปลงของบล็อกเชนเกิดจากกระบวนการแฮชนี้ เมื่อพบแฮชที่ถูกต้อง บล็อกจะถูกกระจายไปยังเครือข่ายทั้งหมด นักขุดและโหนดอื่นๆ สามารถตรวจสอบบล็อกได้อย่างง่ายดายโดยการตรวจสอบแฮช ซึ่งเป็นกระบวนการที่รวดเร็วมากเมื่อเทียบกับความพยายามในการค้นหาในตอนแรก สิ่งนี้ช่วยยืนยัน "หลักฐาน" ใน Proof of Work

หนึ่งในเสาหลักของระบบ Proof of Work ที่ยั่งยืนคือกลไกของการปรับค่าความยาก กลไกนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าบล็อกใหม่จะถูกเพิ่มเข้าไปในบล็อกเชนอย่างสม่ำเสมอ โดยไม่คำนึงถึงจำนวนนักขุดหรือพลังการประมวลผลที่เข้าร่วม

ในกรณีของ Bitcoin เป้าหมายคือการผลิตหนึ่งบล็อกทุกๆ 10 นาที อย่างไรก็ตาม เมื่อนักขุดเข้าร่วมเครือข่ายมากขึ้นและมีส่วนร่วมกับพลังการประมวลผลมากขึ้น พวกเขาก็ร่วมกันทำให้การไขปริศนาการเข้ารหัสทำได้ง่ายขึ้นและเร็วขึ้นในทางทฤษฎี เพื่อแก้ไขปัญหานี้และรักษาตารางเวลาให้สอดคล้องกัน เครือข่ายจะตรวจสอบและปรับเทียบ ระดับความยาก ใหม่โดยประมาณทุกๆ 2,016 บล็อก (ประมาณทุกสองสัปดาห์)

การปรับค่านี้คำนวณจากเวลาบล็อกที่ผ่านมา:

• หากบล็อกถูกขุดเร็วกว่าที่คาดไว้ ความยากจะเพิ่มขึ้น
• หากบล็อกถูกขุดช้ากว่า ความยากจะลดลง

ระดับความยากจะถูกปรับโดยการเปลี่ยน แฮชเป้าหมาย ยิ่งตัวเลขเป้าหมายต่ำลง ก็ยิ่งต้องใช้เลขศูนย์นำหน้าในแฮชมากขึ้น ทำให้ยากต่อการค้นหาชุดค่าผสมที่ถูกต้อง ระบบควบคุมตนเองนี้ช่วยรักษาจังหวะการสร้างบล็อกและช่วยป้องกันการพองตัวของบล็อกอย่างกะทันหันหรือความล่าช้าของธุรกรรมที่ยาวนาน

ยิ่งไปกว่านั้น ความยากยังทำหน้าที่เป็นกลไกเบรกสำหรับการรวมศูนย์ หากเอนทิตีหรือกลุ่มการขุดหนึ่งควบคุมพลังการแฮชของเครือข่ายมากเกินไป ความยากที่เพิ่มขึ้นจะเรียกร้องทรัพยากรจากเอนทิตีหรือกลุ่มนั้นมากขึ้นตามสัดส่วนเพื่อรักษาหรือเพิ่มอิทธิพลของพวกเขา สิ่งนี้ทำหน้าที่เป็นการตรวจสอบการผูกขาด

ความยากยังช่วยรักษาเสถียรภาพทางเศรษฐกิจของคริปโทเคอร์เรนซีโดยมีอิทธิพลต่อความเร็วในการออกเหรียญใหม่ หากความยากต่ำเกินไป เหรียญจะถูกขุดได้เร็วขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอุปทานที่ควบคุมไม่ได้ การบังคับใช้เวลาบล็อกที่วัดผลได้และคาดการณ์ได้ ระดับความยากจะช่วยเสริมสร้างความขาดแคลนและมูลค่าในระยะยาว

ที่สำคัญ ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ โปรโตคอลไม่จำเป็นต้องมีอำนาจจากส่วนกลางในการดำเนินการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ แต่จะปฏิบัติตามโค้ด โดยตอบสนองต่อสถิติเครือข่ายในโลกแห่งความเป็นจริง

โดยสรุป การปรับความยากเป็นสิ่งสำคัญต่อการรักษาสมดุลในการดำเนินงานและเศรษฐกิจของเครือข่าย PoW เพื่อให้มั่นใจถึงความยุติธรรม ความปลอดภัย และความสามารถในการคาดการณ์ได้ แม้ในขณะที่สภาวะภายนอกเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง