บล็อกกำพร้าในบล็อคเชน: คืออะไรและเกิดขึ้นได้อย่างไร

ในโลกของเทคโนโลยีบล็อกเชน คำว่า บล็อกกำพร้า หมายถึงบล็อกที่ถูกต้องซึ่งไม่รวมอยู่ในบล็อกเชนหลัก แม้ว่าบล็อกดังกล่าวจะปฏิบัติตามกฎการเข้ารหัสทั้งหมดและมีความถูกต้องในแง่ของเนื้อหา แต่บล็อกเหล่านี้ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของเชนสุดท้ายที่ตกลงกันไว้ ซึ่งใช้สำหรับการตรวจสอบธุรกรรมและการยืนยันฉันทามติ

เพื่อความชัดเจน บล็อกกำพร้าไม่ควรสับสนกับบล็อกที่ไม่ถูกต้อง บล็อกกำพร้านั้นถูกต้องตามกฎหมายตามโปรโตคอลของบล็อกเชน อย่างไรก็ตาม บล็อกนี้ถูกลบออกจากเชนหลักเนื่องจากกลไกเฉพาะของการยืนยันฉันทามติและความล่าช้าของเครือข่าย

บล็อกกำพร้ามักพบมากที่สุดในบล็อกเชน Proof of Work (PoW) เช่น Bitcoin และ Ethereum (ก่อนที่ Ethereum จะเปลี่ยนไปเป็น Proof of Stake) ในเครือข่ายเหล่านี้ นักขุดจะแข่งขันกันเพื่อเพิ่มบล็อกถัดไปในเชนโดยการไขปริศนาการเข้ารหัสที่ซับซ้อน บางครั้ง นักขุดสองคนอาจไขปริศนาได้สำเร็จพร้อมกัน ส่งผลให้บล็อกที่แข่งขันกันสองบล็อกแพร่กระจายไปทั่วเครือข่าย

ลักษณะสำคัญของบล็อกกำพร้า

• บล็อกเหล่านี้ยังคงใช้ได้ แต่ไม่ได้รวมอยู่ในเครือข่ายที่ยาวที่สุดในปัจจุบัน
• โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นระหว่างการฟอร์กชั่วคราวในบล็อกเชน
• ไม่รวมอยู่ในประวัติธุรกรรมหลักของเครือข่าย
• ธุรกรรมใดๆ ในบล็อกกำพร้าที่ไม่พบในที่อื่นจะถูกส่งกลับไปยังเมมพูล

คำว่า "บล็อกกำพร้า" ใช้เรียกเฉพาะบล็อกที่บล็อกหลักไม่รู้จักหรือหายไป ปัจจุบัน คำศัพท์นี้มักจะทับซ้อนกับแนวคิดที่เกี่ยวข้องของ บล็อกเก่า: บล็อกที่ถูกต้องซึ่งถูกแทนที่ในกระบวนการฉันทามติ

เมื่อเกิดการฟอร์ก เครือข่ายจะต้องตัดสินใจว่าจะเก็บบล็อกเชนเวอร์ชันใดไว้ กลไกฉันทามติมักจะกำหนดว่าเชนที่มีหลักฐานการทำงานสะสมมากที่สุด (เช่น เชนที่ยาวที่สุดหรือยากที่สุด) จะกลายเป็นเวอร์ชันมาตรฐาน ดังนั้นบล็อกทางเลือก (แม้ว่าจะถูกต้อง) จึงถูกแยกออก

เหตุใดบล็อกกำพร้าจึงไม่สูญเปล่า

แม้ว่าบล็อกกำพร้าจะไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของเชนหลัก แต่ก็มีบทบาทสำคัญในการทำให้บล็อกเชนมีความปลอดภัยและกระจายศูนย์ การเกิดขึ้นของบล็อกกำพร้าเป็นสัญญาณของเครือข่ายที่มีชีวิตชีวาและกระจายตัว แสดงให้เห็นว่านักขุดทั่วโลกมีส่วนร่วมอย่างแข็งขัน และระบบมีความซ้ำซ้อนในตัวเพื่อป้องกันการบิดเบือนธุรกรรม

ตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริง: บล็อกกำพร้าบน Bitcoin

เมื่อวันที่ 12 พฤศจิกายน 2022 เครือข่าย Bitcoin บันทึกบล็อกกำพร้าที่ความสูงของบล็อก 762,711 นักขุดสองคนได้แก้ไขแฮชได้ในเวลาใกล้เคียงกัน ทำให้เกิดเชนคู่ขนานขึ้นชั่วคราว ในที่สุด เวอร์ชันหนึ่งได้รับการพิสูจน์การทำงาน (proof of work) เพิ่มเติม และอีกเวอร์ชันหนึ่ง ซึ่งก็คือบล็อกกำพร้า (orphan block) ก็ถูกยกเลิกไป

สรุปได้ว่า บล็อกกำพร้าเป็นผลลัพธ์ที่คาดหวังจากลักษณะการกระจายอำนาจของเครือข่ายบล็อกเชน แม้ว่าบล็อกเหล่านี้อาจดูเหมือนเป็นข้อมูลที่ไม่ได้ใช้หรือซ้ำซ้อน แต่การมีอยู่ของบล็อกเหล่านี้ก็ยืนยันถึงอุดมคติพื้นฐานของความโปร่งใส การแข่งขัน และความยืดหยุ่นในระบบบล็อกเชน

บล็อกกำพร้าเกิดขึ้นได้อย่างไรและเพราะเหตุใด

บล็อกกำพร้ามักเป็นผลมาจากเงื่อนไขเครือข่ายและพลวัตฉันทามติภายในระบบแบบกระจายศูนย์ การทำความเข้าใจสาเหตุของบล็อกกำพร้าจำเป็นต้องศึกษาว่าธุรกรรมและบล็อกเดินทางผ่านเครือข่ายบล็อกเชนอย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมแบบ Proof of Work

เหตุผลหลักที่ทำให้เกิดบล็อกกำพร้ามีดังนี้:

1. การค้นพบบล็อกพร้อมกัน

ในระบบ Proof of Work เช่น Bitcoin นักขุดจะแข่งขันกันทั่วโลกเพื่อไขปริศนาทางคณิตศาสตร์เพื่อเพิ่มบล็อกใหม่ลงในเชน บางครั้งนักขุดสองคนจะพบผลลัพธ์แฮชที่ถูกต้องในเวลาเดียวกัน สภาวะการแข่งขันนี้ทำให้บล็อกทั้งสองถูกส่งต่อไปยังเครือข่าย ทำให้เกิดการ fork ชั่วคราวที่มีเชนที่ถูกต้องสองเชน

เมื่อเกิดการ fork เครือข่ายจะรอให้บล็อกถัดไปถูกขุด เชนใดก็ตามที่ได้รับบล็อกที่ถูกต้องถัดไปก่อนมักจะถูกนำมาใช้เป็นเชนแบบ canonical เนื่องจากมีความยาวมากกว่า (มีหลักฐานการทำงานมากกว่า) บล็อกอื่นแม้จะเคยถูกต้องมาก่อนก็จะกลายเป็นบล็อกกำพร้า

2. ความหน่วงของเครือข่ายและความล่าช้าในการแพร่กระจาย

การกระจายตัวทางภูมิศาสตร์ของนักขุดหมายความว่าบางส่วนของเครือข่ายอาจได้รับบล็อกใหม่ก่อนส่วนอื่น หากบล็อกหนึ่งแพร่กระจายอย่างช้าๆ นักขุดคนอื่นอาจขุดบล็อกใหม่โดยไม่ทราบถึงบล็อกก่อนหน้า ความล่าช้านี้ส่งผลให้เกิดบล็อกพร้อมกัน ซึ่งในที่สุดบล็อกหนึ่งจะกลายเป็นบล็อกกำพร้า

สภาพแวดล้อมที่มีความหน่วงสูงหรือการเชื่อมต่อโหนดที่ไม่มีประสิทธิภาพจะขยายปัญหานี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อบล็อกมีขนาดใหญ่หรือเครือข่ายมีธุรกรรมหนาแน่น

3. การฟอร์กโดยไม่ได้ตั้งใจ

บางครั้ง ซอฟต์แวร์ที่ผิดพลาดหรือบั๊กในไคลเอนต์บางตัวอาจทำให้โหนดทำงานแตกต่างจากกฎฉันทามติ หากนักขุดใช้ซอฟต์แวร์ที่ผิดพลาดมากพอ พวกเขาอาจขุดบล็อกโดยไม่รู้ตัว ซึ่งต่อมาจะถูกปฏิเสธโดยส่วนที่เหลือของเครือข่าย แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเกิดขึ้นได้ยากและมักได้รับการแก้ไขอย่างรวดเร็ว แต่บล็อกเหล่านี้อาจกลายเป็นบล็อกกำพร้าได้

4. การโจมตีด้วยการขุดแบบมีกลยุทธ์

ในกรณีที่พบได้ยากกว่านั้น ความพยายามที่ซับซ้อนเพื่อควบคุมกลไกฉันทามติของบล็อกเชนอาจส่งผลให้เกิดบล็อกกำพร้าได้ ตัวอย่างเช่น ผู้โจมตีอาจพยายามใช้กลยุทธ์การขุดแบบเห็นแก่ตัว โดยจงใจกักบล็อกเอาไว้เพื่อให้ได้เปรียบเชิงกลยุทธ์ หากการโจมตีล้มเหลว บล็อกที่ไม่ได้เผยแพร่ – เมื่อถูกเปิดเผย – อาจกลายเป็นบล็อกกำพร้าโดยเชนที่ยาวกว่าจริง

5. ความแตกต่างในการใช้งานฉันทามติ

ไคลเอ็นต์บล็อกเชนต่างๆ อาจตีความรายละเอียดโปรโตคอลเล็กๆ น้อยๆ ในรูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการอัปเกรดเครือข่ายหรือการฮาร์ดฟอร์ก การจัดวางที่ไม่ถูกต้องนี้อาจทำให้นักขุดบางคนสร้างบล็อกบนบล็อกที่คนอื่นไม่ยอมรับ ส่งผลให้เกิดการบล็อกกำพร้าเมื่อเกิดฉันทามติ

การลดบล็อกกำพร้า

เครือข่ายบล็อกเชนใช้กลไกต่างๆ เพื่อลดการเกิดบล็อกกำพร้า:

• การแพร่กระจายบล็อกที่รวดเร็วขึ้น: โปรโตคอลอย่าง Compact Block Relay ใน Bitcoin ช่วยลดเวลาในการส่งข้อมูลระหว่างโหนด
• การลดเวลาแฝง: โครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายที่ได้รับการปรับปรุงช่วยให้มั่นใจได้ว่าบล็อกจะกระจายตัวได้ทันเวลา
• การซิงโครไนซ์ไคลเอนต์: การทำให้ไคลเอนต์ทั้งหมดปฏิบัติตามกฎฉันทามติเดียวกันจะช่วยจำกัดการฟอร์กโดยไม่ตั้งใจ
• ข้อเสียเปรียบทางเศรษฐกิจ: เนื่องจากบล็อกกำพร้าไม่ได้รับผลตอบแทน นักขุดจึงมีแรงจูงใจที่จะคงความสอดคล้องกับบล็อกกำพร้าให้นานที่สุด เชน

โดยทั่วไปแล้ว บล็อกกำพร้าไม่ได้เป็นหลักฐานของความล้มเหลวของระบบ แต่กลับแสดงถึงการแก้ไขข้อขัดแย้งแบบกระจายอำนาจในตัว ซึ่งเป็นคุณลักษณะอันโดดเด่นของการออกแบบบล็อกเชนที่รักษาความสมบูรณ์ของข้อมูลไว้ ขณะเดียวกันก็สนับสนุนการมีส่วนร่วมทั่วโลก

แม้ว่าบล็อกกำพร้าจะไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของบล็อกเชนขั้นสุดท้าย แต่ก็มีอิทธิพลต่อหลายแง่มุมสำคัญของการทำงานของเครือข่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของความสิ้นสุดของธุรกรรม ความปลอดภัย และกลยุทธ์การขุด

1. การจัดระเบียบธุรกรรมใหม่

หนึ่งในผลกระทบที่เห็นได้ชัดที่สุดของบล็อกกำพร้าคือธุรกรรมที่บล็อกนั้นบรรจุอยู่ แม้ว่าบล็อกเหล่านี้จะถูกต้อง แต่ธุรกรรมที่รวมอยู่ในบล็อกเหล่านี้จะไม่ถือว่าเป็นธุรกรรมสุดท้ายในทันที เนื่องจากบล็อกนั้นไม่ได้ถูกนำไปใช้ในเครือข่ายหลัก แต่ธุรกรรมเฉพาะใดๆ ในบล็อกกำพร้าจะถูกส่งกลับไปยัง mempool ซึ่งเป็นพื้นที่รอสำหรับธุรกรรมที่ยังไม่ได้รับการยืนยัน ซึ่งธุรกรรมเหล่านั้นอาจถูกรวมไว้ในบล็อกถัดไป

กระบวนการนี้อาจทำให้เกิดความล่าช้าเล็กน้อยสำหรับผู้ใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องส่งเงิน เนื่องจากธุรกรรมในบล็อกกำพร้าต้องรอการขุดซ้ำ อย่างไรก็ตาม กระเป๋าสตางค์และตลาดแลกเปลี่ยนมักจะรอการยืนยันบล็อกหลายบล็อกก่อนที่จะถือว่าธุรกรรมนั้นเสร็จสมบูรณ์ ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงที่จะเกิดภาวะกำพร้า

2. แรงจูงใจและเศรษฐศาสตร์ของนักขุด

เมื่อบล็อกถูกกำพร้า รางวัลจากการขุดที่เกี่ยวข้อง (ใน Bitcoin อยู่ที่ 6.25 BTC ในปี 2024) จะไม่ได้รับการจ่ายออกไป ซึ่งถือเป็นการลงโทษทางเศรษฐกิจโดยธรรมชาติและกระตุ้นให้นักขุดดำเนินการบนเครือข่ายที่ยาวที่สุด

เนื่องจากลักษณะการขุดที่ใช้ทรัพยากรอย่างสิ้นเปลือง การไม่ได้รับรางวัลจากบล็อกกำพร้าจึงอาจนำไปสู่ความสูญเสียทางการเงินที่อาจเกิดขึ้นได้ ด้วยเหตุนี้ นักขุดจึงพยายามขยายบล็อกอย่างรวดเร็ว บำรุงรักษาซอฟต์แวร์โหนดให้ทันสมัย ​​และเข้าร่วมกลุ่มขุดเพื่อลดความหน่วงและความเสี่ยงจากการถูกกำพร้า

3. ความปลอดภัยของเครือข่ายและการกระจายอำนาจ

บล็อกกำพร้าจำนวนปานกลางถูกมองว่าเป็นสัญญาณของความแข็งแกร่งของการกระจายอำนาจ บ่งชี้ว่านักขุดหลายรายทั่วโลกกำลังมีส่วนร่วมอย่างแข็งขัน และไม่มีฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งครอบงำการสร้างบล็อก

อย่างไรก็ตาม อัตราบล็อกกำพร้าที่สูงผิดปกติอาจบ่งบอกถึงความแออัด การแยกตัวของเครือข่าย หรือแม้แต่การโจมตีโดยเจตนาต่อเครือข่าย

4. บล็อกกำพร้า เทียบกับ การจัดระเบียบบล็อกเชนใหม่

แนวคิดของบล็อกกำพร้ามีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการปรับโครงสร้างบล็อกเชน (reorg) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อบล็อกเชนหลักถูกเปลี่ยนไปใช้บล็อกที่ยาวกว่า บล็อกกำพร้าหลายบล็อกอาจถูกสร้างขึ้นในระหว่างการจัดระเบียบใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะเครือข่ายที่ผันผวน

แม้ว่าจะคาดว่าจะมีการจัดระเบียบใหม่เป็นครั้งคราว แต่การจัดระเบียบใหม่บ่อยครั้งหรือเป็นเวลานานอาจบั่นทอนเสถียรภาพของบล็อกเชนและลดความน่าเชื่อถือในความแน่นอนของธุรกรรม นักพัฒนามุ่งหวังที่จะเพิ่มประสิทธิภาพอัลกอริทึมฉันทามติและเครือข่ายเซิร์ฟเวอร์เพื่อลดโอกาสการเกิดบล็อกกำพร้า

5. บล็อกกำพร้าใน Ethereum และบล็อกเชนอื่นๆ

ก่อนที่จะเปลี่ยนไปใช้ Proof of Stake ในปี 2022 Ethereum เผชิญกับบล็อกกำพร้า ซึ่งมักเรียกว่า บล็อกลุง ซึ่งแตกต่างจาก Bitcoin Ethereum ให้รางวัลแก่นักขุดสำหรับบล็อกลุง ซึ่งเป็นแรงจูงใจให้รวมบล็อกเหล่านี้ไว้ในเชน และเพิ่มความปลอดภัยของเครือข่าย

ในโปรโตคอลบล็อกเชนอื่นๆ เช่น Litecoin หรือ Bitcoin Cash ความถี่และการจัดการบล็อกกำพร้าจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับโครงสร้างเครือข่าย การออกแบบฉันทามติ และระยะเวลาของบล็อก โดยทั่วไป เวลาบล็อกที่ต่ำลง (เช่น 2.5 นาทีสำหรับ Litecoin) มีแนวโน้มที่จะเพิ่มโอกาสในการเกิดบล็อกกำพร้าเนื่องจากการแข่งขันบล็อกที่ถี่ขึ้น

โดยสรุป แม้ว่าบล็อกกำพร้าอาจดูเหมือนเป็นผลพลอยได้จากความไม่มีประสิทธิภาพ แต่ในความเป็นจริงแล้ว บล็อกกำพร้าเป็นส่วนสำคัญของการดำเนินงานบัญชีแยกประเภทแบบกระจายศูนย์ที่โปร่งใส การทำความเข้าใจบล็อกกำพร้าเหล่านี้จะช่วยให้เข้าใจถึงความท้าทายและความชาญฉลาดที่มีอยู่ในเทคโนโลยีบล็อกเชนมากยิ่งขึ้น