การปรับขนาดใน BLOCKCHAIN หมายถึงอะไร และเหตุใดจึงมีความท้าทาย?

การปรับขนาดบล็อกเชนคืออะไร

การปรับขนาดในบริบทของบล็อกเชน หมายถึงความสามารถของเครือข่ายบล็อกเชนในการจัดการธุรกรรมจำนวนมหาศาลหรือฐานผู้ใช้ที่เติบโตโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพ ความปลอดภัย หรือการกระจายอำนาจ เป้าหมายพื้นฐานของการปรับขนาดคือการเพิ่มปริมาณงาน (ธุรกรรมต่อวินาที) ลดเวลาแฝง และควบคุมต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานเครือข่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการใช้งานเติบโตขึ้น

ตัวอย่างเช่น Bitcoin ซึ่งเป็นเครือข่ายบล็อกเชนดั้งเดิม สามารถประมวลผลธุรกรรมได้ประมาณ 7 ธุรกรรมต่อวินาที (TPS) ในขณะที่ Ethereum ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มสัญญาอัจฉริยะชั้นนำ สามารถประมวลผลได้ประมาณ 15–30 TPS ในทางตรงกันข้าม ระบบการชำระเงินแบบดั้งเดิมอย่าง Visa สามารถประมวลผลได้มากกว่า 24,000 TPS ความแตกต่างอย่างมากนี้แสดงให้เห็นถึงความท้าทายด้านความสามารถในการปรับขนาดที่เทคโนโลยีบล็อกเชนกำลังเผชิญอยู่

วิธีการปรับขนาดมีสองประเภทใหญ่ๆ ดังนี้:

• การปรับขนาดบนเครือข่าย: การเปลี่ยนแปลงโปรโตคอลบล็อกเชนหลักเพื่อให้รองรับธุรกรรมต่อวินาทีได้มากขึ้น ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการเพิ่มขนาดบล็อก ลดเวลาบล็อก หรือปรับเปลี่ยนอัลกอริทึมฉันทามติ
• การปรับขนาดแบบนอกเครือข่าย: การถ่ายโอนการประมวลผลธุรกรรมไปยังระบบเสริมหรือเลเยอร์รองที่โต้ตอบกับบล็อกเชนหลักแต่ทำงานอย่างอิสระเพื่อเพิ่มปริมาณงานโดยรวม

การปรับขนาดที่มีประสิทธิภาพควรรักษาความปลอดภัยและการกระจายอำนาจของบล็อกเชน อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ถือเป็นความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในด้านใดด้านหนึ่งอาจส่งผลกระทบต่อด้านอื่นๆ นำไปสู่สิ่งที่เรียกว่า "ไตรภาคแห่งความสามารถในการปรับขนาด"

ไตรภาคแห่งความสามารถในการปรับขนาด

ไตรภาคแห่งความสามารถในการปรับขนาด ซึ่งคิดค้นโดย Vitalik Buterin ผู้ร่วมก่อตั้ง Ethereum คาดการณ์ว่าระบบบล็อกเชนสามารถบรรลุคุณสมบัติต่างๆ ต่อไปนี้ได้มากที่สุดสองอย่างพร้อมกัน:

• การกระจายอำนาจ: การมีส่วนร่วมอย่างเท่าเทียมกันจากโหนดอิสระโดยไม่ต้องพึ่งพาหน่วยงานกลาง
• ความปลอดภัย: การป้องกันการโจมตีหรือการแทรกแซง
• ความสามารถในการปรับขนาด: ความสามารถในการจัดการธุรกรรมปริมาณมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ความยากอยู่ที่การปรับให้เหมาะสมสำหรับทั้งสามด้าน การเพิ่มทรูพุตอาจเกี่ยวข้องกับบล็อกขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อความสามารถในการปรับขนาด แต่บ่อยครั้งที่ต้องใช้พลังการประมวลผลที่มากขึ้น การรวมศูนย์การมีส่วนร่วมของโหนด และทำให้การกระจายอำนาจอ่อนแอลง ในทำนองเดียวกัน การเพิ่มขั้นตอนฉันทามติเพิ่มเติมสามารถเสริมสร้างความปลอดภัย แต่อาจลดความสามารถในการปรับขนาดได้

เนื่องจากการนำบล็อกเชนมาใช้เพิ่มขึ้นในทุกอุตสาหกรรม ตั้งแต่ภาคการเงินไปจนถึงห่วงโซ่อุปทาน การแก้ไขปัญหาเรื่องความสามารถในการปรับขนาดจึงเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง นักพัฒนาและนักวิจัยกำลังสำรวจวิธีการใหม่ๆ เพื่อปรับขนาดเครือข่ายบล็อกเชนโดยยังคงรักษาคุณค่าหลักไว้

ทำไมการปรับขนาดบล็อกเชนจึงยากนัก?

การปรับขนาดเครือข่ายบล็อกเชนนั้นค่อนข้างยาก เนื่องจากตัวเลือกการออกแบบพื้นฐานที่ให้ความสำคัญกับการกระจายอำนาจและความปลอดภัย หลักการออกแบบเหล่านี้ ซึ่งให้ประโยชน์สูงสุดบางประการของบล็อกเชน เช่น ความไม่เปลี่ยนแปลงและความน่าเชื่อถือ ยังสร้างข้อจำกัดในด้านความเร็วในการประมวลผลและการจัดเก็บข้อมูลอีกด้วย

1. กลไกฉันทามติ

หัวใจสำคัญของเครือข่ายบล็อกเชนคือกลไกฉันทามติ หรือวิธีการที่ผู้เข้าร่วมตกลงกันเกี่ยวกับสถานะของบัญชีแยกประเภท กลไกที่ได้รับความนิยมอย่าง Proof of Work (PoW) และ Proof of Stake (PoS) จำเป็นต้องใช้การประมวลผลอย่างเข้มข้นหรือการตรวจสอบแบบกระจายเพื่อให้แน่ใจว่าธุรกรรมทั้งหมดถูกต้องตามกฎหมาย

แม้ว่ากลไกเหล่านี้จะป้องกันการฉ้อโกงและการปลอมแปลง แต่ก็ทำให้เกิดความล่าช้าเช่นกัน ในกรณีของ Bitcoin เวลาบล็อกโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 10 นาที ซึ่งเป็นข้อจำกัดของความเร็วในการสรุปธุรกรรม การเพิ่มขนาดบล็อกเพื่อบรรจุธุรกรรมให้มากขึ้นอาจช่วยได้ แต่ก็สร้างภาระให้กับโหนดด้วยปริมาณข้อมูลที่มากขึ้น ส่งผลให้การมีส่วนร่วมลดลง และอาจทำให้การควบคุมรวมศูนย์ลดลงด้วย

2. การแพร่กระจายเครือข่าย

อุปสรรคอีกประการหนึ่งคือเวลาที่ใช้ในการเผยแพร่บล็อกใหม่ไปทั่วทั้งเครือข่าย ในระบบแบบกระจายศูนย์ โหนดต้องสื่อสารกันข้ามพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่กระจัดกระจาย บล็อกขนาดใหญ่จะใช้เวลาในการเผยแพร่นานกว่า ทำให้มีโอกาสเกิดบล็อกกำพร้าและปัญหาความสอดคล้องกันมากขึ้น ซึ่งบั่นทอนความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพ

3. การจัดเก็บข้อมูลและข้อกำหนดของโหนด

ข้อมูลบล็อกเชนถูกจัดเก็บซ้ำซ้อนในทุกโหนดเต็ม เมื่อบล็อกเชนเติบโตขึ้น ความต้องการพื้นที่จัดเก็บและแบนด์วิดท์ในการรันโหนดก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย หากปราศจากการสร้างสมดุลอย่างรอบคอบ จะทำให้มีผู้ใช้งานโหนดน้อยลง ซึ่งเป็นการกระทบต่อการกระจายศูนย์อีกครั้ง ยกตัวอย่างเช่น Ethereum ได้นำเสนอข้อเสนอ "ค่าเช่าของรัฐ" เพื่อแก้ไขปัญหาการจัดเก็บข้อมูลส่วนเกินที่ขัดขวางการขยายขนาด

4. ความเข้ากันได้แบบย้อนหลังและการฟอร์ก

การปรับปรุงความสามารถในการขยายขนาดมักจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงโปรโตคอลหลักของบล็อกเชน การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มักส่งผลให้เกิด "ฮาร์ดฟอร์ก" ซึ่งแบ่งแยกเชนและระบบนิเวศที่มีอยู่ ซึ่งอาจก่อให้เกิดความสับสน การแยกส่วน และการสูญเสียความเห็นพ้องของชุมชน การรักษาความเข้ากันได้แบบย้อนหลังควบคู่ไปกับการใช้การอัปเกรดที่ปรับขนาดได้ยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญ

5. ช่องโหว่ด้านความปลอดภัย

ความพยายามในการขยายขนาดอาจนำไปสู่การโจมตีเพิ่มเติมโดยไม่ได้ตั้งใจ ตัวอย่างเช่น โซลูชันเลเยอร์ 2 เช่น ไซด์เชนและโรลอัพ ทำงานนอกเชนบางส่วน และอาจสืบทอดสมมติฐานด้านความปลอดภัยที่อ่อนแอกว่าเชนหลัก การสร้างความมั่นใจในความสามารถในการปรับขนาดที่กว้างขึ้นโดยไม่ทำให้ระบบมีความเสี่ยงมากขึ้นเป็นข้อกังวลอย่างต่อเนื่องของนักพัฒนา

โดยสรุป ความพยายามในการขยายขนาดโซลูชันบล็อกเชนแต่ละครั้งต้องผ่านกระบวนการแลกเปลี่ยน ไม่ว่าจะเป็นผ่านการปรับแต่งโปรโตคอลหรือโซลูชันแบบออฟเชน นักพัฒนาจะต้องรักษาเสาหลักของบล็อกเชน นั่นคือความปลอดภัยและการกระจายศูนย์ ควบคู่ไปกับการปรับปรุงประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่กระจายอยู่ทั่วโลก ไม่มีโซลูชันใดที่เหมาะกับทุกเครือข่าย ดังนั้นจึงมีความหลากหลายของกลยุทธ์บนแพลตฟอร์มที่แตกต่างกัน

โซลูชันสำหรับการขยายขนาดบล็อกเชน

จากความท้าทายที่ระบุไว้ นักพัฒนาได้ใช้แนวทางที่หลากหลายในการปรับขนาดเครือข่ายบล็อกเชน โซลูชันเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่ปัญหาต่างๆ เช่น ปริมาณธุรกรรม ประสิทธิภาพฉันทามติ และการจัดเก็บข้อมูล โซลูชันเหล่านี้สามารถแบ่งประเภทได้กว้างๆ เป็นวิธีการขยายขนาดแบบ on-chain และ off-chain รวมถึงรูปแบบไฮบริด

1. โซลูชันเลเยอร์ 2

• State Channels: ช่องทางเหล่านี้อนุญาตให้สองฝ่ายทำธุรกรรมแบบ off-chain และยืนยันเฉพาะผลลัพธ์สุดท้ายไปยัง main chain ซึ่งช่วยลดความแออัดได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น Lightning Network ของ Bitcoin และ Raiden Network ของ Ethereum
• Plasma และ Rollups: Plasma chain ทำงานเป็น chain ลูกแบบกึ่งอิสระที่รวมธุรกรรมก่อนที่จะโอนไปยัง main chain Rollups (optimistic หรือ zero-knowledge) จะบีบอัดข้อมูลธุรกรรมและประมวลผลแบบ off-chain พร้อมกับจัดเก็บหลักฐานไว้บนเชน ซึ่งจะช่วยรักษาความปลอดภัยและปรับปรุงปริมาณงาน

ตัวเลือก Layer 2 ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการทำธุรกรรมได้อย่างมีนัยสำคัญโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงโปรโตคอลพื้นฐาน

2. Sharding

Sharding เกี่ยวข้องกับการแบ่งบล็อกเชนออกเป็นชิ้นเล็กๆ หรือที่เรียกว่า "shards" ซึ่งแต่ละชิ้นสามารถประมวลผลธุรกรรมและสัญญาอัจฉริยะได้ เมื่อประสานงานกับเชนหลักแล้ว shards สามารถปรับขนาดได้แบบเชิงเส้นตามขนาดของเครือข่าย Ethereum 2.0 มองว่า sharding เป็นคุณสมบัติหลักสำหรับการขยายขนาด อย่างไรก็ตาม การใช้งานยังคงมีความซับซ้อนและต่อเนื่อง

3. กลไกฉันทามติทางเลือก

บล็อกเชนใหม่ๆ บางบล็อกเชนใช้โมเดลฉันทามติที่ให้ความสามารถในการปรับขนาดที่ดีกว่า:

• Delegated Proof of Stake (DPoS): DPoS ซึ่งใช้โดย EOS และ Tron อาศัยชุดตัวตรวจสอบที่จำกัด ทำให้เพิ่มความเร็วในการทำธุรกรรม แม้ว่าการกระจายอำนาจจะลดลงก็ตาม
• Proof of History (PoH): Solana ใช้งาน PoH ช่วยให้สามารถจัดลำดับธุรกรรมได้อย่างรวดเร็ว ช่วยเพิ่มปริมาณงาน

กลไกเหล่านี้พยายามสร้างสมดุลระหว่างความปลอดภัยและความสามารถในการปรับขนาด แม้ว่าแต่ละอย่างจะมีข้อจำกัดและความเสี่ยงจากการรวมศูนย์

4. การตัดแต่งบล็อกเชนและประสิทธิภาพการจัดเก็บข้อมูล

คลังข้อมูลบล็อกเชนทั้งหมดมีขนาดใหญ่และต้องการพื้นที่จัดเก็บข้อมูลสูง เทคนิคการตัดทอน — การลบข้อมูลที่ไม่จำเป็นหรือข้อมูลเก่า — มีเป้าหมายเพื่อให้โหนดต่างๆ มีส่วนร่วมได้ง่ายขึ้น บล็อกเชนบางบล็อกเชนยังสำรวจรูปแบบไคลเอนต์แบบไร้สถานะ ซึ่งใช้เพียงข้อมูลสถานะปัจจุบันสำหรับการตรวจสอบความถูกต้อง ช่วยลดภาระโดยรวม

5. การทำงานร่วมกันและไซด์เชน

ด้วยการใช้ประโยชน์จากไซด์เชน ซึ่งเป็นบล็อกเชนแบบขนานที่เชื่อมโยงกับเชนหลัก ภาระธุรกรรมสามารถกระจายได้ ตัวอย่างเช่น Polygon นำเสนอไซด์เชนที่เข้ากันได้กับ Ethereum ซึ่งช่วยลดภาระการประมวลผลและการจัดเก็บข้อมูล โปรโตคอลการทำงานร่วมกัน เช่น Polkadot และ Cosmos ช่วยอำนวยความสะดวกในการทำธุรกรรมข้ามเชน ก่อให้เกิดระบบนิเวศแบบหลายเชนที่ปรับขนาดได้

6. บทสรุปและเส้นทางข้างหน้า

ไม่มีโซลูชันเดียวที่สามารถแก้ปัญหาการขยายขนาดของบล็อกเชนได้ ความก้าวหน้ามักเกิดขึ้นซ้ำๆ และมักต้องมีการแลกเปลี่ยน แพลตฟอร์มชั้นนำอย่าง Ethereum กำลังค่อยๆ นำ Sharding และ Rollup มาใช้ ขณะที่บล็อกเชนทางเลือกกำลังสำรวจสถาปัตยกรรมใหม่ๆ ในขณะเดียวกัน นักวิจัยยังคงสำรวจนวัตกรรมต่างๆ อย่างต่อเนื่อง ตั้งแต่บัญชีแยกประเภทที่ใช้ DAG ไปจนถึงการตรวจสอบธุรกรรมด้วย AI

ท้ายที่สุดแล้ว ความสามารถในการปรับขนาดได้อย่างมีประสิทธิภาพของบล็อกเชนจะเป็นตัวกำหนดว่าบล็อกเชนจะถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางเพียงใดในแวดวงการค้า การเงิน และสาขาอื่นๆ ทั่วโลก ความสามารถในการปรับขนาดยังคงเป็นทั้งอุปสรรคทางเทคนิคและโอกาสในการปรับเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลด้วยระบบแบบกระจายศูนย์