กลไกฉันทามติ (consensus mechanism) ของบล็อคเชน คืออะไร?

ลองนึกภาพคุณเป็นผู้บัญชาการกองทัพที่ประกอบด้วยหมวดทหารหลายหมวด ซึ่งแต่ละหมวดจะอยู่ที่จุดส่งที่แตกต่างกัน คุณวางแผนที่จะโจมตีพื้นที่ที่มีป้อมปราการแห่งเดียวในเวลาที่กำหนด ในการดำเนินการนี้ คุณต้องประสานงานกับแต่ละหมวดเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาทราบเวลา, สถานที่ และแผนปฏิบัติการที่ถูกต้อง

แต่นี่ทำให้เกิดปัญหาหลายประการ จะเกิดอะไรขึ้นถ้าหมวดหนึ่งหรือหลายหมวดตัดสินใจล่าถอยในนาทีสุดท้าย? จะเกิดอะไรขึ้นถ้าพวกเขาโจมตีเร็วเกินไป? จะเกิดอะไรขึ้นถ้าพวกเขามาถึงผิดสถานที่? จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีคนทรยศในหมวดที่พยายามจะทำลายแผนนี้?

เพื่อให้การโจมตีได้ผล ทุกคนจะต้องบรรลุข้อตกลงที่เป็นเอกฉันท์ หรือที่เรียกว่าการบรรลุฉันทามติ ว่าแผนคืออะไร ตัวอย่างนี้มีพื้นฐานมาจาก the Byzantine Generals’ Problem แนวคิดที่ตีพิมพ์ในรายงานปี 1982 ที่แสดงให้เห็นปัญหาของการสร้างระบบการสื่อสารที่แข็งแกร่ง ซึ่งสันนิษฐานว่าผู้เข้าร่วมในระบบนั้นอาจกระทำการที่ไม่ซื่อสัตย์

Bitcoin กลายเป็นระบบกระจายอำนาจระบบแรก ที่แก้ปัญหาที่มีมายาวนานนี้โดยการนำสิ่งที่เรียกว่า กลไกฉันทามติ (consensus mechanism) มาใช้

กลไกฉันทามติ คืออะไร?

กลไกฉันทามติ ของบล็อคเชน เป็นระบบอัตโนมัติประเภทหนึ่ง ที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์หลัก 2 ประการ

เพื่อตรวจสอบให้แน่ใจว่า ชุมชนผู้ตรวจสอบเครือข่ายที่กระจายตัวและไร้ผู้นำ สามารถตกลงกันได้อย่างมีประสิทธิภาพและเป็นเอกฉันท์ เกี่ยวกับข้อมูลใหม่และที่มีอยู่ในบัญชีแยกประเภทของบล็อคเชน
เพื่อตรวจสอบให้แน่ใจว่า ผู้ตรวจสอบเครือข่ายทั้งหมดปฏิบัติตามกฎของโปรโตคอลและปฏิบัติหน้าที่ของตนอย่างซื่อสัตย์

การตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูล หมายถึงการตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลใหม่ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบการกระจายอำนาจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบการเงินแบบกระจายอำนาจ หากอนุญาตให้เพิ่มข้อมูลธุรกรรมที่ไม่ถูกต้องลงในบล็อกเชน เช่น ยอดคงเหลือปลอมหรือธุรกรรมการใช้จ่ายซ้ำซ้อน จะเป็นการบ่อนทำลายความสมบูรณ์ของฐานข้อมูลนั้นโดยสิ้นเชิง

หากไม่มีฐานข้อมูลรวม ก็จะไม่มีใครเชื่อถือและไม่มีใครใช้มัน

ยังมีปัญหาสำคัญอีกประการหนึ่ง ที่ใช้ กลไกฉันทามติ ในการแก้ไข ก็คือ ความปลอดภัยของเครือข่าย

Satoshi Nakamoto ผู้สร้าง Bitcoin เป็นคนแรกที่รับรู้ว่า กลไกฉันทามติ สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบได้ถึง 2 เท่าในการยับยั้งผู้ไม่ประสงค์ดีจากการพยายามยึดครองเครือข่ายผ่านการโจมตีส่วนใหญ่ (ได้รับการควบคุมมากกว่า 50% ของเครือข่าย) นี่คือนวัตกรรมการปฏิวัติและเป็นสิ่งหนึ่งที่ช่วยประสานโปรโตคอล Bitcoin ให้เป็นสกุลเงินดิจิทัลแบบกระจายอำนาจตัวแรกที่ใช้งานได้ทั่วโลก

กลไกฉันทามติ ทำงานอย่างไร?

ในขณะที่มีกลไกฉันทามติหลายประเภทที่ใช้โดยบล็อกเชนที่แตกต่างกัน ส่วนใหญ่กลไกพื้นฐานทำงานโดยกำหนดให้โหนดตรวจสอบความถูกต้อง ต้องทำการลงทุนและ/หรือใช้ความพยายามจำนวนหนึ่ง ก่อนที่จะได้รับสิทธิ์ในการเสนอและตรวจสอบบล็อกใหม่ของ ข้อมูล

แนวคิดเบื้องหลังสิ่งนี้เป็นเรื่องง่าย ผู้ตรวจสอบที่ลงทุนเวลาและเงินของตนเองเพื่อเข้าร่วมในเครือข่าย ในทางทฤษฎีแล้วมีโอกาสน้อยที่จะมาสร้างความเสียหายให้กับเครือข่าย เพราะพวกเขามีสิ่งที่จะสูญเสียหากพวกเขาทำแบบนั้น

กล่าวโดยสรุป กลไกฉันทามติ เป็นเพียงระบบที่สนับสนุนให้ผู้ตรวจสอบปฏิบัติตามกฎเกณฑ์ผ่านการบังคับ (การคุกคามจากการลงโทษ) และ/หรือการสร้างแรงจูงใจ (การได้รับรางวัลสำหรับพฤติกรรมที่ดี)

กลไกฉันทามติหลัก คืออะไร?

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว มีวิธีการต่างๆ มากมายที่ใช้โดยบล็อกเชนต่างๆ เพื่อให้บรรลุความเห็นพ้องต้องกันในอุตสาหกรรมการเข้ารหัสในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม 2 รายการที่ได้รับความนิยมมากที่สุดเรียกว่า กลไกฉันทามติ แบบ Proof-of-Work (PoW) และแบบ Proof-of-Stake (PoS)

Proof-of-work (PoW)

Proof-of-Work เป็นกลไกฉันทามติที่ใช้โดย Bitcoin และสกุลเงินดิจิทัลอื่นๆ มากมาย พัฒนาขึ้นครั้งแรกในปี 1993 ใช้เพื่อป้องกันสแปมอีเมล โดยนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ Cynthia Dwork และ Moni Naor

Nakamoto ได้นำแนวคิดนี้มาปรับใช้เพื่อใช้ในระบบการเงินแบบกระจายอำนาจ

PoW ทำงานโดยกำหนดให้ ผู้ตรวจสอบ ที่เรียกว่า “นักขุด” ซื้อ, เช่า หรือจ้างอุปกรณ์คอมพิวเตอร์จากภายนอก เพื่อใช้อุปกรณ์เหล่านั้นในการแข่งขันที่ใช้การเข้ารหัสให้ชนะ เพื่อแลกกับรางวัล กระบวนการนี้เรียกกันทั่วไปว่า การขุด crypto

ด้วยการกำหนดให้ผู้ตรวจสอบความถูกต้อง ต้องลงทุนในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์และครอบคลุมค่าใช้จ่ายต่อเนื่องที่เกี่ยวข้องกับการใช้งาน แนวคิดเบื้องหลัง PoW ก็คือ ผู้โจมตีที่อาจเป็นอันตรายจะล่าถอยออกไปเมื่อต้องใช้ความพยายามที่มากขนาดนั้น ในทำนองเดียวกัน โครงสร้างสิ่งจูงใจของรางวัลต่อบล็อก ซึ่งก็คือ รางวัลที่ได้รับจากการชนะการแข่งขันการขุด นั่นหมายความว่า การมีส่วนร่วมอย่างซื่อสัตย์สามารถได้รับการชดเชยอย่างดี

ในแง่ของการรักษาความปลอดภัย เมื่อนักขุดเข้าร่วมเครือข่ายมากขึ้น และอุปกรณ์ที่ซับซ้อนเพิ่มขึ้น ค่าใช้จ่ายในการโจมตี Bitcoin blockchain ก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากผู้โจมตีจะต้องจัดหาพลังการคำนวณจำนวนมหาศาลเพื่อให้ได้เสียงข้างมาก 51% จากส่วนที่เหลือของเครือข่าย แต่ถึงอย่างนั้น ก็ไม่รับประกันว่าพวกเขาจะชนะการแข่งขันการขุดทุก ๆ สิบนาทีเพื่อสร้างบล็อกใหม่ที่ไม่ถูกต้องให้สำเร็จได้

Proof-of-stake (PoS)

Proof-of-stake เป็นกลไกฉันทามติรูปแบบใหม่ที่บุกเบิกโดย Sunny King และ Scott Nadal ในปี 2012 เช่นเดียวกับ Proof-of-Work ระบบ PoS บรรลุวัตถุประสงค์หลักเดียวกันของกลไกฉันทามติ แต่ด้วยวิธีที่แตกต่างออกไปอย่างมีเอกลักษณ์

ในการเป็นผู้ตรวจสอบความถูกต้องของบล็อกเชนที่ใช้ PoS ผู้เข้าร่วมจะต้องซื้อและล็อกสกุลเงินดิจิทัลดั้งเดิม (native coin) ของบล็อกเชนนั้นไว้ใน smart contract (สัญญาอัจฉริยะ) สิ่งนี้เรียกว่า staking

smart contract ที่ใช้สำหรับ staking ทำหน้าที่เหมือนบัญชีเงินฝาก โดยจะล็อคเหรียญตามระยะเวลาคงที่หรือผันแปร แล้วแต่เงื่อนไขเฉพาะของโปรโตคอลบล็อกเชนนั้นๆ

เครื่องมือตรวจสอบจะถูกสุ่มเลือกโดยโปรโตคอล เพื่อเสนอบล็อกใหม่ภายในช่วงเวลาที่กำหนด ซึ่งมักเรียกว่า epochs ผู้เดิมพัน (staker) สามารถเพิ่มโอกาสในการได้รับเลือกให้เสนอบล็อกใหม่ โดยการเพิ่มจำนวนเหรียญในการ staking ให้มากขึ้น

ระบบนี้ทำงานคล้ายกับระบบลอตเตอรี โดยยิ่งคุณมีตั๋วมากเท่าใดโอกาสถูกรางวัลแจ็กพอตก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แต่ขอย้ำอีกครั้งว่า ไม่มีการรับประกันว่าคุณจะชนะทุกครั้ง เช่นเดียวกับลอตเตอรี่ ผู้ที่มีตั๋วใบเดียวยังสามารถเอาชนะคนที่มีตั๋วลอตเตอรีหลายพันใบได้ เช่นเดียวกับการ staking เหรียญ crypto

Peercoin เป็นสกุลเงินดิจิทัลสกุลแรกที่มีกลไกนี้ แม้ว่า Ethereum อาจเป็นตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของระบบ PoS หลังจากที่ Ethereum เสร็จสิ้นการเปลี่ยนระบบฉันทามติจาก PoW เป็น PoS ในปี 2022

อ่านบทความที่เกี่ยวข้อง: การอัพเกรด Ethereum 2.0 คืออะไร?

นอกเหนือจากการล็อคเหรียญแล้ว กลไกฉันทามติของ PoS บางอย่างเช่น กลไกที่ Ethereum ใช้จัดการบทลงโทษสำหรับพฤติกรรมที่ไม่ซื่อสัตย์ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า “slashing”

หากโปรโตคอลสงสัยว่า มีกิจกรรมที่เป็นอันตราย เงินที่ถูกล็อคไว้ของบุคคลที่น่าสงสัยนั้นอาจถูกยึด หรือ “slashed” บางส่วน หรือทั้งหมด โดยไม่มีการเตือนล่วงหน้า วิธีนี้จะบังคับยับยั้งพฤติกรรมที่ไม่ดีและช่วยให้แน่ใจว่าผู้เข้าร่วมเครือข่ายทั้งหมดได้ปฏิบัติตามกฎ

กลไกฉันทามติที่ดีที่สุด ของบล็อคเชน คืออะไร?

แม้ว่าจะไม่มีผู้ชนะที่ชัดเจนในแง่ของกลไกฉันทามติที่ดีที่สุด แต่หลายคนกลับมองว่าระบบ PoS และ PoW มีประสิทธิผลมากที่สุด

ข้อได้เปรียบหลักของ PoW (การขุด) ที่เหนือกว่า PoS (การ staking) คือสามารถให้ความปลอดภัยที่ดีกว่าอย่างมากต่อการโจมตีส่วนใหญ่ 51% อย่างไรก็ตาม นักขุดใช้พลังงานจำนวนมากร่วมกัน เพื่อให้บรรลุความปลอดภัยระดับสูงนี้ สิ่งที่นักสิ่งแวดล้อม หน่วยงานกำกับดูแล และธุรกิจระดับโลกจำนวนมากได้แสดงความกังวลอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา คือการใช้พลังงานของ PoW เพราะถูกมองว่า กำลังทำลายสิ่งแวดล้อม

ในทางกลับกัน PoS ประหยัดพลังงานมากกว่าอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากระบบนี้ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องจักรไฟฟ้าอย่างฟุ่มเฟือย และบล็อกหลายบล็อกมีศักยภาพที่จะตรวจสอบควบคู่กันผ่านโซลูชันการปรับขนาด เช่น sharding

ที่ถูกกล่าวว่า ไม่มีความสมบูรณ์แบบและทั้งคู่ก็มีปัญหาเรื่องการรวมศูนย์ของตัวเอง ก็เพราะว่าในกลไกฉันทามติทั้งสองระบบ ผู้ที่มีเงินมากที่สุดสามารถได้รับข้อได้เปรียบเหนือผู้เข้าร่วมคนอื่นๆ ในเครือข่ายอย่างไม่ยุติธรรม

ในระบบ PoW บริษัทเหมืองขุดขนาดใหญ่ยึดครองอุตสาหกรรม และทำให้นักขุดงานอดิเรกรายย่อยที่จะเข้าร่วม มีโอกาสที่ยากขึ้นสำหรับการเอาชนะการขุด

ในระบบ PoS ผู้ที่เดิมพันเหรียญในจำนวนมาก ก็มีแนวโน้มที่จะได้เสนอบล็อกใหม่และได้รับรางวัลมากกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับคนอื่นๆ ในเครือข่าย

อย่างไรก็ตาม อาจเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่า นี่เป็นผลพลอยได้ตามธรรมชาติของกลไกฉันทามติส่วนใหญ่ (หากแต่ไม่ใช่ทั้งหมด)

กลไกฉันทามติ ประเภทอื่นๆ

นอกเหนือจาก PoW และ PoS แล้ว ยังมีกลไกฉันทามติต่างๆ มากมายที่แสดงถึงกลไกที่กล่าวมาข้างต้นในรูปแบบใหม่หรือแบบผสม เพื่อพยายามแก้ปัญหา Byzantine Generals’ Problem ด้วยวิธีต่างๆ ซึ่งรวมถึง: