ว่าด้วยคุณงามความดีของ Proof of Work
แปลโดย : Gemini 2.5 Pro / credit : https://braiins.com/books/bitcoin-mining-handbook
ภาพรวมของระบบการขุดแบบ Proof of Work ของบิตคอยน์ในมุมมองทางวิศวกรรม พร้อมบริบททางประวัติศาสตร์และการเปรียบเทียบข้อดีข้อเสียกับ Proof of Stake
ท่ามกลางความกังวลเกี่ยวกับการใช้พลังงานในการขุดบิตคอยน์ และการใช้ Proof of Stake (PoS) ที่เพิ่มขึ้นเพื่อเป็นกลไกฉันทามติสำหรับบล็อกเชนใหม่ส่วนใหญ่ วาทกรรมที่นิยมกันมักสรุปว่า Proof of Work (PoW) นั้นล้าสมัยและสิ้นเปลือง อย่างไรก็ตาม ทัศนคตินี้เป็นสิ่งที่ผิดพลาด เนื่องจากมักเกิดจากการขาดความเข้าใจว่าทำไม Proof of Work ถึงมีอยู่ และเหตุผลที่มันถูกออกแบบมาให้ทำงานในแบบที่เป็นอยู่ บทความนี้จะอธิบายอย่างรวดเร็วว่าทำไม Proof of Work จึงเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของโปรโตคอลบิตคอยน์ และมันแตกต่างจากเครือข่าย Proof of Stake จำนวนมากที่ดูเหมือนจะเกิดขึ้นใหม่แทบทุกเดือนอย่างไร
บริบททางประวัติศาสตร์
อาจเป็นเรื่องน่าประหลาดใจ แต่การประยุกต์ใช้ Proof of Work ครั้งแรกไม่ได้มีไว้เพื่อแก้ปัญหาการสร้างฉันทามติในเครือข่ายการเงินระดับโลก มันมีรากฐานที่เรียบง่ายกว่านั้นมาก โดยถูกนำมาใช้ครั้งแรกเพื่อต่อต้านสแปม (spam) ดังที่ Adam Back อธิบายในการสัมภาษณ์เมื่อปี 2014 (Let's Talk Bitcoin - Episode #77) เขาได้คิดค้นแผนการนี้ขึ้นเป็นครั้งแรกเพื่อเป็นวิธีต่อสู้กับสแปมใน Usenet และ remailers ซึ่งผู้ส่งสแปมจะใช้ฟอรัมเหล่านี้ในทางที่ผิดโดยการโพสต์ข้อมูลที่ไม่เกี่ยวข้องและไร้ประโยชน์จำนวนมาก เนื่องจากต้นทุนในการส่งข้อความแทบจะเป็นศูนย์ เศรษฐศาสตร์จึงเอื้อให้การส่งสแปมเพื่อเข้าถึงคอมพิวเตอร์หลายล้านเครื่องนั้นทำกำไรได้ แนวคิดของ Adam คือการกำหนดให้ CPU ของผู้ใช้ต้องทำงานเล็กน้อย เพื่อกำหนดต้นทุนในการส่งข้อความบนเครือข่าย
การออกแบบของเขาสร้างแรงจูงใจในลักษณะที่ต้นทุนสำหรับผู้ใช้ทั่วไปจะไม่สูงจนเกินไป แต่ไม่สามารถขยายผลสำหรับผู้ใช้ที่ใช้ทรัพยากรในทางที่ผิดได้ เขาได้ประยุกต์ใช้ความรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "birthday collisions" ซึ่งปรับให้เข้ากับคอมพิวเตอร์ โดยคอมพิวเตอร์จะทำการแฮช SHA1 กับข้อมูลอินพุตจนกว่าจะพบเอาต์พุตที่ต้องการ ("collision") การชนกัน (collision) เหล่านี้สามารถคาดการณ์ได้ว่าจะเกิดขึ้นโดยเฉลี่ยหลังจากระยะเวลาหนึ่ง การชนกันหรือเหตุการณ์แต่ละครั้งจะสร้าง "แสตมป์" ดิจิทัลที่สามารถใช้เป็นหลักฐานการชำระค่าไปรษณีย์ ซึ่งแสดงถึงไฟฟ้าและพลังการประมวลผลเล็กน้อยที่จำเป็นในการผลิตแสตมป์นั้น
นี่คือจุดกำเนิดของสิ่งที่เขาเรียกว่า Hashcash และจากคำอธิบายที่ให้มา ความเกี่ยวข้องกับบิตคอยน์ควรจะเห็นได้ชัดเจนในทันที—อัลกอริทึมนั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกัน และแสตมป์เหล่านี้คือบรรพบุรุษที่ยิ่งใหญ่ของบิตคอยน์นั่นเอง
บิตคอยน์ในฐานะโปรโตคอลการสื่อสาร
ผ่านการมีส่วนร่วมของ Adam ใน Cypherpunks Mailing List แนวคิดในการใช้ hashcash และ Proof of Work ในเครือข่ายการชำระเงินดิจิทัลก็ได้ถือกำเนิดขึ้น เมื่อมองย้อนกลับไป ควรจะชัดเจนว่าทำไม Proof of Work ถึงเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์แบบที่นี่: โปรโตคอลบิตคอยน์นั้นเป็นเครือข่ายการสื่อสารขนาดยักษ์
บล็อกเชนของบิตคอยน์มีบัญชีแยกประเภท ซึ่งประกอบด้วยบล็อกต่างๆ ซึ่งเป็นข้อมูลของเครือข่าย บล็อกมีพื้นที่จำกัด และระบบถูกออกแบบมาเพื่อสร้างบล็อกใหม่ประมาณทุกๆ สิบนาที ด้วยข้อจำกัดเหล่านี้ โปรโตคอลการสื่อสารจึงมีขีดจำกัดตามธรรมชาติสำหรับอัตราการทำธุรกรรมต่อนาที
ผลก็คือ หากต้นทุนในการเขียนข้อมูลลงในบล็อกเป็นศูนย์ ใครก็ตามที่ต้องการเติมเครือข่ายด้วยธุรกรรมปลอมก็สามารถทำได้ และขัดขวางไม่ให้ธุรกรรมที่ถูกต้องตามกฎหมายผ่านไปได้ นี่จะเป็นวิธีการเซ็นเซอร์เครือข่ายผ่านการโจมตีแบบปฏิเสธการให้บริการ (denial of service attack)
นอกจากนี้ หากใช้วิธีการฉันทามติแบบอื่น เช่น หนึ่งที่อยู่หนึ่งเสียง (one address one vote) ผู้ส่งสแปมเหล่านี้ก็สามารถสร้างบัญชีจำนวนมากเพื่อมีอิทธิพลต่อการจัดเรียงธุรกรรมอย่างไม่เหมาะสม และเลือกว่าธุรกรรมใดจะถูกรวมอยู่ในบล็อก - ทั้งหมดนี้แทบไม่มีต้นทุน นี่คือสิ่งที่เรียกว่า Sybil attack โชคดีที่การเขียนข้อมูลลงในบัญชีแยกประเภทของบิตคอยน์นั้นไม่ฟรี เนื่องจาก Proof of Work นักขุดต้องทำการแฮชเป็นล้านล้านครั้งเพื่อค้นหาบล็อก ซึ่งต้องใช้พลังงาน และดังนั้นจึงมีต้นทุนในการผลิต เมื่อวัดเป็นเวลา พื้นที่ในบล็อก—ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือแบนด์วิดท์—จึงมีราคาเพื่อป้องกันการใช้เครือข่ายในทางที่ผิด และเพื่อให้แน่ใจว่าผู้ใช้ที่ถูกต้องตามกฎหมายสามารถมีส่วนร่วมได้ นักขุดจะได้รับรางวัลสำหรับบริการของพวกเขาด้วยแรงจูงใจจากรางวัลของบล็อก (block reward) นอกเหนือจากค่าธรรมเนียมที่ผู้ใช้จ่ายเพื่อให้ธุรกรรมของตนถูกรวมอยู่ในบล็อก
ไฟฟ้าและบิตคอยน์
ไฟฟ้าเป็นพลังงานเกรดสูงสุดที่มีอยู่ และเป็นสกุลเงินของโลกดิจิทัล เมื่อบล็อกถูกสร้างขึ้นสำเร็จ มันสามารถวัดได้ในสกุลเงินพื้นฐานนี้เป็นจำนวนจูล (หรือกิโลวัตต์-ชั่วโมง) ที่ต้องใช้ในการผลิต
B_j (จูลที่ใช้ผลิตหนึ่งบล็อก) = N (จำนวนนักขุด) x H' (อัตราการใช้พลังงานแฮชเฉลี่ยในหน่วย J/TH ต่อคนขุด) x G แฮช (TH) ที่ต้องใช้ในการผลิตหนึ่งบล็อก ประสิทธิภาพ J/TH นี้ยังเป็นตัวกำหนดความสามารถในการทำกำไรของการขุดสำหรับเครื่องขุดแต่ละเครื่อง ดังที่แสดงในภาพจำลองต้นทุนการขุด 1 BTC ด้านล่างสำหรับ Antminer S9
เห็นได้ชัดว่าค่าสาธารณูปโภคจะจ่ายเป็นดอลลาร์ ดังนั้นคุณจึงคูณ B_j ด้วย E (อัตราค่าไฟฟ้าในหน่วย $/kWh) เพื่อให้ได้ต้นทุนในการผลิตหนึ่งบล็อก B_$ เนื่องจากนักขุดจะไม่ผลิตบล็อกฟรีๆ พวกเขาจึงต้องทำกำไรจากการรวมกันของรางวัลของบล็อก (R) บวกกับค่าธรรมเนียมที่ผู้ใช้จ่าย (F) นั่นคือ B_$ < R + F
หลังจากพิจารณาในระดับพื้นฐานนี้ เราจะเห็นว่านักขุดที่เสนอ Proof of Work ในนามของเครือข่ายเป็นเพียงการให้บริการขายพื้นที่บล็อกให้กับผู้ใช้เท่านั้น เพียงแต่ว่าราคาของบล็อกนั้นถูกกำหนดเป็นหน่วยไฟฟ้า เพราะนี่คือสิ่งที่คอมพิวเตอร์ใช้ "เป็นเรื่องที่ปฏิวัติวงการจริงๆ" คุณอาจจะกำลังคิด (ภาพสายส่งไฟฟ้าแรงสูง)
ข้อสรุปสำคัญ: พลังงานที่ใช้ไปจะถูกกำหนดโดยรางวัลที่มีให้กับนักขุดของเครือข่ายเสมอ ซึ่งรวมถึงค่าธรรมเนียมสำหรับพื้นที่บล็อก
ศีลธรรมของการใช้พลังงานของบิตคอยน์
การที่ไฟฟ้าที่เครือข่ายบิตคอยน์บริโภคนั้นมีจำนวนมหาศาลเป็นเรื่องที่ผิดหรือไม่? พูดตามตรงคือ ไม่ ดังที่เราได้แสดงในส่วนก่อนหน้านี้ ไฟฟ้าที่ใช้มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับมูลค่าที่ผู้ใช้วางไว้บนพื้นที่บล็อกของมัน เมื่อความต้องการพื้นที่บล็อกเพิ่มขึ้น รางวัลสำหรับนักขุดก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งจะทำให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นดังที่เราเห็นในช่วงตลาดกระทิงของบิตคอยน์ในปี 2020
เห็นได้ชัดว่ามีความต้องการสำหรับสินค้าทางการเงินอย่างบิตคอยน์และพื้นที่บล็อกที่มันตั้งอยู่
แทนที่จะกล่าวหาบิตคอยน์เรื่องการใช้พลังงาน—ซึ่งอีกครั้ง เป็นตัวแทนของมูลค่าที่เคลื่อนย้ายผ่านเครือข่าย—มันจะมีประสิทธิผลมากกว่ามากหากเราตั้งคำถามถึงแหล่งที่มาของพลังงานที่ผลิตไฟฟ้าที่ถูกบริโภค บิตคอยน์ใช้ไฟฟ้า และมันไม่สนใจว่าแหล่งเชื้อเพลิงคืออะไร ไม่ว่าจะเป็นถ่านหินที่ปล่อยคาร์บอนสูง หรือแหล่งที่สะอาดกว่าเช่นก๊าซมีเทนจากของเสีย, พลังงานน้ำ, หรือพลังงานหมุนเวียน
PROOF OF STAKE: ทางเลือกที่ดีกว่า?
เพื่ออธิบายสั้นๆ Proof of Stake ใช้โทเค็นที่ถูกล็อกไว้กับนักขุด ("validator") แทนที่จะใช้ทรัพยากรการประมวลผลและพลังงานเพื่อสิทธิ์ในการผลิตบล็อก validator จะมีความเสี่ยงที่จะถูกทำลายสัดส่วนการถือครอง ("slashing") เพื่อป้องกันการละเมิดโปรโตคอลฉันทามติ สิ่งนี้ดูเหมือนจะมีประสิทธิภาพมากกว่า เนื่องจากพลังงานไม่ได้ถูกใช้โดยตรงในกิจกรรมการขุดบล็อก อย่างไรก็ตาม โทเค็นที่นำมา stake นั้นท้ายที่สุดก็ถูกซื้อขายเป็นเงินตรา ซึ่งในตัวมันเองก็เป็นเพียงผลจากการกลั่นกรองกิจกรรมทางเศรษฐกิจอื่นๆ ไม่มีการรับประกันว่าที่มาของเงินทุนที่นำมา stake นั้นจะสะอาดกว่าพลังงานที่ใช้ไปในเครือข่ายการขุดแบบ Proof of Work นอกจากนี้ เงินทุนที่ต้องใช้เพื่อรักษาความปลอดภัยของเครือข่าย Proof of Stake นั้นสูงกว่าเงินทุนที่ใช้กับอุปกรณ์ขุด PoW อย่างมีนัยสำคัญ (หลายพันล้านเทียบกับหลายล้าน) อย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบที่ชัดเจนสำหรับ PoS คือ เนื่องจากมีการใช้พลังงานโดยตรงต่ำ และขนาดทางกายภาพที่ลดลงตามมา เครือข่าย Proof of Stake อาจดึงดูดความสนใจในแง่ลบได้น้อยกว่า ในปัจจุบัน PoS ยังมีผลกระทบภายนอกต่อสิ่งแวดล้อมที่รับรู้ได้น้อยกว่า มันมีความสุขุมรอบคอบมากกว่าอย่างแน่นอน ข้อพิจารณาสุดท้ายเกี่ยวกับ PoS คืออำนาจในการลงคะแนนเสียงในฉันทามตินั้นถูกกำหนดโดยขนาดของ stake ที่ validator มี เนื่องจากพฤติกรรมการทบต้น (compounding) stake ที่ใหญ่กว่าจะเพิ่มขึ้นเร็วกว่า stake ที่เล็กกว่า ซึ่งเป็นแรงผลักดันที่ทำให้เกิดการรวมศูนย์โดยธรรมชาติในโปรโตคอล หากปล่อยไว้โดยไม่ตรวจสอบ stake ที่มีอำนาจเหนือกว่าจะก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อความต้านทานการเซ็นเซอร์ (censorship resistance) ซึ่งเห็นได้ชัดแล้วใน Ethereum 2 Beacon Chain ที่ซึ่ง validator 5 อันดับแรกมีสัดส่วนการถือครองมากกว่าหนึ่งในสามของ stake ทั้งหมด—มากพอที่จะหยุดหรือทำให้เครือข่ายเสียหายได้
บทสรุป Proof of Work เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ยอดเยี่ยมโดย Adam Back และเป็นองค์ประกอบสำคัญของเครือข่ายบิตคอยน์ มันมีรากฐานมาจากการเอาชนะ Sybil attacks และการปฏิเสธการให้บริการ และเป็นสิ่งที่ทำให้บิตคอยน์ไม่น่าดึงดูดใจที่จะถูกโจมตีในทางเศรษฐกิจ Proof of Work ในบิตคอยน์สร้างเครือข่ายการสื่อสารแบบจ่ายเพื่อใช้งาน และกำหนดต้นทุนให้กับพื้นที่บล็อก (แบนด์วิดท์) ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับมูลค่าที่ผู้ใช้วางไว้บนความสามารถในการทำธุรกรรมผ่านค่าธรรมเนียม นักขุดบิตคอยน์ให้บริการ ซึ่งพวกเขาบริโภคไฟฟ้าเพื่อให้บริการนั้น Proof of Stake เป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการสร้างฉันทามติในบล็อกเชน แต่เงินทุนมหาศาลที่ต้องใช้เพื่อรักษาความปลอดภัยของเครือข่ายอาจมาจากวิธีการที่มีต้นทุนทางนิเวศวิทยาสูง และมันมีแรงผลักดันที่ทำให้เกิดการรวมศูนย์โดยเนื้อแท้ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อโปรโตคอลในระยะยาว สำหรับบิตคอยน์ Proof of Work ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นโซลูชันที่ชาญฉลาดซึ่งทั้งทนทานและเชื่อถือได้ แม้จะมีการโจมตีทางสังคม, การเมือง และแม้กระทั่งทางเศรษฐกิจบ่อยครั้งก็ตาม
Last updated