ผู้เขียนต้นฉบับ: Glaze, Fundamental Labs

การรวบรวมต้นฉบับ: Aididiao

การควบรวมกิจการของ Ethereum กำลังดำเนินการอยู่ แต่การเปิดตัวกลไก Proof-of-stake (PoS) นั้นล่าช้าครั้งแล้วครั้งเล่า

การควบรวมกิจการของ Ethereum หมายถึงการแปลงกลไกฉันทามติ Proof-of-Work (PoW) ที่มีอยู่เป็นกลไกฉันทามติ Proof-of-Stake (PoS) รางวัลสำหรับการขุดจะพิจารณาจากจำนวนคำสัญญาของผู้เข้าร่วมและดิจิทัล สินทรัพย์มากกว่าไฟฟ้าและทรัพยากร การตัดสินใจ พลังการประมวลผลอย่างเข้มข้น เพื่อให้แน่ใจว่าการรวม Ethereum เป็นไปอย่างราบรื่น นักขุดจึงหันมาพิสูจน์ความเท่าเทียม และ Ethereum ตัดสินใจเพิ่มกลไกความยากในการระเบิดเพื่อให้แน่ใจว่าการรวม Ethereum จะราบรื่นยิ่งขึ้น

หลังจากตั้งค่ากลไกระเบิดความยากแล้ว ความยากในการขุดของเครือข่าย PoW จะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งจะทำให้รางวัล ETH ของนักขุดลดลง สุดท้าย เครือข่าย PoW จะหยุดสร้างบล็อก และนักขุดทุกคนสามารถเปลี่ยนไปใช้เครือข่าย PoS ได้เท่านั้น

แหล่งที่มา:

แหล่งที่มา:Etherscan

เป็นเวลานาน ค่าธรรมเนียมก๊าซสูงของ Ethereum และความเร็วการทำธุรกรรมเครือข่ายที่ช้าได้รับการวิพากษ์วิจารณ์จากผู้ใช้ และกลไกฉันทามติของ PoW สามารถช่วย Ethereum แก้ปัญหาเหล่านี้ได้

บทความนี้จะอธิบายถึงประวัติของกลไกฉันทามติของ PoS และความยากลำบากที่พบในการควบรวมกิจการของ Ethereum

ทำความเข้าใจกลไกฉันทามติใหม่อย่างรวดเร็ว

มีโหนดจำนวนมากในแต่ละเครือข่ายบล็อกเชน และกลไกฉันทามติจะประสานโหนดเหล่านี้เพื่อให้โหนดต่างๆ สามารถเข้าถึงฉันทามติในบล็อกใหม่ที่สร้างขึ้น กลไกฉันทามติคือกุญแจสู่ความราบรื่นและการทำงานด้วยตนเองของเครือข่ายแบบกระจาย

กลไกฉันทามติมักจะซับซ้อน และเพื่อให้เข้าใจกลไกฉันทามติใหม่อย่างรวดเร็ว คุณเพียงต้องตอบ:

1. ใครเป็นผู้เสนอบล็อกใหม่

2. หากมีการแยกใน blockchain อะไรคือปัจจัยที่กำหนดว่าใครคือ main chain?

ภาพรวมของกลไกฉันทามติของ PoW

ในกลไกฉันทามติของ PoW นักขุดจะพยายามแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ซ้ำๆ ตามอัลกอริทึมการแฮช นักขุดที่แก้ปัญหาได้ก่อนจะได้รับสิทธิ์ในการจัดทำบัญชีและเสนอบล็อกใหม่ หากบล็อกเชนแยก โซ่แยกที่ยาวที่สุดจะกลายเป็นโซ่หลัก หากมีใครต้องการบงการบล็อกเชน ผู้โจมตีจะต้องใช้กำลังประมวลผลอย่างน้อย 51% การขุดเครือข่าย PoW ต้องใช้ทรัพยากรด้านพลังงาน และในขณะเดียวกันก็มีความต้องการสูงสำหรับฮาร์ดแวร์ และมีเกณฑ์ต้นทุนที่แน่นอน รางวัลที่ได้รับจากการขุดนั้นเป็นสัดส่วนกับพลังการคำนวณ

เมื่อเปรียบเทียบกับ PoS แล้ว PoW นั้นค่อนข้างง่าย เนื่องจาก PoW ไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับประเด็นต่างๆ เช่น ตัวเลขสุ่ม และ PoS จำเป็นต้องใช้ตัวเลขสุ่มเพื่อสุ่มเลือกผู้เสนอบล็อก

คำอธิบายโดยละเอียดของกลไกฉันทามติของ PoS

ในระหว่างขั้นตอนการควบรวมกิจการของ Ethereum โหนดจำนวนมากขึ้นได้รับการสนับสนุนให้เข้าร่วมเครือข่ายในลักษณะที่กระจายอำนาจ ดังนั้นโปรโตคอลที่ซับซ้อนจึงมีความจำเป็นเพื่อรองรับการสื่อสารแบบเพียร์ทูเพียร์ของโหนดหลายพันโหนดและรับประกันการทำงานตามปกติของเครือข่าย

กลไกฉันทามติของ PoS คือกลไกการพิสูจน์การเดิมพัน และโหนดจำเป็นต้องจำนำโทเค็นเนทีฟบนเครือข่าย ยิ่งมีการเดิมพันโทเค็นมากเท่าใด โหนดก็จะมีโอกาสสร้างบล็อกได้มากขึ้นเท่านั้น กลไกฉันทามติของ PoS ไม่ต้องการความต้องการฮาร์ดแวร์ที่สูง แต่ต้องการเงินทุนเพื่อดำเนินการจำนำให้เสร็จสมบูรณ์ หากโหนดโกง เครือข่ายจะตัดโทเค็นที่โหนดให้ไว้ทันที เนื่องจากโหนดไม่จำเป็นต้องใช้ทรัพยากรพลังงานและใช้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ระดับไฮเอนด์ เครือข่าย PoS จึงมีความยั่งยืน กลไกการตอบสนองที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น TPS และความปลอดภัยที่สูงขึ้น ดังนั้นเครือข่ายส่วนใหญ่จะใช้กลไกฉันทามติของ PoS

สองขั้นตอนของ PoS

PoS ได้ผ่านการพัฒนาสองขั้นตอน โดย PoS 1.0 เป็นกลไกที่สอดคล้องตามบล็อกเชน และ PoS 2.0 เป็นกลไกที่สอดคล้องกันซึ่งอิงตาม BFT (Byzantine Fault Tolerance)

• กลไกฉันทามติ PoS 1.0: PeerCoin, NextCoin, BlackCoin และ Ethereum Serenity

• กลไกฉันทามติ PoS 2.0: โครงการต่างๆ เช่น Ethereum 2.0, Tendermint และ Cosmos

PoS 1.0 

ในเฟส PoS 1.0 กลไก PoS ส่วนใหญ่:

1. โทเค็นจำนำโหนด

2. สุ่มเลือกโหนดเพื่อสร้างบล็อกใหม่ และความน่าจะเป็นของโหนดที่สร้างบล็อกใหม่นั้นแปรผันตามจำนวนโทเค็นที่จำนำ

สิ่งที่สำคัญที่สุดในกระบวนการนี้คือการสร้างตัวเลขสุ่ม หากการสร้างตัวเลขสุ่มขึ้นอยู่กับการประทับเวลาและอัลกอริทึมแฮช โหนดอาจเพิ่มความน่าจะเป็นที่จะได้รับเลือกใหม่ให้เป็นผู้เสนอบล็อกโดยส่งผลต่อการผลิตตัวเลขสุ่ม . ความน่าจะเป็นส่งผลให้บล็อกใหม่

เวกเตอร์โจมตี

เวกเตอร์การโจมตีช่วยให้แฮ็กเกอร์สามารถเข้าถึงคอมพิวเตอร์หรือเว็บเซิร์ฟเวอร์เพื่อส่งเพย์โหลดหรือผลลัพธ์ที่เป็นอันตราย เวกเตอร์การโจมตีช่วยให้แฮ็กเกอร์ใช้ประโยชน์จากช่องโหว่ของระบบ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการขโมยทรัพย์สิน เวกเตอร์การโจมตีทั่วไปคือ:

• การปักหลัก: ผู้เสนอบล็อกทำการคำนวณบางอย่างหรือใช้ขั้นตอนอื่น ๆ เพื่อพยายามให้อคติแก่การสุ่มเพื่อให้ได้รับโอกาสมากขึ้นในการสร้างบล็อก

• ไม่มีอะไรเป็นเดิมพัน: ในเครือข่าย PoS โหนดไม่ต้องการค่าเสียโอกาสเพิ่มเติมสำหรับการขุด ดังนั้นพวกเขาจะขุดในแต่ละสาขาที่แข่งขันกันเพื่อเพิ่มรางวัลสูงสุด แต่สิ่งนี้เป็นอันตรายต่อความเสถียรของเครือข่าย

• การโจมตีระยะไกล: นักขุดในยุคแรก ๆ อาจย้อนกลับไปยังบล็อกเชนรุ่นแรก ๆ ซึ่งทำให้เกิดการแยกได้ง่าย

PoS 2.0

PoS 2.0 ใช้ BFT และเป้าหมายคือการเข้าถึงฉันทามติระหว่างโหนดต่างๆ

ในบรรดาโหนดทั้งหมด โหนดหลักจะถูกเลือกโดยอัลกอริทึมแบบสุ่ม และสามารถทำข้อเสนอและการสื่อสารได้ มีโหนดที่เป็นอันตรายท่ามกลางโหนดอื่นๆ นั่นคือ โหนดไบแซนไทน์ เพื่อป้องกันการส่งข้อมูลจริงและการบรรลุฉันทามติ โหนดไบแซนไทน์จะส่งข้อมูลที่ไม่สอดคล้องกันไปยังแต่ละโหนด โดยปกติแล้วการโกงด้วยวิธีนี้:

• ไม่มีผลลัพธ์กลับมา

• ตอบสนองด้วยผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้อง

• ตอบกลับด้วยผลลัพธ์ที่ทำให้เข้าใจผิดโดยเจตนา

• ตอบกลับด้วยข้อมูลที่ไม่สอดคล้องกัน

ยกเว้นโหนดไบแซนไทน์ โหนดอื่นๆ ทั้งหมดเป็นโหนดจริง และโหนดหลักในสถานการณ์ที่ยากที่สุดคือโหนดไบแซนไทน์

BFT มีข้อจำกัดอื่นๆ:

• โหนดสามารถสื่อสารแบบเพียร์ทูเพียร์เท่านั้น

• โหนดเก็บบันทึกข้อความที่ส่ง

การสื่อสารแบบจุดต่อจุดทำให้โหนดต่างๆ มีมุมมองต่างๆ กัน และโหนดไม่ได้อยู่ในสถานะโกลบอลซิงโครไนซ์ ตัวอย่างเช่น เมื่อโหนด A พบบล็อกใหม่ 3 บล็อก โหนด B จะเห็นบล็อกใหม่เพียง 1 บล็อก

จุดประสงค์หลักของ BFT คือหลังจากโหนดหลักเสนอ ทุกโหนดยกเว้นโหนดไบแซนไทน์สามารถบรรลุข้อตกลงได้ และเป้าหมายรองคือค้นหาโหนดไบแซนไทน์

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับอัลกอริทึม BFT

ตอนนี้อัลกอริทึม BFT มักจะใช้การลงคะแนนหลายรอบเพื่อให้แน่ใจว่าแต่ละโหนดรู้ว่าข้อเสนอได้รับการอนุมัติจากโหนดมากกว่าสองในสามหรือไม่

การลงคะแนนแต่ละรอบมีสี่ขั้นตอน:

1. ลูกค้าส่งคำขอไปยังโหนดหลัก

2. โหนดหลักส่งต่อคำขอไปยังโหนดทั้งหมด

3. โหนดส่งคืนผลลัพธ์การดำเนินการไปยังโหนดหลัก

4. หลังจากได้รับมากกว่าสองในสามของโหนดที่มีผลลัพธ์เหมือนกัน โหนดหลักจะป้อนผลลัพธ์กลับไปยังไคลเอนต์

รูปภาพด้านล่างแสดง 5 โหนดของกระบวนการดำเนินการ โดยที่ C คือไคลเอ็นต์ 0 คือโหนดหลัก และ 3 คือโหนด Byzantine

ในระหว่างขั้นตอนการเตรียมและคอมมิต จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการซิงโครไนซ์ระหว่างโหนดต่างๆ

Tendermint มีข้อจำกัดดังต่อไปนี้:

• ในการสื่อสารแบบจุดต่อจุด จำนวนโหนดเครือข่ายต้องไม่เกิน 100

• การสื่อสารแบบจุดต่อจุดต้องมีการออกแบบที่ซับซ้อน

• การดำเนินการล่าช้า โหนดจะตัดสินใจเลือกบล็อกใหม่ก่อน จากนั้นจึงดำเนินการข้อมูลทั้งหมดของบล็อกใหม่ แม้ว่าการดำเนินการธุรกรรมแต่ละรายการจะทำงานได้ดี แต่การดำเนินการธุรกรรมทั้งหมดในคราวเดียวอาจนำไปสู่ปัญหาการใช้จ่ายซ้ำซ้อน

หมายเหตุจากบรรณาธิการ: Tendermint เป็นซอฟต์แวร์สำหรับการจำลองแอปพลิเคชันอย่างปลอดภัยและสม่ำเสมอในหลายๆ โหนด Tendermint ทำงานได้แม้ว่าหนึ่งในสามของโหนดจะล้มเหลวด้วยวิธีใดก็ตาม Tendermint ได้รับการออกแบบมาให้ใช้งานง่าย เข้าใจง่าย มีประสิทธิภาพ และเหมาะสำหรับการใช้งานแบบกระจายที่หลากหลาย

อัลกอริทึม BFT ปัจจุบันสามารถเข้าถึงฉันทามติในเงื่อนไขต่อไปนี้:

• มากที่สุด 1 ใน 4 โหนดเป็นโหนดไบแซนไทน์

• โหนดส่วนใหญ่ 8 จาก 25 โหนดเป็นโหนดไบแซนไทน์

• มากถึง 33 โหนดไบแซนไทน์จาก 100 โหนด

สถานะการทำงานของเครือข่ายสามารถแบ่งออกเป็นสถานการณ์ส่วนกลางดังต่อไปนี้ สมมติว่า f คือจำนวนของโหนดไบแซนไทน์ เครือข่ายจะมีทั้งหมด 3k+1 โหนด และ k เป็นจำนวนเต็มแบบสุ่ม

• f ≤ k แสดงว่าเครือข่ายเสถียร

• k < f < 2k+1 บางโหนดอาจไม่สามารถตกลงกันได้ บล็อกเชนหยุดชั่วคราว

• f ≥ 2k+1 มีอันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้

กลไกอัลกอริทึม Ouroboros

เมื่อเปรียบเทียบกับอัลกอริทึม BFT แล้ว Ouroboros สามารถรองรับโหนดได้มากขึ้นและรองรับโหนดเพื่อเข้าและออกได้ตลอดเวลา Ouroboros มีการกระจายอำนาจและยืดหยุ่นกว่า BFT แต่มีเวลาตอบสนองนานกว่า Cardano และ Mina ใช้กลไกอัลกอริทึม Ouroboros

กลไกอัลกอริธึม Ouroboros แบ่งเวลาออกเป็นช่วงเวลาต่างๆ ใช้ VRF (ฟังก์ชันสุ่มที่ตรวจสอบได้) เพื่อสร้างตัวเลขสุ่มในแต่ละช่วงเวลา และใช้ตัวเลขสุ่มที่สร้างขึ้นเพื่อกำหนดผู้เสนอบล็อกใหม่ โหนดที่มีเดิมพันมากกว่ามีแนวโน้มที่จะเป็นผู้เสนอบล็อก

มองไปที่อนาคต

มองไปที่อนาคต

เครือข่ายบล็อกเชนสร้างความสมดุลระหว่างการกระจายอำนาจและประสิทธิภาพ การเปลี่ยนจาก PoW เป็น PoS แสดงให้เห็นว่าบล็อกเชนมีการแสวงหา TPS การกระจายอำนาจ เศรษฐกิจโทเค็น และความเร็วการทำธุรกรรมที่สูงขึ้น จากลักษณะทั้งสี่นี้ นวัตกรรมต่างๆ จะเกิดขึ้นในอนาคต

นวัตกรรมเศรษฐศาสตร์โทเค็นในแอปพลิเคชัน GameFi และ DeFi สามารถนำไปใช้ในกลไกที่เป็นเอกฉันท์ได้ กลไกการเดิมพันในปัจจุบันนั้นเรียบง่ายและล้าสมัย ตัวอย่างเช่น โปรเจ็กต์ DeFi จำนวนมากโดยทั่วไปใช้โทเค็น Ve เพื่อเพิ่มอัตราส่วนการเดิมพันและลดการหมุนเวียน ผู้ใช้จำเป็นต้องจำนำโทเค็นโครงการในช่วงระยะเวลาหนึ่งเพื่อรับโทเค็น VE ยิ่งเวลาจำนำนานเท่าใด โทเค็น Ve ก็ยิ่งได้รับมากเท่านั้น ด้วยวิธีนี้ อัตราการจำนำจะเพิ่มขึ้น รูปแบบโทเค็นคู่ยังเป็นทิศทางที่ดีสำหรับนวัตกรรม Reward token และ Governance Token สามารถแยกจากกันเพื่อให้ได้มูลค่าที่มากขึ้น โครงการต่างๆ ที่ประสบความสำเร็จช่วยลดแรงกดดันในการขายในตลาดผ่านรูปแบบโทเค็นคู่

ลิงค์ต้นฉบับ

อ้างอิง

https://www.geeksforgeeks.org/practical-byzantine-fault-tolerancepbft/

http://muratbuffalo.blogspot.com/2020/01/practical-byzantine-fault-tolerance.html

https://medium.com/@carloslopezdelara/whats-ouroboros-the-cardano-proof-of-stake-protocol-ad4b958e152e

https://minaprotocol.com/blog/how-ouroboros-samasika-upholds-minas-goals-of-decentralization

https://iohk.io/en/research/library/papers/ouroboros-a-provably-secure-proof-of-stake-blockchain-protocol/

https://arxiv.org/pdf/1807.04938.pdfhttp://www.cs.cmu.edu/~dga/15-712/F13/papers//castro99.pdf

http://muratbuffalo.blogspot.com/2020/01/practical-byzantine-fault-tolerance.html

ลิงค์ต้นฉบับ