ทำความเข้าใจการพัฒนาทิศทางของ Ethereum: กลไก Beacon Chain PoS ทำงานอย่างไร

【TL; DR】

---

1. มูลนิธิ Ethereum ได้ประกาศเมื่อเร็วๆนี้ว่าจะแบน "Ethereum 1.0" (ETH1) และ Ethereum 2.0 (ETH2) และใช้ "executive layer" และ "consensus layer" ตามลำดับ

2. Slot, epoch และ validator เป็นนิยามสำคัญในกลไก Beacon chain PoS

3. หากเปรียบเทียบ beacon chain กับหัวใจของคนรุ่นใหม่อย่าง Ethereum แล้วนั้น slot และ epoch ก็เปรียบเสมือนเป็นวงจรการเต้นของหัวใจ

4. เนื่องจากการออกแบบด้านความปลอดภัยของอัลกอริทึม Ethereum กลไก PoS นี้จึงถือว่าปลอดภัย


เมื่อวันที่ 25 มกราคม 2021 Vitalik Buterin ผู้ก่อตั้ง Ethereum ได้ตีพิมพ์บทความเรื่อง Paths to single-slot finality บน ethereum.org ที่ได้แนะนำแผนล่าสุดของเขาสำหรับการพัฒนา Ethereum

การเข้าใจเส้นทางการพัฒนาของ Ethereum เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการทำความเข้าใจ Ethereum แต่ก็ยังมีปัญหาเชิงแนวคิดบางอย่างที่ต้องแก้ไขก่อนที่จะอ่านบทความที่เผยแพร่โดย Vitalik Buterin หลังจากที่ Ethereum ได้รับการอัปเกรดไปเป็นกลไก PoS แล้ว มันจะสร้างและยืนยันบล็อคของ beacon chain ได้อย่างไร และมันจะทำให้เรามั่นใจได้อย่างไรว่าความปลอดภัยของมันเป็นคำถามที่เราค้นหาและให้คำตอบเราได้

การเริ่มต้นแผนการอัปเกรด Ethereum

---

นับตั้งแต่การเติบโตอย่างรวดเร็วของแอปพลิเคชันของ Ethereum ความสามารถในการปรับขนาดเป็นปัญหาที่ซับซ้อนสำหรับ Ethereum และผู้ใช้งาน ในฐานะที่เป็นโครงการบล็อกเชน smart contract ที่ได้รับความนิยมสูงสุดในปัจจุบัน Ethereum มีปริมาณการทำธุรกรรมจำนวนมาก ซึ่งมักจะนำไปสู่ความแออัด และค่าธรรมเนียมการจัดการที่ยังคงสูงซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสบการณ์การใช้งานของผู้เทรดและการส่งเสริมโครงการต่างๆ เพื่อแก้ปัญหาประสิทธิภาพของเครือข่าย Ethereum แนวคิดของ layer 2 และ Ethereum 2.0 จึงได้ถือกำเนิดขึ้นเพื่อปรับขนาด Ethereum

Ethereum 2.0 เป็นเวอร์ชันอัปเกรดของ Ethereum 1.0 โดยมีรหัสเฟส "Serenity" Ethereum 1.0 ใช้กลไก PoW ซึ่งเหมือนกันกับ Bitcoin ในขณะที่ Ethereum 2.0 ใช้กลไก PoS ซึ่งประหยัดพลังงานและมีประสิทธิภาพมากกว่ากลไก PoW หลังจากการอัปเกรดแล้ว Ethereum จะสร้างโครงสร้าง "beacon chain + shard chain + layer 2" บล็อค beacon chain จะมีข้อมูลธุรกรรมโดยตรง ก่อนการอัปเกรด เนื้อหาในเชน PoW จะถูกถ่ายโอนไปยัง beacon chain อย่างราบรื่น กระบวนการนี้เรียกว่า "การผสาน" หลังจากการผสานรวมกัน Ethereum จะเปลี่ยนไปใช้กลไก PoS อย่างสมบูรณ์

อย่างไรก็ตาม Ethereum 1.0 และ Ethereum 2.0 ไม่ใช่ความสัมพันธ์ที่เรียบง่ายระหว่างสิ่งที่เกิดขึ้นภายหลังกับสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนหน้า ซึ่งมักจะถูกเข้าใจผิดและถูกโกงโดยพวกที่ทำผิดกฎหมายด้วย

ในขณะที่การผสานกันใกล้เข้ามา มูลนิธิ Ethereum ได้ประกาศเมื่อเร็วๆนี้ว่าจะแบนการใช้คำว่า "Ethereum 1.0" (ETH1) และ Ethereum 2.0 (ETH2) และใช้ "executive layer" และ "consensus layer" ตามลำดับ

ท่ามกลางสิ่งเหล่านั้น execution layer จะเก็บ smart contract และกฏเครือข่ายทั้งหมดบน Ethereum และ consensus layer จะมีหน้าที่รับผิดชอบในการจัดการ PoS consensus หลังจากการผสานกัน ทั้งสองเชนจะถูกรวมกันเป็นหนึ่งเดียวและกลายเป็น Ethereum ที่สมบูรณ์แบบในอนาคต


กระบวนการอัปเกรด Ethereum จะสำเร็จทีละขั้นตอน ในเดือนธันวาคมปี 2020 beacon chain (ก่อนหน้านี้รู้จักกันในชื่อ Ethereum 2.0) ที่ใช้กลไก PoS ได้ถูกเปิดตัวออกมา และผู้ใช้งานได้ stake ETH ไว้เพื่อรับรายได้ การอัปเกรดของกรุงเบอร์ลินและลอนดอนในปี 2021 ได้ปรับปรุง beacon chain และได้แนะนำกลไกการทำลายค่าธรรมเนียมเพื่อควบคุมค่าธรรมเนียมน้ำมันชั่วคราว ในปี 2022 เครือข่ายหลักของ Ethereum ในปัจจุบันจะถูกรวมเข้ากับ beacon chain นั่นคือ "executive layer" และ "consensus layer" ที่กล่าวถึงข้างต้น และประวัติ สถานะ และ smart contract ของเครือข่ายหลักดั้งเดิมจะได้รับการสืบทอดอย่างสมบูรณ์ การใช้ระบบ Sharding อาจเกิดขึ้นหลังจากการผสานเข้าด้วยกัน และคาดว่าจะเกิดขึ้นในปี 2022 หรือ 2023

สาเหตุหลักมาจากการพัฒนาที่แข็งแรงของ layer2 ซึ่งช่วยลดแรงกดดันด้านประสิทธิภาพของ Ethereum วัตถุประสงค์หลักของการใช้ระบบ sharding คือเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของ Ethereum และลดความแออัดของเครือข่าย shard chain ทั้งหมด 64 รายการจะถูกเปิดตัวในขณะนั้น

สำหรับคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับการอัปเกรด Ethereum โปรดดูที่บล็อกโพสต์ก่อนหน้าของเรา:
Endgame: การเปิดเผย Optimal Solution of Blockchain Scaling ด้วย Vitalik Buterin
Layer 2 และ การอัปเดต Sharding ในอนาคตที่จะเปิดใช้งานในปี 2022 จะเป็นวิธีการแก้ไขปัญหาขั้นสูงสุดของ Ethereum ในการเพิ่มความสามารถในการปรับขนาดได้หรือไม่?

การเริ่มต้นที่นำไปสู่กลไก Beacon Chain PoS: Slot, Epoch และ ตัวตรวจสอบความถูกต้อง (Validator)

Slot, epoch และตัวตรวจสอบความถูกต้องที่กล่าวถึงในบทความของ Vitalik เป็นคำศัพท์สำคัญในกลไก Beacon chain PoS

Beacon chain จะเป็นหัวใจหลักของ Ethereum ในอนาคต นอกเหนือจากการจัดหา proof of stake (PoS) สำหรับ Ethereum ทั้งหมดและการสร้าง consensus layer แล้ว ยังจะมีการเล่นบทบาทของการซิงโครไนซ์กับ crosslink ของ Shard chain อื่นๆด้วย จากนั้นผู้ใช้งานสามารถ stake ETH บน beacon chain โดยฝาก 32eth ในบัญชีสัญญาฝากเงินบน Ethereum 1.0 และกลายเป็นตัวตรวจสอบความถูกต้องของ Ethereum ซึ่งตัวตรวจสอบความถูกต้องเหล่านี้จะเป็น "ผู้ขุดเสมือนจริง" บน Ethereum ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการปิดกั้นของ Ethereum


หากเราเปรียบเทียบ beacon chain กับหัวใจของคนรุ่นใหม่อย่าง Ethereum สล็อตและ epoch ก็คือวงจรการเต้นของหัวใจ แต่ละสล็อตสุดท้ายจะใช้เวลา 12 วินาที และแต่ละ epoch จะประกอบด้วย 32 สล็อต (อีกเวอร์ชั่นหนึ่งของข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคก่อนหน้านี้กล่าวว่าสล็อตสุดท้ายหนึ่งช่องจะใช้เวลา 6 วินาทีและ 64 slot จะประกอบไปด้วยหนึ่ง epoch) shard chain ทั้งหมดจำเป็นต้องถูกซิงโครไนซ์เข้ากับสล็อตและ epoch ของ beacon chain ดังนั้นแต่ละ epoch สุดท้ายจะใช้เวลาประมาณ 6.4 นาที


บน Ethereum (Ethereum 1.0) ซึ่งปัจจุบันใช้กลไก PoW ระบบจะสร้างบล็อคทุกๆ 15 วินาที ในอนาคต Ethereum ที่อัปเกรดแล้ว ช่วงเวลาระหว่างแต่ละบล็อกจะไม่แน่นอน อย่างไรก็ตาม ภายใต้กลไก PoS สำหรับแต่ละสล็อต beacon chain จะสุ่มเลือกโหนดจากตัวตรวจสอบความถูกต้องเพื่อเป็นผู้เสนอบล็อค สำหรับ shard chain แต่ละสล็อตจะสร้างผู้เสนอบล็อคด้วย

นอกจากนี้ ในแต่ละ epoch beacon chain จะกระจายตัวตรวจสอบความถูกต้องไปยังแต่ละสล็อตอย่างเท่าๆกันและจากนั้นจะสุ่มเลือกแถวของโหนด (อย่างน้อย 128 ในแต่ละกลุ่ม) จากตัวตรวจสอบความถูกต้องของแต่ละสล็อตเพื่อเป็นคณะกรรมการ คณะกรรมการโหนดจะรับผิดชอบในการรับรองความถูกต้องต่อบล็อคที่สร้างขึ้นโดย beacon chain และ shard chain ซึ่งจะวัดน้ำหนักด้วยความสมดุลของตัวมันเอง ความถูกต้องของบล็อค beacon chain และบล็อค shard จะถูกตัดสินจากการลงคะแนน ถ้าคณะกรรมการเข้าถึงจุดที่สอดคล้องกันบนบล็อคได้ บล็อคก็จะได้รับการยืนยันบนเชน แล้วโหนดก็จะส่งออกได้สำเร็จในสล็อตนี้ ข้อมูลการลงคะแนนของผู้รับรองจะถูกบันทึกไว้บนเชน และตัวตรวจสอบความถูกต้องก็จะได้รับรางวัล


ในทางตรงกันข้าม ถ้าเข้าไม่ถึงจุดที่สอดคล้องกัน สล็อตจะว่าง นอกจากนี้ถ้าผู้เสนอบล็อคในสล็อตออฟไลน์ ก็จะมีช่องว่างด้วยเช่นกัน เนื่องจากการมีอยู่ของสล็อตที่ว่าง สล็อตที่สร้างโดยบล็อกจึงไม่ได้รับการแก้ไข หลังจาก epoch ทั้งหมด (เช่น 32 สล็อตหรือประมาณ 6.4 นาที) ระบบจะเลือกโหนดจากตัวตรวจสอบความถูกต้องอีกครั้ง จัดเรียงและจัดตั้งคณะกรรมการตรวจสอบอีกครั้ง หลังจากที่ shardings ถูกเปิดตัวอย่างเป็นทางการแล้ว shardings แต่ละรายการจะมีผู้เสนอบล็อกและคณะกรรมการตรวจสอบเป็นของตัวเองในแต่ละสล็อตและ epoch ด้วย หลังจากตรวจสอบความถูกต้องแล้ว สมาชิกบน shard chain ยังต้องเชื่อมต่อหัวของ shard chain กับเชน beacon chain ด้วย กระบวนการนี้เรียกว่าการเชื่อมโยงข้ามหรือการสร้างการเชื่อมโยงข้าม

ในกลไกที่สอดคล้องกันของ PoW ปัจจุบัน แต่ละโหนดจำเป็นต้องตรวจสอบและดำเนินการธุรกรรมแต่ละรายการในเครือข่าย ซึ่งจะทำให้เกิดค่าใช้จ่ายมหาศาล ถ้าลองเปรียบเทียบดู กลไก PoS จะทำงานเร็วกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่า นอกจากนี้ เนื่องจากการออกแบบความปลอดภัยของอัลกอริทึม Ethereum PoS กลไก PoS นี้มีความปลอดภัยมาก ในทางทฤษฎี ตราบใดที่ตัวตรวจสอบความถูกต้องถือ stake น้อยกว่า 1 ใน 3 ของตัวตรวจสอบทั้งหมดก็จะสามารถมั่นใจได้ว่าจำนวนแฮ็กเกอร์ที่มีประสิทธิภาพในแต่ละคณะกรรมการจะน้อยกว่า 1ใน 3 และระบบจะไม่สามารถถูกแฮ็กได้

ในแง่ของจำนวนโหนด เนื่องจากแต่ละคณะกรรมการต้องการ 128 โหนดเพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัย จำนวนโหนดทั้งหมดต้องถึง 128 * 32 = 4096 โหนด เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยที่ดีที่สุด เมื่อจำนวนโหนดทั้งหมดมากกว่า 4096 * 2 = 8192 โหนด แต่ละสล็อตสามารถจัดสรรเป็นคณะกรรมการสองคณะขึ้นไปเพื่อตรวจสอบความถูกต้องได้

บทสรุป

---

การอัปเกรด Ethereum จะเป็นเหตุการณ์ประวัติศาสตร์ในสาขาหนึ่งของสกุลเงินดิจิทัล ในบทความถัดไป เราจะพูดถึงทิศทางการพัฒนา Ethereum ที่เผยแพร่โดย Vitalik ต่อไป
รอติดตาม!



ผู้แต่ง: Gate.io ผู้สังเกตการณ์: Edward.H
ข้อความปฏิเสธความรับผิดชอบ:
* บทความนี้เป็นเพียงความคิดเห็นของผู้สังเกตการณ์เท่านั้น และไม่ถือเป็นคำแนะนำในการลงทุนใดๆ
*Gate.io ขอสงวนสิทธิ์ทั้งหมดในบทความนี้ อนุญาตให้โพสต์บทความใหม่ได้หากมีการอ้างอิง Gate.io ในกรณีอื่นๆทั้งหมด จะดำเนินคดีทางกฎหมายเนื่องจากการละเมิดลิขสิทธิ์