Vitalik ว่าด้วย “คอมพิวเตอร์โลกเชิงคริปโต”: จากไวท์เปเปอร์บิตคอยน์สู่การเปลี่ยนกระบวนทัศน์ของอีเธอเรียม

ผู้เขียน: Vitalik Buterin

เรียบเรียง: Saoirse, Foresight News

หมายเหตุบรรณาธิการ: บทความนี้เป็นฉบับขยายความจากปาฐกถาหลักของ Vitalik ในงาน Shanghai International Blockchain Week โดยผู้เขียนได้เพิ่มการเปรียบเทียบเชิงอนุมานและตารางทางเทคนิคจำนวนมาก เพื่ออธิบายอย่างเป็นระบบว่าอีเธอเรียมกำลังวิวัฒน์จากบัญชีแยกประเภทแบบดั้งเดิมไปสู่ “คอมพิวเตอร์โลกเชิงคริปโต” วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงระดับรากฐาน เช่น PoS, Zero-Knowledge Proofs และ PeerDAS มองไปข้างหน้าถึงเส้นทางเทคนิคหลังการอัปเกรด Hegota และสำรวจกระบวนทัศน์ใหม่แห่งสมดุลระหว่างการกระจายศูนย์ ความเป็นส่วนตัว และการขยายขีดความสามารถ

เราเรียกอีเธอเรียมว่า “บล็อกเชน” ราวกับว่ามันเป็นเทคโนโลยีประเภทเดียวกับที่ Satoshi Nakamoto สร้างขึ้นในปี 2009 โดยเนื้อแท้ ทั้งสองมีความคล้ายคลึงกันหลายประการ แม้แต่ “อีเธอเรียมแบบกระชับ” ที่วางแผนไว้ตามแผน Strawmap ในอนาคตก็ยังคงคุณลักษณะหลักของบล็อกเชนไว้ แต่ในขณะเดียวกัน เทคโนโลยีนี้ได้วิวัฒน์ไปอย่างมหาศาลตลอดสิบห้าปีที่ผ่านมา และจะยังคงเปลี่ยนแปลงต่อไปอีกสามปีข้างหน้า เมื่อถึงเวลานั้น การเรียกสิ่งที่อีเธอเรียมกำลังกลายเป็นว่าเป็นระบบที่แตกต่างโดยสิ้นเชิงก็จะสมเหตุสมผลอย่างยิ่ง

อีเธอเรียมในปัจจุบันมีการประมวลผลเอนกประสงค์ กลไกฉันทามติแบบ Proof-of-Stake แอปพลิเคชันบนเชนที่ใช้ Zero-Knowledge Proofs และเครือข่ายเลเยอร์สองสำหรับการขยายขีดความสามารถและความเป็นส่วนตัว อีเธอเรียมในอนาคตจะมีความสามารถในการประมวลผลที่ปรับเปลี่ยนได้อย่างยืดหยุ่นระหว่างการขยายขีดความสามารถขั้นสุดกับการใช้งานทั่วไปเต็มรูปแบบ มีรูปแบบการสร้างบล็อกแบบหลายฝ่ายที่หลากหลาย Proof-of-Stake ที่ปรับแต่งอย่างล้ำลึก และ Zero-Knowledge Proofs จะถูกฝังลงในโปรโตคอลพื้นฐานโดยมีบทบาทสำคัญ

บทความนี้จะไล่เรียงความแตกต่างพื้นฐานที่สำคัญที่สุดบางประการระหว่างบล็อกเชนในทศวรรษ 2010 และบล็อกเชนในปี 2030 ทั้งในแง่เทคนิคและคุณสมบัติของระบบที่ผู้ใช้จะได้รับ

ก่อนอื่น เราจะอ่านไวท์เปเปอร์ต้นฉบับของบิตคอยน์ทีละส่วน เปรียบเทียบกับอีเธอเรียม โดยใช้สีเหลืองแทนอีเธอเรียมปี 2015 สีเขียวแทนปี 2025 และสีน้ำเงินแทนปี 2030

ภาพนี้ดัดแปลงจากแผนภาพธุรกรรมในบทความของ Satoshi Nakamoto แสดงโมเดลการโอนแบบลายเซ็นต่อเนื่องแบบคลาสสิก และระบุว่าแนวทางใหม่สามารถรวมลายเซ็นนอกเชนได้ โดยส่งเพียงบันทึกเดียวขึ้นเชน และมักใช้ Zero-Knowledge Proofs แทนลายเซ็นแบบดั้งเดิม

ภาพนี้เปรียบเทียบกลไก PoW ของบิตคอยน์กับ PoS ของอีเธอเรียมหลังปี 2022: เดิมอาศัยการวนซ้ำ nonce เพื่อหาแฮชที่ตรงเงื่อนไขและมีผู้เข้าร่วมรายเดียวผลิตบล็อก ปัจจุบันเปลี่ยนเป็นลายเซ็นของผู้ตรวจสอบ และในอนาคตจะใช้ FOCIL เพื่อให้หลายบทบาทร่วมกันสร้างบล็อกแบบกระจายอำนาจ โดยองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับธุรกรรม เช่น ลายเซ็นและ Zero-Knowledge Proofs จะถูกแยกและรวมใน mempool

ภาพนี้คัดลอกขั้นตอนการทำงานหกขั้นของเครือข่ายจากไวท์เปเปอร์บิตคอยน์ และชี้ให้เห็นว่าการออกแบบดั้งเดิมขาดความสามารถ เช่น การรวม mempool การสร้างบล็อกแบบกระจาย และการปกปิดตัวตนของผู้ส่ง พร้อมอธิบายการปรับปรุงของ PoS และ PeerDAS ของอีเธอเรียม: การแยกการสร้างบล็อกออกจากการเลือก fork โหนดดาวน์โหลดเพียงส่วนเล็กของบล็อก และอาศัย Zero-Knowledge Proofs แบบขนานเพื่อลดความหน่วงของฉันทามติ

ภาพนี้เปรียบเทียบแนวทางการตัดแต่ง Merkle tree ที่เสนอในไวท์เปเปอร์บิตคอยน์กับกลยุทธ์การจัดเก็บแบบใหม่ของอีเธอเรียม: บิตคอยน์สามารถลบธุรกรรมที่ใช้จ่ายแล้วเพื่อเพิ่มพื้นที่ฮาร์ดดิสก์ ส่วนอีเธอเรียมในอนาคตจะลดการจัดเก็บเพิ่มเติมผ่านการแยกสถานะและประวัติ การพิสูจน์ด้วย SNARK และยังนำการจัดเก็บสถานะแบบกระจายและสื่อจัดเก็บที่หลากหลายมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ

ภาพนี้ตีความแนวคิดความเป็นส่วนตัวในไวท์เปเปอร์บิตคอยน์: การพึ่งพาการไม่ระบุตัวตนด้วย public key เพียงอย่างเดียวสามารถซ่อนตัวตนได้ แต่จำนวนเงินธุรกรรมเปิดเผย ซึ่งไม่เพียงพอภายใต้การวิเคราะห์ข้อมูลสมัยใหม่ ขณะที่ ZK-SNARK, FOCIL และ EIP-8288 สามารถสร้างความเป็นส่วนตัวที่ตั้งโปรแกรมได้แข็งแกร่งขึ้น แต่ยังต้องแก้ปัญหาความเป็นส่วนตัวในการอ่านข้อมูล query และการกระจายเสียงในเครือข่าย

เกือบทุกบทของไวท์เปเปอร์จะมีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ เพื่อความกระชับ เราจึงสรุปเป็นตารางด้านล่าง:

คุณสมบัติหลักเกือบทั้งหมดที่แนวคิดบล็อกเชนครอบคลุมนั้น ได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิงแล้วหรือกำลังจะได้รับการเปลี่ยนแปลงระดับรากฐาน:

• กลไกการตรวจสอบ: ดาวน์โหลดและประมวลผลซ้ำ → การสุ่มตัวอย่าง PeerDAS และการตรวจสอบ SNARK
• กลไกฉันทามติ: Proof-of-Work → Proof-of-Stake → Proof-of-Stake ที่ปรับแต่งอย่างล้ำลึก
• สิทธิ์ในการสร้างบล็อก: นักขุดรายเดียวสร้างบล็อก → หลายฝ่ายร่วมกันสร้างบล็อก

หากยืมสำนวนของ AI มาใช้ ข้อสรุปเดียวที่เชื่อถือได้อย่างเป็นกลาง (เอาล่ะ นี่คือประเด็นหลัก): เครือข่ายคริปโตสมัยใหม่อย่างอีเธอเรียมหลังการอัปเกรดแบบกระชับ ที่ถูกเรียกว่า “บล็อกเชน” นั้นส่วนใหญ่เป็นเพราะเหตุผลทางประวัติศาสตร์ แท้จริงแล้ว มันเป็นสถาปัตยกรรมแบบผสมที่รวมสองระบบใหญ่เข้าด้วยกัน:

1. แนวคิดหลักของ Satoshi Nakamoto
2. เครื่องมือคริปโตกราฟีใหม่ทรงพลังที่เกิดจากการวิจัยทางวิชาการกว่าห้าสิบปี ซึ่งในปี 2009 ยังไม่มีอยู่หรือยังไม่สมบูรณ์

ในระบบคริปโตมีคริปโตกราฟีซ่อนอยู่มากแค่ไหน? เปรียบเทียบปี 2009, 2020 และ 2030

คริปโตกราฟีไม่ใช่ศาสตร์สำคัญเพียงอย่างเดียว การตรวจสอบเชิงรูปแบบ ทฤษฎีฐานข้อมูล การปรับปรุงทฤษฎีเครือข่าย P2P ทฤษฎีสารสนเทศ และเศรษฐศาสตร์ก็สำคัญไม่แพ้กัน แต่เทคโนโลยีเหล่านี้ล้วนเข้ากันได้กับตรรกะพื้นฐานนี้: ทุกคนพยายามสร้างบล็อกถัดไปที่มีหลักฐานการทำงานที่ถูกต้อง เมื่อมีคนสร้างสำเร็จก็จะกระจายเสียง บล็อกนั้น แล้วทุกคนดาวน์โหลดบล็อกและประมวลผลซ้ำ วนซ้ำไปเรื่อย ๆ แต่การเปลี่ยนแปลงในระดับคริปโตกราฟีนั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิง

แล้วทั้งหมดนี้มีความหมายอย่างไรต่อผู้ใช้? ข้อสรุปที่สำคัญที่สุดคือ มิติที่ผู้ใช้ต้องชั่งน้ำหนักข้อดีข้อเสียกำลังเปลี่ยนแปลงไปอย่างพลิกฟ้าพลิกแผ่นดิน:

เมื่อพัฒนาแอปพลิเคชัน โครงสร้างการคำนวณมีความสำคัญอย่างยิ่ง ในบล็อกเชนแบบง่าย หนึ่งไบต์ก็คือหนึ่งไบต์ หนึ่งหน่วย Gas ก็คือหนึ่งหน่วย Gas แต่ในสถาปัตยกรรมอนาคต หากคุณยัดการคำนวณทั้งหมดลงในธุรกรรมเดียวที่แยกส่วนยากและประมวลผลแบบลำดับ ต้นทุนของการคำนวณเท่ากันจะสูงกว่ามาก แต่หากคุณแยกการคำนวณออกเป็นงานอิสระที่ห่อหุ้มอย่างดี รองรับการประมวลผลแบบขนานหรือตัดทอนล่วงหน้าได้ และควรประมวลผลล่วงหน้าก่อนธุรกรรมเข้าสู่บล็อกสุดท้าย ต้นทุนก็จะลดลงอย่างมาก สิ่งนี้จะเปลี่ยนแรงจูงใจของนักพัฒนา และเมื่อเวลาผ่านไป สถาปัตยกรรมของแอปพลิเคชันอีเธอเรียมทั้งหมดจะเปลี่ยนตาม: ในระยะยาว เราอาจสร้างกระบวนทัศน์การเขียนโปรแกรมใหม่ — มีเพียงข้อมูลหลักที่อธิบายการเปลี่ยนแปลงสถานะแบบ non-commutative และลำดับการประมวลผลเท่านั้นที่ขึ้นเชน ข้อมูลอื่น ๆ ทั้งหมดจะถูกรวมก่อนเข้าสู่บล็อก

การจัดระเบียบการคำนวณอย่างเหมาะสมช่วยให้บล็อกเชนมุ่งเน้นงานหลักของตัวเองได้ดียิ่งขึ้น

บางทีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุดคือ: คุณสมบัติการกระจายศูนย์ของเครือข่ายไม่ได้เป็นเพียงภาระด้านประสิทธิภาพที่ต้องแบกรับเพื่อแลกกับความปลอดภัยและความแข็งแกร่งอีกต่อไป ในบางสถานการณ์ที่จำกัด การกระจายศูนย์เองอาจกลายเป็นข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ เครือข่ายแบบกระจายศูนย์สามารถจัดเก็บข้อมูลมหาศาลแบบขนานได้ การคำนวณจำนวนมากสามารถประมวลผลแบบขนานได้ และการคำนวณจำนวนมากเกิดขึ้นโดยตรงใน mempool ของธุรกรรม ในบางสถานการณ์ การกระจายศูนย์ยังช่วยเพิ่มความเป็นส่วนตัวได้ เพราะมีเพียงเครือข่ายแบบกระจายศูนย์เท่านั้นที่สามารถซ่อน metadata (เช่น แหล่งที่มาของข้อมูลและคำขอ) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

นี่คือวิสัยทัศน์แรกเริ่มของอีเธอเรียมตั้งแต่กลางทศวรรษ 2010: การกระจายศูนย์ไม่ได้มีไว้เพียงเพื่อเพิ่มความแข็งแกร่ง แต่ยังเพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการขยาย ระบบรวมศูนย์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้โดยการแบ่งงานระหว่างผู้เข้าร่วมหลายราย บล็อกเชนก็ทำได้เช่นกัน ในตอนนั้นแนวคิดนี้ไม่สามารถนำไปใช้ได้จริง จุดอ่อนหลักคือกลไกการตรวจสอบ หลังจากแบ่งงานแล้ว คุณต้องตรวจสอบว่างานย่อยแต่ละชิ้นถูกประมวลผลอย่างถูกต้อง แนวทางแรกเริ่มพยายามแก้ปัญหาด้วยคณะกรรมการสุ่มตัวอย่าง แต่ทั้งหมดเจอคอขวดเดียวกัน: หนึ่ง การจัดตั้งคณะกรรมการซับซ้อน ต้นทุนสูง และเพิ่มความหน่วงอย่างมาก สอง เมื่อคณะกรรมการล้มเหลว ไม่มีทางแก้ไข ปัจจุบันด้วยคริปโตกราฟีสมัยใหม่ ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขแล้ว และค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของแนวทางนี้ก็ลดลงทุกเดือน

อีกทิศทางที่น่าสนใจที่การกระจายศูนย์อาจช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพคือความหน่วง ความหน่วงของอีเธอเรียมเองไม่มีทางเทียบเท่าเซิร์ฟเวอร์รวมศูนย์ได้ แต่โครงสร้างพื้นฐานที่สร้างบนอีเธอเรียมสามารถทำได้

โดยรวมแล้ว การสร้างเลเยอร์กลางแบบกระจายศูนย์ที่แข็งแกร่งระหว่างผู้ใช้กับเมนเชน (เลเยอร์นี้ไม่ใช่บล็อกเชน) สามารถเพิ่มขีดความสามารถของอีเธอเรียมได้อย่างมหาศาล โดยไม่ทำลายคุณสมบัติหลักของบล็อกเชนพื้นฐาน

เมื่อมองไปในอนาคตที่ไกลออกไป อีเธอเรียมอาจเผชิญการเปลี่ยนแปลงระลอกใหม่ — โปรแกรม obfuscation (iO) อาจเฟื่องฟู เป้าหมายสูงสุดของสาขานี้: เทคโนโลยี obfuscation ที่สมบูรณ์และใช้งานได้จริงสามารถขจัดข้อแลกเปลี่ยนระหว่างความเป็นส่วนตัวกับความสามารถทั่วไปได้ คุณสามารถประมวลผลแบบทั่วไปเต็มรูปแบบโดยมีผู้เข้าร่วมจำนวนไม่จำกัด (แบบอะซิงโครนัส) ในรูปแบบที่เข้ารหัสอย่างปลอดภัยสมบูรณ์ แม้แต่ obfuscation เวอร์ชันอ่อนแอก็มีสถานการณ์ใช้งานมากมาย เช่น mempool ธุรกรรมที่เข้ารหัส แต่ข้อสรุปทั้งหมดในบทความนี้เป็นจริงอยู่แล้วก่อนที่เทคโนโลยีนี้จะเกิดขึ้นจริง

นี่คือคอมพิวเตอร์โลกเชิงคริปโต: อีเธอเรียมไม่ได้เป็นเพียงบัญชีแยกประเภทที่นักพัฒนาเขียนงานคำนวณและข้อมูลลงไปแล้วประมวลผลตามอำเภอใจอีกต่อไป สถาปัตยกรรมใหม่ผสานบล็อกเชน ความเป็นส่วนตัวเชิงคริปโต การตรวจสอบเชิงคริปโต เข้ากับองค์ประกอบนอกเชนแบบกระจายศูนย์ที่ทรงพลัง

การนำการออกแบบนี้ไปใช้อย่างสมบูรณ์ยังมีความท้าทายอีกมาก การทำให้ Zero-Knowledge Proofs มีประสิทธิภาพและปลอดภัยเพียงพอไม่ใช่เรื่องง่าย แต่มันเป็นปัญหาซับซ้อนแบบห่อหุ้ม ซึ่งปัจจุบันได้รับการปรับแต่งขนานใหญ่ด้วยเครื่องมือ AI ปัญหาที่ยากกว่าและมีความซับซ้อนเชิงระบบสูงกว่าคือการจัดการสถานะขนาดมหาศาลและการเข้าถึงแบบขนาน ขณะนี้มีแนวคิดการแก้ปัญหาหลายแนวทางแล้ว แต่ยังต้องขัดเกลาต่อเนื่อง โดยเฉพาะเมื่อเราเข้าใจมากขึ้นว่าแอปพลิเคชันใดจะทำงานในอนาคต

เมื่อดูแผนงาน Strawmap จะเห็นว่า Hegota hard fork ที่วางแผนไว้สำหรับปีหน้า น่าจะเป็น “hard fork ปกติ” ครั้งสุดท้ายของอีเธอเรียม ฟังก์ชันและเทคโนโลยีของมันยังคงคุ้นเคยสำหรับนักพัฒนาในปี 2015 การอัปเกรดทั้งหมดหลังจาก Hegota จะรวมถึง recursive STARK การตรวจสอบเชิงรูปแบบอัตโนมัติ อัลกอริทึมฉันทามติที่ปรับแต่งอย่างสูง และการปรับปรุงทั้งระบบให้ต้านทานควอนตัม การเปิดตัว PeerDAS เป็นจุดเริ่มต้นการเปลี่ยนผ่านของอีเธอเรียม: จากบล็อกเชนล้วน ๆ ไปสู่ระบบที่ทรงพลังกว่ามาก หลังจากการอัปเกรด Hegota การเปลี่ยนผ่านนี้จะกลายเป็นเส้นทางหลักของการพัฒนาอีเธอเรียม เป้าหมายสุดท้าย: สร้างระบบประมวลผลความปลอดภัยสูงที่ถูกกว่า ขยายขีดความสามารถได้มากกว่า และปกป้องความเป็นส่วนตัวได้ดีกว่าเมื่อเทียบกับเทคโนโลยียุคก่อนหน้า นี่คือคอมพิวเตอร์โลกเชิงคริปโต