ความสามารถในการขยายขนาดของบล็อกเชน: เจาะลึกเทคโนโลยี Rollup

เทคโนโลยีบล็อกเชน แม้จะเป็นการปฏิวัติวงการ แต่ก็ต้องเผชิญกับอุปสรรคสำคัญ นั่นคือความสามารถในการขยายขนาด (Scalability) เมื่อเครือข่ายบล็อกเชนได้รับความนิยมเพิ่มขึ้น ก็มักจะประสบปัญหาในการจัดการกับจำนวนธุรกรรมที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้เวลาในการประมวลผลช้าลงและค่าธรรมเนียมธุรกรรมสูงขึ้น ข้อจำกัดนี้ขัดขวางการนำบล็อกเชนไปใช้อย่างแพร่หลายสำหรับแอปพลิเคชันกระแสหลัก ขอแนะนำ Rollups: โซลูชันการขยายขนาดบนเลเยอร์ 2 (Layer-2) ที่มีแนวโน้มสดใสซึ่งออกแบบมาเพื่อรับมือกับความท้าทายเหล่านี้ คู่มือฉบับสมบูรณ์นี้จะเจาะลึกโลกของ Rollups สำรวจกลไกพื้นฐาน ประเภทต่างๆ ข้อดีและข้อเสีย พร้อมนำเสนอมุมมองระดับโลกเกี่ยวกับผลกระทบต่อภูมิทัศน์ของบล็อกเชน

ปัญหาความสามารถในการขยายขนาดของบล็อกเชน

ปัญหาหลักของความสามารถในการขยายขนาดของบล็อกเชนเกิดจากการออกแบบโดยธรรมชาติของบล็อกเชนยอดนิยมส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ใช้กลไกฉันทามติเช่น Proof-of-Work (PoW) ทุกธุรกรรมจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบและบันทึกโดยทุกโหนดในเครือข่าย ทำให้เกิดคอขวดเมื่อปริมาณธุรกรรมเพิ่มขึ้น ลองพิจารณาตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริงบางส่วน:

• บิตคอยน์ (Bitcoin): เป็นที่รู้จักในด้านความปลอดภัยและการกระจายศูนย์ บิตคอยน์สามารถประมวลผลได้เพียงประมาณ 7 ธุรกรรมต่อวินาที (TPS) ข้อจำกัดนี้จะเห็นได้ชัดเจนในช่วงที่มีความต้องการสูง ส่งผลให้ค่าธรรมเนียมธุรกรรมเพิ่มขึ้นและใช้เวลาในการยืนยันนานขึ้น การซื้อของง่ายๆ แม้จะเป็นของชิ้นเล็กๆ ก็อาจใช้เวลาพอสมควรในการยืนยัน ซึ่งส่งผลกระทบต่อประสบการณ์ของผู้ใช้
• อีเธอเรียม (Ethereum): แม้ว่าอีเธอเรียมจะมี TPS สูงกว่าบิตคอยน์ แต่ก็ยังคงเผชิญกับปัญหาด้านการขยายขนาด ความนิยมของแอปพลิเคชันแบบกระจายศูนย์ (dApps) และโครงการ DeFi บนอีเธอเรียมได้นำไปสู่ความแออัดของเครือข่ายและค่าแก๊สที่สูงเกินไป ทำให้การโต้ตอบกับแอปพลิเคชันเหล่านี้มีราคาแพง ในช่วงเวลาที่มีการใช้งานสูงสุด ผู้ใช้ต้องจ่ายค่าธรรมเนียมธุรกรรมสูงถึงหลายร้อยดอลลาร์เพียงเพื่อเรียกใช้ฟังก์ชันสัญญาอัจฉริยะง่ายๆ

การไม่สามารถขยายขนาดได้อย่างมีประสิทธิภาพนี้สร้างอุปสรรคในการเข้ามาสำหรับผู้ใช้ใหม่และจำกัดศักยภาพของเทคโนโลยีบล็อกเชน โซลูชันการขยายขนาดมีความสำคัญอย่างยิ่งในการช่วยให้บล็อกเชนสามารถรองรับแอปพลิเคชันได้หลากหลายขึ้น ตั้งแต่การชำระเงินรายย่อยและการจัดการห่วงโซ่อุปทานไปจนถึงระบบการลงคะแนนเสียงและธุรกรรมทางการเงินทั่วโลก

ทำความเข้าใจโซลูชันการขยายขนาดเลเยอร์ 2

โซลูชันเลเยอร์ 2 คือโปรโตคอลที่สร้างขึ้นบนบล็อกเชนที่มีอยู่ (เลเยอร์ 1) เพื่อจัดการธุรกรรมนอกเชน (Off-chain) ซึ่งจะช่วยลดภาระบนเชนหลัก โซลูชันเหล่านี้ประมวลผลธุรกรรมแยกต่างหากแล้วจึงรวบรวมเป็นชุดและส่งผลลัพธ์ไปยังเชนหลักเพื่อตรวจสอบเป็นระยะๆ แนวทางนี้ช่วยเพิ่มปริมาณงานของธุรกรรมและลดต้นทุนได้อย่างมาก

มีโซลูชันการขยายขนาดเลเยอร์ 2 อยู่หลายแบบ ได้แก่:

• State Channels: ช่วยให้ผู้เข้าร่วมสามารถทำธุรกรรมหลายรายการนอกเชนและชำระสถานะสุดท้ายบนเชนหลักเท่านั้น ตัวอย่างเช่น Lightning Network (Bitcoin) และ Raiden Network (Ethereum)
• Sidechains: บล็อกเชนอิสระที่ทำงานขนานไปกับเชนหลักและมีกลไกฉันทามติของตัวเอง สามารถโอนสินทรัพย์ระหว่างเชนหลักและไซด์เชนได้
• Plasma: เฟรมเวิร์กสำหรับสร้าง dApps ที่ปรับขนาดได้โดยการสร้างเชนลูก (Child chains) ที่สืบทอดความปลอดภัยของเชนหลัก
• Rollups: โซลูชันการขยายขนาดเลเยอร์ 2 ที่รวบรวมธุรกรรมหลายรายการให้เป็นธุรกรรมเดียวบนเชนหลัก ซึ่งจะช่วยลดปริมาณข้อมูลและการคำนวณที่จำเป็นบนเชนหลัก นำไปสู่การเพิ่มความสามารถในการขยายขนาด

ในบรรดาโซลูชันเหล่านี้ Rollups ได้กลายเป็นโซลูชันที่มีแนวโน้มสดใสเป็นพิเศษเนื่องจากความสามารถในการสืบทอดความปลอดภัยของเชนหลักในขณะที่ให้การปรับปรุงด้านการขยายขนาดอย่างมีนัยสำคัญ เรามาเจาะลึกกลไกของ Rollups กันดีกว่า

Rollups: พื้นฐานเบื้องต้น

Rollups เป็นโซลูชันการขยายขนาดเลเยอร์ 2 ประเภทหนึ่งที่ดำเนินการธุรกรรมนอกเชน แต่จะโพสต์ข้อมูลธุรกรรมบนเชนหลัก ด้วยการรวมหรือ "ม้วน" (Rolling up) ธุรกรรมหลายรายการให้เป็นธุรกรรมเดียว Rollups จะช่วยลดปริมาณข้อมูลที่ต้องประมวลผลและจัดเก็บบนเชนหลักได้อย่างมาก แนวทางนี้นำไปสู่:

• ปริมาณงานที่เพิ่มขึ้น: Rollups สามารถประมวลผลธุรกรรมได้หลายพันรายการต่อวินาที ซึ่งสูงกว่าความสามารถของบล็อกเชนเลเยอร์ 1 ที่เป็นฐานอย่างมาก
• ค่าธรรมเนียมธุรกรรมที่ลดลง: ด้วยการแบ่งปันค่าใช้จ่ายของธุรกรรมบนเชนรายการเดียวระหว่างผู้ใช้จำนวนมาก Rollups จะช่วยลดค่าธรรมเนียมธุรกรรมได้อย่างมาก
• ความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น: Rollups ใช้ประโยชน์จากความปลอดภัยของเชนหลักโดยการโพสต์ข้อมูลธุรกรรมบนเชน สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าธุรกรรมสามารถตรวจสอบได้และป้องกันการปลอมแปลง

Rollups มีสองประเภทหลักคือ Optimistic Rollups และ ZK-Rollups ซึ่งแต่ละประเภทมีแนวทางเฉพาะของตนเองในการรับรองความถูกต้องของธุรกรรมนอกเชน

Optimistic Rollups

Optimistic Rollups ทำงานบนหลักการที่ว่าธุรกรรมนั้นถูกต้องโดยปริยาย แทนที่จะตรวจสอบทุกธุรกรรมทีละรายการ พวกเขาสมมติว่าธุรกรรมนั้นถูกต้องตามกฎหมายเว้นแต่จะได้รับการพิสูจน์เป็นอย่างอื่น แนวทาง "มองโลกในแง่ดี" นี้ช่วยให้การประมวลผลธุรกรรมรวดเร็วและถูกลง

วิธีการทำงานของ Optimistic Rollups

1. การดำเนินการธุรกรรม: ธุรกรรมจะถูกดำเนินการนอกเชนโดยผู้ดำเนินการ Rollup (Rollup Operator)
2. การโพสต์สถานะ: ผู้ดำเนินการ Rollup จะโพสต์ State Root ใหม่ (ข้อมูลสรุปเชิงเข้ารหัสของสถานะของ Rollup) ไปยังเชนหลัก
3. การพิสูจน์การฉ้อโกง (Fraud Proofs): จะมีการเริ่มต้นช่วงเวลาท้าทาย (Challenge Period) ซึ่งใครก็ตามสามารถท้าทายความถูกต้องของสถานะที่โพสต์ได้โดยการส่ง Fraud Proof
4. การระงับข้อพิพาท: หากมีการส่ง Fraud Proof และพิสูจน์ได้ว่าถูกต้อง สถานะที่ไม่ถูกต้องจะถูกย้อนกลับและใช้สถานะที่ถูกต้องแทน โดยทั่วไปผู้ส่ง Fraud Proof จะได้รับรางวัล และผู้ดำเนินการที่เป็นอันตรายจะถูกลงโทษ

ข้อดีของ Optimistic Rollups

• ปริมาณงานสูง: Optimistic Rollups สามารถบรรลุปริมาณงานที่สูงกว่าเชนหลักอย่างมีนัยสำคัญ
• ค่าธรรมเนียมธุรกรรมต่ำ: ต้นทุนในการตรวจสอบบนเชนจะลดลง ส่งผลให้ค่าธรรมเนียมธุรกรรมต่ำลง
• ความเข้ากันได้กับ EVM: โดยทั่วไปแล้ว Optimistic Rollups จะเข้ากันได้กับ Ethereum Virtual Machine (EVM) ทำให้นักพัฒนาสามารถย้าย dApps ที่มีอยู่ได้อย่างง่ายดาย

ข้อเสียของ Optimistic Rollups

• ความล่าช้าในการถอนเงิน: ช่วงเวลาท้าทายทำให้เกิดความล่าช้า (โดยทั่วไปคือ 7-14 วัน) ในการถอนเงินจาก Rollup ไปยังเชนหลัก ความล่าช้านี้จำเป็นเพื่อให้มีเวลาในการส่ง Fraud Proof
• ข้อสมมติฐานด้านความปลอดภัย: Optimistic Rollups อาศัยข้อสมมติฐานว่าจะมีผู้เข้าร่วมที่ซื่อสัตย์อย่างน้อยหนึ่งคนที่ยินดีตรวจสอบ Rollup และส่ง Fraud Proof หากจำเป็น

ตัวอย่างของ Optimistic Rollups

• Arbitrum: โซลูชัน Optimistic Rollup ที่มุ่งหวังที่จะให้แพลตฟอร์มที่สามารถขยายขนาดได้และเข้ากันได้กับ EVM สำหรับ dApps
• Optimism: อีกหนึ่งโซลูชัน Optimistic Rollup ที่มุ่งเน้นการขยายขนาด Ethereum และมอบประสบการณ์ผู้ใช้ที่ราบรื่น

ZK-Rollups

ZK-Rollups (Zero-Knowledge Rollups) ใช้การพิสูจน์โดยปราศจากความรู้ (Zero-Knowledge Proofs) (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Succinct Non-interactive Arguments of Knowledge หรือ zk-SNARKs) เพื่อพิสูจน์ความถูกต้องของธุรกรรมนอกเชน แทนที่จะอาศัยช่วงเวลาท้าทาย ZK-Rollups จะสร้างการพิสูจน์เชิงเข้ารหัสที่ตรวจสอบความถูกต้องของการดำเนินการธุรกรรม จากนั้นการพิสูจน์นี้จะถูกส่งไปยังเชนหลัก ทำให้การสิ้นสุดของธุรกรรม (Finality) เร็วขึ้นและมีความปลอดภัยที่ดีขึ้น

วิธีการทำงานของ ZK-Rollups

1. การดำเนินการธุรกรรม: ธุรกรรมจะถูกดำเนินการนอกเชนโดยผู้ดำเนินการ Rollup
2. การสร้างหลักฐานความถูกต้อง: ผู้ดำเนินการ Rollup จะสร้างการพิสูจน์โดยปราศจากความรู้ (zk-SNARK) ที่แสดงให้เห็นถึงความถูกต้องของธุรกรรม
3. การส่งหลักฐาน: หลักฐานความถูกต้องจะถูกส่งไปยังเชนหลัก
4. การตรวจสอบบนเชน: เชนหลักจะตรวจสอบหลักฐานความถูกต้อง หากหลักฐานถูกต้อง สถานะจะถูกอัปเดต

ข้อดีของ ZK-Rollups

• การสิ้นสุดของธุรกรรมที่รวดเร็ว: ZK-Rollups ให้การสิ้นสุดของธุรกรรมที่เร็วกว่า Optimistic Rollups เนื่องจากธุรกรรมจะได้รับการตรวจสอบทันทีเมื่อส่งหลักฐานความถูกต้อง ไม่จำเป็นต้องมีช่วงเวลาท้าทาย
• ความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น: การใช้การพิสูจน์โดยปราศจากความรู้ให้การรับประกันความถูกต้องของธุรกรรมที่แข็งแกร่งด้วยการเข้ารหัส
• ทางเลือกในการเปิดเผยข้อมูล: มีนวัตกรรมใหม่ๆ เช่น Validium ซึ่งคล้ายกับ ZK-Rollups แต่ข้อมูลจะไม่ถูกโพสต์บนเชน

ข้อเสียของ ZK-Rollups

• ความซับซ้อนในการคำนวณ: การสร้างการพิสูจน์โดยปราศจากความรู้ต้องใช้การคำนวณที่เข้มข้น ซึ่งต้องใช้ฮาร์ดแวร์และความเชี่ยวชาญเฉพาะทาง
• ความเข้ากันได้กับ EVM: การทำให้ ZK-Rollups เข้ากันได้กับ EVM นั้นเป็นเรื่องที่ท้าทาย แม้ว่าจะมีความก้าวหน้าอย่างมากก็ตาม ZK-Rollups ในยุคแรกมักจะรองรับเฉพาะธุรกรรมหรือแอปพลิเคชันบางประเภทเท่านั้น
• ความซับซ้อนในการพัฒนา: การพัฒนาและปรับใช้ ZK-Rollups ต้องใช้ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับการเข้ารหัสและทักษะทางวิศวกรรมขั้นสูง

ตัวอย่างของ ZK-Rollups

• zkSync: โซลูชัน ZK-Rollup ที่มีเป้าหมายเพื่อให้บริการการชำระเงินและฟังก์ชันสัญญาอัจฉริยะที่สามารถขยายขนาดได้และปลอดภัยบน Ethereum
• StarkWare: บริษัทที่พัฒนาโซลูชัน ZK-Rollup โดยใช้ STARKs (Scalable Transparent ARguments of Knowledge) ซึ่งเป็นประเภทหนึ่งของการพิสูจน์โดยปราศจากความรู้ พวกเขาเป็นผู้ขับเคลื่อนโซลูชันต่างๆ เช่น dYdX (แพลตฟอร์มแลกเปลี่ยนแบบกระจายศูนย์)
• Polygon Hermez: ZK-Rollup แบบกระจายศูนย์และโอเพนซอร์สที่มุ่งเน้นการขยายขนาดการชำระเงินและการโอนโทเค็น

การเปรียบเทียบ Optimistic Rollups และ ZK-Rollups

ตารางต่อไปนี้สรุปความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง Optimistic Rollups และ ZK-Rollups:

คุณสมบัติ	Optimistic Rollups	ZK-Rollups
การพิสูจน์ความถูกต้อง	Fraud Proofs (ช่วงเวลาท้าทาย)	Zero-Knowledge Proofs (zk-SNARKs/STARKs)
การสิ้นสุดของธุรกรรม	ล่าช้า (7-14 วัน)	รวดเร็ว (เกือบทันที)
ความปลอดภัย	อาศัยผู้เข้าร่วมที่ซื่อสัตย์อย่างน้อยหนึ่งคน	รับประกันด้วยการเข้ารหัส
ความเข้ากันได้กับ EVM	โดยทั่วไปใช้งานง่ายกว่า	ท้าทายกว่า แต่กำลังปรับปรุงอย่างรวดเร็ว
ความซับซ้อนในการคำนวณ	ต่ำกว่า	สูงกว่า

อนาคตของ Rollups และความสามารถในการขยายขนาดของบล็อกเชน

Rollups ถูกวางตำแหน่งให้มีบทบาทสำคัญในอนาคตของความสามารถในการขยายขนาดของบล็อกเชน ในขณะที่บล็อกเชนเลเยอร์ 1 ยังคงพัฒนาต่อไป Rollups นำเสนอโซลูชันที่ปฏิบัติได้จริงและมีประสิทธิภาพเพื่อจัดการกับข้อจำกัดของการประมวลผลบนเชน การเลือกระหว่าง Optimistic Rollups และ ZK-Rollups ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของแอปพลิเคชันที่เฉพาะเจาะจงและการแลกเปลี่ยนระหว่างความปลอดภัย การสิ้นสุดของธุรกรรม และความซับซ้อนในการคำนวณ อย่างไรก็ตาม Rollups ทั้งสองประเภทถือเป็นก้าวสำคัญในการทำให้เทคโนโลยีบล็อกเชนเข้าถึงได้ง่ายขึ้น มีประสิทธิภาพมากขึ้น และสามารถขยายขนาดได้สำหรับผู้ชมทั่วโลก

มีแนวโน้มหลายอย่างที่กำลังกำหนดอนาคตของ Rollups:

• ความเท่าเทียมกับ EVM (EVM Equivalence): มีความพยายามอย่างต่อเนื่องเพื่อให้เกิดความเท่าเทียมกับ EVM อย่างสมบูรณ์ทั้งใน Optimistic Rollups และ ZK-Rollups สิ่งนี้จะช่วยให้นักพัฒนาสามารถปรับใช้ dApps ของ Ethereum ที่มีอยู่บน Rollups ได้อย่างราบรื่นโดยไม่จำเป็นต้องแก้ไขโค้ด
• Hybrid Rollups: นักวิจัยกำลังสำรวจแนวทางแบบผสมผสานที่รวมจุดแข็งของ Optimistic Rollups และ ZK-Rollups เข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่น ระบบอาจใช้ Optimistic Rollups สำหรับธุรกรรมส่วนใหญ่และใช้ ZK-Rollups สำหรับธุรกรรมที่มีมูลค่าสูงหรือสำคัญที่ต้องการความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น
• โซลูชันการเปิดเผยข้อมูล (Data Availability Solutions): นวัตกรรมเช่น Celestia ซึ่งเป็นเครือข่ายบล็อกเชนแบบโมดูลาร์ที่ให้เลเยอร์การเปิดเผยข้อมูลที่ปรับขนาดได้ สามารถปรับปรุงความสามารถในการขยายขนาดและประสิทธิภาพของ Rollups ได้อีก
• การทำงานร่วมกันข้าม Rollup (Cross-Rollup Interoperability): การทำให้การสื่อสารและการโอนสินทรัพย์ระหว่าง Rollups ต่างๆ เป็นไปอย่างราบรื่นจะมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างระบบนิเวศบล็อกเชนที่เหนียวแน่นและเชื่อมต่อถึงกัน

จากมุมมองระดับโลก ผลกระทบของ Rollups ขยายไปไกลกว่าแค่การปรับปรุงความเร็วของธุรกรรมและลดค่าธรรมเนียม ด้วยการทำให้เทคโนโลยีบล็อกเชนเข้าถึงได้ง่ายและราคาไม่แพง Rollups สามารถเสริมศักยภาพให้กับบุคคลและธุรกิจในประเทศกำลังพัฒนา ส่งเสริมการเข้าถึงบริการทางการเงิน (Financial Inclusion) และขับเคลื่อนการเติบโตทางเศรษฐกิจ ตัวอย่างเช่น Rollups สามารถอำนวยความสะดวกในการโอนเงินข้ามพรมแดนด้วยต้นทุนต่ำ ทำให้ผู้ที่ไม่มีบัญชีธนาคารสามารถเข้าถึงบริการทางการเงินแบบกระจายศูนย์ และสนับสนุนการพัฒนาแอปพลิเคชันใหม่ๆ ที่เป็นนวัตกรรมซึ่งปรับให้เข้ากับความต้องการของชุมชนท้องถิ่น ในขณะที่ระบบนิเวศของบล็อกเชนยังคงพัฒนาต่อไป Rollups จะมีบทบาทสำคัญในการกำหนดอนาคตที่กระจายศูนย์ มีประสิทธิภาพ และครอบคลุมมากขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย

บทสรุป

ความสามารถในการขยายขนาดของบล็อกเชนไม่ใช่ความฝันที่ห่างไกลอีกต่อไป แต่เป็นความจริงที่จับต้องได้ด้วยโซลูชันที่เป็นนวัตกรรมเช่น Rollups ไม่ว่าจะเป็นแนวทาง "เชื่อถือแต่ตรวจสอบ" (Trust-but-verify) ของ Optimistic Rollups หรือความเข้มงวดด้านการเข้ารหัสของ ZK-Rollups เทคโนโลยีเหล่านี้กำลังเปลี่ยนแปลงวิธีการจัดการธุรกรรมของบล็อกเชนโดยพื้นฐาน ในขณะที่อุตสาหกรรมยังคงสร้างสรรค์นวัตกรรมต่อไป เราคาดหวังว่าจะได้เห็นการนำ Rollups ไปใช้งานที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยลดต้นทุน เพิ่มความเร็ว และปลดล็อกความเป็นไปได้ใหม่ๆ สำหรับแอปพลิเคชันบล็อกเชนทั่วโลก อนาคตของบล็อกเชนนั้นสามารถขยายขนาดได้ และ Rollups คือผู้นำการเปลี่ยนแปลงนี้