in Technology |

ข้อดี-ข้อเสียของ Proof of Stake

เหตุการณ์สำคัญในโลก blockchain/cryptocurrency ช่วงนี้คงไม่มีอะไรใหญ่กว่า The Merge การเปลี่ยนระบบเบื้องหลังของ Ethereum ที่เดิมใช้วิธี Proof of Work (PoW) มาเป็น Proof of Stake (PoS) โดยมีกำหนดเริ่มกระบวนการ 6 กันยายน 2022

While proof-of-work mining operates on the principle of “one hash, one vote,” proof-of-stake is based on “one coin, one vote.” Anyone who wants to participate in Ethereum’s validation process must post ether as collateral, a process known as “staking.”

การเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลกระทบในวงกว้าง เพราะ Ethereum ถือเป็นเครือข่าย blockchain ที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับ 2 (รองจากแค่ Bitcoin นับตามมูลค่ารวม) มีผู้ใช้งานต่อยอดเยอะ (เช่น แอพหรือพวก NFT) และการเปลี่ยนรอบนี้เป็นการเปลี่ยนแปลงสำคัญระดับฐานรากการทำงานด้วย (PoW –> PoS)

แม้ว่าในวงการ blockchain มีเครือข่ายแบบ PoS อยู่ก่อนแล้วหลายเชน (ถ้าอิงตามมูลค่าเหรียญที่นิยมหน่อย เช่น Cardano หรือ Solana) แต่หากเทียบขนาดและผลกระทบกับ Ethereum แล้ว เชนเหล่านี้ยังมีขนาดห่างไกลกันมาก (ระดับ ~10-15X)

ช่วงนี้เลยหาอ่านบทความที่พูดถึงผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงครั้งนี้ (รวมถึงเอกสารการออกแบบเก่าๆ ที่ Vitalik Buterin ผู้ก่อตั้ง Ethereum เขียนไว้) จึงมารวบรวมประเด็นไว้ดังนี้

บทความหลักที่ใช้อ้างอิง

หมายเหตุ: ประเด็นเรื่อง PoS ในบทความนี้โฟกัสไปที่ระบบของ Ethereum อย่างเดียว ไม่ได้รวมถึงเหรียญหรือ blockchain อื่น

1. Energy

ประเด็นสำคัญของ The Merge ที่ทุกคนสนใจที่สุด คงหนีไม่พ้นเรื่องการใช้พลังงาน เพราะแนวทางของ PoS ที่ใช้สินทรัพย์ (ในที่นี้คือเหรียญ) ไปค้ำประกัน (staking) ว่าจะไม่โกงระบบ ใช้พลังงานน้อยกว่าแนวทาง PoW ที่ต้องแข่งกันประมวลผลอัลกอริทึมที่มีความยากสูง

การที่ Ethereum เปลี่ยนมาใช้ PoS ย่อมทำให้การใช้พลังงานในภาพรวม ลดลงอย่างเห็นได้ชัดเจนมาก (ตัวเลขประเมินของ Ethereum Foundation คือลดลงไป ~99.95%) อันนี้คงเป็นข้อดีที่สุดของ The Merge ที่คนทั่วไปเข้าใจได้ง่าย จับต้องได้ทันที

แต่ในเชิงรายละเอียดแล้ว วิธีการมองเรื่องนี้ของ Vitalik ก็น่าสนใจและน่ากล่าวถึง

Vitalik มองเรื่องการใช้พลังงานแตกต่างจากคนทั่วไป เพราะเขามองในเชิงสัมพัทธ์เป็นเรื่องความปลอดภัยต่อต้นทุนเป็นตัวเงิน (security/cost) เป็นหลัก

ประเด็นสำคัญที่สุดของเครือข่ายกระจายศูนย์แบบ blockchain นั้นคือกลัวการ “โจมตี” ทั้งในแง่ของการยึดเครือข่าย (51% attack) และการทำให้เครือข่ายใช้การไม่ได้ชั่วคราว เป้าหมายสุดท้ายคือเพื่อยึดบล็อคถัดไปให้สำเร็จ และนำรางวัลที่ได้จากการเป็นเจ้าของบล็อคไปทำเงินต่อ

การโจมตีเครือข่าย PoW แบบการยึดเครือข่าย แยกได้เป็น 2 แบบตามชนิดของ PoW ได้แก่ คำนวณด้วย GPU (เช่น Ethereum ที่ออกแบบมาเพื่อป้องกัน ASIC) และคำนวณด้วย ASIC (เช่น Bitcoin)

กรณีของ GPU ผู้โจมตีไม่ต้องซื้อ GPU เอง เพราะสามารถ “เช่า” ผ่านคลาวด์ได้ (จ่ายเท่าที่ใช้ ไม่มีต้นทุนจม) ต้นทุนการโจมตีจึงถูกกว่า มีเงินไม่กี่ดอลลาร์ก็เช่า GPU ได้แล้ว ในขณะที่ ASIC ต้องลงทุนซื้อฮาร์ดแวร์ก่อน ต้นทุนจมจะแพงกว่า

แต่กรณีของ PoS ถ้าออกแบบดีๆ เราสามารถออกแบบให้ต้องวางเหรียญค้ำประกันจำนวนมาก เพื่อแลกกับรางวัลเป็นเหรียญใหม่ที่ปริมาณน้อยกว่ามาก ทำให้คนที่อยากโจมตีเครือข่ายเพื่อเอาเหรียญใหม่ ต้องลงทุนวางเหรียญค้ำเป็นปริมาณที่เยอะมาก (เสียต้นทุนไปกับการวางเหรียญค้ำ)

Vitalik ลองคำนวณต้นทุนในปี 2020 พบว่าต้นทุนของการโจมตี PoS สูงกว่า ASIC-based PoW ประมาณ 4.5 เท่า และจะเพิ่มสูงกว่านี้อีกในอนาคต (5-20x)

ทั้งหมดที่ว่ามาคือการคำนวณต้นทุน (cost) เป็นตัวเงินเพื่อเปรียบเทียบกัน แต่ในรายละเอียดเชิงวิธีการ ต้นทุนจริงๆ ของการรักษา consensus ของ PoS แลกมาด้วยการใช้เหรียญที่ stake ไม่ได้ชั่วคราว ในขณะที่ต้นทุนการรักษา consensus ของ PoW คือปริมาณพลังงานจำนวนมหาศาล

2. Security

ในเอกสารแนวคิด PoS ฉบับแรกของ Vitalik ในปี 2016 ให้ความสำคัญกับประเด็นเรื่องความปลอดภัยเป็นอันดับหนึ่ง โดยเขายกคำว่า “Cypherpunk philosophy” เป็นปรัชญาการออกแบบระบบในยุคแห่งการเข้ารหัส (cryptography) ที่ผู้ป้องกันระบบมีต้นทุนในการป้องกัน ต่ำกว่าต้นทุนของผู้โจมตีมาก ในด้านกลับคือผู้โจมตีมีต้นทุนสูงมาก ระบบจะปลอดภัยขึ้นในภาพรวม (ดังที่กล่าวไปแล้วในหัวข้อก่อน)

Systems that consider themselves ideological heirs to the cypherpunk spirit should maintain this basic property, and be much more expensive to destroy or disrupt than they are to use and maintain.

เขาวิจารณ์ระบบ PoW ที่ใช้ใน Bitcoin และ Ethereum ยุคแรกว่าเป็นระบบที่ไม่ดีในแง่นี้ เพราะผู้ป้องกันและผู้โจมตีมีต้นทุนเท่ากัน (1:1) การโจมตีจึงเกิดง่ายกว่า

cost of attack and cost of defense are at a 1:1 ratio, so there is no defender’s advantage.

แนวทางของ PoS คือทำลายภาวะ symmetry อันนี้ โดยกลับวิธีคิดจากการแจกรางวัลเพิ่มเพียงอย่างเดียวแบบ PoW แล้วเพิ่มกฎเรื่องการทำลายเหรียญที่ค้ำประกันเพื่อเป็นการลงโทษเข้ามา (ได้รางวัลไม่เยอะ เมื่อเทียบกับเหรียญค้ำประกันที่เสียไป) ถือเป็นการใช้กลไกทางเศรษฐศาสตร์มาควบคุมระบบ แทนการใช้คณิตศาสตร์ที่เปิดให้ทุกคนมาแข่งกัน สิ้นเปลืองพลังงานโดยใช่เหตุในการป้องกันระบบ

Vitalik อธิบายว่าคนมักสนใจการโจมตีแบบ 51% attack เพื่อยึดครองเครือข่าย ซึ่งเกิดได้ยาก แต่จริงๆ แล้วการโจมตีอีกแบบที่เกิดได้ง่ายกว่าคือ spawn camping attack การถล่มให้เครือข่ายใช้งานไม่ได้แค่ชั่วคราว แต่บ่อยๆ เพื่อทำให้สมาชิกในเครือข่ายเลิกสนใจใช้เครือข่ายนี้

หากเกิดการโจมตีแบบนี้ขึ้น เครือข่าย blockchain แต่ละแบบมีวิธีการแก้ปัญหาต่างกัน

  • GPU-based POW ทำอะไรไม่ได้เลย
  • ASIC-based POW ชุมชนสมาชิกอาจรวมตัวกันทำ hard fork คือเปลี่ยนอัลกอริทึม consensus หนีฝ่ายร้าย (ที่ใช้ ASIC) ซึ่งจะส่งผลกระทบตามมาให้ฮาร์ดแวร์ ASIC ของฝ่ายดีใช้ไม่ได้ไปด้วย หลังจากนั้นสงครามจะย้ายมาเป็นสมรภูมิ GPU แทน (เพราะหา ASIC ใหม่ไม่ทัน) อยู่ดี
  • PoS มีกลไกป้องกันการโจมตีลักษณะนี้มาตั้งแต่แรก โดยเหรียญค้ำประกันที่ผู้โจมตีวางค้ำประกันไว้ จะถูกทำลาย (slashing) ทำให้ผู้โจมตีมีต้นทุนเยอะมากในการโจมตี

ดังนั้น ในภาพรวมแล้ว มุมมองของ Vitalik คือ PoS มีความปลอดภัยต่อการโจมตีสูงกว่า PoW เพราะออกแบบระบบไว้ตั้งแต่แรก by design ให้ฝ่ายป้องกันทำงานง่าย ต้นทุนน้อยกว่าฝ่ายโจมตีมาก (ในขณะที่ PoW มีเท่ากันทั้งสองฝ่าย)

อย่างไรก็ตาม Vitalik ยอมรับไว้ในโพสต์ Reddit ว่าข้อดีของ PoW ในเรื่องความปลอดภัยคือ ความหน่วงจากการต้องพัฒนาและผลิต ASIC รุ่นใหม่ที่ใช้เวลาหลายเดือนหรือเป็นปี ในขณะที่ PoS สามารถใช้เหรียญมาค้ำประกันได้ทันทีหากต้องการโจมตีเครือข่าย

3. Decentralization

ข้อถกเถียงอีกอันที่พบบ่อยเรื่อง PoS คือพอเปลี่ยนมาใช้วิธีการค้ำประกันเหรียญ แปลว่าคนที่มีเหรียญมากอยู่แล้วจะยิ่งได้เปรียบ (the rich is getting richer) แตกต่างจาก PoW ที่ทุกคนต้องมาแข่งกันประมวลผลอัลกอริทึมเดียวกัน สุดท้ายแล้วความกระจายศูนย์ (decentralization) จะลดลง

The more ether someone stakes, the more influence they have over which blocks get added to the Ethereum blockchain.

การนำ ETH มาค้ำประกันจำเป็นต้องใช้ขั้นต่ำ 32 ETH (ตีราคาของวันนี้คือ 1.9 ล้านบาท) ซึ่งคงไม่มีรายย่อยมากนักที่สามารถนำ ETH มาวางค้ำประกันได้ ในขณะที่บริษัทใหญ่ๆ อย่าง Binance, Coinbase มีกำลังตรงนี้เพียงพอ ดูได้จากสถิติการค้ำประกันของ Beacon Chain

https://twitter.com/TheEylon/status/1558911348255461378

มุมมองของ Vitalik ยอมรับว่า เครือข่าย PoW แบบ GPU นั้นค่อนข้างกระจายศูนย์จริง เพราะใครๆ ก็สามารถซื้อหรือเช่า GPU ได้ไม่ยาก ในขณะที่เครือข่าย PoW แบบ ASIC ต้องลงทุนเยอะมาก เพราะต้องลงทุนซื้อฮาร์ดแวร์เยอะๆ ตั้งแต่แรก เราจึงเห็นการกระจุกตัวของกำลังขุดไปอยู่ที่ miner pool ใหญ่ๆ ของโลกเพียงไม่กี่อัน

Vitalik มองว่า PoS นั้น the rich is getting richer จริง แต่ก็มากไม่ถึงขั้น PoW แบบ ASIC ดังนั้นถ้าเรียงลำดับความกระจายศูนย์กันคือ GPU-based PoW > PoS > ASIC-based PoW

จุดอ่อนของ PoS ยังสามารถชดเชยได้ด้วยการออกแบบระบบรางวัลให้ดีพอ ซึ่งอยู่ในหัวข้อถัดไป

นอกจากนี้ กรณีของ PoS ทั่วไปที่ไม่ใช่ Ethereum ยังอาจมีการกระจุกตัวของเหรียญที่ถือครองโดยผู้สร้างตั้งแต่แรก แต่กรณีของ Ethereum ในฐานะเครือข่าย blockchain ที่ใช้งานมานานแล้ว การกระจุกตัวก็มีน้อยกว่า

Ethereum ยังมีแนวคิดเรื่อง PBS (proposer-builder separation) ที่แยกชั้นของผู้สร้างบล็อค (builder) และผู้ตรวจสอบ (proposer หรือ validator) ออกจากกัน (Bitcoin ไม่แยกกัน) ซึ่งในทางทฤษฎีก็อาจส่งผลให้เกิดการแข่งขันระหว่าง 2 กลุ่มนี้ได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม บทความใน Bloomberg ก็ชี้ว่า builder มีน้อยและกระจุกตัวสูง ในขณะที่ validator มีจำนวนมาก ซึ่งจะไม่ลงรายละเอียดในที่นี้

4. Economics

จุดเปลี่ยนสำคัญอีกอย่างของ Ethereum PoS คือการแจกรางวัลเป็นเหรียญจะเปลี่ยนไปจากยุค PoW มาก

ในโลกเดิม PoW นักขุดเข้ามาแย่งกันขุดเพื่อจะได้รางวัลเป็นเหรียญ ETH ที่สามารถนำไปขายต่อเป็นเงิน fiat ได้คุ้มค่าฮาร์ดแวร์-ค่าไฟ

แต่ในโลกใหม่ PoS แม้ยังมีการแจกรางวัลเป็น ETH จากการนำเหรียญของตัวเองไปค้ำประกันอยู่ แต่ปริมาณการแจกน้อยลงมาก และผู้ค้ำประกันก็มีความเสี่ยงที่ว่าเหรียญที่ค้ำประกันอาจโดนทำลาย (โดยอัลกอริทึมของเครือข่าย) หากพบว่าพยายามโกงคนอื่นๆ ในเครือข่ายด้วย เท่ากับว่าในโลก PoS = เหรียญใหม่เพิ่มน้อย เหรียญเก่าอาจหาย

การเปลี่ยนแปลงนี้จะทำให้เศรษฐกิจของโลก Ethereum เปลี่ยนไป มีการประเมินกันว่ามูลค่า ETH ใหม่ต่อวันอยู่ราว 20 ล้านดอลลาร์ในยุค PoW แต่จะลดเหลือเพียง 0.5 ล้านดอลลาร์ในโลก PoS (ลดลงไป 40 เท่า)

ตรงนี้ย่อมส่งผลต่อราคาเหรียญแน่นอน ซึ่งจะขึ้นหรือลง คงขึ้นกับมุมมองของตลาด (เช่น “เหรียญใหม่น้อยลง –> ราคาขึ้น” หรือ “ได้เหรียญน้อย ไม่รู้จะเอาเหรียญเก่าไปทำอะไร –> ราคาลง”)

การประเมินของ Vitalik เองก็คาดว่า เหรียญรางวัลรวมต่อปี จะอยู่ราว 0.5-2% ของเหรียญ ETH ทั้งหมดในระบบเท่านั้น

in PoS, the rewards in general (and hence validator revenues) will be quite low; in eth2, we are expecting annual validator rewards to equal ~0.5-2% of the total ETH supply. And the more validators are staking, the lower interest rates get.

ตรงนี้จะกลับไปตอบคำถามเรื่องการกระจุกตัว (concentration) ของคนถือเหรียญในหัวข้อที่แล้วได้ว่า การกระจุกตัวอาจเกิดขึ้นได้จริง แต่ด้วยอัตราที่ช้ามากเพราะเหรียญใหม่เพิ่มน้อยมาก อาจใช้เวลาเป็นร้อยปีกว่าจะกระจุกตัวได้ 2 เท่า

5. Fork

การเปลี่ยนผ่านของ Ethereum จาก PoW สู่ PoS จะส่งผลอย่างมากต่อนักขุดเหมือง เพราะลงทุนกับฮาร์ดแวร์เอาไว้มาก ฮาร์ดแวร์เหล่านี้จะล้าสมัยทันที

สิ่งที่จะเกิดขึ้นตามมาคือข้อเสนอให้ fork แยกสายของ Ethereum PoW ให้รันต่อไป ซึ่งในอดีตเอง Ethereum เคยแยกสายเป็น Ethereum ปัจจุบัน (ETH) และ Etherum Classic (ETC) มาแล้วจากเหตุการณ์ DAO โดนแฮ็กในปี 2016

มาถึงตอนนี้ยังมีคนใช้เหรียญ ETC กันอยู่พอสมควร คิดเป็นอันดับ 20 ถ้าดูจากมูลค่า market cap (อ้างอิงจาก CoinMarketCap ณ 24 ส.ค. 2022) เยอะกว่าเหรียญใหม่ๆ พวก Monero หรือ Stellar ด้วยซ้ำ (แต่เมื่อเทียบกับ ETH แล้ว ETC ยังเล็กกว่าราว 40 เท่า)

บทความใน Coin Telegraph เขียนเรื่องนี้ไว้ค่อนข้างละเอียด และชี้ว่าในกลุ่ม miner เองมีทางเลือก 3 ทาง (แถมเสียงแตก) คือ

  1. เดินหน้าไป PoS
  2. Fork ETH ปัจจุบันเป็น PoW ETH –> ตอนนี้เริ่มมีคุยเรื่องนี้กันแล้วในหมู่ miner บางกลุ่ม
  3. กลับไปใช้ ETC ที่เป็น PoW อยู่แล้ว

6. Culture

ประเด็นสุดท้ายเป็นเรื่องของชุมชน และวัฒนธรรมในชุมชน

บทความใน Ars Technica ชี้ความแตกต่างระหว่างชุมชน Bitcoin และ Ethereum ต่อการเปลี่ยนแปลงใหญ่แบบ PoS ไว้อย่างน่าสนใจ ว่าชุมชน Bitcoin มีความอนุรักษ์นิยมกว่ามาก (ความเห็นของผมคือ การหายไปของ Nakamoto มีลักษณะเป็น messiah ตามหลักวิชาศาสนามากกว่าด้วย)

The bitcoin and Ethereum communities have responded to this issue very differently. Satoshi Nakamoto disappeared from public view in 2011. In his absence, bitcoin’s culture has become increasingly conservative.

Many bitcoiners adamantly oppose changing bitcoin’s mining system, fearing that changes could open the door to centralization and ultimate government control. As a result, bitcoin is unlikely to move away from proof-of-work in the foreseeable future.

In contrast, the Ethereum community is still led by 28-year-old founder Vitalik Buterin, who has shepherded the network through a series of significant upgrades.

สรุป

ทั้งหมดคือประเด็นเรื่อง Proof of Stake ของ Ethereum เท่าที่อ่านมา ส่วนความเห็นส่วนตัวของผมคือ