บทนำ

บางครั้งคุณอาจสังเกตเห็นว่าบล็อกบิตคอยน์ที่สร้างขึ้นใหม่มีเพียงธุรกรรมเดียว — ธุรกรรมคอยน์เบส (และไม่ใช่อัตราแลกเปลี่ยน) ซึ่งตอนนี้ธุรกรรมนี้ให้ผู้ขุดเหรียญรางวัลด้วยบิตคอยน์ 3.125
(รางวัลของนักขุดจะลดลงกับทุกครั้งที่เกิดเหตุการณ์ลดครึ่งบิตคอยน์)

แต่ทำไมบล็อกที่แบบนี้จึงปรากฏขึ้น? นี่เป็นรูปแบบหนึ่งของการโจมตีที่เกิดขึ้นกับเครือข่ายบิตคอยน์หรือไม่? นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่บล็อกเปล่าปรากฏขึ้นในเครือข่ายบิตคอยน์ (เช่น เมื่อความสูงของบล็อก 776,339 และ 857,116) แม้ว่าบล็อกนี้ถูกอัปโหลดสำเร็จลงบิตคอยน์บล็อกเชน แต่มันไม่รวมธุรกรรมของผู้ใช้

“บล็อคเปล่า” คืออะไรแท้จริง? มันเป็นข้อผิดพลาดในเครือข่ายบิตคอยน์หรือเป็นปรากฏการณ์ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้? ในบทความนี้ เราจะสำรวจสาเหตุของการเกิดบล็อคเปล่า ผลกระทบต่อเครือข่าย และกลยุทธ์ที่เป็นไปได้สำหรับการแก้ไข

ตัวอย่างของบล็อกเปล่า (ความสูง 857116)
(แหล่งที่มา: mempool)
หมายเหตุ: ตัวสำรวจบิตคอยน์ที่ใช้บ่อย: mempool.com, blockchain.com, blockchair.com, blockcypher.com

กระบวนการขุดเหมืองของตัวขุด

1. การส่งต่อและการตรวจสอบบล็อกใหม่:
   • เมื่อนักขุดหาบล็อกใหม่สำเร็จ จะถูกกระจายไปยังเครือข่ายทั้งหมดและกระจายไปยังพูลการขุดเหมืองทั้งหมด
   • นักขุดคนอื่น ๆ ต้องทำการยืนยันบล็อกใหม่ เช่น ตรวจสอบว่า Proof of Work ถูกต้องและการธุรกรรมภายในบล็อกสมบูรณ์
2. อัปเดต Mempool:
   • ผู้ขุดเหล่านั้นจะลบการทำธุรกรรมที่ได้รับการยืนยันออกจาก mempool โดยทิ้งไว้ให้เหลืออยู่เฉพาะที่ยังไม่ได้รับการยืนยัน
3. สร้างบล็อคผู้เสนอชื่อ:
   • นักขุดสร้างบล็อกตัวเลือกขึ้นอยู่กับการทำธุรกรรมที่ยังไม่ได้รับการยืนยันใน mempool โดยอ้างอิงไปยังแฮชของบล็อกก่อนหน้าและเพิ่มเข้าไปในการทำธุรกรรมที่เหลือ
   • บล็อกผู้สมัครต้องรวมธุรกรรมโคอินเบสเป็นแหล่งรางวัลสำหรับผู้ขุดเหมืองเมื่อขุดเหมืองสำเร็จ
4. สร้างหัวบล็อก:
   • นักขุดสร้างส่วนหัวบล็อกสำหรับบล็อกต้นแบบ ซึ่งประกอบด้วยแฮชบล็อกก่อนหน้าเวลาสถานที่เป้าหมายความยากลำบากและนอนซึ่งเป็นหมายเลขสุ่ม)
5. การคำนวณแฮช:
   • นักขุดใช้ทรัพยากรคำนวณมากมาย โดยอัปเดต nonce ในหัวบล็อกอย่างต่อเนื่องเพื่อคำนวณแฮช โดยมีเป้าหมายคือ ค้นหาแฮชที่เล็กกว่าเป้าหมายของเครือข่ายปัจจุบัน
6. ส่งออกบล็อกใหม่:
   • เมื่อพบแฮชที่ต้องการ นักขุดจะส่งออกบล็อกใหม่ไปยังเครือข่ายทันทีเพื่อให้โหนดอื่น ๆ ตรวจสอบ
7. รับรางวัล: รับรางวัล: รับรางวัล:
   • หากบล็อกใหม่ได้รับการยอมรับจากเครือข่าย ผู้ทำเหมืองจะได้รับเงินช่วงเบล็อก (รางวัลคอยน์เบส) และรายได้จากราคาธุรกรรมภายในบล็อก

ในบางสถานการณ์ เพื่อลดผลกระทบจากความหน่วงเครือข่าย นักขุดอาจสร้างบล็อกสมัครเลือกเปล่าที่มีเฉพาะธุรกรรมคอยน์เบส บล็อกเปล่านี้ล็อครางวัลไว้แต่ไม่สามารถประมวลผลธุรกรรมอื่น ๆ ได้ (ส่วนถัดไปจะอธิบายรายละเอียดของบล็อกเปล่าในเนื้อหา)

การสร้างบล็อคเปล่า

คอนเซปต์ของบล็อคเปล่า

ในบล็อกเชื่อมโยงของบิตคอยน์, ทุกบล็อกมักจะประกอบด้วยธุรกรรมหลายรายการ ซึ่งไม่เพียงเพิ่มความคุ้มค่าให้กับเครือข่ายเท่านั้น แต่ยังสนับสนุนความสามารถในการประมวลผลการชำระเงินของบิตคอยน์ด้วย อย่างไรก็ตาม บล็อกเปล่า (ที่เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า “บล็อกที่มีธุรกรรมเดียว”) ประกอบด้วยเฉพาะรางวัลของเหรียญของนักขุดเท่านั้น และไม่มีธุรกรรมอื่น ๆ เพิ่มเติมที่ทำให้ได้รายได้จากค่าธุรกรรมเพิ่มเติม

เพื่อกระตุ้นให้นักขุดขุดบล็อกอย่างรวดเร็วพูลการขุดจะให้เทมเพลตบล็อกว่างแก่นักขุดทันทีเมื่อมีบล็อกใหม่ (เพื่อลดเวลาที่ต้องใช้ในการขุดบล็อกถัดไปและเพิ่มประสิทธิภาพแฮชฮาร์ดแวร์สูงสุด) สิ่งนี้ช่วยให้นักขุดสามารถเริ่มรอบการขุดครั้งต่อไปได้อย่างรวดเร็วก่อนที่จะได้รับข้อมูลธุรกรรมใหม่ ในช่วงระยะเวลาการเปลี่ยนผ่านระหว่างพูลที่ให้เทมเพลตบล็อกและการเขียนธุรกรรม (โดยปกติเพียงหนึ่งถึงสองวินาที) นักขุดอาจ "โชคดี" และใช้เทมเพลตว่างเพื่อขุดบล็อกใหม่ได้สําเร็จ

สำคัญที่จะทำความเข้าใจว่าบล็อคเปล่าไม่เป็นอันตรายต่อเครือข่ายบิตคอยน์ แม้ว่าจะไม่มีธุรกรรมของผู้ใช้ในบล็อค การรางวัลของ coinbase ก็ยังถูกสร้างขึ้น ซึ่งสร้างสติ๊กให้นักขุดมีส่วนร่วมในการขุดและให้การรับรองว่าการจัดหาบิตคอยน์จะเข้าใกล้กับขีดจำกัดสูงสุดของ 21 ล้านเหรียญของบิตคอยน์

ข้อมูลในบล็อคเปล่า

แม้ว่าบล็อคเปล่าจะไม่มีธุรกรรมของผู้ใช้ แต่ก็ยังบันทึกข้อมูลบางส่วน:

1. หัวบล็อก：
   • ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับบล็อก เช่น หมายเลขเวอร์ชัน แฮชของบล็อกก่อนหน้า และแสตมป์เวลา
2. ธุรกรรมคอยน์เบส:
   • ธุรกรรมเดียวที่รวมอยู่ ธุรกรรมรางวัลของนักขุด
   • ธุรกรรมนี้จัดสรรรางวัลให้กับนักขุดเพื่อขุดบล็อก
3. ราก Merkle:
   • แม้ว่าจะไม่มีธุรกรรมอื่น ๆ ในบล็อก การทำธุรกรรมของคอยน์เบสยังคงสร้างรากเมอร์เกิลเพื่อพิสูจน์ความสมบูรณ์ของข้อมูลธุรกรรม
4. ขนาดบล็อกและน้ำหนัก:
   • แม้ว่าขนาดข้อมูลของบล็อคเปล่าจะเล็ก แต่ขนาดยังถูกบันทึก
5. ที่อยู่ของผู้ทำเหมือง (หากมีเครื่องหมาย) :
   • บางคนขุดเหมืองฝังข้อมูลการระบุตัวตนของพวกเขาในธุรกรรมเหรียญเบส เช่นชื่อหรือที่อยู่ของพูลขุดเหมือง
6. ความสูงของบล็อก:
   • ตำแหน่งของบล็อกในบล็อกเชน (เช่น บล็อก 871,732)
7. ค่านอนซ์:
   • ตัวเลขสุ่มที่พบโดยนักขุด ที่ใช้ในการแก้ปัญหาคณิตศาสตร์ของพิสูจน์งาน

ตัวอย่างของบล็อคเปล่า (ความสูง 871732)
(Source: btc.tokenview.io)

ทำไมนักขุดสร้างบล็อคเปล่า

เมื่อนักขุดได้รับต้นแบบบล็อกว่างจากพูลขุดเหมืองเพียงเดียวหลังจากบล็อกก่อนหน้านี้ถูกสร้าง (โดย通常ในเวลาไม่กี่วินาที) นักขุดจะเผชิญกับสองทางเลือก: หรือทำการสร้างบล็อกว่างทันทีเพื่อป้องกันการเบิกเงินรางวัลบล็อกที่ได้รับการรับรอง (เช่น 3.125 บิตคอยน์) หรือใช้เวลาในการเรียงลำดับธุรกรรมเพื่อเพิ่มรายได้จากค่าธรรมเนียมการทำธุรกรรม แต่อาจเสี่ยงที่จะมีนักขุดคนอื่นทำการขุดบล็อกก่อนที่เขาจะเสร็จ

นี่คือการพิจารณาของผู้ขุดแร่เกี่ยวกับ 'ต้นทุนโอกาส' หากผู้ขุดใช้เวลามากเกินไปในการประมวลผลธุรกรรมและผู้ขุดอื่นทำการสร้างบล็อกก่อน พวกเขาไม่เพียงแต่สูญเสียค่าธรรมเนียมการทำธุรกรรมแต่ยังสละสิทธิในการรับเงินชดเชยจากบล็อกพื้นฐาน ในทางตรงกันข้าม หากผู้ขุดสร้างบล็อกเปล่า แม้ว่าพวกเขาจะสละรายได้จากค่าธรรมเนียมการทำธุรกรรมเพิ่มเติม แต่พวกเขาสามารถรักษาสิทธิในการรับเงินชดเชยได้อย่างน่าเชื่อถือ

เมื่อกล่าวถึงในย่อหน้าก่อนหน้านี้ บล็อกเปล่าไม่เป็นอันตรายต่อเครือข่ายบิตคอยน์ บางคนเชื่อว่าบล็อกเปล่าเหมือน 'สแปม' และรบกวนเครือข่าย แต่มุมมองนี้ไม่สมบูรณ์อย่างสมบูรณ์ ในขณะที่บล็อกเปล่าไม่ดำเนินการทำธุรกรรมที่รอดำเนินการ แต่ไม่ก่อให้เกิดความสับสน ในทางกลับกัน บล็อกเหล่านี้ยังผ่านการสมัครบัญชีเครือข่ายของงานพิสูจน์และเพิ่มความยากลำบากสำหรับบล็อกถัดไปเพื่อให้มีความปลอดภัยสูงขึ้นสำหรับบล็อกก่อนหน้าทั้งหมดและรักษาความสมบูรณ์ของเครือข่าย

หมายเหตุ: ในขณะที่บล็อคเปล่าไม่เป็นอันตรายต่อเครือข่าย การมีบล็อคเปล่าบ่อยมากอาจแสดงให้เห็นว่าเครือข่ายไม่ได้ใช้ศักยภาพอย่างเต็มที่

ผลกระทบของบล็อคเปล่า

ผลกระทบที่เป็นบวก

เพิ่มความมั่นคงของเครือข่าย:

• แม้ว่าบล็อกเปล่าจะไม่มีธุรกรรมของผู้ใช้ แต่ยังคงทำการ Proof of Work เสร็จสิ้น โดยที่เพิ่มความยากลำบากในการคำนวณบล็อกถัดไป
• ทุกบล็อคที่สร้างขึ้นเปล่า ๆ จะเสร็จสิ้นการทำงานเพื่อเสริมความปลอดภัยของบล็อกก่อนหน้าทั้งหมด ซึ่งเพิ่มความสามารถของเครือข่ายในการต้านการโจมตีด้วยการใช้เงินสองครั้ง

คงที่รายได้ของนักขุด:

• แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทำธุรกรรม ผู้ขุดเหมืองก็ยังสามารถรับการสนับสนุนบล็อกที่เสถียรได้ ซึ่งจะทำให้ผู้ขุดเหมืองมีแรงจูงใจในการทำส่วนร่วมกับเครือข่าย

เพิ่มประสิทธิภาพในการทำเหมือง:

• โดยการ提供แม่เหล็ก with บล็อค template immediately หลังจากที่บล็อกใหม่ถูกระบุ, mining pools สามารถลดเวลาที่ต้องใช้ในการขุดบล็อกถัดไป

รักษาความต่อเนื่องของบล็อกเชน:

• แม้จะไม่มีข้อมูลการทำธุรกรรม บล็อคเปล่ายังรักษา "ความต่อเนื่อง" ของบล็อกเชน โดยป้องกันการขัดข้องของเครือข่าย

ผลกระทบทางลบ

ประสิทธิภาพการประมวลผลธุรกรรมลดลง:

• บล็อคเปล่าไม่มีข้อมูลธุรกรรมซึ่งหมายความว่าพวกเขาไม่สามารถประมวลผลธุรกรรมที่รอดำเนินการซึ่งทำให้เกิดคอยใน mempool
• ระหว่างช่วงเวลาการทำธุรกรรมสูงสุด บล็อคเปล่าอาจทำให้ปัญหาแม้เพิ่มเติมในเรื่องการแออัดของเครือข่าย ทำให้กระทำการทำธุรกรรมทั้งหมดเสียหายไป

ประสิทธิภาพบล็อกเชิงล่างต่ำ:

• ธุรกรรมต่อวินาที (TPS) ลดลงเนื่องจากบล็อกว่างลดศักยภาพของ Bitcoin ในฐานะระบบการชําระเงิน

ปัญหาประสบการณ์ของผู้ใช้และความน่าเชื่อถือ:

• เหมือนกล่าวไว้ บล็อกเปล่าอาจเพิ่มเวลารอธุรกรรม สร้างความไม่สะดวกสำหรับผู้ใช้
• ความขัดแย้งระหว่างความคาดหวังของผู้ใช้และพฤติกรรมการกำไรสูงสุดของนักขุดอาจทำให้ความเชื่อมั่นในเครือข่ายลดลงได้ (นักขุดสามารถ 'เลือก' ใช้วิธีนี้เพื่อเพิ่มรายได้ แต่การกระทำเช่นนี้อาจมองข้ามความต้องการในประสิทธิภาพของเครือข่ายโดยรวม ทำให้เสียงวิจารณ์เกี่ยวกับพฤติกรรมที่ให้กำไรมากขึ้นได้กลายเป็นความเชื่อมั่น)

ปัญหาการบริโภคพลังงานและประสิทธิภาพทรัพยากร:

• พลังงานที่ใช้โดยบล็อกเปล่าเกือบเท่ากับบล็อกที่มีธุรกรรมเต็ม ทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน

กลยุทธ์ในการลดบล็อกว่าง

การลดบล็อกเปล่าสามารถพูดคุยได้จากมุมมองทั้งเทคนิคและโปรโตคอล

วิธีการเทคนิคในการลดบล็อคเปล่า

1. ใช้ Compact Block Protocol: สิ่งนี้จะช่วยลดปริมาณข้อมูลที่ส่งระหว่างการเผยแพร่บล็อกทําให้นักขุดสามารถรับข้อมูลธุรกรรมที่สมบูรณ์ได้เร็วขึ้น (สําหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดูที่: A. Kim, J. Kim, M. Essaid, S. Park and H. Ju, "Analysis of Compact Block Propagation Delay in Bitcoin Network," 2021 22nd Asia-Pacific Network Operations and Management Symposium (APNOMS), Tainan, Taiwan, 2021, pp. 313-318, doi: 10.23919/APNOMS52696.2021.9562656.)
2. นำเอาโปรโตคอล Erlay: นี้เพิ่มประสิทธิภาพในการส่งต่อธุรกรรมและลดระยะเวลาที่ใช้ในการประกาศธุรกรรมจาก mempool ไปยังผู้ขุด
3. พัฒนาอัลกอริทึมการคำนวณเมอร์เคิลทรีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น: โดยลดเวลาที่ใช้ในการประมวลผลธุรกรรมหรือทำให้นักขุดสามารถสร้างเมอร์เคิลทรีที่มีธุรกรรมอยู่ภายในอย่างรวดเร็วเมื่อขุดบล็อกใหม่ นักขุดสามารถหลีกเลี่ยงการใช้เทมเพลตเปล่า ๆ และประมวลผลธุรกรรมได้มากขึ้น

การปรับปรุงระดับโปรโตคอล

1. ต้องการให้ทุกบล็อกมีจำนวนหรือค่าธรรมเนียมการทำธุรกรรมรวมทั้งหมด มิฉะนั้นผู้ขุดเหรียญจะไม่ได้รับส่วนลดบล็อกทั้งหมด
2. เพิ่มส่วนแบ่งค่าธรรมเนียมธุรกรรมในรางวัลรวม โดยให้ผู้ขุดเหรียญได้รับเป็นแรงจูงใจในการประมวลธุรกรรมมากขึ้น แทนที่จะขุดบล็อคเปล่าๆ

บทสรุป

การสร้างบล็อกเปล่าส่วนใหญ่ขับเคลื่อนโดยนักขุดที่แสวงหาประสิทธิภาพและผลกําไรที่มั่นคง หลังจากการระบุบล็อกพูลการขุดจะให้เทมเพลตบล็อกเปล่าแก่นักขุดทันทีก่อนที่ข้อมูลธุรกรรมจะแพร่กระจายไปยังนักขุดอย่างสมบูรณ์ การสร้างบล็อกที่ว่างเปล่าไม่ใช่ความล้มเหลวของเครือข่ายหรือกิจกรรมที่เป็นอันตราย แต่เป็นทางเลือกของนักขุดหลังจากพิจารณาค่าเสียโอกาส

อย่างไรก็ตามบล็อกที่ว่างเปล่ายังก่อให้เกิดความท้าทายบางอย่างต่อเครือข่าย Bitcoin รวมถึงประสิทธิภาพการประมวลผลธุรกรรมที่ลดลงธุรกรรมต่อวินาที (TPS) ที่ลดลงและการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้สามารถนําไปสู่เวลารอของผู้ใช้นานขึ้น เพื่อลดผลกระทบด้านลบของบล็อกว่างสามารถใช้โซลูชันทางเทคนิคเช่นโปรโตคอล Compact Block และ Erlay เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเผยแพร่ธุรกรรมในขณะที่ในระดับโปรโตคอลการกําหนดข้อกําหนดการทําธุรกรรมขั้นต่ําหรือการปรับอัตราส่วนค่าธรรมเนียมการทําธุรกรรมสามารถจูงใจให้นักขุดจัดลําดับความสําคัญของธุรกรรมการประมวลผล การมีอยู่ของบล็อกว่างไม่ใช่ข้อบกพร่องในการออกแบบเครือข่าย แต่เป็นส่วนหนึ่งของความสมดุลแบบไดนามิก ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่องประสิทธิภาพและความเสถียรของเครือข่าย Bitcoin ยังคงมีที่ว่างสําหรับการปรับปรุงเพิ่มเติม