เมื่อปีที่แล้วผมเขียนบทความเรื่อง BitCoin ไปแล้วครั้งหนึ่งอธิบายถึงกระบวนการทำงานภายใน ช่วงนี้มีข่าว BitCoin กลับขึ้นมาอีกครั้งและคนจำนวนมากน่าจะสนใจกันมากขึ้นว่าตกลงแล้ว BitCoin มันคืออะไรกัน ผมกลับไปอ่านบทความเดิมแล้วคิดว่าน่าจะปรับปรุงให้อ่านง่ายขึ้นได้ เลยถือโอกาสกลับมาเขียนกันใหม่อีกรอบ

คำเตือน: บทความนี้ยังคงเป็นบทความเชิงเทคนิค จะมีการอ้างถึงกระบวนการเข้ารหัสหลายๆ จุด หากไม่เข้าใจกระบวนการเข้ารหัสพื้นฐานแนะนำให้อ่านบทความ กระบวนการแฮช, การสุ่มเลขในการเข้ารหัส, และการเข้ารหัสแบบกุญแจไม่สมมาตรแล้วกลับมาอ่านอีกครั้ง

เงินดิจิตอลไม่ใช่เรื่องแปลก

ทุกวันนี้เราใช้เงินผ่านกระบวนการทางดิจิตอลเป็นเรื่องปกติ ตั้งแต่บัญชีธนาคาร, การโอนเงินออนไลน์, ระบบบัตรเดบิต, บัตรเครดิต ที่เราใช้ทุกวันนี้ล้วนยืนยันจำนวนเงินด้วยไฟล์ฐานข้อมูลของระบบธนาคารทั้งสิ้น ธนาคารไม่ได้เก็บเงินเป็นธนบัตรไว้ในตู้เซฟตามจำนวนเงินฝากที่มีอยู่จริง ในกรณีของประเทศไทย ข้อมูลธนาคารแห่งประเทศไทยระบุว่า เงินสดในประเทศไทยมีอยู่ประมาณ 1.5 ล้านล้านบาท ขณะที่เงินฝากนั้นมีปริมาณถึง 13 ล้านล้านบาท เงินจำนวนมากเป็นเพียงตัวเลขยืนยันว่าเราเป็นเจ้าของ

แต่ธนาคารมีหน้าที่สำคัญคือการเก็บสถานะความเป็นเจ้าของเงินของแต่ละคนไว้ให้ครบถ้วน เมื่อเราถอนหรือโอนเงินออกจากบัญชี ธนาคารต้องตรวจสอบอย่างละเอียดว่าเรามีเงินอยู่ในบัญชีจริงหรือไม่ และเราไม่ได้ถอนเกินกว่าที่เรามี เมื่อเราสั่งจ่ายทางออนไลน์หรือใช้บัตรเดบิต ร้านค้าสามารถตรวจสอบกลับไปยังธนาคารได้ว่าเราจ่ายเงินตามที่เรามีอยู่จริงหรือไม่ และร้านค้าจะยืนยันได้เมื่อเห็นตัวเลขเงินเข้ามายังบัญชีของร้านค้าว่ามีเงินเข้ามาแล้วจริงๆ

หน้าที่หลักของธนาคารคือการเก็บรักษาข้อมูลความเป็นเจ้าของของเงินในแต่ละบัญชี และเก็บล็อกของการโอนเงินเข้าออกบัญชีแต่ละบัญชีว่าโอนออกไปยังบัญชีใด (หรือถอนเป็นเงินสด) เมื่อไหร่ จำนวนเท่าใด

BitCoin คือเรื่องของ Peer-to-Peer

แม้ธนาคารจะทำหน้าที่ได้ดีเป็นส่วนใหญ่ แต่มีหลายกรณีที่ธนาคารทำหน้าที่ได้ไม่ดีนัก ประเทศที่ขาดเสถียรภาพอาจจะมีธนาคารทำออกนโยบายแปลกๆ เช่น การยึดเงินในบัญชี, การอายัดบัญชีที่รัฐบาลพอใจ, ตลอดจนการปล่อยเงินออกมาในระบบมากขึ้นทำให้เงินเฟ้อ, ธนาคารเองบางครั้งก็ยกเลิกการโอนได้

นักวิจัยนิรนามที่ใช้ชื่อ Satoshi Nakamoto ประกาศว่าเขากำลังออกแบบระบบเงินที่ไร้ศูนย์กลาง (decentralized) อย่างสมบูรณ์ และเปิดเผยการออกแบบทั้งหมดออกมาในปี 2009 ในชื่อ BitCoin

การออกแบบทำให้ BitCoin มีคุณสมบัติพอที่จะทำหน้าที่แทนธนาคาร ได้แก่

1. สามารถเปิดบัญชีใหม่ได้ ทุกคนในระบบ BitCoin สามารถเปิดบัญชีใหม่ได้ด้วยตนเอง เป็นการสร้างกุญแจสาธารณะและกุญแจส่วนตัว กุญแจสาธารณะกลายเป็นหมายเลขบัญชีของแต่ละคน กุญแจส่วนตัวนี้สามารถใช้ยืนยันข้อความอะไรก็ได้ว่าเจ้าของบัญชีเป็นผู้ส่งความจริง
2. ตรวจสอบจำนวนเงินของทุกบัญชีได้ เมื่อได้รับหมายเลขบัญชีมา เราสามารถเข้าดูฐานข้อมูลได้ทันทีว่ามีเงินในบัญชีนั้นๆ เท่าใด พอที่จะจ่ายค่าบริการหรือสินค้าให้กับเราหรือไม่
3. บันทึกการโอน ทุกครั้งที่มีการโอน ข้อมูลการโอนจะถูกกระจายไปทั่วเครือข่ายให้ทุกคนรับรู้ร่วมกัน

ฐานข้อมูลแบบไร้ศูนย์กลาง

กระบวนการเก็บข้อมูลแบบไร้ศูนย์กลางนั้นแนวคิดง่ายๆ คือ การให้ทุกคนเก็บข้อมูลไว้ในเครื่องของตัวเองทุกคน (ทำไมเราคิดไม่ได้!!!) และรับข้อมูลใหม่เข้ามาอัพเดตตลอดเวลา

ปัญหาสำคัญคือเมื่อมีคนสั่งจ่ายเงินครั้งหนึ่งในระบบไร้ศูนย์กลาง กระบวนการกระจายข้อมูลการสั่งจ่ายนั้นอาจจะใช้เวลานับสิบนาที ความล่าช้าเช่นนี้อาจจะทำให้คนจ่ายเงินที่ประสงค์ร้ายสั่งจ่ายเงินหลายครั้งในระหว่างที่ฐา่นข้อมูลของแต่ละคนยังอัพเดตไม่สำเร็จ ความผิดพลาดนี้เรียกว่า double-spending หรือการจ่ายเงินซ้ำซ้อน

ในระบบไร้ศูนย์กลางเราไม่สามารถเชื่อใจคนใดคนหนึ่งในระบบว่าจะมีข้อมูลล่าสุดเสมอ ทุกคนอาจจะอ้างว่าตัวเองมีข้อมูลที่ใหม่กว่าคนอื่นได้ตลอดเวลาเพราะไม่มีศูนย์กลางคอยควบคุม

ดังนั้นจึงต้องมีกระบวนการยืนยันว่าสถานะล่าสุดของฐานข้อมูลที่ทุกคนเห็นนั้นเป็นอย่างไร กระบวนการยืนยันสถานะนี้ต้องแน่ใจว่าทุกคนจะยอมรับร่วมกันเป็นชุดเดียว

Block สิทธิแห่งการประกาศสถานะฐานข้อมูล

กระบวนการ BitCoin ออกแบบให้ทุกคนในเครือข่ายสามารถรู้ได้ว่าสถานะล่าสุดของฐานข้อมูลเป็นอย่างไร โดยเปิดให้ทุกคนช่วยกัน "ยืนยัน" ความเปลี่ยนแปลงล่าสุดของฐานข้อมูล

ผู้ต้องการช่วยยืนยันสถานะล่าสุดของฐานข้อมูลจะต้องรวบรวมคำสั่งโอนเงินที่กระจายอยู่ในเครือข่ายและยังไม่ได้รับการยืนยันลงฐานข้อมูล จากนั้นรวบเข้าด้วยกันเป็นไฟล์ที่เรียกว่าบล็อค (block) ตัวบล็อคจะประกอบด้วยรายการการโอนเงินในระบบจำนวนมาก พร้อมกับข้อมูลอื่นๆ เช่น เวลาที่รวบรวมข้อมูล, ค่าแฮชของค่าแฮชแต่ละรายการโอนในบล็อค, และเวอร์ชั่นล่าสุดของฐานข้อมูลก่อนที่จะประกาศบล็อคนี้

ระบบของ BitCoin ถูกออกแบบกฎให้การประกาศบล็อคใหม่ซึ่งจะอัพเดตฐานข้อมูลของทุกคนในระบบเป็นเรื่องยาก และใช้เวลานานประมาณ 10 นาทีแม้จะใช้เครื่องที่แรงที่สุดก็ตามที

ระบบที่ Satoshi ออกแบบไว้นั้นคือมีข้อมูลฟิลด์หนึ่งในบล็อคเป็นค่า nonce ที่สามารถเปลี่ยนเป็นค่าอะไรก็ได้ แต่ต้องทำให้ค่าแฮชของส่วนหัวของบล็อค (block header) มีค่าน้อยกว่าค่าหนึ่ง

ค่าที่กำหนดว่าค่าแฮชสุดท้ายต้องน้อยกว่าเท่าใดนั้น ระบุอยู่ใน ฟิลด์ difficulty ที่คำนวณใหม่ทุกๆ 1000 บล็อค โดยจะดูจากระยะเวลาคำนวณ 1000 บล็อคที่ผ่านมาแล้วคำนวณค่าใหม่ เนื่องจากทุกคนมีฐานข้อมูลเหมือนกัน หากทุกคนใช้สมการเดียวกันก็จะสามารถคำนวณค่าได้เท่ากัน หากมีคนที่ประกาศอัพเดตฐานข้อมูลโดยคำประกาศไม่ผ่านเงื่อนไขของ difficulty ก็จะไม่มีใครยอมรับการประกาศนั้น

กระบวนการแฮชที่มีความปลอดภัยสูงเช่น SHA-256 นั้นเราไม่สามารถ "ออกแบบ" ข้อมูลให้ได้ค่าแฮชตรงหรือใกล้เคียงกับค่าที่เราต้องการได้ สื่งที่เราทำได้คือการค่อยๆ ปรับข้อมูลไปทีละนิดแล้วลองแฮช ในกรณีของ BitCoin เราจะต้องปรับค่า nonce ไปเรื่อยๆ เพื่อให้ได้ค่าแฮชของบล็อคตามที่กำหนดไว้

ยกตัวอย่างค่าแฮชของบล็อค 249675 นั้นมีค่า "000000000000002db552292eda7fd1772c058543da1a0bb41af06abd1c8edfeb" การจะหาข้อมูลให้ได้ค่าแฮชที่มีศูนย์นำหน้าขนาดนี้นับเป็นเรื่องยากมาก ทุกคนอาจลอง sha1sum ข้อมูลมั่วๆ ในเครื่องตัวเองให้ได้ศูนย์นำหน้าสักสิบหลักดูได้

เนื่องจากกระบวนการปรับค่า nonce และการคำนวณแฮชนั้นใช้เวลานาน การแข่งประกาศเวอร์ชั่นใหม่ของฐานข้อมูลจึงทำได้ยาก ไม่ใช่ว่าใครจะสามารถประกาศบล็อคใหม่ได้

ในกรณีที่มีการประกาศบล็อคใหม่ขึ้นมาสองบล็อคพร้อมกันแต่เป็นเลขเวอร์ชั่นเดียวกัน ทุกคนจะรอว่าบล็อคต่อไปที่ประกาศได้ก่อนจะเลือก "ต่อ" จากบล็อคใด หากมีการต่อเส้นทางที่ยาวกว่าก็จะถือว่าเส้นทางนั้นเป็นเส้นทางที่ถูกต้อง

ฐานข้อมูลใน BitCoin จึงใช้เวลานานในการอัพเดต และแม้จะมีการประกาศอัพเดตแล้วบางครั้งก็มีการยกเลิกกลับได้ชั่วคราว กระบวนการจ่ายเงินจึงต้องรอว่าฐานข้อมูลของทุกคนอัพเดตตรงกันแล้วจริงหรือไม่ โดยทั่วไปแล้วหากมีการคำนวณบล็อคต่อกันไปแล้วประมาณ 6 บล็อคก็จะถือว่าทุกคนในเครือข่ายยอมรับตรงกัน

ขุดเหมือง เพื่อยืนยันรายการ

คำถามสำคัญคือ แล้วทำไมผู้คนจะต้องมาพยายามคำนวณค่าแฮชนับล้านๆ ครั้งเพื่อให้ได้ค่ายืนยันบล็อค

ระบบของ BitCoin มีการให้ผลตอบแทนกับผู้คำนวณค่าแฮชนี้ได้สองรูปแบบ

1. ผู้ที่ยืนยันจะสามารถสร้างรายการ "มอบเงินให้ตัวเอง" ได้ตามจำนวนที่กำหนดไว้ โดยช่วงแรกจะกำหนดไว้ 50BTC และลดลงเรื่อยๆ ตามจำนวนบล็อคที่มากขึ้น
2. ผู้ที่โอนเงินออกจากบัญชี สามารถใส่ "ค่าธรรมเนียม" เอาไว้ในประกาศของตนเอง ระบุว่าใครก็ตามที่คำนวณบล็อคใหม่สำเร็จ โดยรวมเอารายการโอนนี้ไว้ในบล็อคด้วย จะสามารถโอนค่าธรรมเนียมส่วนนี้เข้าตัวเองได้

กระบวนการนี้ทำให้คนจำนวนหนึ่งที่ต้องการ ค่าธรรมเนียมและเงินที่สามารถโอนให้ตัวเองได้ พากันลงทุนสร้างเครื่องพิเศษแบบต่างๆ เพื่อนำมาคำนวณค่าแฮชเป็นการใหญ่กระบวนการนี้เรียกว่าการ "ขุดเหมือง" (mining)

ในช่วงหลักกระบวนการคำนวณแฮชเหล่านี้ใช้พลังประมวลผลสูงมาก จากการที่ BitCoin เริ่มได้รับการยอมรับในตลาดมากขึ้นเรื่อยๆ มีคนลงทุนเป็นจำนวนมาก แต่ก็ยังไม่สามารถคำนวณบล็อคก่อนคนอื่นๆ ได้ ซึ่งทำให้ความพยายามคำนวณแข่งนั้นสูญเปล่าไป คนเหล่านี้จึงรวมตัวกันแล้วแบ่งงานกันทำกลายเป็นคลัสเตอร์ประมวลผลขนาดใหญ่ที่มีพลังประมวลผลสูง เรียกว่า mining pool ทุกวันนี้การคำนวณบล็อคใหม่ 75% มาจากการรวมกลุ่มเหล่านี้

การรวมกลุ่มเช่นนี้มีข้อดี คือ หากผู้ที่มีพลังประมวลผลไม่สูงนัก สามารถเข้าร่วมกับกลุ่มใดกลุ่มหนึ่ง แล้วคำนวณตามงานที่ได้รับมอบหมาย หากในกลุ่มมีคนใดคนหนึ่งคำนวณสำเร็จก็ได้จะ BitCoin เข้าบัญชีผู้ดูแลกลุ่ม ผู้ดูแลมักจะแบ่งเงินให้ทุกคนในกลุ่มตามสัดส่วนพลังประมวลผล ก็จะได้เงินเป็นส่วนเล็กๆ ของตัวเองได้ ตัวอย่างเช่น BitCoin.cz จะแบ่ง BitCoin ทั้งหมดที่ได้รับให้กับสมาชิกที่ช่วยคำนวณโดยคิดค่าจัดการ 2%

กระบวนการขุดเหมืองนี้นอกจากจะสร้างแรงจูงใจให้กับผู้ที่เข้ามาคำนวณบล็อคแล้ว ยังช่วยเพิ่มปริมาณเงินในระบบขึ้นไปเรื่อยๆ ได้ด้วย แต่ระบบ BitCoin นั้นระบุกฎไว้ให้เงินที่เกิดใหม่นี้ค่อยๆ ลดลงเรื่อยๆ จนหยุดไปในที่สุด และเงิน BitCoin ทั้งโลกจะมีปริมาณจำกัด

ความปลอดภัย

แม้จะออกแบบจากฐานของระบบการเข้ารหัสที่ซับซ้อน แต่ BitCoin ก็ยังถูกโจมตีได้ในหลายรูปแบบ รูปแบบหนึ่งที่เคยเกิดขึ้นมาแล้วคือหากมี BitCoin รวมกันที่บัญชีใดมากๆ แล้วเกิดบัญชีนั้นๆ เก็บรักษาไม่ดี เช่น มีการฝาก BitCoin ไว้กับบริษัทรับฝากซึ่งรวมเข้าไว้เป็นบัญชีเดียว แต่ปรากฎว่าฐานข้อมูลของบริษัทนั้นถูกแฮ็ก ก็ทำให้เสียเงินไปได้

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือซอฟต์แวร์ BitCoin สร้างจากแนวคิดว่าทุกคนต้องอยู่บนกฎที่ตรงกันเสมอ หากมีซอฟต์แวร์ที่ใช้กฎไม่ตรงกันก็ทำให้เกิดฐานข้อมูลหลายเวอร์ชั่นพร้อมกัน ซึ่งผิดจากความพยายามออกแบบตั้งแต่ต้นไป ประเด็นนี้เคยเกิดขึ้นเมื่อ BitCoin อัพเดตซอฟต์แวร์เป็นเวอร์ชั่น 0.8 แล้วมีบั๊ก

อีกประการหนึ่ง คือ โดยการออกแบบเอง จะยกอำนาจให้กับผู้ที่คำนวณบล็อคใหม่ได้ สามารถเลือกบันทึกรายการใดหรือไม่บันทึกก็ไ้ด หากมีคนที่มีพลังประมวลผลสูงมากๆ จนคนอื่นในโลกไม่สามารถแข่งขันได้ คนนั้นจะเข้าควบคุมระบบ BitCoin สามารถเลือกแบนบัญชีบางบัญชีไม่ยอมโอนเงินให้ หรือย้อนกลับฐานข้อมูลเพื่อจ่ายเงินซ้ำอีกครั้งได้

การใช้งานจริง

ในโลกความเป็นจริงเราไม่ต้องไป "ขุดเหมือง" เพื่อให้ได้เงินมา มีบริการรับแลกเงินจำนวนมากเปิดให้เราจ่ายเงินเป็นเงินสกุลปกติในโลกเพื่อแลกกับ BitCoin เช่น กรณีของบริษัท bitcoin.co.th ที่ต้องหยุดกิจการไปเพราะธนาคารแห่งประเทศไทยระบุว่าผิดกฎหมาย หรือบริษัทรับแลกเงินที่ดังมากๆ เช่น Mt. Gox บริษัทเหล่านี้มีจำนวนมากในโลก กระบวนการทำกำไรนั้นต่างกันไป บางบริษัททำหน้าที่เป็นเพียงนายหน้าให้คนทั่วไปเข้ามาส่งคำสั่งซื้อขายและเก็บค่าธรรมเนียมในฐานะตัวกลางเช่นเดียวกับตลาดหุ้น ทำให้ได้กำไรเสมอไม่ว่าจะมีคนซื้อหรือมีคนขาย

ตัวอย่าง Camp BX แพลตฟอร์มแลกเงินแห่งหนึ่งเปิดให้ดูตารางคำเสนอซื้อขายได้ทั้งตาราง โดยราคาซื้อที่แพงที่สุดจะอยู่บนสุด และราคาเสนอขายที่ถูกที่สุดก็จะอยู่บนสุดเช่นกัน

เมื่อได้เงินมาแล้วมีบริการจำนวนหนึ่งรับค่าสินค้าและบริการเป็นเงิน BitCoin (ดูรายการใน BitCoin Wiki) โดยส่วนมากจะเป็นบริการทางเว็บเช่น บริการ VPN, บริการเว็บโฮสติงค์

คำถามเจอบ่อย

ควรลงทุนขุด BitCoin ไหม

ความคุ้มค่าคงไม่มีใครตอบได้ แต่ทุกวันนี้คนที่จะคำนวณบล็อคได้ชนะ จะต้องมีพลังประมวลผลประมาณ 300 TH/s (สามร้อยล้านล้านแฮชต่อวินาที) เครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีพลังประมวลผลขนาดนี้มีราคาแพง และกินพลังงานสูงมาก คนที่ลงทุนได้ควรมีความสามารถในการออปติไมซ์ราคาและพลังงานเป็นอย่างดี รวมถึงอาจจะอยู่ในโซนที่มีค่าไฟถูกกว่าคนอื่นๆ เพื่อความได้เปรียบ

ซื้อเก็บไว้ลงทุนดีไหม

(ถ้าผมรู้ว่าซื้อแล้วรวยแน่ก็คงไม่บอกอยู่ดี) กิจกรรมทางการเงินเกี่ยวกับ BitCoin ส่วนใหญ่ผิดกฎหมายไทย แม้จะมีคำถามว่าการ "โอน" เงินใน BitCoin นี้ถือเป็นการส่ง BitCoin ออกนอกประเทศได้หรือไม่จากลักษณะการทำงานแบบ P2P แต่กระบวนการแปลงเป็นเงินสดอย่างถูกกฎหมายก็ทำไม่ได้ในตอนนี้จนกว่าจะมีกระบวนการแน่ชัด

ตอนนี้แค่ซื้อก็ผิดกฎหมายแล้ว ดังนั้นคงไม่มีใครแนะนำให้ลงทุน

มีเงินสกุลอื่นแบบเดียวกันอีกไหม

หลังจากที BitCoin ออกมาแล้ว มีกลุ่มคนที่อยาก "ปรับปรุง" BitCoin อีกจำนวนหนึ่ง ออกค่าเงินใหม่ออกมาโดยใช้การออกแบบ BitCoin เป็นฐาน เช่น LiteCoin, PPCoin โดยมีการปรับพารามิเตอร์และกระบวนการให้ต่างออกไปบ้าง

ถ้าซื้อขายไม่ได้ แล้วจะเขียนมาตั้งยาวให้อ่านทำไม

กระบวนการที่ Satoshi ออกแบบนับเป็นการออกแบบฐานข้อมูลแบบไร้ศูนย์กลางที่น่าสนใจ ทุกคนช่วยกันเก็บข้อมูลพร้อมกับช่วยกันยืนยันความ "ใหม่" ของข้อมูลตลอดเวลา แนวทางการออกแบบนี้เริ่มมีการนำไปใช้ในเทคโนโลยีอื่นๆ เช่น NameCoin ที่สร้างฐานข้อมูล DNS แบบไร้ศูนย์กลาง