Hydra ทางออกเรื่อง Scalability ของ Cardano

Alonzo ทำให้ Cardano มีความสามารถด้าน smart contract ด้าน DApps และการใช้งานด้านอื่นๆ Alonzo เป็นหลักหมุดสำคัญในการผจภัยของ Cardano ความสามารถในการเขียน script ระดับฐาน (base level scripting) ทำให้เราต่อยอดนวัตกรรมและพัฒนา network ไปอีกขั้น และยังเป็นการเริ่มต้นกระบวนการเปลี่ยนแปลง blockchain จากเรื่องของ transaction และ token ไปสู่ความคิดสร้างสรรค์ การรวมเข้ากับการเงิน และการพัฒนาแบบกระจายศูนย์

หนึ่งในการพัฒนาที่น่าตื่นเต้นที่สุดหลังจาก Alonzo คือ Hydra ซึ่งเป็นโซลูชันหลักสำหรับเลเยอร์ 2 (layer 2 solution) จะเป็นการพัฒนาความสามารถด้าน scalability ของ Cardano ไปอีกขั้น โดยเป็นเลเยอร์โปรโตคอลใหม่บนบล็อกเชนเลเยอร์ 1 ที่มีอยู่

ในเครือข่ายบล็อกเชน กลไกการลงฉันทามติ (consensus algorithm) สร้างสภาวะความมั่นคงปลอดภัยและการไม่ไว้วางใจ (secure and trustless) ด้วยการรับรองข้อตกลงประวัติการทำธุรกรรม (block confirmation)

Cardano ใช้ Ouroboros ซึ่งเป็นกลไกการลงฉันทามติแบบ proof-of-stake ที่มีประสิทธิภาพเพื่อการนี้โดยเฉพาะ แต่ Cardano ก็เหมือน permissionless blockchain อื่นๆ ที่ประสบกับความท้าทายเรื่องการขยายเพื่อรองรับปริมาณงาน (throughput) จากการใช้งานในโลกจริง ซึ่งก็คือระบบการจ่ายเงิน (payment) การยืนยันตัวตน (identification) เกม หรือบริการบนมือถือ ซึ่งต้องการการลงฉันทามติระดับภาพรวมในทุกธุรกรรม

ทุกธุรกรรมของ Cardano มีค่าธรรมเนียม (fee) คนที่รันเครือข่ายเช่น stake pool operator (SPO) ทั้งหลายต้องได้รับรางวัล (rewards) อย่างเหมาะสม ดังนั้นค่าธรรมเนียมต้องมากพอให้ SPO อยู่ได้อย่างยั่งยืน และผู้ใช้งานก็ต้องการจ่ายค่าธรรมเนียมในอัตราที่รับได้ ไม่แพงเกินไป นอกจากนี้บล็อกเชนต้องได้รับการป้องกันจากการโจมตีแบบ Denial-of-Service (DoS) ดังนั้นค่าธรรมเนียมต้องไม่ถูกจนเปิดความเสี่ยงต่อ DoS เกินควร คนที่จะทำ DoS จึงต้องจ่ายค่าธรรมเนียมแพงมากจนไม่คุ้มที่จะทำ เรื่องของ storage ก็ต้องคำนึงถึง เพราะธุรกรรมที่เกิดขึ้นตลอดเวลาทำให้ต้องใช้พื้นที่จัดเก็บมากขึ้นเรื่อยๆ และจะเกิดปัญหาในที่สุด ดังนั้นบล็อกเชนที่ประสบความสำเร็จที่สุด ตกเป็นเหยื่อความสำเร็จของตนเอง

Scaling Isomorphically (การขยายโดยมีสัญฐานเหมือนกัน)

เราจะทำสิ่งนี้ได้อย่างไร – โดยใช้วิธีการที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการประมวลผลธุรกรรมนอกเชนสำหรับผู้ใช้งาน (users’s off-chain transaction) ในขณะที่ใช้เชนหลักเพื่อความมั่นคงปลอดภัย (secure settlement layer) Hydra คงความมั่นคงปลอดภัยระดับเดียวกับเชนหลัก และยังคงทำงานควบคู่กับเชนหลักอย่างหลวมๆ Hydra ไม่ต้องการฉันทามติระดับภาพรวม (global concensus) ทำให้ปรับให้เข้ากับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น Hydra ยอมให้กำหนดค่าธรรมเนียมธุรกรรม (Tx Fee) และค่า UTXO ขั้นต่ำ อาจน้อยถึงระดับ 1-2 lovelace ซึ่งจำเป็นมากสำหรับการทำธุรกรรมขนาดเล็กมากๆ (microtransaction)

ที่สำคัญที่สุด Hydra นำเสนอแนวคิด isomorphic state channel (แปลไทยน่าจะประมาณว่า ช่องทางที่สถานะเหมือนกัน) โดยการนำ ledger แนวเดียวกันมาใช้กับ ledger ที่ให้ผลแนวเดียวกันมาใช้ซ้ำบน off-chain ข้างเคียง ซึ่งเรียกว่า Hydra Heads โดยเฉพาะกรณีของ Cardano นี่หมายถึงสามารถใช้งาน native asset, NFT, Plutus script ใน Hydra Head แต่ละตัวได้

Isomorphism อนุญาตให้มีการขยายระบบโดยธรรมชาติ แทนที่จะเป็นแบบยึดติด

ธุรกรรมหลายอย่างที่ตอนนี้ถูกจัดการโดย main-chain หรือ applcation ที่ใช้งานบน main-chain จะได้ประโยชน์โดยตรงจาก Hydra เพราะว่ามันเข้าใจธุรกรรมและลายเซ็นที่มีรูปแบบเดียวกัน นี่ช่วยให้ลดอุปสรรคการเริ่มใช้งาน Hydra สำหรับผู้ใช้งานทั้งหน้าเก่าและหน้าใหม่ ที่สามารถนำโครงสร้างพื้นฐานการทดลองและการทดสอบของ Cardano ในการสร้าง wallet และ applcation ที่เชื่อมต่อกับระบบ layer 2

เรายังสามารถสร้าง Hydra Head โดยไม่ต้องใช้เงินในฝั่งของผู้รับ ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้ได้ประสบการณ์ที่ราบรื่น (smooth user experience)

พิสูจน์แนวความคิด (proof of concept)

ทีมเริ่มใช้งาน Hydra Head protocol ระดับพื้นฐาน เพื่อพิสูน์แนวความคิด hydra-node

Developer preview จะพร้อมโชว์ในงาน Cardano Summit ปลายเดือนกันยายน 2564 ซึ่งจะช่วยให้นักพัฒนาหรือคนที่สนใจ สามารถรัน hydra-node แบบ online! โดยจะเปิดใช้งาน Hydra Head ในวงจำกัดและเริ่มทดลองรับธุรกรรม ผู้ใช้จะได้เห็น working protoype ใน testnet เฉพาะกิจ รวมถึงจะได้ benchmarking และเอกสารการใช้งานขั้นต้นที่ Github repository ซึ่งจะยังไม่มีส่วนติดต่อผู้ใช้อย่าง wallet, ui

เรื่อง transaction per second (TPS) เป็นสิ่งที่ต้องพูดถึง มันยากที่จะบอกว่าแค่ไหนคือสำเร็จ เพราะว่ามันเป็นเรื่องของ scalability บางคนให้คะแนนเครือข่ายจากการวัด maximum throughput ของ TPS ในขณะที่การวัดผลที่แบบดั้งเดิม (legacy system) ดูจะสมเหตุสมผลกว่า แม้จะสามารถการคาดการณ์ได้และสอดคล้องกันสูง (ตัวอย่างเช่นเครืองข่ายของ VISA) แต่มันมีประโยชน์น้อยสำหรับระบบที่มีการกระจาย (distributed systems) ทั้งนี้เป้าหมายแรกของเราคือ latency (ความหน่วง – ระยะเวลาที่ธุรกรรมได้รับการยืนยัน) เช่นเดียวกับคนอื่น เป็นอีกวิธีหนึ่งในการวัดความเร็วของธุรกรรมบนบล็อกเชนที่ใช้งานได้จริง ใน mainnet TPS น้อยที่สุดคือมี latency 20 วินาทีในหนึ่ง block นี่เป็นจุดเริ่มต้น

ในเลเยอร์ 2 อย่าง Hydra เป็นไปได้ที่จะใช้เวลาในการยืนยันธุรกรรมด้วยเวลาที่น้อยกว่า 1 วินาที

คำว่า 1 ล้าน TPS เคยมีคนใช้มาก่อน เป็นตัวเลขที่ดูน่าตื่นตาตื่นใจ และยังเป็นเป้าหมายที่ดูทะเยอทะยาน เป้าหมายสูงสุดของทุกระบบคือความยืดหยุ่นในการเพิ่มขีดความสามารถตามความต้องการ ปริมาณงานที่วัดใน TPS ต่อหัว Hydra เป็นเรื่องรองและส่วนใหญ่จะถูกจำกัดโดยฮาร์ดแวร์ที่มีอยู่ โดยหลักการแล้ว การเพิ่มจำนวน Hydra head ให้กับระบบจะทำให้ระบบโดยรวมรับปริมาณงานสูงได้

Hydra วิวัฒนาการตามกาลเวลา

ระยะสั้น IOHK จะพัฒนา hydra-node และ Hydra Head protocol จนกว่ามันจะกลายเป็นรากฐานที่มั่นคงและเป็นฐานที่มั่นคงสำหรับชุมชน (รวมทั้งทีมงาน IOHK) เพื่อสร้างแอพที่ใช้งานในโลกความเป็นจริง แอพเหล่านี้จะได้ประโยชน์จากความเร็วและค่าธรรมเนียมที่ถูกมาก (low-to-no-cost) เรากำลังพัฒนาฟีเจอร์หลักอื่นๆ อย่างแข็งขัน รวมถึงการรองรับหลายหัวต่อ node การคงอยู่ (persistence) และส่วนขยายของ Head protocol

ระยะกลาง ประมาณ 6-12 เดือน ความก้าวหน้าขึ้นอยู่กับผลของการค้นคว้าและการทดลอง รวมทั้งข้อเสนอแนะจากชุมชนนักพัฒนา (developer community) IOHK กำลังค้นคว้าวิธีการเชื่อมต่อ Hydra heads หลายๆ แบบเพื่อเพิ่มการเข้าถึง layer 2 solution, การทดสอบว่าทำอย่างไรให้ integrate และใช้งาน Hydra ได้ง่ายขึ้น

หนึ่งในวิสัยทัศน์ระยะยาวอันน่าตื่นเต้น คือการพัฒนา Virtual Heads โดยการรัน Hydra Head protocol ข้างใน Hydra Heads อีกชั้นนึง นั่นจะเป็นการใช้งาน isomorphicism แบบเต็มที่ของ layer 2 solution ของ IOHK ซึ่งหากเป็นจริง มันหมายถึงความสามารถในการขยายขนาดไม่จำกัดตามทฤษฎี

ความยืดหยุ่นคือหัวใจของขยายและการเติบโต (scalability & growth)

แนวคิดที่ครอบคลุมสำหรับ Hydra คือการจัดหาโซลูชันการปรับขนาดเลเยอร์ 2 ที่เหมาะสำหรับ Cardano ซึ่งเป็นบล็อกเชนแบบ UTXO รุ่นที่สามที่สามารถรองรับสัญญาอัจฉริยะได้ Hydra จะช่วยลดต้นทุนในขณะที่เพิ่มปริมาณงานและรักษาความปลอดภัย

Hydra ลอกการทำงานของ main-chain ในขณะที่ลดแรงเสียดทานของผู้ใช้ แต่ก็ยังยอมให้มีความยืดหยุ่นของการมีค่าธรรมเนียม/โครงสร้างราคาที่แตกต่างกัน และข้อจำกัดด้านเวลาบน layer 2

ระบบที่ประสบความสำเร็จจะสร้างความสมดุลให้กับความต้องการของผู้ใช้ทุกคน IOHK ต้องการให้ ecosystem ตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ระดับบุคคล องค์กร ผู้เชี่ยวชาญ และรวมถึงรายชื่อ DApps และผู้พัฒนาที่เพิ่มขึ้น

ด้วย Alonzo hardfork ทำให้ Cardano เริ่มก้าวต่อไปในฐานะ smart contract platform การใช้งานเทคโนโลยีอย่าง Hydra จะช่วยปรับปรุงความสามารถในการปรับขนาดของ Cardano ได้อย่างมาก และนำไปสู่การนำไปใช้ต่อไป

Source: https://iohk.io/en/blog/posts/2021/09/17/hydra-cardano-s-solution-for-ultimate-scalability/

Further reading/watching:

• Hail Hydra!!! by Charles Hoskinson
• Cardano’s Hydra vs Lightning Network: What scalability approach is best | Lex Friedman x Charles Hoskinson

TL:DR
– Layer 1 ที่เราใช้อยู่คือ Ouroboros
– Layer 2 คือ Hydra ช่วยให้ Cardano รองรับปริมาณธุรกรรมได้มากขึ้น/ไวขึ้น/fee ถูกลง
– ปัจจุบัน fee 0.16+ ADA ก็ว่าถูกประมาณหนึ่ง แต่เมื่อใช้งาน Hydra แล้ว fee อาจเหลือ 1-2 lovelace ซึ่งถูกมาก เหมือนให้ฟรี