บทที่ 2: ภาพรวมการทำงานของบิตคอยน์

บิตคอยน์ทำงานอย่างไร

ระบบอย่างบิตคอยน์นั้นแตกต่างกับระบบธนาคารและระบบการชำระเงินแบบดั้งเดิมอย่างสิ้นเชิง เพราะมันสามารถทำงานได้โดยไม่จำเป็นต้องไว้วางใจบุคคลที่สาม แทนที่จะมีหน่วยงานกลางที่เชื่อถือได้ บิตคอยน์ได้อณุญาตให้ผู้ใช้แต่ละคนใช้ซอฟต์แวร์บนคอมพิวเตอร์ของตนเองเพื่อตรวจสอบการทำงานที่ถูกต้องของทุกส่วนในระบบ ซึ่งในบทนี้เอง เราจะทำการสำรวจบิตคอยน์ภาพรวมโดยติดตามธุรกรรมหนึ่งรายการผ่านระบบของบิตคอยน์ ดูว่าธุรกรรมนั้นถูกบันทึกลงในบล็อกเชนอย่างไร และการบันทึกธุรกรรมแบบกระจายศูนย์นั้นทำได้อย่างไร ส่วนในบทถัดไปจะลงลึกถึงเทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังธุรกรรม เครือข่าย และการขุด

ภาพรวมของบิตคอยน์

ระบบของบิตคอยน์นั้นประกอบไปด้วย เหล่าผู้ใช้งาน wallet ต่าง ๆ , ธุรกรรมที่กระจายไปทั่วเครือข่าย และเหล่านักขุดที่จะคอยแข่งขันกันเพื่อสร้างบล๊อกใหม่ โดยที่มีบล๊อกเชนเป็นเหมือนสมุดบันทึกธุรกรรมที่รวมธุรกรรมทั้งหมดไว้ ตัวอย่างที่จะได้เห็นต่อไปนี้เป็นธุรกรรมที่เกิดขึ้นจริงบนเครือข่ายของบิตคอยน์ โดยจำลองการโต้ตอบระหว่างผู้ใช้หลายคนผ่านการส่งเงินจาก wallet หนึ่งไปยังอีก wallet และในขณะนั้นเราจะติดตามธุรกรรมผ่านเครือข่ายบิตคอยน์ ไปจนถึงบล็อกเชน เราจะใช้เว็บไซต์สำรวจบล็อกเชน (blockchain explorer) เพื่อดูภาพรวมในแต่ละขั้นตอน โดยมีเว็บไซต์สำรวจบล็อกเชนที่นิยม ดังนี้

• Blockstream Explorer
• Mempool.Space
• BlockCypher Explorer

เว็บไซต์เหล่านี้มีฟังก์ชันการค้นหาที่สามารถใช้ค้นหา Bitcoin address, Transaction Hash, หมายเลขบล็อก หรือ Block hash และเรียกดูข้อมูลที่เกี่ยวข้องจากเครือข่ายบิตคอยน์ได้ สำหรับแต่ละตัวอย่างธุรกรรมหรือบล็อก เราจะให้ URL เพื่อให้คุณสามารถค้นหาและศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมได้ด้วยตัวเอง

คำเตือนเกี่ยวกับความเป็นส่วนตัวของการใช้ Block Explorer

การค้นหาข้อมูลใน block explorer อาจเปิดเผยให้ผู้ให้บริการทราบว่าคุณสนใจข้อมูลนั้น ซึ่งอาจเชื่อมโยงกับที่อยู่ IP ของคุณ รายละเอียดของเบราว์เซอร์ การค้นหาที่ผ่านมา หรือข้อมูลที่สามารถระบุตัวตนได้อื่น ๆ หากคุณค้นหาธุรกรรมจากหนังสือเล่มนี้ ผู้ให้บริการอาจคาดเดาได้ว่าคุณกำลังศึกษาเกี่ยวกับบิตคอยน์ ซึ่งไม่น่าจะมีปัญหาอะไร แต่หากคุณค้นหาธุรกรรมของตนเอง ผู้ให้บริการอาจสามารถคาดเดาได้ว่าคุณได้รับ ใช้จ่าย และมีบิตคอยน์อยู่เท่าใดในปัจจุบัน

การซื้อของจากร้านค้าออนไลน์

อลิซเป็นผู้ใช้งานใหม่ ที่พึ่งได้รับบิตคอยน์เป็นครั้งแรกจากคำแนะนำของโจเมื่อบทที่แล้ว โดยเธอได้ซื้อบิตคอยน์จากโจเก็บไว้ และตั้งแต่นั้นมาอลิซก็ซื้อบิตคอยน์เพิ่มเรื่อย ๆ และตอนนี้อลิซต้องการทำธุรกรรมด้วยบิตคอยน์ครั้งแรกของเธอ โดยการใช้จ่ายมันเพื่อแลกกับสิทธิ์เข้าถึงพอดแคสต์ตอนพิเศษจากร้านค้าออนไลน์ของบ๊อบ ร้านค้าออนไลน์ของบ๊อบเองก็เพิ่งมีการเพิ่มบิตคอยน์เป็นตัวเลือกในการทำธุรกรรม ราคาสินค้าในร้านของบ๊อบแสดงเป็นสกุลเงินท้องถิ่น (ดอลลาร์สหรัฐ) แต่ในหน้าชำระเงิน ลูกค้าสามารถเลือกชำระเงินเป็นดอลลาร์หรือบิตคอยน์ก็ได้

อลิซเลือกตอนพอดแคสต์ที่เธอต้องการซื้อและดำเนินการไปยังหน้าชำระเงิน ในหน้าชำระเงิน อลิซพบตัวเลือกในการชำระเงินด้วยบิตคอยน์ นอกเหนือจากตัวเลือกปกติ แต่ในตะกร้าชำระเงินจะแสดงราคาทั้งในรูปแบบดอลลาร์สหรัฐและบิตคอยน์ตามอัตราแลกเปลี่ยนในขณะนั้น หลังจากกดจ่ายด้วยบิตคอยน์ระบบของบ๊อบได้ทำการสร้างใบเรียกเก็บเงิน (invoice) ในรูปแบบของ QR-code ตามภาพด้านล่าง

ต่างจาก QR code ทั่วไปที่มีเพียง Bitcoin address ปลายทางเท่านั้น ใบแจ้งหนี้นี้เป็น QR code แบบ URI ที่ประกอบด้วย Bitcoin address จำนวนเงินชำระ และคำอธิบาย (memo) ซึ่งช่วยให้ Bitcoin wallet แอปพลิเคชันเติมข้อมูลที่ใช้ในการชำระเงินล่วงหน้าได้ และยังแสดงคำอธิบายที่อ่านเข้าใจง่ายให้กับผู้ใช้อีกด้วย คุณสามารถสแกน QR code นี้ด้วย Bitcoin wallet เพื่อดูสิ่งที่อลิซจะเห็น

QR Code ของใบแจ้งหนี้นี้เข้ารหัส URI ดังต่อไปนี้ ซึ่งถูกกำหนดไว้ใน BIP21:

bitcoin:bc1qk2g6u8p4qm2s2lh3gts5cpt2mrv5skcuu7u3e4?amount=0.01577764&
label=Bob%27s%20Store&
message=Purchase%20at%20Bob%27s%20Store

โดยส่วนประกอบของ URI สามารถจำแนกได้ ดังนี้

• A Bitcoin address: "bc1qk2g6u8p4qm2s2lh3gts5cpt2mrv5skcuu7u3e4"
• The payment amount (จำนวนบิตคอยน์) : "0.01577764"
• A label for the recipient address (label): "Bob's Store"
• A description for the payment (memo): "Purchase at Bob's Store"

อลิซใช้สมาร์ทโฟนของเธอสแกนบาร์โค้ดที่แสดงอยู่ หน้าจอสมาร์ทโฟนของเธอจะแสดงการชำระเงินในจำนวนที่ถูกต้องสำหรับร้านของบ๊อบ และเธอกด “Send” เพื่อยืนยันการชำระเงิน ภายในไม่กี่วินาที (เวลาประมาณเดียวกับการอนุมัติบัตรเครดิต) บ๊อบก็จะเห็นธุรกรรมดังกล่าวปรากฏบนเครื่องรับชำระเงินของเขา

เครือข่ายบิตคอยน์สามารถทำธุรกรรมในมูลค่าเศษส่วนได้ เช่น มิลลิบิทคอยน์ (1/1,000 ของบิทคอยน์) ไปจนถึง 1/100,000,000 ของบิทคอยน์ ซึ่งเรียกว่า "ซาโตชิ" ในหนังสือเล่มนี้ใช้กฎการพหูพจน์เดียวกันกับดอลลาร์หรือสกุลเงินแบบดั้งเดิมเมื่อพูดถึงจำนวนที่มากกว่าหนึ่งบิทคอยน์ เช่น "10 บิตคอยน์" หรือ "0.001 บิตคอยน์" กฎเดียวกันนี้ยังนำไปใช้กับหน่วยบัญชีบิทคอยน์อื่น ๆ เช่น มิลลิบิทคอยน์และซาโตชิอีกด้วย

ธุรกรรมในระบบบิตคอยน์

ธุรกรรมในระบบบิตคอยน์คือการแจ้งเครือข่ายว่าเจ้าของบิทคอยน์ได้อนุมัติการโอนมูลค่าไปยังเจ้าของใหม่แล้ว และ เจ้าของใหม่สามารถใช้บิทคอยน์เหล่านั้นได้ โดยสร้างธุรกรรมใหม่เพื่อรออนุมัติการโอนไปยังเจ้าของคนอื่นต่อ ๆ ไป ทำให้เกิดการส่งต่อความเป็นเจ้าของอย่างต่อเนื่อง

ธุรกรรมขาเข้าและขาออกของบิตคอยน์

ธุรกรรมเปรียบเสมือนบันทึกในสมุดบัญชีแบบสองทาง โดยธุรกรรมแต่ละรายการจะมีอินพุต (inputs) หนึ่งรายการหรือมากกว่านั้นที่ใช้จ่ายเงิน และมีเอาต์พุต (outputs) หนึ่งรายการหรือมากกว่าที่รับเงิน มูลค่าของอินพุตและเอาต์พุตไม่จำเป็นต้องเท่ากันเสมอไป เอาต์พุตมักจะมีมูลค่าน้อยกว่าอินพุตเล็กน้อย ซึ่งส่วนต่างนี้คือ "ค่าธรรมเนียมธุรกรรม" ที่นักขุดจะได้รับเมื่อรวมธุรกรรมในบล็อกเชน

ธุรกรรมยังมีหลักฐานการเป็นเจ้าของสำหรับจำนวนบิตคอยน์ (อินพุต) ที่ถูกใช้ในรูปของลายเซ็นดิจิทัลจากเจ้าของเดิม ซึ่งสามารถตรวจสอบความถูกต้องได้ ในระบบบิตคอยน์การใช้จ่ายบิตคอยน์คือการลงนามในธุรกรรมเพื่อโอนมูลค่าจากธุรกรรมก่อนหน้าไปยังเจ้าของใหม่ที่ระบุผ่าน Bitcoin adress

ห่วงโซ่ของธุรกรรม

การชำระเงินของอลิซไปยังร้านของบ็อบนั้นเป็นใช้เอาต์พุตจากธุรกรรมก่อนหน้าเป็นอินพุตในธุรกรรมครั้งนี้ (ในบทก่อนหน้า อลิซได้รับบิทคอยน์จากโจเพื่อนของเธอ ) เราเรียกธุรกรรมนี้ว่า "ธุรกรรมที่ 1 (Tx1)" ซึ่งแสดงถึงห่วงโซ่ของธุรกรรมที่เอาต์พุตของธุรกรรมหนึ่งถูกใช้เป็นอินพุตในธุรกรรมถัดไป

การอ้างอิงอินพุตจากเอาต์พุตก่อนหน้า

Tx1 โอน 0.001 บิทคอยน์ (100,000 ซาโตชิ) ไปยังเอาต์พุตที่ล็อกด้วยกุญแจของอลิซ และในธุรกรรมใหม่ของอลิซ (Tx2) ที่ส่งให้ร้านของบ็อบ เธออ้างถึงเอาต์พุตก่อนหน้าเป็นอินพุต อย่างที่เห็นในภาพประกอบ การอ้างอิงด้วยลูกศรและระบุอินพุตว่า "Tx1:0" ในธุรกรรมจริง การอ้างอิงจะใช้รหัสประจำธุรกรรม (txid) เป็นตัวระบุขนาด 32 ไบต์ที่แสดงถึงธุรกรรมที่อลิซได้รับเงินจากโจ ส่วน ":0" หมายถึงตำแหน่งของเอาต์พุตที่อลิซได้รับเงิน ซึ่งในกรณีนี้คือตำแหน่งแรก (ตำแหน่ง 0)

การคำนวณมูลค่าอินพุต

เนื่องจากธุรกรรมของบิตคอยน์นั้นไม่ได้ระบุค่าของอินพุตอย่างชัดเจน ตัวซอฟต์แวร์เลยจะต้องใช้การอ้างอิงของอินพุตเพื่อค้นหาเอาต์พุตของธุรกรรมก่อนหน้าที่ถูกใช้ไป

เอาต์พุตใน Tx2 ของอลิซ

Tx2 ของอลิซมีเอาต์พุตใหม่สองรายการ รายการหนึ่งจ่าย 75,000 ซาโตชิสำหรับพอดแคสต์ และอีกรายการจ่าย 20,000 ซาโตชิคืนให้อลิซเป็นเงินทอน

เกร็ดสาระเล็ก ๆ น้อย ๆ

• ธุรกรรมของบิตคอยน์นั้นอยู่ในรูปแบบซีเรียลไลซ์ (serialized) เป็นรูปแบบข้อมูลที่ซอฟต์แวร์ใช้สำหรับการส่งธุรกรรม โดยจะเข้ารหัสมูลค่าที่ต้องการโอนด้วยตัวเลขจำนวนเต็มซึ่งเป็นหน่วยมูลค่าที่เล็กที่สุดในระบบ on-chain
• ที่มาของชื่อ "ซาโตชิ" :เมื่อบิตคอยน์ถูกสร้างขึ้นในครั้งแรก หน่วยมูลค่านี้ยังไม่มีชื่อเรียก นักพัฒนาบางคนจึงเรียกมันว่า "หน่วยฐาน" (base unit) แต่ต่อมาผู้ใช้งานหลาย ๆ คนเริ่มเรียกหน่วยนี้ว่า "ซาโตชิ" (satoshi หรือ sat) เพื่อเป็นเกียรติแก่ผู้สร้างบิตคอยน์

การทอนเงิน

นอกเหนือจากการสร้างเอาต์พุตเพื่อจ่ายให้กับผู้รับบิตคอยน์แล้ว ธุรกรรมจำนวนมากยังมีเอาต์พุตที่จ่ายเงินคืนให้กับผู้จ่าย ซึ่งเรียกว่า เอาต์พุตทอนเงิน (change output) เนื่องจากอินพุตของธุรกรรม (คล้ายกับธนบัตร) ไม่สามารถแบ่งใช้บางส่วนได้ เช่น ถ้าคุณซื้อของราคา 5 ดอลลาร์และจ่ายด้วยธนบัตร 20 ดอลลาร์ คุณคาดหวังว่าจะได้เงินทอน 15 ดอลลาร์ ในทำนองเดียวกัน ในธุรกรรม Bitcoin หากคุณซื้อสินค้าราคา 5 บิตคอยน์แต่มีอินพุตมูลค่า 20 บิตคอยน์ คุณจะสร้างเอาต์พุต 5 บิตคอยน์ไปยังเจ้าของร้าน และอีกเอาต์พุต 15 บิตคอยน์คืนให้ตัวคุณเองเป็นเงินทอน (ไม่นับรวมค่าธรรมเนียมธุรกรรม)

• หากมองผ่านมุมของโปรโตคอลบิตคอยน์นั้นไม่ได้มีความแตกต่างใด ๆ ระหว่างเอาต์พุตเงินทอนกับเอาต์พุตการจ่ายเงินปกติ
• โดยทั่วไปแล้วเอาต์พุตเงินทอนจะเป็นการโอนไปจ่ายให้กับ Bitcoin Address อันใหม่ในกระเป๋าตัวเองดังรูปที่แสดงข้างล่าง

การสร้างธุรกรรม

แอปพิเคชั่นกระเป๋าเงินของอลิซจะทำการสร้างอินพุตและสร้างเอาต์พุตตามที่ Alice ต้องการ โดยที่เธอเพียงแค่กรอกปลายทาง จำนวนเงิน และค่าธรรมเนียมธุรกรรมกระเป๋าเงินจะทำงานที่เหลือให้โดยอัตโนมัติ นอกจากนี้ กระเป๋าเงินยังสามารถสร้างธุรกรรมแบบออฟไลน์ได้ คล้ายกับการเขียนเช็คที่บ้านแล้วค่อยนำไปฝากธนาคารในภายหลังอีกด้วย

การเลือกอินพุตที่เหมาะสม

กระเป๋าเงินจะเลือกอินพุตที่มีมูลค่าเพียงพอสำหรับการชำระเงินไปยังบ๊อบโดยตรวจสอบเอาต์พุตที่ยังไม่ได้ใช้ (UTXOs) ซึ่งหากมูลค่าไม่เพียงพอ กระเป๋าเงินก็จะทำการรวม UTXOs หลาย ๆ รายการเข้าด้วยกัน เพื่อให้ได้ยอดที่ต้องการ และหากอินพุตมีมูลค่าสูงกว่าค่าที่ต้องจ่าย กระเป๋าเงินจะสร้างเอาต์พุตสำหรับทอนเงินกลับมาให้อลิซ

การสร้างเอาต์พุต

เอาต์พุตประกอบด้วยสคริปต์ที่กำหนดให้ผู้ที่มีคีย์ของบ๊อบเท่านั้นสามารถลงนามเพื่อที่จะใช้เงินได้ นอกจากนี้ยังมีเอาต์พุตสำหรับทอนเงินกลับมาให้อลิซ ซึ่งทำให้เธอสามารถใช้เงินทอนนั้นในการทำธุรกรรมถัดไป และค่าธรรมเนียมธุรกรรมจะถูกคำนวณจากส่วนต่างระหว่างอินพุตและเอาต์พุต และนั่นเองที่จะเป็นรางวัลสำหรับนักขุดที่บันทึกธุรกรรมลงบล็อกเชนของบิตคอยน์

การใส่ธุรกรรมลงในบล๊อกเชน

ธุรกรรมที่สร้างขึ้นโดย Bitcoin wallet ของอลิซมีข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการสร้างธุรกรรม (การยืนยันว่าอลิซเป็นเจ้าของเงิน และ Bitcoin address ปลายทาง) จากนั้นธุรกรรมนี้จะต้องถูกส่งไปยังเครือข่ายของบิตคอยน์ เพื่อที่จะให้ธุรกรรมนั้นเป็นส่วนนึงในเครือข่ายของบิตคอยน์ และในส่วนถัดไปของหนังสือเล่มนี้ เราจะอธิบายถึงว่าธุรกรรมกลายเป็นส่วนหนึ่งของบล็อกใหม่อย่างไร และกระบวนการขุดบล็อกเป็นอย่างไร รวมถึงการที่บล็อกใหม่ได้รับความไว้วางใจมากขึ้นเมื่อมีการเพิ่มบล็อกใหม่ ๆ เข้ามาเรื่อย ๆ หมายถึงอะไร ?

การส่งธุรกรรมเข้าไปยังเครือข่าย

เนื่องจากธุรกรรมมีข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลทั้งหมด จึงทำให้การส่งผ่านสามารถทำได้จากที่ไหนหรืออย่างไรก็ได้ อย่างที่ได้กล่าวไปว่าเครือข่ายของบิตคอยน์เป็นเครือข่ายแบบ peer-to-peer โดยที่แต่ละโหนดเชื่อมต่อกับโหนดอื่น ๆ อีกหลายโหนด เพื่อทำหน้าที่กระจายธุรกรรมและบล็อกให้กับผู้เข้าร่วมทั้งหมดในระบบ

การกระจายธุรกรรม

โหนดในเครือข่าย peer-to-peer ของบิตคอยน์นั้นเป็นซอฟต์แวร์ที่สามารถตรวจสอบความถูกต้องของธุรกรรมได้ และการเชื่อมต่อระหว่างโหนดสามารถแสดงเป็นเส้นในกราฟ ทำให้โหนดเหล่านี้เรียกว่า “โหนดตรวจสอบเต็มรูปแบบ” (full nodes) กระเป๋าเงินของอลิซสามารถส่งธุรกรรมไปยังโหนดบิตคอยน์ใด ๆ ผ่านการเชื่อมต่อใด ๆ ก็ได้ เช่น สายแลน WiFi หรือ เครือข่ายมือถือ โดยถ้าหากโหนดได้รับธุรกรรมที่ถูกต้องซึ่งยังไม่เคยเห็นมาก่อน มันจะกระจายธุรกรรมนี้ไปยังโหนดอื่น ๆ ที่เชื่อมต่อด้วย ซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่า gossiping ซึ่งทำให้ธุรกรรมแพร่กระจายไปทั่วเครือข่ายอย่างรวดเร็วภายในไม่กี่วินาที

การขุดบิตคอยน์

ตอนนี้ธุรกรรมของอลิซได้เข้าไปสู่ในเครือข่ายของบิตคอยน์แล้ว แต่มันยังไม่ได้ถูกบรรจุลงในบล๊อกเชนเนื่องจากจะต้องรอให้นักขุดทำการนำธุรกรรมนั้น ๆ เข้าไปในบล๊อกและบล๊อกนั้นจำเป็นต้องผ่านการตรวจสอบโดยโหนดในเครือข่ายของบิตคอยน์เสียก่อน จึงจะถูกบันทึกลงในบล๊อกเชน
ในระบบของบิตคอยน์นั้น มีการป้องกันการปลอมแปลงด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์ ซึ่งเป็นการคำนวณที่จำเป็นต้องใช้พลังงานมหาศาลในการคำนวณ แต่ใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยในการตรวจสอบ โดยธุรกรรมทั้งหมดจะถูกจัดเรียงเป็นบล๊อกและแต่ละบล๊อกจะมีบล๊อกเฮดเดอร์ที่จำเป็นต้องสร้างตามเงื่อนไขเฉพาะ โดยกระบวนการขุดบิตคอยน์นั้นมีวัตถุประสงค์อยู่สองอย่าง ดังนี้:

• สร้างแรงจูงใจให้ขุดเฉพาะธุรกรรมที่ถูกต้องตามกฎ: เนื่องจากวิธีที่เหล่านักขุดจะได้รับผลกำไรที่สูงที่สุดจากการสร้างบล๊อกที่ตรงกับฉันทมติของระบบเท่านั้น (หากไม่ทำตามบล๊อกจะไม่ถูกยอมรับโดยโหนด และนั่นจะเป็นการสิ้นเปลืองพลังงานที่ได้คำนวณมาโดยเปล่าประโยชน์) นั้นจึงเป็นแรงจูงใจหลัก ๆ ให้เหล่านักขุดทำการใส่ธุรกรรมที่ถูกต้องตามกฏเท่านั้นลงในบล๊อกที่ตนสร้าง และสิ่งนี้เองก็ทำให้ผู้ใช้สามารถเลือกที่จะสันนิษฐานโดยอิงตามความไว้วางใจว่าธุรกรรมใด ๆ ในบล็อกนั้น ๆ เป็นธุรกรรมที่ถูกต้อง
• สร้างเหรียญใหม่ตามตารางการออกเหรียญที่กำหนดไว้ล่วงหน้า: ในปัจจุบันนั้นจะมีการสร้างบิตคอยน์ใหม่ในแต่ละบล็อก คล้ายคลึงกับธนาคารกลางที่พิมพ์เงินใหม่ โดยจำนวนบิตคอยน์ในแต่ละบล๊อกที่จะถูกผลิตขึ้นมาใหม่นั้นถูกกำหนดมาตั้งแต่วันที่ระบบของบิตคอยน์ได้เริ่มขึ้นและไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้

การขุดได้ช่วยให้เกิดความสมดุลระหว่างต้นทุนและผลตอบแทน เนื่องจากการขุดมีการใช้ไฟฟ้าเพื่อแก้ปัญหาการคำนวณ และนักขุดที่ประสบความสำเร็จจะได้รับรางวัลในรูปแบบของบิตคอยน์ใหม่และค่าธรรมเนียมจากการทำธุรกรรม แต่อย่างไรก็ตาม รางวัลจะถูกเก็บรวบรวมก็ต่อเมื่อนักขุดรวมเฉพาะธุรกรรมที่ถูกต้องเท่านั้น โดยกฎของโปรโตคอลบิตคอยน์สำหรับการสร้างฉันทามติ จะกำหนดว่าอะไรถูกต้อง โดยความสมดุลที่ละเอียดอ่อนนี้เองที่คอยสร้างให้ความปลอดภัยแก่บิตคอยน์โดยไม่ต้องมีหน่วยงานกลางมาคอยดูแล

การขุดถูกออกแบบให้เหมือนกับการจับสลากแบบกระจายศูนย์ นักขุดแต่ละคนสามารถสร้าง "สลาก" ของตัวเองได้โดยการสร้างบล็อกตัวอย่างที่ประกอบไปด้วยธุรกรรมใหม่ที่ต้องการขุด พร้อมกับข้อมูลอื่น ๆ และนักขุดจะป้อนบล็อกตัวอย่างนี้เข้าไปในอัลกอริทึมที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อแฮชข้อมูล ทำให้ได้ค่าผลลัพธ์ที่แตกต่างจากข้อมูลเดิมอย่างสิ้นเชิง โดยแฮชฟังก์ชันนี้จะให้ผลลัพธ์เดียวกันเสมอสำหรับข้อมูลชุดเดิม แต่ไม่สามารถคาดเดาผลลัพธ์ได้หากป้อนข้อมูลใหม่ แม้จะแตกต่างเพียงเล็กน้อยจากข้อมูลก่อนหน้า

หากค่าผลลัพธ์ของแฮชตรงกับเงื่อนไขที่กำหนดของโปรโตคอล นักขุดจะชนะการจับสลาก และผู้ใช้งานบิตคอยน์ จะยอมรับบล็อกนี้พร้อมกับธุรกรรมในนั้นว่าเป็นบล็อกที่ถูกต้อง หากไม่ตรงกับเงื่อนไข นักขุดจะปรับข้อมูลในบล็อกเล็กน้อยและลองทำการแฮชใหม่ กระบวนการนี้ต้องทำซ้ำหลายครั้ง โดย ณ ขณะที่เขียนนี้ นักขุดต้องลองสร้างบล็อกตัวอย่างประมาณ 168 พันล้านล้านครั้ง เพื่อหาคำตอบที่ถูกต้อง ซึ่งหมายถึงการรันแฮชฟังก์ชันในจำนวนครั้งมหาศาลมาก ๆ

แต่เมื่อพบคำตอบที่ถูกต้องแล้ว ใครก็ตามสามารถตรวจสอบว่าบล็อกนั้นถูกต้องได้โดยการรันแฮชฟังก์ชันเพียงครั้งเดียว ซึ่งทำให้การสร้างบล็อกที่ถูกต้องต้องใช้พลังงานคำนวณมหาศาล แต่การตรวจสอบทำได้ง่ายมาก กระบวนการตรวจสอบนี้สามารถพิสูจน์ได้อย่างมีหลักการว่ามีการทำงานเกิดขึ้นจริง ดังนั้น ข้อมูลที่ใช้สร้างหลักฐานนี้—ในที่นี้คือบล็อก—เรียกว่า "หลักฐานการทำงาน" หรือ Proof of Work (PoW)

ธุรกรรมจะถูกเพิ่มลงในบล็อกใหม่ โดยให้ความสำคัญกับธุรกรรมที่มีค่าธรรมเนียมสูงสุดก่อนและพิจารณาจากปัจจัยอื่น ๆ อีกเล็กน้อย นักขุดแต่ละคนจะเริ่มกระบวนการสร้างบล็อกตัวอย่างใหม่ทันทีหลังจากได้รับบล็อกก่อนหน้าจากเครือข่าย โดยรู้ว่ามีคนอื่นชนะรางวัลไปแล้วในรอบนั้น พวกเขาจะสร้างบล็อกตัวอย่างใหม่ที่เชื่อมโยงกับบล็อกก่อนหน้า ใส่ธุรกรรมเข้าไป และเริ่มคำนวณ Proof of Work (PoW) สำหรับบล็อกตัวอย่างนี้ นักขุดจะเพิ่มธุรกรรมพิเศษที่จ่ายรางวัลบล็อกและค่าธรรมเนียมธุรกรรมรวมเข้ากับที่อยู่บิตคอยน์ของตนเอง หากพวกเขาพบบล็อกที่ถูกต้องและถูกเพิ่มในบล็อกเชน นักขุดจะได้รับรางวัลนั้น และธุรกรรมรางวัลนี้ก็จะใช้งานได้ นักขุดที่ทำงานร่วมกับพูลจะตั้งค่าให้รางวัลถูกส่งไปยังที่อยู่ของพูล จากนั้นจะแบ่งรางวัลให้สมาชิกตามสัดส่วนการทำงานที่แต่ละคนมีส่วนร่วม

กลับมาที่ธุรกรรมของอลิซ ตอนนี้ธุรกรรมของอลิซได้ถูกเครือข่ายรับไปแล้วและเพิ่มลงในพูลของธุรกรรมที่ยังไม่ได้รับการยืนยันเรียบร้อย จากนั้นเมื่อธุรกรรมนั้นผ่านการตรวจสอบจาก full node แล้ว มันจะถูกรวมไว้ในบล็อกตัวอย่าง และประมาณห้านาทีหลังจากที่อลิซส่งธุรกรรมจากกระเป๋าเงินของเธอ นักขุดคนหนึ่งพบคำตอบสำหรับบล็อกนั้นและประกาศไปยังเครือข่าย หลังจากที่นักขุดคนอื่น ๆ ตรวจสอบความถูกต้องของบล็อกที่ชนะ พวกเขาก็เริ่มกระบวนการสุ่มอีกครั้งเพื่อสร้างบล็อกถัดไป

บล็อกที่ชนะซึ่งมีธุรกรรมของอลิซอยู่ในนั้น ได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของบล็อกเชน และบล็อกนี้ถูกนับเป็นการยืนยันหนึ่งครั้งสำหรับธุรกรรมนั้น หลังจากที่บล็อกที่มีธุรกรรมของอลิซได้ถูกเผยแพร่ไปทั่วเครือข่าย การสร้างบล็อกทางเลือกที่มีเวอร์ชันอื่นของธุรกรรมของอลิซ (เช่น ธุรกรรมที่ไม่ได้จ่ายให้ บ๊อบ) จะต้องใช้ปริมาณงานเท่ากับที่นักขุดทั้งหมดต้องใช้ในการสร้างบล็อกใหม่ทั้งบล็อก เมื่อมีบล็อกทางเลือกหลายบล็อกให้เลือก full node ในเครือข่ายของบิตคอยน์ก็จะทำการเลือกบล็อกเชนที่ถูกต้อง โดยจะเป็นเชนซึ่งมี Proof of Work (PoW) รวมมากที่สุด ซึ่งเรียกว่าบล็อกเชนที่ดีที่สุด หากเครือข่ายทั้งหมดจะยอมรับบล็อกทางเลือก จะต้องมีการขุดบล็อกใหม่เพิ่มเติมอีกหนึ่งบล็อกต่อจากบล็อกทางเลือกนั้น

นั่นหมายความว่านักขุดมีตัวเลือกอื่น อย่างเช่นการที่พวกเขาสามารถร่วมมือกับอลิซเพื่อสร้างธุรกรรมทางเลือกที่เธอไม่ได้จ่ายเงินให้บ๊อบ โดยอลิซอาจเสนอส่วนแบ่งจากเงินที่เธอเคยจ่ายให้บ๊อบแก่นักขุด แต่การกระทำที่ไม่ซื่อสัตย์นี้จะต้องใช้ความพยายามเท่ากับการสร้างบล็อกใหม่ถึงสองบล็อก ซึ่งในทางกลับกันแล้ว นักขุดที่ทำงานอย่างซื่อสัตย์สามารถสร้างบล็อกใหม่เพียงบล็อกเดียวและได้รับค่าธรรมเนียมจากธุรกรรมทั้งหมดที่รวมอยู่ในบล็อก พร้อมกับรางวัลบล็อก (block subsidy) นอกจากนี้ต้นทุนที่สูงในการสร้างบล็อกสองบล็อกเพื่อพยายามเปลี่ยนแปลงธุรกรรมที่ยืนยันแล้วสำหรับผลตอบแทนเพียงเล็กน้อยนั้นไม่คุ้มค่าและการกระทำดังกล่าวมีโอกาสน้อยที่จะเกิดขึ้น สำหรับ บ๊อบ นั่นหมายความว่าเขาสามารถเริ่มเชื่อถือได้ว่าการชำระเงินจากอลิซนั้นเป็นสิ่งที่เชื่อถือได้

ประมาณ 19 นาทีหลังจากบล็อกที่มีธุรกรรมของอลิซ ได้ถูกเผยแพร่บล็อกใหม่ถูกขุดขึ้นโดยนักขุดอีกคน และเนื่องจากบล็อกใหม่นี้ถูกสร้างต่อจากบล็อกที่มีธุรกรรมของอลิซ (ทำให้ธุรกรรมของอลิซได้รับการยืนยันสองครั้ง) ธุรกรรมของ อลิซจะสามารถเปลี่ยนแปลงได้ก็ต่อเมื่อมีการขุดบล็อกทางเลือกสองบล็อกขึ้นมา และมีบล็อกใหม่ที่สร้างต่อจากบล็อกเหล่านั้น รวมเป็นสามบล็อกที่ต้องถูกขุดเพื่อให้อลิซสามารถดึงเงินที่เธอส่งให้บ๊อบกลับมาได้ และทุกบล็อกที่ขุดต่อจากบล็อกที่มีธุรกรรมของอลิซนั้นจะนับเป็นการยืนยันเพิ่มเติม เมื่อจำนวนบล็อกที่ต่อกันเพิ่มมากขึ้น การย้อนกลับธุรกรรมก็จะยากขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้บ๊อบมั่นใจมากขึ้นเรื่อย ๆ ว่าการชำระเงินของอลิซนั้นจะปลอดภัย

จากภาพที่แนบไว้ข้างล่างนี้ เราสามารถเห็นบล็อกที่มีธุรกรรมของอลิซและด้านล่างของบล็อกนี้มีบล็อกอีกหลายแสนบล็อกที่เชื่อมต่อกันเป็นโซ่ (blockchain) ต่อเนื่องไปจนถึงบล็อกหมายเลข #0 หรือที่เรียกว่า genesis block และเมื่อเวลาผ่านไป "ความสูง" ของบล็อกใหม่ที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ความยากในการคำนวณของทั้งเครือข่ายเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ตามธรรมเนียมแล้ว บล็อกใด ๆ ที่มีการยืนยันมากกว่าหกครั้งจะถือว่ายากมากที่จะเปลี่ยนแปลง เพราะต้องใช้การคำนวณอย่างมหาศาลในการคำนวณบล็อกหกบล็อกใหม่ (รวมถึงบล็อกใหม่อีกหนึ่งบล็อก)

การใช้จ่ายในธุรกรรม

เมื่อธุรกรรมของอลิซได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของบล็อกเชน แปลว่ามันสามารถถูกเรียกดูได้จากทุกบิตคอยน์แอปพลิเคชัน และทุกโหนดสามารถที่จะตรวจสอบธุรกรรมนี้ได้อย่างอิสระ ว่าธุรกรรมนี้ถูกต้องหรือไม่ โดยจะตรวจสอบย้อนไปตั้งแต่ตอนที่เหรียญนั้น ๆ ถูกสร้างและตรวจสอบต่อมาเรื่อย ๆ จนถึงธุรกรรมปัจจุบัน ไคลเอนต์จะสามารถตรวจสอบการชำระเงินได้บางส่วน โดยการยืนยันว่าธุรกรรมนั้นอยู่ในบล็อกเชนแล้ว และมีบล็อกจำนวนมากที่ถูกขุดหลังจากนั้น ซึ่งนี่ช่วยให้มั่นใจได้ว่ามีการใช้ความพยายามอย่างมากในการยืนยันธุรกรรมนี้โดยเหล่านักขุดไปแล้ว

ในตอนนี้บ็อบสามารถใช้บิตคอยน์ที่อลิซส่งให้ต่อได้แล้ว! สมมุติว่าบ๊อบต้องการจ่ายค่าจ้างให้ผู้รับเหมาหรือผู้จัดหาสินค้า โดยการโอนมูลค่าจากการชำระเงินของอลิซสำหรับพอดแคสต์ไปยังเจ้าของรายใหม่ เมื่อบ๊อบใช้เงินที่ได้รับจากอลิซและลูกค้าคนอื่น ๆ เขาก็ขยายสายโซ่ของธุรกรรมออกไป สมมติว่าบ๊อบจ่ายค่าจ้างให้กรูฟซึ่งเป็นนักออกแบบเว็บไซต์ของเขาสำหรับสร้างหน้าเว็บใหม่ สายโซ่ของธุรกรรมจะมีลักษณะดังนี้:

• ธุรกรรมจากโจถึงอลิซ: โจโอนบิตคอยน์ให้อลิซเพื่อการซื้อขายหรือจ่ายค่าบริการบางอย่าง
• ธุรกรรมจากอลิซถึงบ๊อบ: อลิซโอนบิตคอยน์ให้บ๊อบเพื่อชำระค่าพอดแคสต์
• ธุรกรรมจากบ๊อบถึงกรูฟ: บ๊อบโอนบิตคอยน์จากที่ได้รับจากอลิซให้กรูฟเพื่อจ่ายค่าจ้างออกแบบเว็บไซต์

สายโซ่ของธุรกรรมนี้แสดงให้เห็นการเชื่อมต่อของธุรกรรมจากโจถึงอลิซและจากอลิซถึงบ๊อบต่อด้วยจากบ๊อบถึง กรูฟ โดยแต่ละธุรกรรมได้รับการบันทึกไว้ในบล็อกเชน ซึ่งช่วยให้ทุกคนสามารถตรวจสอบความถูกต้องของธุรกรรมในสายโซ่นี้ได้

ในบทนี้ เราได้เห็นวิธีที่ธุรกรรมสร้างสายโซ่ที่ถ่ายโอนมูลค่าจากเจ้าของหนึ่งไปยังอีกเจ้าของหนึ่ง นอกจากนี้เรายังได้ติดตามธุรกรรมของอลิซตั้งแต่เริ่มสร้างในกระเป๋าเงินของเธอ ผ่านเครือข่ายบิตคอยน์ไปจนถึงนักขุดที่บันทึกมันลงในบล็อกเชน และสำหรับในส่วนที่เหลือของหนังสือเล่มนี้ เราจะศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง ไม่ว่าจะเป็นกระเป๋าเงิน, address, digital signature, network และกระบวนการขุดอย่างละเอียด