Erasure Coding คืออะไร ? เทคโนโลยีสำคัญลดความเสี่ยงการสูญเสียข้อมูล !

Erasure Coding คืออะไร ?

การปกป้องข้อมูล (Data Protection) เป็นสิ่งที่มีความสำคัญสำหรับระบบจัดเก็บข้อมูล โดยเฉพาะในยุคที่ข้อมูลมีบทบาทสำคัญในทุกองค์กร การสูญหายของข้อมูลจากความล้มเหลวของ ฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ (Computer Hardware) หรือปัญหาเครือข่ายเพียงเล็กน้อย อาจก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงได้ และนี่คือเหตุผลที่ "การเข้ารหัสแบบลบ (Erasure Coding)" กลายเป็นเทคนิคที่ได้รับความนิยมมากขึ้นในการปกป้องข้อมูล

ในบทความนี้จะพาทุกคนไปสำรวจความหมายของ Erasure Coding ว่ามันคืออะไร ?, ทำงานอย่างไร ?,ทำไมถึงควรใช้, ประโยชน์ และข้อควรพิจารณา สำหรับ Erasure Coding ...

การเข้ารหัสแบบลบ คืออะไร ? (What is Erasure Coding ?)

การเข้ารหัสแบบลบ (Erasure Coding) เป็นเทคนิคพิเศษที่ช่วยปกป้องข้อมูล และเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดเก็บข้อมูล ทำงานผ่านการกระจายข้อมูลสำรองไปยังหลาย ๆ โหนด หรือจุดเก็บข้อมูลต่าง ๆ ทำให้แม้ข้อมูลบางส่วนจะสูญหายไป แต่ระบบก็ยังสามารถกู้คืนข้อมูลได้ โดยที่ไม่จำเป็นต้องมีสำเนาของข้อมูลทั้งหมดในทุกจุดนั่นเอง

สิ่งที่ทำให้การเข้ารหัสแบบลบ หรือ Erasure Coding แตกต่างจากการทำสำเนาแบบปกติ คือ การที่ไม่ต้องเก็บข้อมูลซ้ำกันไว้ทุกโหนด ซึ่งเป็นวิธีที่แม้จะเพิ่มความปลอดภัย แต่ก็ใช้พื้นที่จัดเก็บมาก Erasure Coding ใช้คณิตศาสตร์เข้ามาช่วยสร้าง "พาริตี้ (Parity)" หรือชิ้นส่วนข้อมูลสำรอง แล้วกระจายเก็บไว้ในจุดต่าง ๆ ซึ่งวิธีนี้ช่วยลดภาระการใช้พื้นที่จัดเก็บได้มาก และยังคงประสิทธิภาพในการกู้คืนข้อมูลไว้อยู่ ทำให้เหมาะสมสำหรับระบบที่ต้องการความน่าเชื่อถือ และประหยัดพื้นที่

ภาพจาก : https://stonefly.com/blog/understanding-erasure-coding/

การเข้ารหัสแบบลบ ทำงานอย่างไร ? (How does Erasure Coding work ?)

การเข้ารหัสแบบลบ (Erasure Coding) ทำงานโดยการแบ่งข้อมูลออกเป็นชิ้นส่วนเล็ก ๆ และสร้างชิ้นส่วนเพิ่มเติมที่เรียกว่า "รหัสลบ" (Erasure Codes) จากนั้นชิ้นส่วนเหล่านี้จะถูกกระจายไปยังหลาย ๆ โหนดเก็บข้อมูล ผ่านกระบวนการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน เพื่อให้มั่นใจว่าข้อมูลต้นฉบับสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ แม้ว่าบางส่วนของข้อมูล และรหัสจะสูญหาย หรือเสียหายไป

ลองนึกภาพง่ายๆ ว่าค่าข้อมูลดั้งเดิมคือ 95 เราจะแบ่งข้อมูลออกเป็นสองค่า เช่น x = 9 และ y = 5 กระบวนการเข้ารหัสจะสร้างสมการทางคณิตศาสตร์ขึ้นมาเป็นชุด สมการที่สร้างขึ้นอาจมีลักษณะดังนี้

• x + y = 14
• x - y = 4
• 2x + y = 23

เมื่อเราต้องการสร้างข้อมูลดั้งเดิมขึ้นมาใหม่ เราแค่ต้องใช้สมการใดก็ได้สองในสามสมการเพื่อแก้หาค่า x และ y และเมื่อแก้สมการทั้งคู่ เราก็จะได้ค่าของ x และ y กลับมา เราสามารถกู้คืนข้อมูลเดิมได้จากสมการเพียง 2 สมการซึ่งกระบวนการนี้เป็นตัวอย่างของ Erasure Coding นั่นเอง

ภาพจาก : https://stonefly.com/blog/understanding-erasure-coding/

ประโยชน์ของ การเข้ารหัสแบบลบ (Benefits of Erasure Coding)

เพิ่มความทนทานต่อความล้มเหลว

หนึ่งในข้อได้เปรียบหลักของ การเข้ารหัสแบบลบ (Erasure Coding) คือความสามารถในการเพิ่มความทนทานต่อความล้มเหลว ในระบบจัดเก็บข้อมูลที่ใช้เทคนิคนี้ ข้อมูลสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ แม้ว่าโหนด (Nodes) จัดเก็บบางส่วนจะไม่สามารถเข้าถึงได้ หรือข้อมูลบางส่วนสูญหาย ทำให้ Erasure Coding สำคัญอย่างมากในสภาพแวดล้อมจัดเก็บข้อมูลแบบกระจาย ที่มักมีปัญหาเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ หรือเครือข่ายบ่อยครั้ง

ภาพจาก : https://www.linkedin.com/pulse/what-erasure-coding-why-should-we-use-joeri-van-speybroek

ลดภาระการใช้พื้นที่จัดเก็บข้อมูล

เมื่อเทียบกับวิธีการทำสำเนาข้อมูลแบบเดิม Erasure Coding ช่วยลดภาระพื้นที่จัดเก็บได้อย่างมาก โดยการกระจายพาริตี้ (Parity) หรือรหัสลบไปยังหลายโหนด มันสามารถสร้างความซ้ำซ้อนของข้อมูลได้โดยไม่ต้องทำสำเนาทั้งหมด วิธีนี้ช่วยประหยัดพื้นที่จัดเก็บ และลดต้นทุนได้

เพิ่มความทนทาน และความน่าเชื่อถือของข้อมูล

Erasure Coding ช่วยให้ข้อมูลมีความทนทาน และน่าเชื่อถือมากขึ้น โครงสร้างแบบกระจายของข้อมูลที่เข้ารหัสช่วยให้ระบบสามารถกู้คืนข้อมูลได้ แม้ว่าจะเกิดความล้มเหลวหลายครั้งในเวลาเดียวกัน เหมาะอย่างยิ่งในกรณีที่ความสมบูรณ์ของข้อมูลมีความสำคัญ เช่น บริการจัดเก็บข้อมูลบนคลาวด์ (Cloud Storage) หรือระบบจัดเก็บข้อมูลสำคัญในระยะยาว

ภาพจาก : https://thesciencebehindit.org/how-secure-is-data-stored-in-the-cloud/

ข้อควรพิจารณาในการใช้ การเข้ารหัสแบบลบ (Considerations of using Erasure Coding)

แม้ว่า การเข้ารหัสแบบลบ (Erasure Coding) จะมีข้อได้เปรียบมากมาย แต่มันต้องใช้การคำนวณที่ซับซ้อน กระบวนการเข้ารหัสและถอดรหัส ต้องใช้สมการคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบ องค์กรจำเป็นต้องประเมินทรัพยากรคำนวณ และเลือกวิธีการใช้ Erasure Coding ที่เหมาะสมกับโครงสร้างพื้นฐาน

ซึ่งวิธีแก้ไข อาจพิจารณาถึงการเพิ่มประสิทธิภาพฮาร์ดแวร์ เพื่อช่วยด้านการคำนวณที่ซับซ้อน ใช้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์พิเศษที่เร่งการคำนวณ หรือเลือกอัลกอริธึมการเข้ารหัสที่สมดุลระหว่างประสิทธิภาพการคำนวณ กับการปกป้องข้อมูล ซึ่งสิ่งเหล่านี้หมายความว่าจะต้องมีค่าใช้จ่ายที่เพิ่มมากขึ้นนั่นเอง

การเข้ารหัสแบบลบ กับ RAID แตกต่างกันอย่างไร ? (What is the difference between Erasure Coding and RAID ?)

สำหรับ RAID (Redundant Array of Independent Disks) และ การเข้ารหัสแบบลบ (Erasure Coding) เป็นวิธีการปกป้องข้อมูลที่ต่างกัน โดย RAID เป็นวิธีที่ใช้เก็บข้อมูลไว้ในหลายที่ หากมี ฮาร์ดดิสก์ (HDD) หนึ่ง หรือหลายลูกล้มเหลว ข้อมูลยังคงมีสำเนาเก็บอยู่ในดิสก์อื่น ๆ เปรียบเสมือนการมีตะกร้าหลายใบ ที่แต่ละใบมีไข่ไก่ของเราอยู่ หากตะกร้าใบหนึ่งหายไป หรือถูกขโมย เรายังมีไข่เหลือในตะกร้าอื่นอยู่

กลับกัน Erasure Coding แทนที่จะเก็บข้อมูลซ้ำกัน Erasure Coding จะทำการแบ่งข้อมูลออกเป็นชิ้นส่วนเล็ก ๆ จากนั้นจะแปลงชิ้นส่วนเหล่านี้เป็นรหัสพิเศษ คล้ายกับการถ่ายรูปแล้วตัดออกเป็นสี่เหลี่ยมเล็กๆ และสับเรียงใหม่จนมองไม่เห็นภาพต้นฉบับ จากนั้นจึงเก็บรหัสเหล่านี้ไว้ในหลายตำแหน่ง หากมีบางส่วนสูญหายหรือเสียหาย เรายังสามารถใช้ชิ้นส่วนที่เหลือในการสร้างข้อมูลกลับคืนมา Erasure Coding ช่วยปกป้องข้อมูลได้แม้ดิสก์หลายลูกจะล้มเหลวพร้อมกัน

RAID เหมาะสำหรับการป้องกันข้อมูลสูญหายเมื่อมีดิสก์ล้มเหลวหนึ่งหรือสองลูก ในขณะที่ Erasure Coding เหมาะในกรณีที่ต้องการปกป้องข้อมูลแม้จะมีความล้มเหลวเกิดขึ้นในหลายดิสก์ อีกทั้งยังใช้พื้นที่จัดเก็บน้อยกว่าเมื่อเทียบกับการทำสำเนาแบบ RAID

ภาพจาก : https://www.storage-insider.de/was-ist-erasure-coding-a-589045/

บทสรุปของ การเข้ารหัสแบบลบ (Erasure Coding Conclusions)

การเข้ารหัสแบบลบ (Erasure Coding) แตกต่างจากการทำสำเนาข้อมูลแบบดั้งเดิมที่ต้องเก็บสำเนาข้อมูลครบถ้วนไว้ในหลายโหนด โดยใช้สมการคณิตศาสตร์ในการกระจายข้อมูลสำรองไปยังโหนดอื่น ๆ ซึ่งช่วยลดภาระการใช้พื้นที่จัดเก็บได้อย่างมาก ช่วยเพิ่มความทนทานต่อความล้มเหลว และลดการใช้พื้นที่จัดเก็บได้ดี อย่างไรก็ตามข้อเสียหลักคือการใช้พลังการประมวลผลที่สูง ดังนั้นการนำ Erasure Coding มาใช้ก็ควรสอดคล้องประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์ให้เหมาะสมนั่นเอง