Khả năng mở rộng của blockchain
Cấu trúc cơ bản của các mạng phi tập trung của blockchain hiện đang phải đối mặt với một thách thức duy nhất gọi là Blockchain Trilemma: hành động cân bằng giữa phân quyền, tính bảo mật và khả năng mở rộng trong cơ sở hạ tầng blockchain.
Tính phân quyền blockchain đề cập đến sự phân bổ có ý nghĩa của sức mạnh tính toán và sự đồng thuận trong toàn bộ mạng. Trong khi tính bảo mật phản ánh khả năng phòng thủ của giao thức blockchain chống lại các tác nhân độc hại và các cuộc tấn công mạng. Cả hai đều được coi là không thể thiếu đối với chức năng của một mạng blockchain.
Khả năng mở rộng, đề cập đến khả năng của mạng blockchain để hỗ trợ thông lượng giao dịch cao và tăng trưởng trong tương lai. Khả năng mở rộng là rất quan trọng vì nó đại diện cho cách duy nhất để các mạng blockchain cạnh tranh hợp lý với các nền tảng tập trung, với thời gian giải quyết nhanh chóng.
Một phép so sánh thường được sử dụng để chỉ ra lỗ hổng trong khả năng mở rộng là Bitcoin xử lý từ 4-7 giao dịch mỗi giây (TPS). Mặt khác, Visa xử lý hàng nghìn TPS. Để cạnh tranh với các hệ thống hiện có này, công nghệ blockchain phải tương được hoặc vượt qua mức khả năng mở rộng cao này.
Giải pháp mở rộng Layer-1 và Layer-2 được sinh ra để khắc phục các vấn đề này.
Khái niệm cơ bản về Layer 1 và Layer 2
Layer-1 (Lớp 1) đề cập đến một blockchain nền tảng như Bitcoin, Ethereum.
Layer 2 (Lớp 2) là một lớp mạng phủ nằm trên blockchain nền tảng như Lightning Network, Polygon… có thể được sử dụng cùng với blockchain layer-1.
Giải pháp mở rộng Layer-1
Các giải pháp mở rộng quy mô layer-1 tăng cường lớp cơ sở của chính giao thức blockchain để cải thiện khả năng mở rộng.
Đây là cách layer-1 hoạt động: Các giải pháp layer-1 thay đổi trực tiếp các quy tắc của giao thức để tăng khả năng và tốc độ giao dịch, đồng thời điều tiết được nhiều người dùng và dữ liệu hơn.
Các giải pháp mở rộng quy mô layer-1 có thể đòi hỏi các yêu cầu như tăng lượng dữ liệu chứa trong mỗi khối hoặc tăng tốc độ xác nhận các khối, để tăng thông lượng mạng tổng thể.
Hai giải pháp layer-1 phổ biến là:
Thay đổi giao thức đồng thuận
Sharding
Thay đổi giao thức đồng thuận
Proof of Work (PoW) là giao thức đồng thuận hiện đang được sử dụng trên các blockchain phổ biến như Bitcoin. Mặc dù PoW là an toàn nhưng còn chậm. Đó là lý do tại sao nhiều blockchain mới ủng hộ cơ chế đồng thuận Proof of Stake (PoS).
Thay vì yêu cầu người khai thác giải các thuật toán mật mã bằng cách sử dụng sức mạnh tính toán như ở PoW, hệ thống PoS lại xử lý và xác thực các khối dữ liệu giao dịch mới dựa trên việc người tham gia đặt tài sản thế chấp trong mạng.
Ethereum 2.0 sẽ chuyển đổi sang PoS, được kỳ vọng sẽ tăng đáng kể năng lực của mạng, đồng thời tăng tính phi tập trung và bảo vệ an ninh mạng.
Sharding
Sharding (phân đoạn) là một cơ chế được điều chỉnh từ cơ sở dữ liệu phân tán, đã trở thành một trong những giải pháp mở rộng layer-1 phổ biến nhất.
Sharding đòi hỏi phải phá vỡ trạng thái của toàn bộ mạng blockchain thành các tập dữ liệu riêng biệt được gọi là “shard”. Các phân đoạn này đồng thời được xử lý song song bởi mạng, cho phép thực hiện công việc tuần tự trên nhiều giao dịch.
Hơn nữa, mỗi node được gán cho một phân đoạn cụ thể, thay vì duy trì toàn bộ bản sao của blockchain. Các phân đoạn riêng lẻ cung cấp bằng chứng cho chuỗi chính và tương tác với nhau để chia sẻ địa chỉ, số dư và trạng thái chung bằng cách sử dụng các giao thức giao tiếp giữa các phân đoạn.
Ethereum 2.0 là một giao thức blockchain cao cấp đang khám phá các phân đoạn, cùng với Zilliqa, Tezos và Qtum.
Giải pháp mở rộng Layer-2
Layer-2 đề cập đến một mạng hoặc công nghệ hoạt động trên nền tảng của một giao thức blockchain cơ bản, để cải thiện khả năng mở rộng và hiệu quả của blockchain.
Giải pháp mở rộng layer-2 đòi hỏi phải chuyển một phần gánh nặng giao dịch của giao thức blockchain sang một kiến trúc hệ thống liền kề, sau đó xử lý, cuối cúng báo cáo lại lên blockchain chính. Qua đó, blockchain lớp cơ sở ít tắc nghẽn hơn – và cuối cùng là khả năng mở rộng cao hơn.
Các giải pháp layer-2 bao gồm:
Nested blockchain
State channel.
Sidechain.
Blockchain lồng nhau
Một blockchain lồng nhau về cơ bản là một blockchain bên trong, hay nói đúng hơn là trên một blockchain khác. Kiến trúc blockchain lồng nhau thường liên quan đến một blockchain chính, đặt các thông số cho một mạng rộng hơn. Trong khi quá trình thực thi diễn ra trên một web được kết nối với nhau của các chuỗi thứ cấp.
Nhiều cấp độ blockchain có thể được xây dựng dựa trên một chuỗi chính, với mỗi cấp độ sử dụng kết nối mẹ-con. Chuỗi mẹ ủy quyền cho các chuỗi con xử lý, và trả lại kết quả cho chuỗi mẹ sau khi hoàn thành. Blockchain cơ sở bên dưới không tham gia vào các chức năng mạng của chuỗi thứ cấp, trừ khi cần giải quyết tranh chấp.
Việc phân phối công việc theo mô hình này làm giảm gánh nặng xử lý trên chuỗi chính để cải thiện khả năng mở rộng theo cấp số nhân. Dự án OMG Plasma là một ví dụ về cơ sở hạ tầng blockchain lồng nhau của layer-2, được sử dụng trên giao thức Ethereum layer-1 để tạo điều kiện cho các giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn.
State channel
State channel tạo điều kiện giao tiếp hai chiều giữa blockchain và các kênh giao dịch ngoài chuỗi, đồng thời cải thiện năng lực và tốc độ giao dịch tổng thể.
Một state channel không yêu cầu xác nhận bởi các node mạng layer-1. Thay vào đó, nó là một tài nguyên liền kề mạng được phong tỏa bằng cách sử dụng cơ chế multisig hoặc hợp đồng thông minh.
Khi một giao dịch hoặc một loạt giao dịch được hoàn thành trên state channel, “state” (trạng thái) cuối cùng của “channel” và tất cả các chuyển đổi vốn có của nó sẽ được ghi lại vào blockchain cơ bản. Liquid network, Celer, Bitcoin Lightning và Mạng Raiden của Ethereum là những ví dụ về state channel.
Trong sự cân bằng giữa bộ ba Blockchain, sacrifice state channel phải hy sinh một số mức độ phi tập trung để đạt được khả năng mở rộng lớn hơn.
Sidechain
Một sidechain là một chuỗi giao dịch liền kề với blockchain thường được sử dụng cho các giao dịch hàng loạt lớn. Sidechain sử dụng cơ chế đồng thuận độc lập – tức là tách biệt với chuỗi ban đầu – có thể được tối ưu hóa về tốc độ và khả năng mở rộng.
Với kiến trúc sidechain, vai trò chính của chuỗi chính là duy trì bảo mật tổng thể, xác nhận hồ sơ giao dịch theo đợt và giải quyết tranh chấp. Sidechains được phân biệt với các state channel theo một số cách tích hợp.
Thứ nhất, các giao dịch sidechain không bí mật, chúng được ghi lại công khai vào sổ cái. Hơn nữa, vi phạm bảo mật của sidechain không ảnh hưởng đến chuỗi chính hoặc các chuỗi phụ khác. Việc thiết lập một sidechain có thể đòi hỏi nỗ lực đáng kể, vì cơ sở hạ tầng thường được xây dựng từ đầu.
Ưu điểm của 2 giải pháp
Layer-1 không cần thêm bất cứ thứ gì lên trên kiến trúc hiện có.
Layer-2 không gây rối với giao thức blockchain cơ bản. Các giải pháp layer-2 như state channel và đặc biệt là Lightning Network, để thực hiện nhiều giao dịch vi mô mà không mất thời gian xác minh thợ đào và trả phí giao dịch không cần thiết.
Vấn đề tồn tại của cả hai giải pháp
Có hai vấn đề quan trọng với các giải pháp khả năng mở rộng layer-1 và layer-2.
Thứ nhất, gặp khó khăn khi thêm các giải pháp này vào các giao thức hiện có.
Ethereum và Bitcoin đều có giá trị vốn hóa thị trường hàng tỷ đô la. Hàng triệu đô la được giao dịch mỗi ngày. Đây là lý do tại sao việc thêm các mã, và biến chứng không cần thiết để thử nghiệm với các giao thức này, thử nghiệm với rất nhiều tiền là không hợp lý.
Thứ hai, ngay cả khi bạn tạo một giao thức từ đầu, có tích hợp các kỹ thuật này, chúng vẫn có thể không giải quyết được vấn đề nan giải về khả năng mở rộng.
Thuật ngữ “bộ ba khả năng mở rộng” được đặt ra bởi người sáng lập Ethereum Vitalik Buterin. Đó là sự đánh đổi mà các dự án blockchain phải thực hiện khi quyết định cách tối ưu hóa kiến trúc của chúng, bằng cách cân bằng giữa ba thuộc tính sau – phân quyền, bảo mật và khả năng mở rộng.
Ví dụ: Bitcoin muốn tối ưu hóa bảo mật và phân quyền, đó là lý do tại sao họ phải thỏa hiệp về khả năng mở rộng.
Giải pháp giải quyết
Giải pháp là xây dựng một giao thức từ đầu với các giải pháp này được tích hợp sẵn. Thêm vào đó, nó cũng có thể giải quyết vấn đề nan giải về khả năng mở rộng.
Người đoạt giải Turing, Silvio Micali đang xây dựng một dự án có tên “Algorand”, dự án đang cố gắng thực hiện chính xác điều đó. Algorand sử dụng một giao thức đồng thuận được gọi là bằng chứng cổ phần thuần túy (PPoS).
Trong PPoS:
Người lãnh đạo và người xác minh được chọn (SV) được chọn từ mỗi bước của Thỏa thuận Byzantine.
Chi phí tính toán mà một người dùng phải đối mặt chỉ liên quan đến việc tạo và xác minh chữ ký cũng như các hoạt động đếm đơn giản.
Chi phí không phụ thuộc vào số lượng người dùng được chọn cho mỗi khối. Con số này là không đổi và không bị ảnh hưởng bởi quy mô của toàn mạng.
Tăng sức mạnh tính toán trực tiếp cải thiện hiệu suất, giúp Algorand có thể mở rộng một cách hoàn hảo. Điều này có nghĩa là khi mạng tăng về quy mô, nó sẽ duy trì tốc độ giao dịch cao mà không phải chịu thêm chi phí.
Kết luận
Khả năng mở rộng là lý do lớn nhất ngăn cản việc áp dụng chính thống tiền điện tử. Để đảm bảo rằng tiền điện tử có thể mở rộng và đủ nhanh cho các giao dịch hàng ngày, chúng ta cần các giao thức được xây dựng đặc biệt để giải quyết vấn đề này.
Các giải pháp mở rộng layer-1 và layer-2 là hai mặt của cùng một đồng tiền điện tử. Chúng là các chiến lược được thiết kế để làm cho mạng blockchain nhanh hơn và có khả năng đáp ứng tốt hơn cho cơ sở người dùng đang tăng nhanh.
Các chiến lược này cũng không loại trừ lẫn nhau. Nhiều mạng blockchain đang khám phá sự kết hợp của các giải pháp mở rộng layer-1 và layer-2 để đạt được khả năng mở rộng tăng lên, mà không phải hy sinh tính bảo mật hoặc phân cấp đầy đủ.
Nguồn: Tổng hợp (Gemini-Cryptopedia, Petro Wallace)