Bản tóm tắt
Blockchain chỉ có thể xử lý một số lượng giao dịch giới hạn mỗi giây. Ví dụ: mạng Bitcoin có thể xử lý khoảng bảy giao dịch mỗi giây. Để công nghệ blockchain được áp dụng trên toàn cầu, nó cần có khả năng xử lý nhiều dữ liệu hơn và ở tốc độ cao hơn, để nhiều người có thể sử dụng mạng hơn mà không trở nên quá chậm hoặc tốn kém khi sử dụng. Tuy nhiên, thiết kế cơ bản của nhiều mạng phi tập trung có nghĩa là khả năng mở rộng ngày càng tăng có xu hướng làm suy yếu tính phân quyền hoặc bảo mật. Đây là những gì được gọi là bộ ba bất khả thi blockchain. Các nhà phát triển muốn giải quyết vấn đề này đang thử các cơ chế đồng thuận và giải pháp khả năng mở rộng khác nhau, chẳng hạn như sharding, sidechain và các kênh trạng thái.
Giới thiệu
Về cơ bản, blockchain là một cơ sở dữ liệu kỹ thuật số phân tán. Các khối dữ liệu được sắp xếp theo thứ tự thời gian. Các khối được liên kết và bảo vệ bằng bằng chứng mật mã. Việc triển khai công nghệ này trong các ngành công nghiệp khác nhau đang thay đổi cách chúng ta làm việc và sinh sống.
Ý tưởng là các chuỗi khối phi tập trung và an toàn sẽ tạo ra một thế giới trong đó chúng ta không phụ thuộc vào bên thứ ba để mạng hoặc thị trường hoạt động. Tuy nhiên, các chuyên gia thường đồng ý rằng nếu công nghệ này được áp dụng rộng rãi hơn thì có một vấn đề cơ bản cần phải được giải quyết trước tiên: “bộ ba bất khả thi về blockchain”.
Người đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin là người đã phổ biến thuật ngữ này. Để hiểu nó, bạn phải biết sự tồn tại của ba yếu tố mong muốn trong một blockchain: phân quyền, bảo mật và khả năng mở rộng. Bộ ba bất khả thi của blockchain là ý tưởng cho rằng các blockchain khó có thể đạt được mức tối ưu của cả ba thuộc tính cùng một lúc. Thông thường, nếu bạn tăng cường tối ưu hóa một mục thì mục khác sẽ bị suy yếu.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích ba phần tử của bộ ba bất khả thi và giải thích chi tiết từng phần tử là gì. Phân tích chi tiết từng vấn đề và cách chúng khớp với nhau cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức và lý do tại sao bộ ba bất khả thi blockchain tồn tại. Trong bài viết này, chúng tôi cũng sẽ nêu bật một số giải pháp được các nhà phát triển đề xuất.
Phân cấp là gì?
Bitcoin và các mạng blockchain tương tự khác có thiết kế phi tập trung. Toàn bộ cơ cấu được tổ chức sao cho không có một cá nhân hay tổ chức nào chịu trách nhiệm mà được phân quyền. Lớp mạng được mở cho bất kỳ ai muốn tham gia. Kết quả là quyền kiểm soát được phân phối hoàn toàn thay vì rơi vào một thực thể duy nhất. Mọi người đều có quyền truy cập vào cùng một dữ liệu. Nếu ai đó cố gắng đánh lừa hệ thống bằng cách thay đổi hồ sơ theo hướng có lợi cho họ, những người tham gia còn lại sẽ từ chối dữ liệu bị lỗi.
Điều này có thể khá kỹ thuật, nhưng hãy xem mạng Bitcoin làm ví dụ. Không có bên thứ ba thực hiện quyền kiểm soát. So sánh điều này với nhu cầu của hệ thống tài chính truyền thống đối với các ngân hàng. Các ngân hàng củng cố niềm tin giữa những người giao dịch và đảm bảo rằng tất cả hồ sơ được lưu giữ đúng cách. Tuy nhiên, mạng Bitcoin chia sẻ tất cả dữ liệu với tất cả các thành viên của mạng để có thể xác minh và xác nhận dữ liệu trước khi thêm vào cơ sở dữ liệu kỹ thuật số. Kết quả là một hệ thống có thể tồn tại mà không cần sự tham gia của bên thứ ba.
Phân cấp cung cấp khả năng của cái được gọi là Web3. Hiện tại, chúng ta có Web2, Internet ngày nay. Nó chứa đầy các trang web và ứng dụng do các công ty kiểm soát nhưng có nội dung do người dùng tạo. Web3 là bước tiếp theo. Một mạng Internet nơi công nghệ chuỗi khối phi tập trung cho phép mọi người kiểm soát dữ liệu và cuộc sống trực tuyến của họ.
Tuy nhiên, một điều cần cân nhắc là do cách thức hoạt động của các hệ thống phân tán này và phải có nhiều người tham gia đồng ý về tính hợp lệ của bất kỳ dữ liệu nào, thời gian giao dịch có thể bị chậm do cách chia sẻ và xử lý thông tin. Vì lý do này, các chuỗi khối phải mở rộng quy mô, nghĩa là chúng phải có khả năng xử lý nhiều dữ liệu hơn với tốc độ cao hơn. Chúng ta sẽ quay lại điểm này khi nói về khả năng mở rộng.
Hơn nữa, giấc mơ phi tập trung chỉ có hiệu lực nếu các chuỗi khối cơ bản được an toàn. Nếu blockchain thiếu bảo mật, kẻ độc hại có thể kiểm soát và thay đổi dữ liệu theo hướng có lợi cho chúng. Điều này dẫn đến phần thứ hai của bộ ba bất khả thi: bảo mật.
Bảo mật blockchain là gì?
Nếu một blockchain không có bảo mật thì việc nó phi tập trung đến mức nào cũng không thành vấn đề. Một mạng blockchain tốt phải có khả năng chống lại các cuộc tấn công của các thực thể độc hại. Các hệ thống tập trung bảo mật dựa trên thực tế là hệ thống đã đóng. Bất cứ ai nắm quyền kiểm soát đều có thể đảm bảo rằng dữ liệu không bị can thiệp. Nhưng làm thế nào đạt được điều này trong một hệ thống phi tập trung mà bất kỳ ai cũng có thể tham gia?
Đây là một chủ đề phức tạp, nhưng một lần nữa chúng ta có thể lấy Bitcoin làm ví dụ về tính bảo mật của chuỗi khối phi tập trung. Chuỗi khối Bitcoin sử dụng kết hợp mật mã và cơ chế đồng thuận mạng được gọi là Bằng chứng công việc (PoW). Theo thuật ngữ mật mã, mỗi khối có một số loại chữ ký số hoặc hàm băm và được kết nối theo cách mà nó không thể bị giả mạo vì bất kỳ thay đổi nào cũng sẽ làm thay đổi hàm băm của khối. Mọi nỗ lực thay đổi dữ liệu sẽ nhanh chóng được phần còn lại của mạng xác định.
Cơ chế đồng thuận PoW là một phần khác của câu đố. Giúp bảo vệ sổ cái tiền điện tử. Để hiểu được sự đồng thuận của Bằng chứng công việc sẽ cần một bài viết hoàn toàn riêng biệt, nhưng vì mục đích của chúng tôi, hãy nhớ rằng các thành viên của mạng chỉ có thể xác minh các giao dịch mới và thêm chúng vào sổ cái thông qua một hoạt động gọi là khai thác. Điều này liên quan đến việc sử dụng sức mạnh tính toán để giải các câu đố toán học. Một phần của quy trình yêu cầu các máy tính này thực hiện các chức năng băm khác nhau. Điều này dẫn đến vấn đề về khả năng mở rộng vì cơ chế PoW an toàn nhưng tương đối chậm.
Nó cũng cho rằng càng có nhiều người tham gia (nút) trong mạng thì mạng sẽ càng an toàn hơn. Số lượng bên càng lớn thì tác nhân độc hại sẽ càng khó kiểm soát hệ thống. Điều này liên quan đến cái được gọi là cuộc tấn công 51%. Tóm lại, nếu một thực thể (hoặc một nhóm tác nhân độc hại) quản lý để kiểm soát hơn 50% tổng tốc độ băm mạng của một blockchain, chẳng hạn, họ có thể ghi đè lên sự đồng thuận và thay đổi dữ liệu của chuỗi vì lợi ích riêng của họ. , mã thông báo chi tiêu gấp đôi.
Nói một cách đơn giản, bảo mật là yêu cầu cơ bản để một blockchain thành công vì nếu không có nó, kẻ tấn công có thể kiểm soát chuỗi và khiến nó không thể sử dụng được.
Khả năng mở rộng là gì?
Khả năng mở rộng đề cập đến mục tiêu xây dựng một blockchain có thể hỗ trợ ngày càng nhiều giao dịch mỗi giây. Nó phải có khả năng mở rộng nếu công nghệ blockchain muốn tiếp cận xã hội rộng lớn hơn và có thể là hàng tỷ người dùng. Tuy nhiên, đây là nơi hầu hết các blockchain gặp khó khăn.
Điều này xảy ra bởi vì sự phân cấp và bảo mật rất cơ bản đối với blockchain nên chúng có xu hướng trở thành những yếu tố đầu tiên được xem xét. Phân cấp là rất quan trọng đối với triết lý và mục tiêu của công nghệ blockchain, vốn là trung tâm của các blockchain được công nhận nhất. Bảo mật, như chúng ta đã thấy, là yêu cầu trọng tâm để blockchain thành công và hữu ích.
Tuy nhiên, bằng cách ưu tiên phân cấp và bảo mật, khả năng mở rộng trở thành một thách thức. Số lượng giao dịch mà một chuỗi có thể xử lý có thể rất hạn chế. Một hệ thống thanh toán tập trung, như Visa, tuyên bố nó có thể xử lý tới 24.000 giao dịch mỗi giây. Vì mạng đã đóng và không phải lo lắng về các cân nhắc như nút công khai và sự đồng thuận nên điều này trở nên khả thi. So sánh điều này với một số blockchain được công nhận nhất.
Theo Bloomberg vào năm 2022: “Tính đến tháng 9 năm nay, Bitcoin có thể xử lý không quá bảy giao dịch mỗi giây và Ethereum, mạng phổ biến thứ hai, bị giới hạn ở khoảng 15 giao dịch mỗi giây – cả đời so với các sàn giao dịch thông thường”.
Như chúng tôi đã đề cập, tốc độ giao dịch của các chuỗi khối này bị hạn chế do cách xử lý thông tin của những người tham gia khác nhau, tùy thuộc vào mạng phi tập trung và bản chất của cơ chế đồng thuận PoW. Nếu ngày càng nhiều người trong xã hội bắt đầu sử dụng công nghệ blockchain, các mạng sẽ bị sa lầy do số lượng giao dịch mà họ có thể xử lý bị hạn chế.
Tại sao bộ ba bất khả thi blockchain tồn tại
Giải pháp cơ bản và rõ ràng nhất cho vấn đề này là giảm số lượng người tham gia cam kết và thêm dữ liệu vào mạng nhằm mở rộng quy mô và tăng tốc độ. Nhưng làm như vậy sẽ làm suy yếu sự phân cấp vì quyền kiểm soát sẽ được trao cho một số ít người tham gia. Tương tự như vậy, nó cũng sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến an ninh, vì ít người tham gia hơn đồng nghĩa với việc có nhiều khả năng bị tấn công hơn.
Đây là bộ ba bất khả thi: Do mối liên hệ giữa các thuộc tính được mong muốn cao là phân cấp và bảo mật, thiết kế cơ bản về cách thức hoạt động của blockchain gây khó khăn cho việc mở rộng quy mô. Nếu bạn tăng cái này thì cái kia sẽ yếu đi. Làm cách nào bạn có thể thúc đẩy khả năng mở rộng mà không gây tổn hại đến tính phân cấp, bảo mật hoặc cả hai?
Làm thế nào để giải quyết bộ ba bất khả thi của blockchain
Không có giải pháp vàng cho bộ ba bất khả thi này. Tuy nhiên, do tầm quan trọng của việc giải quyết nó, một số cách tiếp cận khác nhau đã được phát triển trong cộng đồng với những kết quả thú vị. Chúng ta hãy xem qua bản tóm tắt một số phát triển phổ biến nhất để hiểu rõ hơn những gì đang xảy ra trong không gian:
1. Phân mảnh hoặc "phân mảnh"
Đó là một phương pháp tách các chuỗi khối (hoặc các loại cơ sở dữ liệu khác) thành các chuỗi khối nhỏ hơn, được phân chia để quản lý các phân đoạn dữ liệu cụ thể. Thiết lập này ngăn một chuỗi xử lý tất cả các giao dịch và tương tác trên mạng. Mỗi blockchain phân chia được gọi là phân đoạn và có sổ cái riêng. Các phân đoạn này có thể xử lý các giao dịch của riêng chúng, nhưng đèn hiệu hoặc chuỗi khối chính sẽ quản lý các tương tác giữa các phân đoạn. Điều này làm cho việc bảo vệ trở thành một bản nâng cấp khả năng mở rộng mạng Lớp 1, vì đây là một thay đổi đối với mạng chính blockchain.
2. Cơ chế đồng thuận khác
Một trong những lý do khiến bộ ba bất khả thi tồn tại trong mạng Bitcoin là do cách thức hoạt động đồng thuận của PoW để đảm bảo an ninh. Nhu cầu về thợ mỏ, thuật toán mã hóa và lượng lớn sức mạnh tính toán phi tập trung dẫn đến một hệ thống an toàn nhưng chậm. Tìm một cách khác để bảo vệ sự đồng thuận là một cách tiếp cận để giải quyết bộ ba bất khả thi. Đây là một trong những lý do khiến Ethereum chuyển từ cơ chế PoW sang Proof of Stake (PoS).
Trong chuỗi khối PoS, những người tham gia xác thực giao dịch phải đặt cọc mã thông báo của họ. Không cần máy khai thác chuyên dụng cao. Việc thêm nhiều trình xác thực hơn vào mạng sẽ đơn giản hơn và dễ truy cập hơn. PoS chỉ là một trong nhiều cơ chế đồng thuận nhằm mục đích mở rộng.
3. Giải pháp lớp 2
Cả sharding và các cơ chế đồng thuận khác nhau đều được gọi là giải pháp Lớp 1. Chúng tìm cách thay đổi thiết kế cơ bản của mạng cơ bản. Nhưng các nhà phát triển khác muốn giải quyết bộ ba bất khả thi đang nghiên cứu các giải pháp xây dựng dựa trên cấu trúc mạng hiện có. Nói cách khác, họ tin rằng giải pháp nằm ở lớp thứ hai hoặc Lớp 2. Ví dụ về điều này là các sidechain và kênh trạng thái.
Sidechain về cơ bản là một blockchain riêng biệt kết nối với chuỗi chính. Nó được cấu hình để tài sản có thể lưu chuyển tự do giữa cả hai blockchain. Điều quan trọng cần lưu ý là sidechain có thể hoạt động theo các quy tắc khác nhau, cho phép tốc độ và khả năng mở rộng cao hơn. Tương tự, các kênh trạng thái là một cách khác để đưa các giao dịch ra khỏi chuỗi chính và giảm bớt áp lực cho Lớp 1. Kênh trạng thái sử dụng hợp đồng thông minh thay vì một chuỗi riêng biệt để cho phép người dùng tương tác với nhau mà không cần xuất bản các giao dịch của họ trên blockchain. Blockchain chỉ ghi lại điểm bắt đầu và kết thúc của kênh.
Kết luận
Bộ ba bất khả thi về blockchain cản trở blockchain đạt được tiềm năng của nó như một công nghệ thay đổi thế giới. Nếu mạng blockchain chỉ có thể xử lý một số lượng nhỏ giao dịch mỗi giây để duy trì tính phân cấp và bảo mật thì việc áp dụng đại trà sẽ khó đạt được. Tuy nhiên, các giải pháp mà các nhà phát triển đang tìm kiếm và đề xuất cho vấn đề này cho thấy những tiến bộ công nghệ mà blockchain đã đạt được sẽ tiếp tục và các mạng này chắc chắn sẽ có thể xử lý nhiều dữ liệu hơn trong tương lai.