Khả năng mở rộng luôn là một trong những thách thức gây tranh cãi nhất trong thiết kế blockchain. Khi ngày càng nhiều người dùng tham gia vào một mạng lưới và nhu cầu giao dịch tăng lên, hệ thống phải làm cách nào đó để xử lý thông lượng cao hơn mà không làm tổn hại đến các giá trị cốt lõi của nó. Trong điện toán truyền thống, việc mở rộng thường rất đơn giản: nâng cấp phần cứng, tăng cường khả năng và tiếp tục. Tuy nhiên, các blockchain hoạt động dưới những ràng buộc rất khác biệt.
Các mạng lưới công cộng như Bitcoin có sức mạnh từ sự phân quyền và khả năng chống kiểm duyệt. Những đặc tính này làm cho việc mở rộng nhanh chóng trở nên khó khăn. Mỗi nút đầy đủ phải xác minh độc lập các giao dịch và duy trì một bản sao của sổ cái, điều này tự nhiên giới hạn lượng dữ liệu mà mạng lưới có thể xử lý cùng một lúc. Sự căng thẳng này nằm ở trung tâm của vấn đề khả năng mở rộng blockchain.
Tại sao các blockchain gặp phải giới hạn thông lượng
Chạy một nút Bitcoin được thiết kế để dễ tiếp cận, ngay cả trên phần cứng khiêm tốn. Sự bao gồm đó đảm bảo rằng hàng ngàn người tham gia có thể xác minh hệ thống độc lập. Nhưng điều đó cũng có nghĩa là cần phải có các giới hạn nghiêm ngặt về kích thước khối và thông lượng giao dịch. Nếu các khối lớn quá hoặc quá thường xuyên, nhiều nút sẽ theo sau, làm suy yếu tính phi tập trung.
Một cách hữu ích để nghĩ về điều này là tưởng tượng một chuyến tàu khởi hành theo các khoảng thời gian cố định. Mỗi toa có một số ghế hạn chế, và khi nhu cầu tăng lên, hành khách bắt đầu đặt giá cao hơn cho một chỗ ngồi. Trên các blockchain, những giá thầu đó xuất hiện dưới dạng phí giao dịch cao hơn trong thời gian tắc nghẽn. Việc chỉ đơn giản thêm nhiều toa nghe có vẻ hấp dẫn, nhưng việc mở rộng chúng vô hạn cuối cùng sẽ làm cho tàu không thể vận hành.
Tình huống này liên quan chặt chẽ đến Trilemma Khả Năng Mở Rộng, một khái niệm được giới thiệu bởi Vitalik Buterin. Ý tưởng là các blockchain gặp khó khăn trong việc tối đa hóa khả năng mở rộng, bảo mật và tính phi tập trung cùng một lúc. Nhấn mạnh vào hai yếu tố thường làm yếu đi yếu tố thứ ba. Do đó, nhiều nhà phát triển hiện nay xem khả năng mở rộng là điều tốt nhất được đạt được ngoài chuỗi, trong khi lớp cơ sở vẫn tập trung vào bảo mật và tính phi tập trung.
Mở rộng ngoài chuỗi trong thực tế
Các giải pháp mở rộng ngoài chuỗi nhằm di chuyển phần lớn hoạt động ra khỏi blockchain chính mà không phá vỡ mô hình bảo mật của nó. Các giao dịch có thể xảy ra ở nơi khác, trong khi lớp cơ sở đóng vai trò như một hệ thống thanh toán và giải quyết tranh chấp. Hai trong số các phương pháp có ảnh hưởng nhất trong danh mục này là chuỗi bên và các kênh thanh toán.
Giải thích về các chuỗi bên
Một chuỗi bên là một blockchain độc lập được liên kết với một chuỗi chính thông qua một hình thức cầu nối tài sản nào đó. Nó không phải là một sự thay thế cho lớp cơ sở, mà là một sự mở rộng của nó. Tài sản có thể di chuyển giữa hai chuỗi, cho phép người dùng tạm thời hoạt động theo một bộ quy tắc khác.
Khi quỹ được chuyển đến một chuỗi bên, chúng thường được khóa trên chuỗi chính và được phát hành lại dưới hình thức tương đương trên chuỗi bên. Quy trình này có thể dựa vào các hợp đồng thông minh, các người giữ liên bang, hoặc các cơ chế khác, tùy thuộc vào thiết kế. Điểm chính là tổng cung vẫn nhất quán giữa hai môi trường.
Khi ở trên chuỗi bên, người dùng có thể giao dịch tự do. Các khối có thể được sản xuất nhanh hơn, phí có thể thấp hơn, và các tính năng thử nghiệm có thể được kích hoạt mà không làm rủi ro an ninh của mạng chính. Nếu có điều gì đó sai trên chuỗi bên, thiệt hại không tự động truyền trở lại chuỗi cơ sở.
Tính linh hoạt này giải thích tại sao các chuỗi bên thường được sử dụng để thử nghiệm các ý tưởng mới. Chúng cho phép các nhà phát triển thử nghiệm với các cơ chế đồng thuận thay thế, các khối lớn hơn, hoặc thời gian xác nhận nhanh hơn trong khi vẫn giữ thiết kế bảo thủ của các mạng như Bitcoin.
Tại sao các chuỗi bên quan trọng cho khả năng mở rộng
Các chuỗi bên nổi bật khi cần khối lượng giao dịch cao mà không có chi phí của việc thanh toán liên tục trên chuỗi. Một người dùng có thể khóa quỹ trên chuỗi chính, thực hiện hàng trăm giao dịch trên chuỗi bên, và sau đó rút số dư còn lại. Từ quan điểm của lớp cơ sở, chỉ có hai giao dịch xảy ra.
Cách tiếp cận này giảm đáng kể tình trạng tắc nghẽn trong khi vẫn giữ vai trò của chuỗi chính như là nguồn sự thật cuối cùng. Các khái niệm như Ethereum Plasma khám phá những ý tưởng tương tự, mặc dù với các giả định và kiến trúc bảo mật khác nhau.
Các kênh thanh toán và giao dịch ngay lập tức
Các kênh thanh toán giải quyết vấn đề khả năng mở rộng theo một cách rất khác. Thay vì tạo ra một blockchain mới, chúng dựa vào các hợp đồng thông minh và các thỏa thuận mật mã giữa các bên tham gia. Các giao dịch diễn ra ngoài chuỗi, nhưng chúng vẫn có thể được thực thi trên chuỗi nếu cần.
Một ví dụ phổ biến là Mạng Lightning. Hai người dùng mở một kênh bằng cách cam kết quỹ vào một địa chỉ đa chữ ký chung. Từ điểm đó, họ có thể cập nhật số dư của mình một cách riêng tư và ngay lập tức, mà không cần phát sóng từng giao dịch tới blockchain.
Chỉ khi kênh bị đóng, số dư cuối cùng mới được thanh toán trên chuỗi. Dù các bên đã trao đổi mười khoản thanh toán hay mười ngàn, blockchain chỉ thấy các giao dịch mở và đóng. Phí rất thấp, xác nhận ngay lập tức, và khả năng mở rộng cải thiện đáng kể.
Từ các kênh trực tiếp đến các mạng toàn cầu
Các kênh thanh toán trở nên mạnh mẽ hơn khi được kết nối vào một mạng. Người dùng không cần một kênh trực tiếp với tất cả mọi người mà họ muốn thanh toán. Miễn là có một con đường của các kênh được kết nối với đủ tính thanh khoản, các khoản thanh toán có thể được chuyển qua các trung gian.
Điều này tạo ra một topo linh hoạt, giống như lưới, nơi quỹ chảy một cách hiệu quả qua mạng. Nhiều lộ trình thường tồn tại, cho phép người dùng chọn các con đường nhanh hơn hoặc rẻ hơn. Quan trọng là, các biện pháp bảo vệ mật mã đảm bảo rằng các trung gian không thể đánh cắp quỹ hoặc thay đổi các khoản thanh toán.
Nhìn về phía trước
Chuỗi bên và các kênh thanh toán đều giảm bớt gánh nặng đặt lên các blockchain lớp cơ sở, nhưng chúng làm điều đó theo những cách hoàn toàn khác nhau. Chuỗi bên giới thiệu các môi trường thực thi riêng biệt với các thỏa hiệp của riêng mình, trong khi các kênh thanh toán tập trung vào các thỏa thuận riêng tư, ngoài chuỗi được thực thi bởi các hợp đồng thông minh.
Cả hai giải pháp đều chưa hoàn thiện và đều kèm theo các thách thức về kỹ thuật và khả năng sử dụng. Tuy nhiên, chúng đã đóng một vai trò quan trọng trong việc giúp các blockchain mở rộng mà không hy sinh tính phi tập trung. Khi sự chấp nhận tăng lên, có khả năng rằng chuỗi chính sẽ ngày càng được dành riêng cho các thanh toán có giá trị cao, trong khi các giao dịch hàng ngày sẽ chuyển sang các lớp ngoài chuỗi.
Về lâu dài, khả năng mở rộng sẽ không đến từ một đột phá đơn lẻ, mà từ một cách tiếp cận từng lớp, nơi mỗi thành phần làm những gì nó làm tốt nhất.