TL;DR
Blockchain có khả năng 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. Nếu mục tiêu là áp dụng công nghệ blockchain trên toàn cầu thì nó phải có khả năng xử lý khối lượng dữ liệu lớn hơn nhiều và cung cấp các giao dịch nhanh hơn. Bằng cách này, nhiều người có thể sử dụng mạng hơn mà không bị chậm hoặc chi phí cao. Tuy nhiên, thiết kế của nhiều mạng phi tập trung làm cho khả năng mở rộng ngày càng tăng làm giảm tính phân cấp hoặc bảo mật. Vấn đề này được gọi là bộ ba bất khả thi của blockchain. Các nhà phát triển đang cố gắng giải quyết vấn đề này đang thử nghiệm 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 này 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 lĩnh vực khác nhau đã thay đổi cách chúng ta làm việc và sinh sống.
Ý tưởng là các chuỗi khối phi tập trung và an toàn mang đến một thế giới nơi chúng ta không cần phụ thuộc vào bên thứ ba để mạng hoặc thị trường hoạt động. Tuy nhiên, hầu hết các chuyên gia đều đồng ý rằng nếu công nghệ này được áp dụng rộng rãi hơn thì có một vấn đề cốt lõi cần được giải quyết. Vấn đề được đề cập được gọi là “bộ ba bất khả thi trên blockchain”.
Thuật ngữ này được phổ biến bởi người đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin. Nó đề cập đến ba yếu tố mong muốn trong một blockchain: phân cấp, bảo mật và khả năng mở rộng. Bộ ba bất khả thi của blockchain đề cập đến ý tưởng rằng rất khó để một blockchain có thể đạt được mức tối ưu của cả ba thuộc tính này cùng một lúc. Tập trung vào cái này thường khiến cái kia yếu đi.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đề cập đến ba yếu tố của bộ ba bất khả thi và giải thích từng yếu tố chi tiết hơn. Bằng cách thảo luận chi tiết và ảnh hưởng của từng yếu tố đến yếu tố kia, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về bộ ba bất khả thi của blockchain và các nguyên nhân có thể xảy ra của nó. Chúng ta cũng sẽ xem xét một số giải pháp do các nhà phát triển đề xuất.
Phân cấp là gì?
Chuỗi khối Bitcoin và các mạng tương tự khác được thiết kế để phân cấp. Cấu trúc được tạo ra theo cách không có cá nhân hoặc tổ chức nào chịu trách nhiệm. Ngược lại, nó là một cấu trúc hoàn toàn phi tập trung. Mạng lưới mở cửa cho bất kỳ ai muốn tham gia. Do đó, quyền kiểm soát được phân phối hoàn toàn và không được nắm giữ bởi 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 giả mạo.
Chủ đề này có thể khá kỹ thuật, nhưng hãy lấy mạng Bitcoin làm ví dụ. Không có bên thứ ba kiểm soát. Hãy so sánh điều này với nhu cầu của các ngân hàng trong hệ thống tài chính. Các ngân hàng củng cố niềm tin giữa những người thực hiện giao dịch và đảm bảo rằng tất cả hồ sơ được lưu giữ chính xác. Tuy nhiên, chuỗi khối Bitcoin chia sẻ tất cả dữ liệu này với mọi người trên mạng để có thể xác minh và xác nhận dữ liệu đó. Sau khi hoàn thành việc này, chúng sẽ được thêm vào cơ sở dữ liệu kỹ thuật số. Kết quả là một hệ thống có khả năng hoạt động mà không cần bên thứ ba.
Phân cấp cho phép phát triển cái gọi là Web3. Chúng tôi hiện là người dùng Web2 — Internet ngày nay. Web2 có nhiều trang web và ứng dụng do các công ty kiểm soát nhưng có nội dung do người dùng tạo ra. Web3 là bước tiếp theo. Web3 là một mạng internet nơi công nghệ blockchain phi tập trung cho phép mọi người kiểm soát dữ liệu và cuộc sống trực tuyến của chính họ.
Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là do cách thức hoạt động của các hệ thống phân tán này — với số lượng lớn người tham gia cần đồng ý về tính hợp lệ của bất kỳ dữ liệu nào — thời gian giao dịch có thể chậm vì nhiều thông tin cần được chia sẻ và xử lý . Do đó, blockchain cần cung cấp khả năng mở rộng, nghĩa là chúng phải có khả năng xử lý nhiều dữ liệu nhanh hơn. Chúng tôi sẽ quay lại chủ đề này khi thảo luận về khả năng mở rộng.
Hơn nữa, giấc mơ phân cấp chỉ có hiệu lực nếu các chuỗi khối cơ bản được an toàn. Nếu blockchain thiếu bảo mật, người dùng độc hại có thể kiểm soát và thay đổi dữ liệu theo hướng có lợi cho họ. Điều này đưa chúng ta đến yếu tố thứ hai của bộ ba bất khả thi: bảo mật.
Bảo mật trên blockchain là gì?
Việc blockchain phi tập trung như thế nào không quan trọng nếu nó không có tính bảo mật. Một mạng blockchain tốt phải có khả năng chống lại các cuộc tấn công từ các thực thể độc hại. Các hệ thống tập trung có được tính bảo mật từ thực tế rằng chúng là các hệ thống khép kín. Bất cứ ai nắm quyền kiểm soát đều có thể đảm bảo rằng dữ liệu không bị can thiệp. Nhưng làm thế nào điều này có thể thực hiện được trong một hệ thống phi tập trung, nơi mà bất cứ ai cũng có thể tham gia?
Đây là một chủ đề phức tạp, nhưng chúng ta lại có thể sử dụng Bitcoin làm ví dụ về chuỗi khối an toàn và phi tập trung. Chuỗi khối Bitcoin sử dụng kết hợp các yếu tố mật mã và cơ chế đồng thuận được gọi là Bằng chứng công việc (PoW). Về mặt mật mã, mỗi khối có một loại chữ ký số (hoặc hàm băm). Mỗi khối dữ liệu được kết nối theo cách 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. Nó giúp bảo vệ sổ cái tiền điện tử. Để giải thích Bằng chứng công việc, chúng tôi cần toàn bộ bài viết, nhưng với mục đích của chúng tôi trong bài viết này, hãy hiểu rằng các thành viên mạng chỉ có thể xác minh các giao dịch mới và thêm chúng vào sổ cái thông qua một hoạt động được gọi là khai thác. Quá trình này liên quan đến việc sử dụng sức mạnh tính toán để giải quyết một vấn đề toán học. Một phần của quy trình yêu cầu máy tính thực hiện nhiều hàm băm. Điều này góp phần gây ra vấn đề về khả năng mở rộng, vì cơ chế PoW an toàn nhưng tương đối chậm.
Cũng lưu ý rằng càng có nhiều người tham gia (nút) trong mạng thì mức độ bảo mật của mạng sẽ càng cao. Số lượng người tham gia càng nhiều thì người dùng độc hại càng khó kiểm soát hệ thống. Điều này giúp ngăn chặn một cuộc tấn công 51% có thể xảy ra. Về tổng quan: nếu một thực thể (hoặc nhóm tác nhân xấu) kiểm soát hơn 50% tổng tỷ lệ băm của blockchain, họ có thể ghi đè cơ chế đồng thuận và thay đổi dữ liệu blockchain vì lợi ích riêng của họ, ví dụ: chi tiêu gấp đôi số token. .
Nói tóm lại, bảo mật là yêu cầu cơ bản để blockchain thành công bởi vì nếu không có nó, kẻ tấn công có thể kiểm soát blockchain, khiến nó trở nên vô dụng.
Khả năng mở rộng là gì?
Thuật ngữ khả năng mở rộng đề cập đến mục tiêu xây dựng một blockchain có thể hỗ trợ nhiều giao dịch hơn mỗi giây. Khả năng mở rộng là cần thiết để công nghệ blockchain có thể phục vụ xã hội với quy mô lớn và có khả năng là hàng tỷ người dùng. Nhưng đây chính là điểm mà nhiều blockchain vẫn đang gặp khó khăn.
Điều này là do các yếu tố phân cấp và bảo mật rất cơ bản đối với blockchain nên chúng có xu hướng nhận được nhiều sự chú ý nhất. Phân cấp rất cần thiết đối với đặc tính và mục tiêu của blockchain đến nỗi nó thường là trọng tâm chính của các blockchain được công nhận nhất. Bảo mật, như chúng ta đã thảo luận, là một yêu cầu thiết yếu để blockchain thành công và hữu ích.
Tuy nhiên, khi ưu tiên phân quyền và bảo mật, khả năng mở rộng trở thành một thách thức. Số lượng giao dịch mà blockchain có khả năng xử lý có thể bị giảm nghiêm trọng. Một hệ thống thanh toán tập trung như Visa tuyên bố có thể xử lý 24.000 giao dịch mỗi giây. Điều này là do mạng đã đóng và không phụ thuộc vào sự cân nhắc của các nút công khai và sự đồng thuận. So sánh điều này với một số blockchain nổi tiếng hơn.
Theo Bloomberg vào năm 2021: “Tính đến tháng 9, Bitcoin không thể xử lý nhiều hơn bảy giao dịch mỗi giây và Ethereum, mạng phổ biến thứ hai, có giới hạn khoảng 15 giao dịch mỗi giây – trọn đời so với các nhà môi giới thông thường”.
Như đã đề cập, tốc độ giao dịch blockchain này bị hạn chế do cách xử lý thông tin của những người tham gia khác nhau tạo nên mạng phi tập trung và cũng do bản chất của cơ chế đồng thuận PoW. Nếu ngày càng có nhiều người bắt đầu sử dụng công nghệ blockchain, mạng sẽ trở nên tắc nghẽn do số lượng giao dịch có thể được 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 được mô tả ở trên là giảm số lượng người tham gia cam kết và thêm dữ liệu vào mạng, đổi lấy khả năng mở rộng và tốc độ cao hơn. Nhưng điều này sẽ gây tổn hại đến yếu tố phân quyền, vì quyền kiểm soát sẽ nằm trong tay một số lượng nhỏ người tham gia. Và nó cũng sẽ làm suy yếu an ninh, vì càng ít người tham gia thì nguy cơ bị tấn công càng cao.
Vì vậy, đây là bộ ba bất khả thi: với mối quan hệ giữa các thuộc tính mong muốn của phân cấp và bảo mật, thiết kế hoạt động cơ bản của blockchain khiến khả năng mở rộng trở nên khó khăn. Bằng cách cải thiện cái này, bạn làm suy yếu cái khác. Làm cách nào để tăng khả năng mở rộng mà không ảnh hưởng đến tính phân cấp, bảo mật hoặc cả hai?
Giải quyết bộ ba bất khả thi của blockchain
Không có giải pháp thần kỳ nào cho bộ ba bất khả thi. Nhưng do tầm quan trọng của việc giải quyết vấn đề này nên đã có một số cách tiếp cận khác nhau trong cộng đồng với những kết quả thú vị. Chúng ta hãy trình bày tổng quan về một số phát triển phổ biến nhất để giúp bạn hiểu về những gì đang xảy ra trong lĩnh vực này:
1. Phân mảnh
Đây là phương pháp chia chuỗi khối (hoặc các loại cơ sở dữ liệu khác) thành các chuỗi khối nhỏ hơn, được phân vùng để quản lý các phân đoạn dữ liệu cụ thể. Thiết lập này loại bỏ sự cần thiết của một blockchain duy nhất để xử lý tất cả các giao dịch và tương tác trên mạng. Mỗi blockchain được phân vùng được gọi là phân đoạn (đoạn) và có sổ cái cụ thể. Các phân đoạn này có khả năng xử lý các giao dịch của riêng chúng, nhưng đèn hiệu blockchain hoặc chuỗi 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 sự thay đổi đối với mạng chính của chuỗi khối.
2. Cơ chế đồng thuận khác
Một trong những lý do khiến bộ ba bất khả thi tồn tại trong mạng Bitcoin là cách PoW hoạt động để đảm bảo an ninh. Nhu cầu về thợ mỏ, thuật toán mã hóa và lượng sức mạnh tính toán phi tập trung khổng lồ dẫn đến một hệ thống an toàn nhưng chậm. Tìm một cách khác để đảm bảo 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 thay đổi từ 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 đến máy khai thác chuyên dụng cao. Việc thêm nhiều trình xác thực hơn vào mạng sẽ đơn giản hơn và giá cả phải chăng hơn. PoS chỉ là một trong nhiều cách tiếp cận khác nhau đối với các cơ chế đồng thuận nhằm tìm kiếm khả năng 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. Họ cố gắng thay đổi thiết kế cơ bản của mạng cơ bản. Nhưng các nhà phát triển khác đang tìm cách giải quyết bộ ba bất khả thi đang nghiên cứu các giải pháp xây dựng trên cấu trúc mạng hiện có. Nói cách khác, họ cho rằng câu trả lời nằm ở lớp thứ hai, tức là ở các giải pháp Lớp 2 ("lớp"). Ví dụ về điều này bao gồm sidechains và các kênh trạng thái.
Sidechain về cơ bản là một blockchain riêng biệt được kết nối với chuỗi chính. Nó được thiết lập để tài sản có thể lưu chuyển tự do giữa hai bên. Điều quan trọng cần lưu ý là sidechain có thể hoạt động theo các quy tắc khác với chuỗi chính, cho phép tốc độ và khả năng mở rộng cao hơn. Tương tự, các kênh trạng thái cung cấp một cách khác để loại bỏ các giao dịch khỏi chuỗi chính và giảm tải cho Lớp 1. Thay vì một blockchain riêng biệt, kênh trạng thái sử dụng hợp đồng thông minh để cho phép người dùng tương tác với nhau mà không cần xuất bản các giao dịch của họ lên blockchain. Chuỗi khối chỉ ghi lại trạng thái ban đầu và cuối cùng của kênh trạng thái.
Cân nhắc cuối cùng
Bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng ngăn cản blockchain phát huy 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 sẽ khó đạt được việc áp dụng đại trà. Tuy nhiên, các giải pháp được đưa ra bởi các nhà phát triển đang tìm cách giải quyết vấn đề này cho thấy những tiến bộ công nghệ mà công nghệ blockchain đã đạt được đang đi đúng hướng. Trong tương lai, các mạng sẽ có thể xử lý khối lượng dữ liệu lớn hơn nhiều.