Khái niệm về blockchain đã trở nên quen thuộc với những đặc tính ưu việt như tính phi tập trung, mức độ bảo mật và minh bạch cao… Tuy nhiên, blockchain vẫn còn một vấn đề đang tồn đọng đó chính là khả năng mở rộng quy mô.
Vậy mở rộng quy mô blockchain là gì?
1. Mở rộng quy mô blockchain là gì? Tại sao khả năng mở rộng của blockchain lại quan trọng?
Các chuyên gia có nhiều cách để định nghĩa “khả năng mở rộng” (scalability) tùy theo quan điểm của mỗi người. Tuy nhiên, về bản chất, khả năng mở rộng blockchain là khả năng của một hệ thống cung cấp trải nghiệm hoàn chỉnh cho mọi người dùng, bất kể tổng số người dùng tại bất kỳ thời điểm nào.
Trong công nghệ blockchain, thuật ngữ “mở rộng quy mô” đề cập đến sự gia tăng tốc độ thông lượng, được đo bằng số lượng giao dịch mỗi giây (TPS). Cụ thể, thuật ngữ “thông lượng” (throughput) đề cập đến số lượng giao dịch mà hệ thống xử lý mỗi giây (TPS).
Trong khi các công ty/kênh thanh toán như Visa xử lý gần 20.000 TPS bằng mạng thanh toán điện tử VisaNet, thì chuỗi bitcoin chính chỉ có thể xử lý từ 3 đến 7 TPS. Sự khác biệt lớn giữa các mức trên có thể khiến nhiều người ngạc nhiên, nhưng đều có lý do của mọi thứ: Bitcoin sử dụng hệ thống phi tập trung trong khi VisaNet chạy trên hệ thống tập trung. Bitcoin sử dụng nhiều năng lượng hơn và thời gian xử lý để bảo vệ quyền riêng tư của người dùng. Mọi giao dịch dữ liệu phải trải qua nhiều bước, bao gồm chấp nhận, khai thác, phân phối và xác nhận bởi mạng lưới các nút.
Với việc tiền điện tử được kỳ vọng sẽ trở thành một lực lượng không thể thiếu trong thế giới kinh doanh, các nhà phát triển blockchain đang tìm cách mở rộng phạm vi xử lý. Bằng cách tạo nhiều lớp blockchain và tối ưu hóa quy mô Lớp 2, họ muốn tăng tốc thời gian xử lý và tăng số lượng TPS.
Ví dụ hiện nay, Bitcoin gặp khó khăn với việc thiếu khả năng mở rộng. Ban đầu, Bitcoin là một blockchain đơn giản để người dùng gửi và nhận tiền kỹ thuật số. Tuy nhiên, nó đã phải vật lộn với khả năng mở rộng kể từ khi thành lập, vì vậy mọi người đều tự hỏi: điều gì sẽ xảy ra nếu ngày càng có nhiều người bắt đầu sử dụng Bitcoin?
Câu hỏi này cho biết một sự cố mạng khẩn cấp. Mọi hệ thống đều có băng thông nhất định và chỉ có thể xử lý tối đa một số lượng giao dịch nhất định mỗi giây. Ngoài ra, mọi giao dịch phải được kiểm toán trong một hệ thống phi tập trung và do đó cần nhiều không gian lưu trữ.
Đến năm 2021, khi Bitcoin trở nên phổ biến, câu hỏi đó sẽ được trả lời bằng cách các giao dịch tràn ngập nhật ký, dẫn đến tốc độ xử lý chậm hơn.
Như vậy, công nghệ chuỗi khối mang lại nhiều lợi thế như tăng cường bảo mật, cho phép giao dịch dễ dàng hơn và giúp lưu giữ hồ sơ. Tuy nhiên, khi nó trở nên phổ biến hơn, một số vấn đề dần dần nảy sinh, đặc biệt khả năng mở rộng quy mô.
2. Block chain Lớp 1 và Lớp 2 là gì? Tại sao blockchain cần công nghệ Lớp 2?
Với blockchain, mọi giao dịch trong một hệ thống phi tập trung phải trải qua một số bước. Quá trình này mất rất nhiều thời gian và khả năng tính toán. Để cải thiện khả năng xử lý của blockchain, các nhà phát triển đang giới thiệu giải pháp mở rộng lớp 2 vào cấu trúc.
Lớp 1 (Layer 1) trong hệ sinh thái phi tập trung là blockchain. Mặt khác, Lớp 2 (Layer 2) là sự tích hợp của bên thứ ba với Lớp 1 để tăng số lượng nút và do đó thông lượng hệ thống. Nhiều giải pháp blockchain lớp 2 hiện đang được triển khai. Các giải pháp này sử dụng hợp đồng thông minh để tự động hóa các giao dịch.
Đọc thêm: Blockchain là gì? Hướng dẫn về Blockchain cho người mới
2.1 Vấn đề lớp 1
Mạng lớp 1 là một chuỗi khối trong một hệ thống phi tập trung, điển hình là Bitcoin và Ethereum.
Giải pháp mở rộng quy mô Lớp 1 thay đổi giao thức blockchain cơ bản để cho phép khả năng mở rộng. Các quy tắc của giao thức được điều chỉnh cho phù hợp để tăng dung lượng và tốc độ giao dịch. Kết quả là, blockchain xử lý nhiều dữ liệu hơn và thu hút nhiều người dùng hơn.
Việc mở rộng quy mô thông qua blockchain lớp 1 có thể được hiểu như sau:
– Tăng tốc độ xác nhận khối.
– Tăng khả năng lưu trữ dữ liệu của một khối.
Kết hợp với nhau, các giải pháp mở rộng này làm tăng thông lượng của mạng. Tuy nhiên, theo quan điểm của số lượng người dùng blockchain ngày càng tăng, Lớp 1 dường như đang bị tụt lại so với mục tiêu đã định. Dưới đây là một số thiếu sót của hệ thống:
Giao thức đồng thuận không hiệu quả
Blockchain Layer 1 vẫn sử dụng cơ chế đồng thuận PoW cũ và bất tiện.
Mặc dù cơ chế này an toàn hơn các cơ chế khác, nhưng tốc độ của nó lại làm chậm hệ thống. Cơ chế theo đó các thợ đào cần sức mạnh tính toán để giải các thuật toán mật mã. Do đó, nó thường mất nhiều sức mạnh và thời gian xử lý hơn.
Giải pháp: Có thể sử dụng đồng thuận PoS để thay thế. Đây cũng là sự đồng thuận mà Ethereum 2.0 sẽ sử dụng. Cơ chế đồng thuận này xác nhận các khối dữ liệu giao dịch mới theo sự đặt cọc của những người tham gia trong mạng, giúp quá trình hiệu quả hơn.
Khối lượng công việc quá tải
Khi số lượng người dùng tăng lên, khối lượng công việc trên blockchain Lớp 1 cũng vậy. Do đó, tốc độ xử lý và dung lượng giảm dần.
Giải pháp: Giải pháp có thể mở rộng cho vấn đề này là sharding. Nói một cách đơn giản, sharding phá vỡ công việc xác thực và xác nhận các giao dịch thành các bit nhỏ, có thể quản lý được. Do đó, khối lượng công việc được phân phối trên toàn mạng để nhiều nút hơn có thể sử dụng sức mạnh tính toán.
Vì mạng xử lý các phân đoạn song song, nhiều giao dịch có thể được xử lý tuần tự cùng một lúc.
2.2 Tại sao blockchain hiện tại cần công nghệ Lớp 2?
Câu trả lời rất đơn giản: nhu cầu tăng và chi phí giao dịch cao hơn.
Ví dụ: vì Ethereum có cơ chế đồng thuận, nó cho phép nhiều ứng dụng phi tập trung khác nhau. Trong công nghệ blockchain, cơ chế đồng thuận là một hệ thống chịu lỗi dẫn đến các thỏa thuận về một trạng thái mạng duy nhất giữa nhiều nút phân tán. Các giao thức này đảm bảo rằng tất cả các nút đồng ý về các giao dịch và được đồng bộ hóa. Điều này làm cho việc ghi đè hoặc hack chuỗi Ethereum trở nên cực kỳ khó khăn.
Nhờ sự ổn định và bảo mật của Ethereum, cơn sốt ICO đã phát triển thành một hiện tượng kéo theo các dự án coin mới “mọc lên như nấm” trên blockchain này. Điều này làm tăng số lượng người dùng và số lượng giao dịch được thực hiện trên Ethereum. Khi hệ thống bị quá tải, phí giao dịch – hoặc phí “gas”, trả cho các bên xử lý giao dịch trên mạng Ethereum sẽ tăng lên.
Khi mạng blockchain bị tắc nghẽn, các giao dịch đang chờ xử lý trên nhóm lưu trữ sẽ dừng lại và mất nhiều thời gian hơn. Để giải quyết vấn đề, các thợ mỏ bắt đầu ưu tiên các giao dịch có giá khí đốt cao hơn để xác nhận. Điều này càng làm tăng chi phí tối thiểu cần thiết để hoàn thành một giao dịch.
Chu kỳ giá đang khiến giá xăng tăng chóng mặt, đang khiến mọi thứ trở nên tồi tệ hơn đối với mọi người. Mở rộng quy mô lớp 2 nhằm giải quyết vấn đề này và giảm chi phí giao dịch.
3. Các giải pháp mở rộng quy mô lớp 2
Lớp Blockchain 2 hoạt động trên lớp gốc để cải thiện hiệu quả. Bằng cách thuê ngoài các giao dịch, Lớp 2 đảm nhận một phần tải của chuỗi khối Lớp 1 và chèn các giao dịch vào một kiến trúc hệ thống khác.
Sau đó, blockchain lớp 2 xử lý giao dịch và báo cáo cho lớp 1 để hoàn thành kết quả. Vì phần lớn tải xử lý dữ liệu rơi vào kiến trúc back-end nhất quán này, nên tình trạng tắc nghẽn mạng được giảm thiểu: Chuỗi khối lớp 1 không chỉ ít tắc nghẽn hơn mà còn có khả năng mở rộng cao hơn.
Những giải pháp mở rộng quy mô Lớp 2 phải kế thừa tính bảo mật cơ bản của chuỗi chính. Các sidechain có thể sử dụng các mạng hoặc trình xác thực khác để bảo mật chuỗi, nhưng giải pháp Lớp 2 khác biệt ở chỗ kế thừa bảo mật trực tiếp từ chuỗi chính. Các giải pháp Lớp 2 chủ yếu là Zero-knowledge rollup và Optimistic rollup.
Ví dụ về blockchain lớp 1 là Bitcoin, giải pháp mở rộng lớp 2 là Lightning Network. Lightning Network xử lý và báo cáo các giao dịch trên Bitcoin. Kết quả là, Lighting Network tăng tốc độ xử lý trên chuỗi khối Bitcoin. Ngoài ra, Lightning Network mang các hợp đồng thông minh đến chuỗi khối Bitcoin Lớp 1.
Các công cụ và giải pháp Lớp 2 như Starkware, Optimism và Arbitrum cung cấp khả năng mở rộng cho các blockchain. Nhờ đó ngày càng có nhiều sàn giao dịch và nền tảng có thể sử dụng các mạng như Ethereum.
3.1 Interlocking Blockchain (Plasma)
Plasma là gì? Giải pháp Lớp 2 Plasma của Ethereum là một blockchain lớp 2 hoạt động trên lớp 1 blockchain, sử dụng các blockchain con hoặc thứ cấp để hỗ trợ chuỗi chính trong việc xác minh; về cơ bản, blockchain lớp 1 thiết lập các tham số, trong khi lớp 2 tổ chức thực thi quy trình.
Chuỗi plasma tương tự như hợp đồng thông minh hoặc parachain của Polkadot. Tuy nhiên, chúng được cấu trúc theo một hệ thống phân cấp khác nhau để thực hiện các giao dịch từ chuỗi chính. Nhờ vậy chuỗi chính được giải phóng công việc và cải thiện khả năng bán.
Có thể có nhiều cấp blockchain trong chuỗi chính, giống như một cấu trúc công ty điển hình. Thay vì để tất cả công việc cho một người (ví dụ: người quản lý), người quản lý giao nhiệm vụ cho cấp dưới, người này sẽ báo cáo lại cho người quản lý khi họ đã hoàn thành nhiệm vụ tương ứng. Điều này giúp người quản lý bớt căng thẳng và đồng thời cải thiện khả năng mở rộng.
Ví dụ: Dự án OMG Plasma hoạt động như một chuỗi khối lớp 2 cho giao thức lớp 1 của Ethereum để đảm bảo giao dịch rẻ hơn và nhanh hơn.
3.2 State channels
State Channel là cách tương tác được tiến hành bên ngoài blockchain (off-chain) mà không gây ra rủi ro cho hệ thống bên trong. Điều đó có nghĩa là những thứ diễn ra bên trong một kênh State Channel vẫn duy trì một mức độ an toàn và tính chất cứu cánh rất cao: nếu có bất kỳ sai sót nào xảy ra, chúng ta vẫn có lựa chọn liên hệ ngược lại với Hard Kernel (hệ thống hạt nhân) được thấy trong các giao dịch on-chain.
State channels cho phép giao tiếp hai chiều giữa những người tham gia blockchain. Điều này cho phép bạn rút ngắn thời gian chờ đợi vì không có bên thứ ba (ví dụ: thợ đào) tham gia vào quá trình này.
Các kênh trạng thái hoạt động như sau:
– Theo hợp đồng thông minh, những người tham gia đồng ý trước để chặn một phần của lớp cơ sở.
– Sau đó, bạn có thể tương tác với nhau trực tiếp, loại bỏ sự cần thiết của các thợ đào.
– Sau khi toàn bộ giao dịch đã được thực hiện, họ gửi lại trạng thái kênh cuối cùng.
Cả Mạng lưới Raiden trên Ethereum và Mạng Lightning trên Bitcoin đều là những ví dụ điển hình về các State Channels.
Lightning Network là một trong những giải pháp Lớp 2 cho Bitcoin nổi tiếng nhất. Giống như các giải pháp Lớp 2 khác, các tập giao dịch từ chuỗi chính phải được xử lý ngoài chuỗi trước khi được đưa trở lại. Lightning Network cũng mang các hợp đồng thông minh tới với Bitcoin, trở thành một cải tiến lớn của mạng lưới Bitcoin nói chung.
Lightning Network cho phép người tham gia thực hiện một loạt các giao dịch vi mô trong một khoảng thời gian xác định. Lightning Network cũng hoàn toàn an toàn, vì chỉ những người tham gia mới biết về giao dịch.
Trong khi đó, Raiden cho phép người tham dự thực hiện các hợp đồng thông minh qua một kênh riêng tư. Chuỗi khối Ethereum Lớp 1 ghi lại tất cả các giao dịch trong một sổ cái có thể xác minh công khai.
Đọc thêm: Hợp đồng thông minh là gì? Các thông tin cần biết về Smart Contract trong blockchain
3.3 Sidechains
Tương tự như các State Channels như Lightning Network và Smart Contracts, sidechains cũng đại diện cho một giải pháp mở rộng quy mô cho công nghệ blockchain lớp 2. Một sidechain là một chuỗi có thể giao dịch cho phép thực hiện một số lượng lớn các giao dịch.
Giải pháp có một cơ chế đồng thuận độc lập với lớp gốc. Cơ chế được tối ưu hóa để cải thiện khả năng mở rộng và tốc độ xử lý. Trong tình huống này, chuỗi chính cần xác nhận hồ sơ giao dịch, duy trì bảo mật và xử lý tranh chấp.
Sidechains khác với các State Channels ở chỗ chúng ghi lại công khai tất cả các giao dịch trong sổ cái. Ngoài ra, nếu một sidechain bị vi phạm bảo mật, nó sẽ không ảnh hưởng đến các sidechain khác hoặc chuỗi chính của lớp cơ sở.
3.4 Roll Ups
Zero-knowledge rollup
Zero-knowledge rollup, hay còn gọi là ZK-Rollup, là các gói dữ liệu được thế chấp bằng hợp đồng thông minh trên chuỗi chính để được chuyển ra ngoài chuỗi phục vụ xử lý và tính toán. Zero-knowledge ở đây nghĩa là tất cả những người xác minh có thể biết họ có cùng một thông tin, dù thông tin này không cần được tiết lộ. Giải pháp này có thể tạo ra một khối trong khoảng một phút, với khả năng xử lý 2.000 TPS.
Optimistic rollup
Optimistic rollup hoạt động trên lớp cơ sở của Ethereum. Do vậy, một lượng lớn các hợp đồng thông minh có thể cùng chạy mà không làm quá tải mạng. Giao thức này vẫn cho mức độ bảo mật hệt như chuỗi chính Ethereum. Các trình tổng hợp dữ liệu sẽ tính toán các rễ merkle để tăng tốc độ giao dịch. Tuy nhiên, Optimistic rollup cung cấp ít thông lượng hơn Plasma và ZK Rollups.
Nguồn: ViMoney Tổng hợp
