Trong công nghệ blockchain, thuật ngữ “mở rộng quy mô” đề cập đến việc gia tăng tốc độ thông lượng, được đo bằng số lượng giao dịch thực hiện mỗi giây (TPS). Giờ đây, khi tiền điện tử ngày càng được sử dụng phổ biến trong cuộc sống hàng ngày, việc tạo các layer trở nên cần thiết để bảo mật mạng, lưu trữ hồ sơ tốt hơn…
Layer 1 trong hệ sinh thái phi tập trung là blockchain. Mặt khác, layer 2 là sự tích hợp của bên thứ ba với layer 1 để tăng số lượng node và sau đó là thông lượng hệ thống. Hiện tại, nhiều giải pháp blockchain layer 2 đang được triển khai. Các giải pháp này sử dụng hợp đồng thông minh để tự động hóa giao dịch.
Layer 1 và Layer 2
Công nghệ blockchain mang lại nhiều lợi ích như tăng mức độ bảo mật, cho phép giao dịch đơn giản hơn và giúp lưu trữ hồ sơ. Tuy nhiên, khi mức độ sử dụng trở nên phổ biến hơn, một số vấn đề dần phát sinh. Một trong những vấn đề như vậy là khả năng mở rộng.
Với blockchain, mọi giao dịch trong hệ thống phi tập trung phải trải qua một số bước. Quá trình này cần lượng thời gian và sức mạnh xử lý đáng kể. Để cải thiện khả năng xử lý của blockchain, các nhà phát triển giới thiệu giải pháp mở rộng quy mô layer 2 vào cấu trúc.
Tại sao khả năng mở rộng của blockchain lại quan trọng?
Các chuyên gia có nhiều cách định nghĩa “khả năng mở rộng” tùy theo quan điểm của mỗi người. Tuy nhiên, về bản chất, khả năng mở rộng blockchain là khả năng hệ thống cung cấp trải nghiệm phong phú cho mọi người dùng, bất kể tổng số người dùng tại bất kỳ thời điểm nào.
Thuật ngữ “thông lượng” đề cập đến số lượng giao dịch hệ thống xử lý mỗi giây (TPS). Trong khi các công ty/kênh thanh toán như Visa xử lý gần 20.000 TPS với mạng thanh toán điện tử VisaNet, chuỗi chính của Bitcoin chỉ có thể thực hiện từ 3 đến 7 TPS.
Chênh lệch quá nhiều giữa các mức nói trên có thể khiến nhiều người ngạc nhiên, nhưng tất cả đều có lý do của nó. Bitcoin sử dụng hệ thống phi tập trung, trong khi VisaNet chạy trên hệ thống tập trung. Bitcoin sử dụng nhiều sức mạnh và thời gian xử lý hơn để bảo vệ quyền riêng tư của người dùng. Mỗi giao dịch dữ liệu phải trải qua nhiều bước, bao gồm chấp nhận, khai thác, phân phối và xác thực bởi mạng lưới node.
Với việc tiền điện tử dự kiến sẽ trở thành một lực lượng phải có trong thế giới kinh doanh, các nhà phát triển blockchain đang cố gắng tăng phạm vi xử lý. Bằng cách tạo nhiều layer blockchain và tối ưu hóa mở rộng quy mô layer 2, họ muốn tăng tốc thời gian xử lý và tăng số lượng TPS.
Bitcoin chật vật vì 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 gặp nhiều khó khăn về khả năng mở rộng ngay từ khi thành lập, khiến mọi người trăn trở: Điều gì sẽ xảy ra nếu ngày càng nhiều người bắt đầu sử dụng Bitcoin?
Câu hỏi này chỉ ra một vấn đề cấp bách của mạng. Mọi hệ thống đều có lượng băng thông cụ thể và chỉ có thể xử lý tối đa số lượng giao dịch nhất định mỗi giây. Ngoài ra, mọi giao dịch trong một hệ thống phi tập trung đều phải được kiểm tra và do đó cần có không gian lưu trữ lớn.
Đến năm 2021, khi Bitcoin trở nên phổ biến, câu hỏi đó được trả lời bằng thực tế là các giao dịch tràn ngập vào giao thức, dẫn đến tốc độ xử lý giảm xuống.
Tại sao blockchain hiện tại cần đến công nghệ layer 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 nên nó cho phép đa dạng ứng dụng phi tập trung. Trong công nghệ blockchain, cơ chế đồng thuận là một hệ thống có khả năng chịu lỗi, dẫn đến các thỏa thuận về một trạng thái mạng duy nhất giữa nhiều node phân tán. Các giao thức này đảm bảo tất cả node đồng ý về giao dịch và được đồng bộ hóa. Điều này làm cho chuỗi Ethereum vô cùng khó bị ghi đè hoặc bị tấn công.
Nhờ sự ổn định và bảo mật của Ethereum, cơn sốt ICO nổi lên như một hiện tượng, dẫn đến tình trạng các dự án coin mới “mọc lên như nấm” trên blockchain này. Do đó, lượng lớn người dùng và số lượng giao dịch được thực hiện trên Ethereum tăng lên. Khi hệ thống bị tắc nghẽn, phí giao dịch – hoặc phí “gas” trả cho các bên xử lý giao dịch trên mạng Ethereum – tăng lên.
Khi mạng blockchain bị tắc nghẽn, các giao dịch chờ xử lý dừng lại tại pool bộ nhớ và mất nhiều thời gian hơn. Để giải quyết vấn đề, thợ mỏ bắt đầu ưu tiên giao dịch có giá gas cao hơn để xác nhận. Điều này càng làm tăng chi phí tối thiểu cần thiết để thực hiện một giao dịch.
Chu kỳ tăng giá đẩy phí gas tăng chóng mặt càng làm tình hình trở nên tồi tệ hơn đối với mọi người. Mở rộng quy mô layer 2 được đặt ra nhằm giải quyết vấn đề nói trên và giảm chi phí giao dịch.
Vấn đề với layer 1
Mạng layer 1 là một blockchain trong hệ thống phi tập trung, điển hình như Bitcoin và Ethereum.
Với giải pháp mở rộng quy mô layer 1, giao thức blockchain cơ bản được thay đổi để khả năng mở rộng trở nên khả thi. Theo đó, quy tắc của giao thức được điều chỉnh để tăng dung lượng và tốc độ giao dịch. Kết quả là blockchain xử lý được nhiều dữ liệu và thu hút nhiều người dùng hơn.
Mở rộng quy mô thông qua blockchain layer 1 có thể được hiểu là:
– Tăng cường tốc độ xác nhận khối.
– Tăng dung lượng chứa dữ liệu của một khối.
Kết hợp với nhau, các giải pháp mở rộng này làm tăng thông lượng của mạng. Tuy nhiên, layer 1 dường như đang không đạt được mục tiêu mong muốn với số lượng người dùng blockchain ngày càng tăng. Dưới đây là một số bất cập 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 bảo mật hơn các cơ chế khác, nhưng tốc độ của nó lại kìm hãm hệ thống. Cơ chế yêu cầu thợ mỏ phải sử dụng sức mạnh tính toán để giải thuật toán mật mã. Do đó, nhìn chung, nó cần nhiều sức mạnh và thời gian tính toán hơn.
Giải pháp: Có thể sử dụng đồng thuận PoS để thay thế. Đây cũng chính là đồng thuận Ethereum 2.0 sẽ sử dụng. Cơ chế đồng thuận này xác nhận các khối dữ liệu giao dịch mới theo lượng staking của những người tham gia trong mạng, làm cho quá trình hiệu quả hơn.
Khối lượng công việc quá tải
Khi số lượng người dùng tăng lên, khối lượng công việc trên blockchain layer 1 cũng vậy. Do đó, tốc độ xử lý và dung lượng giảm dần.
Giải pháp: Giải pháp mở rộng cho vấn đề này là sharding. Nói một cách đơn giản, sharding chia nhỏ công việc xác thực và chứng thực giao dịch thành các bit nhỏ, có thể quản lý được. Do đó, khối lượng công việc được trải rộng trên mạng để tận dụng sức mạnh tính toán thông qua nhiều node hơn.
Vì mạng xử lý các shard song song nên quá trình xử lý tuần tự nhiều giao dịch có thể xảy ra cùng một lúc.
Giải pháp mở rộng quy mô layer 2
Blockchain layer 2 hoạt động trên layer gốc để cải thiện hiệu quả. Bằng cách giảm tải giao dịch, layer 2 nhận lấy một phần gánh nặng của blockchain layer 1 và đưa giao dịch vào kiến trúc hệ thống khác.
Sau đó, blockchain layer 2 xử lý giao dịch và báo cáo cho layer 1 để hoàn thiện kết quả. Vì hầu hết tải xử lý dữ liệu được trao cho kiến trúc phụ trợ liền kề này, nên tình trạng tắc nghẽn mạng được giảm thiểu: không chỉ blockchain layer 1 trở nên ít tắc nghẽn hơn mà còn có khả năng mở rộng hơn.
Một ví dụ về blockchain layer 1 là Bitcoin, giải pháp mở rộng quy mô layer 2 là Lightning Network. Lightning Network xử lý giao dịch trên Bitcoin và báo cáo cho nó. Kết quả là Lighting Network tăng tốc độ xử lý trên blockchain Bitcoin. Ngoài ra, Lightning Network còn mang các hợp đồng thông minh đến blockchain layer 1 Bitcoin.
Dưới đây là một số giải pháp mở rộng quy mô layer 2 khác:
Blockchain lồng vào nhau (Plasma)
Blockchain lồng vào nhau là một blockchain layer 2 hoạt động trên blockchain layer 1. Về cơ bản, blockchain layer 1 thiết lập các tham số trong khi layer 2 lồng vào thực thi quy trình.
Có thể có một số cấp độ blockchain trên chuỗi chính, giống như cấu trúc doanh nghiệp điển hình. Thay vì để một người (ví dụ: người quản lý) thực hiện tất cả công việc, người quản lý chỉ định nhiệm vụ cho cấp dưới, người này sẽ báo cáo lại cho người quản lý khi họ hoàn thành nhiệm vụ tương ứng. Bằng cách đó, gánh nặng cho người quản lý được giảm bớt trong khi khả năng mở rộng được cải thiện.
OMG Plasma Project là một ví dụ, hoạt động như một blockchain layer 2 cho giao thức layer 1 Ethereum để đảm bảo các giao dịch rẻ hơn và nhanh hơn.
Các kênh trạng thái
Các kênh trạng thái cho phép giao tiếp hai chiều giữa những người tham gia blockchain. Khi làm như vậy, họ có thể giảm thời gian chờ đợi vì không có bên thứ ba (ví dụ: thợ mỏ) 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 khóa một phần của layer cơ sở.
– Sau đó, họ có thể tương tác trực tiếp với nhau, loại bỏ sự cần thiết phải có thợ mỏ.
– Sau khi tiến hành toàn bộ giao dịch, họ gửi trạng thái kênh cuối cùng trở lại.
Cả Raiden Network trên Ethereum và Lightning Network trên Bitcoin đều là ví dụ điển hình về các kênh trạng thái. Lightning Network cho phép người tham gia thực hiện một số giao dịch vi mô trong khoảng thời gian cụ thể. Trong khi đó, Raiden cho phép người tham gia chạy các hợp đồng thông minh thông qua kênh cá nhân.
Các kênh trạng thái như Lightning Network cũng hoàn toàn an toàn, vì chỉ những người tham gia mới biết về giao dịch. Mặt khác, blockchain layer 1 Ethereum ghi lại tất cả giao dịch trong một sổ cái có thể kiểm toán công khai.
Sidechain
Tương tự các kênh trạng thái như Lightning Network và hợp đồng thông minh, sidechain cũng là giải pháp mở rộng quy mô cho công nghệ blockchain layer 2. Một sidechain là một chuỗi có thể giao dịch, tạo điều kiện cho số lượng lớn các giao dịch. Nó có cơ chế đồng thuận độc lập với layer gốc. Cơ chế được tối ưu hóa để nâng cao khả năng mở rộng và tốc độ xử lý. Trong tình huống này, chuỗi chính phải xác nhận hồ sơ giao dịch, duy trì bảo mật và xử lý tranh chấp.
Sidechain khác với các kênh trạng thái ở chỗ chúng công khai ghi lại tất cả giao dịch trong sổ cái. Ngoài ra, nếu một sidechain gặp phải vi phạm bảo mật, nó không ảnh hưởng đến các sidechain khác hoặc chuỗi chính của layer cơ sở.
Rollups
Rollups là các giải pháp mở rộng quy mô blockchain layer 2 thực hiện giao dịch bên ngoài blockchain layer 1 và gửi lại dữ liệu từ các giao dịch vào đó. Vì dữ liệu nằm trên layer cơ sở nên giúp layer 1 duy trì bảo mật cho rollups.
Rollups có 2 mô hình bảo mật khác nhau:
– Optimistic Rollups: Các rollups này giả định giao dịch hợp lệ theo mặc định. Do đó, chúng chỉ tiến hành tính toán để phát hiện gian lận nếu có yêu cầu.
– Zero-Knowledge Rollups: Các rollups này chạy tính toán off-chain, sau đó gửi bằng chứng hợp lệ cho layer cơ sở hoặc chuỗi chính.
Rollups giúp tăng thông lượng giao dịch, mở rộng tham gia và giảm phí gas cho người dùng.
Hạn chế của layer 1 và layer 2
Phân lớp blockchain mang lại một số lợi ích. Ví dụ, lợi thế chính của các giải pháp layer 1 là nhà phát triển không phải thêm bất kỳ thứ gì vào kiến trúc hiện có, vì layer cơ sở đã được thay đổi.
Trong khi đó, các giải pháp mở rộng quy mô layer 2 không can thiệp vào giao thức layer cơ sở. Ngoài ra, giải pháp này cho phép nhiều giao dịch vi mô mà không yêu cầu người dùng trả phí giao dịch cao ngất ngưởng hoặc lãng phí thời gian chờ thợ mỏ xác minh.
Tuy nhiên, cả hai layer blockchain này đều có những hạn chế cần được xem xét.
Bổ sung vào các giao thức hiện có
Vấn đề chính với các layer blockchain là thêm chúng vào giao thức hiện có. Cả Bitcoin và Etherium đều có giá trị vốn hóa thị trường hàng tỷ đô la và người dùng giao dịch hàng triệu đô la mỗi ngày. Do đó, không có ý nghĩa gì nếu làm phức tạp quá trình thông qua coding và thử nghiệm không cần thiết, vì điều này rất tốn kém.
Bộ ba vấn đề quan trọng về khả năng mở rộng
Vitalik Buterin, người sáng lập Ethereum, đã đưa ra thuật ngữ “bộ ba vấn đề về khả năng mở rộng” để đề cập đến việc kết hợp ba thuộc tính vốn có của một blockchain: Bảo mật, khả năng mở rộng, phân cấp.
Thuật ngữ này chỉ ra rằng bất kỳ công nghệ blockchain nào cũng chỉ có thể có tối đa hai thuộc tính, không bao giờ có cả ba cùng một lúc. Do đó, công nghệ blockchain hiện tại sẽ luôn phải thỏa hiệp một trong những thuộc tính cơ bản. Ví dụ, trong khi blockchain Bitcoin tối ưu hóa sự phân cấp và bảo mật, nó đã phải thỏa hiệp về khả năng mở rộng mặc dù không có lỗi gì.
Tương lai sau này của layer 1 và layer 2 là gì?
Khả năng mở rộng là một trong những lý do không thể áp dụng hàng loạt tiền điện tử trong ngành công nghiệp blockchain vào lúc này. Khi nhu cầu về tiền điện tử tăng lên, áp lực mở rộng quy mô các giao thức blockchain cũng sẽ tăng lên. Vì cả hai layer blockchain đều có những hạn chế nhất định, nên giải pháp trong tương lai sẽ là xây dựng một giao thức có thể giải quyết các vấn đề nan giải về khả năng mở rộng.
Kết luận
Để giải quyết “nút thắt cổ chai” này, có hai lựa chọn có sẵn: 1) giảm thiểu vấn đề về mở rộng quy mô hoặc 2) tìm kiếm các giải pháp thay thế khả thi. Các nhà phát triển blockchain đang lựa chọn phương án thứ nhất, chuyển sang giải pháp mở rộng quy mô layer 2 trong quá trình thực hiện Ethereum 2.0.
Tại thời điểm viết bài, các hệ thống blockchain vẫn đang được phát triển. Câu hỏi cấp bách cho tương lai là liệu các layer blockchain và mở rộng quy mô layer 2 sẽ là tạm thời hay lâu dài? Tính đến thời điểm này, không ai thực sự biết câu trả lời là gì.
- Hơn 7 tỷ đô la bị khóa trong các cầu nối layer 1 nhưng Ethereum vẫn thống trị TVL
- Các giải pháp layer 2 tăng trưởng 20% sau khi giá ETH đạt ATH mới
- Mùa altcoin sắp đến hay ATH khác của Bitcoin sẽ xuất hiện?
Minh Anh
Theo Bybit
