Blockchain Trilemma: Fast, Secure và Scalable Networks

Proof of Stake, Sharding, State Channels, Sidechains: Các phân khúc đã nổi lên để giải quyết bộ ba Blockchain Trilemma của Blockchain và tối ưu hóa các mạng lưới để sử dụng phổ biến.

Bộ ba Blockchain Trilemma được biết đến rằng các mạng phi tập trung chỉ có thể mang lại hai trong ba lợi ích vào mọi thời điểm liên quan đến decentralization, security, and scalability.

Tìm hiểu Blockchain Trilemma

Trong khi công nghệ blockchain đang chứng minh được tính hữu ích đáng kinh ngạc trong các ngành từ tài chính đến nghệ thuật, cấu trúc cơ bản của các mạng phi tập trung đem theo những thách thức độc đáo so với hệ thống mạng tập trung.

Ngay từ những năm 1980, các nhà khoa học máy tính đã phát triển thứ gọi là "định lý CAP" để diễn đạt, và có lẽ đây là một trong những thách thức to lớn nhất trong số này. Theo định lý CAP, các hệ thống lưu trữ dữ liệu phi tập trung chỉ có thể cung cấp đồng thời hai trong ba khả năng bảo đảm sau: tính nhất quán, tính khả dụng và khả năng phân tách (ENG: Consistency, Availability, and Partition tolerance - CAP). 

Trong bối cảnh của các mạng phân tán hiện đại, định lý này đã tiến hóa thành Blockchain Trilemma — một niềm tin phổ biến rằng các public blockchain phải hy sinh một trong ba yếu tố bảo mật, tính phi tập trung hoặc khả năng mở rộng.

Khác với mối quan hệ client-server, thứ thống trị cơ sở hạ tầng mạng tập trung, các mạng public blockchain hiện sử dụng các cơ chế đồng thuận phi tập trung. Các public blockchain quản lý một mạng lưới các node được phân phối rộng rãi để đạt được sự nhất quán dữ liệu trên một cơ sở hạ tầng có thể kháng lại sự tấn công từ bên ngoài, trong khi vẫn duy trì tính minh bạch và sự truy cập công bằng, mở rộng. Điều này thật sự là một thách thức.

Ví dụ: trong khi Bitcoin phi tập trung và an toàn, nó chỉ có khả năng xử lý khoảng bảy giao dịch mỗi giây (TPS). Các Enterprise Blockchain như Hyperledger Fabric có tính bảo mật và có thể xử lý lưu lượng giao dịch cao, nhưng lại theo hệ thống tập trung (centralized), với một số lượng hạn chế rất lớn các node đạt được sự nhất quán. Các blockchain nhanh chóng và phi tập trung thì không an toàn, dễ bị tấn công và không thể duy trì trong dài hạn.

Việc đạt được một mạng lưới có tính bảo mật vững chắc trên một mạng phân tán rộng rãi và đồng thời có khả năng quản lý khả năng xử lý giao dịch trên quy mô internet là điều mà công nghệ blockchain đang hướng đến. Một cộng đồng toàn cầu của các doanh nghiệp, công ty khởi nghiệp và các nhà kỹ thuật vẫn đang nhiệt tình phát triển các giải pháp Layer-1 và Layer-2 để giải quyết bộ ba Blockchain Trilemma.

Layer 1 đề cập đến lớp cơ bản (Base Layer) hoặc lớp chính (Primary Layer) của mạng blockchain. Layer 2 đề cập đến các tối ưu hóa kỹ thuật và sản phẩm khác có thể được xây dựng trên nền tảng các mạng blockchain hiện có, thường là để tăng tính mở rộng của chúng. Đạt được sự cân bằng đúng đắn giữa hai lớp này có thể là một tác nhân kích nổ cho sự chấp nhận của công nghệ blockchain và sự phát triển của các mạng phi tập trung.

Trước khi chúng ta có thể bắt đầu giải mã các giải pháp tiềm năng, điều quan trọng trước mắt là hiểu rõ từng thành phần của Blockchain Trilemma.

Decentralization là gì?

Phi tập trung là triết lý cốt lỗi của công nghệ blockchain và nhằm thúc đẩy các dự án trong toàn bộ hệ sinh thái. Áp dụng các quy trình và công nghệ phi tập trung loại bỏ vai trò của các trung gian trong các ngành và thể hiện qua nhiều cách khác nhau. Ví dụ: bằng cách loại bỏ các cơ sở ngân hàng khỏi các công cụ tài chính, các nền tảng tài chính phi tập trung (DeFi), thay vì qua trung gian, sẽ có khả năng phân phối lợi nhuận và quản trị cho người dùng và cộng đồng rộng hơn.

Ở một cấp độ cơ bản hơn nữa, các mạng phi tập trung thu thập ý kiến đồng thuận từ cộng đồng, có nghĩa là không có một thực thể nào có thể kiểm soát hoặc kiểm duyệt dữ liệu được thực hiện thông qua nó. Tuy nhiên, việc đạt được tính phi tập trung tối ưu thường làm giảm khả năng lưu lượng mạng. Khi có nhiều thợ đào bảo vệ mạng Proof-of-Work (PoW) thông qua sự đồng thuận, tốc độ giao dịch có thể giảm đi — điều này được coi là một rào cản đối với mass adoption.

Scalability là gì?

Khả năng mở rộng liên quan đến một giao thức blockchain đề cập đến khả năng của blockchain trong việc hỗ trợ khả năng xử lý lưu lượng giao dịch cao và sự phát triển trong tương lai. Điều này có nghĩa là khi các trường hợp sử dụng (use case) và sự áp dụng gia tăng (adoption accelerate), hiệu suất (performance) của blockchain sẽ không bị ảnh hưởng. Các blockchain hoạt động kém khi adoption gia tăng thường được cho là thiếu khả năng mở rộng.

Blockchain Trilemma cho chúng ta biết rằng khả năng mở rộng lớn hơn là có thể, nhưng tính bảo mật, tính phi tập trung hoặc cả hai sẽ bị ảnh hưởng như một hậu quả để lại. Khả năng mở rộng là cách duy nhất để các mạng blockchain cạnh tranh một cách hợp lý với các nền tảng tập trung kế thừa, thứ đã xử lý mạng lưới với khả năng sử dụng vượt trội hơn. Trong khi nhiều nền tảng blockchain đã thiết lập tính phi tập trung và tính bảo mật, việc đạt được khả năng mở rộng vẫn là thách thức chính đối với các mạng phi tập trung hàng đầu ngày nay.

Giải quyết Blockchain Trilemma: Layer 1

Trong hệ sinh thái phi tập trung, Layer 1 đề cập đến các giao thức blockchain như Bitcoin, Litecoin và Ethereum. Hiện tại có một số phương pháp đang được phát triển hoặc áp dụng thực tế nhằm cải thiện tính mở rộng của các mạng lưới blockchain theo cách trực tiếp.

Consensus Protocol Improvements

Proof of Work - PoW hiện đang là giao thức đồng thuận được sử dụng trên các mạng blockchain phổ biến như Bitcoin. Mặc dù PoW rất an toàn, nhưng có thể làm chậm tốc độ. Ví dụ, Bitcoin chỉ đạt được bảy giao dịch mỗi giây (TPS). Đó là lý do tại sao nhiều mạng blockchain, có lẽ đáng chú ý nhất là việc nâng cấp Ethereum lên phiên bản Ethereum 2.0, ưa chuộng cơ chế đồng thuận Proof-of-Stake.

Thay vì yêu cầu người đào giải quyết các thuật toán mật mã bằng cách sử dụng năng lực tính toán đáng kể, giao thức đồng thuận PoS xác định trạng thái của người xác thực dựa trên vốn stake trong mạng. Điều này dự kiến sẽ gia tăng sức chứa của mạng Ethereum, đồng thời cũng gia tăng tính phi tập trung và sự đảm bảo.

Sharding

Sharding được chuyển thể từ cơ sở dữ liệu phân tán (distributed database) và đã trở thành một trong những giải pháp mở rộng Layer 1 phổ biến nhất, mặc dù nó vẫn đang có tính thử nghiệm trong lĩnh vực blockchain. Sharding chia các giao dịch thành các tập dữ liệu nhỏ hơn được gọi là "shards". Những shard này được xử lý song song bởi mạng lưới, cho phép thực hiện công việc tuần tự trên nhiều giao dịch đồng thời.

Hơn nữa, thay vì mỗi network node giữ một bản sao của mọi block từ genesis block của nó tới hiện tại, thông tin này có thể được chia nhỏ và lưu trữ bởi các node khác nhau, mỗi node duy trì tính nhất quán với chính nó. Các shard cung cấp chứng minh cho chain chính và tương tác với nhau để chia sẻ địa chỉ, số dư và trạng thái chung bằng cách sử dụng các giao thức giao tiếp qua các shard. Ethereum 2.0 là một giao thức blockchain nổi tiếng đang khám phá việc sử dụng shards, cùng với Zilliqa, Tezos và Qtum.

Giải quyết Blockchain Trilemma: Layer 2

Trong blockchain, Layer 2 đề cập đến một mạng hoặc công nghệ hoạt động trên một giao thức blockchain cơ bản để cải thiện tính mở rộng và hiệu suất của nó. Ví dụ, Bitcoin là một giao thức Layer 1, và Mạng Lightning là một giải pháp Layer 2 được xây dựng để cải thiện tốc độ giao dịch trên mạng Bitcoin. 

Các giao thức Layer 2 đã trải qua sự phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây và có thể là cách hiệu quả nhất để vượt qua thách thức về tính mở rộng đối với các mạng PoW cụ thể.

Nested Blockchains

Nested Blockchain là một cơ sở hạ tầng mạng phi tập trung sử dụng một blockchain chính để thiết lập các tham số cho mạng lưới lớn hơn trong khi các thực thi được thực hiện trên một mạng liên kết của các sen. Nhiều cấp độ blockchain được xây dựng trên mainchain này, cùng với các level sử dụng kết nối parent-child. Parent-chain giao việc cho các child-chain, chúng xử lý và trả nhiệm vụ sau khi hoàn thành.

Base Blockchain cơ bản thì không tham gia vào các chức năng mạng lưới trừ khi cần giải quyết tranh chấp. Dự án OMG Plasma là một ví dụ về cơ sở hạ tầ Nested Blockchain Layer 2 được sử dụng trên Layer 1 Ethereum để tạo điều kiện cho giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn. Việc phân phối công việc theo mô hình này giảm bớt gánh nặng xử lý trên mainchain để tăng khả năng mở rộng theo cấp số nhân.

State Channels

State Channels tăng cường sự giao sự giao tiếp 2 chiều (two-way) giữa một blockchain và các off-chain transactional channels sử dụng các cơ chế khác nhau để cải thiện tổng dung lượng và tốc độ giao dịch. State Channel cũng không yêu cầu sự tham gia ngay lập tức của các thợ đào để xác nhận giao dịch. 

Thay vào đó, đó là một nguồn tài nguyên mạng lưới kế cận (network-adjacent) bằng cách sử dụng cơ chế đa chữ ký hoặc hợp đồng thông minh. Khi một giao dịch hoặc một batch giao dịch hoàn thành trên một State Channels, "State" cuối cùng của "Channel" và tất cả sự chuyển tiếp bên trong sẽ được ghi lại trên blockchain cơ bản. 

Mạng Liquid, Celer, Bitcoin Lightning và Ethereum's Raiden Network là các ví dụ về State Channels. Trong bộ ba bất khả thi, State Channels hy sinh một phần tính phi tập trung để đạt được tính mở rộng lớn hơn.

Sidechains

Sidechain là một chuỗi giao dịch blockchain kế cận (blockchain-adjacent) được sử dụng cho các giao dịch batch lớn. Sidechains sử dụng cơ chế đồng thuận độc lập so với chain gốc, có thể được tối ưu hóa cho tốc độ và khả năng mở rộng. 

Thường thì các token tiện ích được sử dụng như một phần của cơ chế chuyển dữ liệu giữa các sidechain và mainchain. Vai trò chính của chuỗi chính là duy trì bảo mật tổng thể và giải quyết tranh chấp. Chuỗi phụ khác biệt với kênh trạng thái qua một số cách quan trọng. 

Trước hết, các giao dịch trên sidechain không riêng tư giữa các bên tham gia — chúng được ghi lại công khai trên sổ cái (ledger). Hơn nữa, việc vi phạm bảo mật trên sidechain không ảnh hưởng đến mainchain hay các sidechain khác. Việc thiết lập một sidechain yêu cầu khá cao khi cơ sở hạ tầng được xây dựng từ đầu.

Giải quyết bộ ba Blockchain Trilemma

Mặc dù Blockchain Trilemma đặt ra những thách thức đáng kể đối với việc áp dụng công nghệ blockchain, các giải pháp mới nổi có thể giải quyết bài toán này. Mục tiêu là tìm ra một sự cân bằng hiệu quả giữa tính bảo mật, phi tập trung và khả năng mở rộng. 

Trong khi định lý CAP đã được chứng minh đúng trong gần bốn thập kỷ, việc triển khai các giải pháp Layer 1 và Layer 2, cùng với sự xuất hiện của các hệ thống Proof of Stake, đang thay đổi mô hình hướng đến các mạng blockchain phi tập trung cùng một lúc phân phối, an toàn và có khả năng mở rộng.

Lời kết

Vậy là bạn đã tìm hiểu xong bài viết Blockchain Trilemma: Fast, Secure và Scalable Networks. CryptoViet Info hy vọng bài viết sẽ cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích nhất.