Shardeum có phải là Scalability Trilemma Killer?

Scalability - hay còn gọi là khả năng mở rộng, luôn là một câu hỏi lớn đối với những người hoạt động trong lĩnh vực blockchain. Điều gì sẽ xảy ra khi công nghệ này ngày càng trở nên phổ biến hơn và các mạng lưới nhanh chóng đón hàng triệu người dùng truy cập? 

Một dự án công nghệ ban đầu chỉ bắt nguồn từ những người đam mê, và liệu nó có thể mở rộng thành một quy mô toàn cầu một cách thành công? Đây là một câu hỏi lớn, có lẽ không còn xa, nhưng điều đó đang thay đổi nhanh chóng với sự phát triển của công nghệ.

Vấn đề về Blockchain Scalability

Tiền điện tử đang ngày càng trở nên phổ biến hơn. Trên thực tế, chúng ta hãy xem xét mạng blockchain phổ biến nhất và cách mạng này đã phát triển theo thời gian. Đây là biểu đồ thể hiện số giao dịch hàng ngày trên Ethereum từ 2016 đến 2022.

Dường như điều này có vẻ rất ấn tượng, nhưng ở đây có một vấn đề. Thiết kế ban đầu của tiền điện tử không được dự định cho việc sử dụng rộng rãi và phổ biến. Mặc dù có thể quản lý được khi số lượng giao dịch còn ít, nhưng khi chúng trở nên phổ biến hơn, đã có một loạt vấn đề xuất hiện. Để cạnh tranh với các hệ thống phổ biến hơn như VISA hoặc PayPal, các mạng blockchain cần nâng cao nghiên cứu game theory của họ một cách nghiêm túc khi liên quan đến thời gian giao dịch.

Như một thông báo từ Ethereum Foundation, cơ chế đồng thuận của mạng Ethereum sẽ chuyển từ Proof of Work sang Proof of Stake, trong sự kiện được gọi là "The Merge".

Sự kiện The Merge này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho toàn bộ hệ thống trong việc scaling. Ethereum đã đưa ra nhiều giải pháp mở rộng kiến trúc, một số đã được thực hiện hoặc đang được thực hiện, như Proof of stake, off-chain state channels, plasma, block size increase, segwit và sharding.

Vấn đề lớn nhất mà Ethereum đang đối diện là tốc độ verify giao dịch. Mỗi Full node trên mạng phải tải về và lưu trữ toàn bộ blockchain, thậm chí các node mới vẫn phải đồng bộ và duy trì tất cả dữ liệu trên mạng lưới. Và đối với kế hoạch phát triển của Ethereum, "sharding dự kiến sẽ được triển khai vào năm 2023 tùy thuộc vào tốc độ tiến triển công việc sau sự kiện The Merge".

Scalability trilemma cho rằng, nếu một blockchain cố gắng đạt được sự mở rộng, phi tập trung và bảo mật, thì nó chỉ có thể đạt được hai trong số ba yếu tố này. Với yêu cầu về bảo mật là một yếu tố cần thiết, sẽ có sự đánh đổi giữa khả năng mở rộng và sự phi tập trung. Công nghệ Sharding cung cấp một phương thức để đạt được cả khả năng mở rộng và sự phân tán trong khi vẫn duy trì bảo mật.

Các network mới cung cấp chức năng hợp đồng thông minh chính xác hoặc tương tự như Ethereum đã được phát triển để đáp ứng nhu cầu bị bỏ lại bởi chính Ethereum. Một nền tảng hợp đồng thông minh tương thích với sharding, cho đến nay không còn là một khái niệm xa lạ nữa, chúng ta có thể thấy những dự án tiền lệ trước đó như Ziliqa, Harmony, Near Protocol, Elrond (không phải EVM).

Bitcoin và Ethereum đánh đổi tốc độ (hay thông lượng) và các chain Layer 2 có thể đánh đổi tính phi tập trung. Nhưng vì bất kỳ ai đều có thể khởi chạy node, vấn đề về khả năng mở rộng đã được giải quyết, tính bảo mật được mặc định, cả tính phân tán lẫn tính khả năng mở rộng đều sẽ không bị đánh đổi. Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi qua một số khái niệm cơ bản về định nghĩa và tính năng của sharding, cũng như mạng blockchain sharding thế hệ tiếp theo - Shardeum.

• Tìm hiểu thêm: Sharding là gì? Sharding có phải là tương lai của Ethereum?

Thông tin về Shardeum

Công nghệ blockchain này tạo ra sự cạnh tranh đáng kể với đối thủ trong ngành, và Ethereum đã áp dụng Sharding vào. Có thể nói rằng Shardeum là blockchain Layer 1 đầu tiên trên thế giới giải quyết được một trong 3 Blockchain Trilemma - Scalability.

Điểm nổi bật của Shardeum là dự án hướng đến việc thực hiện sự đồng thuận trên mỗi giao dịch, trong khi các blockchain khác nhóm giao dịch vào các block lại và thực hiện đồng thuận trên những block đó. Shardeum thực hiện đồng thuận trên từng giao dịch một cách riêng biệt. Điều này cho phép một giao dịch ảnh hưởng đến nhiều shard có thể được xử lý đồng thời bởi các shard này thay vì tuần tự như với sự đồng thuận ở mức block.

Sharding là một khái niệm phổ biến trong khoa học máy tính, đó là quá trình chia cơ sở dữ liệu theo chiều ngang để phân tán công việc. Sharding sẽ chia thành nhiều phân đoạn để phân chia gánh nặng xử lý lượng dữ liệu lớn cần thiết để tiến hành trên toàn bộ mạng lưới, giảm tắc nghẽn mạng và tăng số giao dịch mỗi giây. Sharding thực hiện việc chia một giao dịch thành các phân đoạn và phân tán chúng trên mạng. Các node hoạt động trên các phân đoạn cá nhân cùng lúc.

• Tìm hiểu thêm: Shardeum là gì? (SHM) Công nghệ Sharding tương thích EVM

Dynamic State Sharding

Khác với Static State Sharding (ví dụ như Near hoặc Elrond) trong đó tất cả các node trong một phân đoạn bao phủ cùng một phạm vi địa chỉ, Dynamic State Sharding yêu cầu mỗi node giữ một phạm vi địa chỉ khác nhau, nhưng có sự chồng chéo đáng kể giữa các địa chỉ được bao phủ bởi các node. Mặc dù Dynamic Sharding phức tạp hơn để triển khai so với Static Sharding, nó cho phép mở rộng tuyến tính thực sự.

Mỗi node được thêm vào mạng Shardeum ngay lập tức giúp tăng TPS, trong khi với Static Sharding, số lượng node cần tham gia phải ít nhất là số lượng node được xác định là kích thước tối thiểu của phân đoạn trước khi một phân đoạn khác được tạo ra. Chỉ khi một phân đoạn khác được tạo ra thì TPS của mạng mới tăng lên với Static Sharding.

Các giao dịch được cam kết (commit) trước khi chúng được nhóm lại thành các Block hoặc phân đoạn. Điều này cho phép mạng lưới thực hiện phân mảnh trạng thái (state shard) và phân phối công việc tính toán, lưu trữ và băng thông đều đặn trên tất cả các node trong mạng. Vì vậy, mỗi node sẽ có khả năng xử lý một số lượng giao dịch mỗi giây, và một thuật ngữ mới được đặt ra, " transactions per second per node" (số giao dịch mỗi giây trên mỗi node).

Cơ chế đồng thuận mới

Shardeum sử dụng sự kết hợp của cơ chế đồng thuận Proof of Quorum (PoQ) và Proof of Stake (PoS). Proof of Quorum được sử dụng để tạo một biên nhận cho thấy hầu hết các thành viên trong nhóm đồng thuận đã bỏ phiếu cho giao dịch. Mỗi node trong nhóm đồng thuận ký vào hash của giao dịch và truyền tải nó tới các nút khác trong nhóm đồng thuận. Các node thu thập các phiếu bầu này, và khi số lượng phiếu vượt quá 50%, các phiếu này tạo thành một biên nhận có thể chứng minh sự đồng thuận về giao dịch.

Shardeum sẽ sử dụng cả hai thuật toán đồng thuận PoQ và PoS để duy trì mạng lưới an toàn, trong đó các node xác minh có thể được kỳ vọng stake một số lượng tối thiểu của đồng coin mạng lưới để đảm bảo rằng họ hoạt động trong giao thức mạng. Trong khi hầu hết các nền tảng nhóm các giao dịch vào các block và áp dụng đồng thuận ở mức block, Shardeum thực hiện đồng thuận trên từng giao dịch riêng lẻ.

Điều này cho phép một giao dịch ảnh hưởng đến nhiều shard có thể được xử lý đồng thời bởi các shard này thay vì tuần tự như với đồng thuận ở mức block. Thực tế, mỗi node sẽ biết rằng tất cả các node khác trong nhóm biết về một giao dịch cụ thể trên mạng. Điều này cho phép thu thập phiếu bầu không đòi hỏi sự tin tưởng (hoặc quorum) dưới dạng biên nhận. Và khi có hơn 50% số biên nhận, các giao dịch được xác nhận. Như vậy, sự hoàn thành được đạt đến rất nhanh chóng với độ trễ thấp, giúp tránh tắc nghẽn mạng lưới.

Điều này không chỉ giảm thời gian xử lý giao dịch ngay cả khi nó ảnh hưởng đến nhiều phân đoạn, mà còn đảm bảo atomic processing. Do đó, PoS và PoQ sẽ làm cho Shardeum có khả năng mở rộng và bảo mật cao trong khi phí trên mạng vẫn thấp và ổn định.

• Tìm hiểu thêm: Thuật toán đồng thuận là gì? Đặc điểm và nội dung

PoQ tôn vinh Dynamic State Sharding

Sự đồng thuận của Shardeum được thiết kế để tăng TPS tuyến tính mỗi khi một node tham gia vào mạng. Trong các mạng blockchain thông thường, trạng thái của mạng không thay đổi cho đến khi đa số các node đồng thuận về trạng thái hiện tại của chain. 

Do đó, sức mạnh tính toán của các unsharded network tương đương với node có khả năng xử lý thấp nhất. Trạng thái (State) được xem xét là bản ghi thông tin mới nhất về số dư tài khoản và hợp đồng thông minh trên một mạng tại bất kỳ thời điểm nào. Do đó, điều này rất quan trọng vì Shardeum sẽ là một sharded network trạng thái động, cho phép duy trì tính toàn vẹn nguyên tử (atomic) thông qua đồng thuận cấp giao dịch (transaction-level). Trên Shardeum, các giao dịch được xử lý đồng thời trên nhiều shard và node.

• Dynamic Sharding: Mạng lưới sẽ không có một nhóm cố định các node như là các fixed shard. Các node trong mạng Shardeum có khả năng di chuyển và chứa nhiều dữ liệu hơn như là các dynamic shard.
• Linear Scaling: Mỗi node được thêm vào mạng sẽ ngay lập tức tăng khả năng xử lý giao dịch. Nó không cần phải chờ đợi để có một số lượng node cố định được thêm vào mạng để tạo ra một shard mới.
• Autoscaling: Shardeum được thiết kế để autoscaling. Mạng duy trì sự đồng thuận về số lượng node cần thiết dựa trên lượng traffic. Nó có thể cho phép thêm nhiều node vào mạng dựa trên băng thông cần thiết và co lại trong các khoảng thời gian yếu. Điều này gia tăng mức độ phi tập trung cao đã được tích hợp sẵn trong mạng.

Hãy cùng phân tích ví dụ này bước từng bước:

1. Ban đầu, Shardeum có 100 node và có khả năng xử lý 100 giao dịch mỗi giây (tps). Điều này có nghĩa là mạng có thể xử lý 1 giao dịch mỗi giây cho mỗi node.
2. Khi có thêm 9.900 node tham gia vào mạng, tổng số node trở thành 10.000. Do thiết kế tăng tỷ lệ tuyến tính, khả năng xử lý của mạng tăng lên theo tỷ lệ này. Do đó, khả năng xử lý giao dịch của mạng mở rộng lên 10.000 tps.
3. Sự kết hợp giữa phân đoạn trạng thái động và cơ chế hoàn thành nhanh (fast finality) cho phép tăng tỷ lệ tuyến tính này. Khi có thêm nhiều node tham gia vào mạng lưới, mỗi node đóng góp vào tổng khả năng xử lý giao dịch, dẫn đến khả năng xử lý tps cao hơn.
4. Ví dụ này cho thấy rằng, với điều kiện và nhu cầu đúng đắn, Shardeum có thể tiềm năng vượt qua con số 1 triệu tps, chứng tỏ tiềm năng mở rộng của mạng.
5. Tuy nhiên, lưu ý rằng trong khi Shardeum về mặt lý thuyết cung cấp một giải pháp để mở rộng thông qua sharding, khả năng mở rộng thực tế phụ thuộc vào sự tiếp nhận và nhu cầu thực tế. Khả năng của mạng để đạt được tps cao phụ thuộc vào số lượng node tham gia, nhu cầu giao dịch và hoạt động tổng thể của mạng. Điều này làm nổi bật thực tế rằng trong khi công nghệ cho phép tính mở rộng, việc sử dụng hiệu quả phụ thuộc vào hệ sinh thái và sự tham gia của người dùng.

Ba Loại Node 

Shardeum dự kiến sẽ có 3 loại node:

• Validator Node: Những node này xác minh các giao dịch trong mạng bằng cách tham gia vào quá trình đồng thuận. Họ phải stake SHM để tham gia, và Shardeum sẽ thưởng SHM cho họ khi tham gia. Những validator node không lưu toàn bộ lịch sử, vì vậy chúng rất nhẹ.
• Archive Node: Những archive node duy trì toàn bộ lịch sử transaction. Có thể yêu cầu hoặc không yêu cầu archive node stake SHM, nhưng họ sẽ kiếm được một phần thưởng mạng để khuyến khích những node này lưu trữ dữ liệu lịch sử.
• Standby Node: Đây là những node xác minh đang dự phòng trong mạng và hiện không tham gia vào quá trình đồng thuận. Những standby node giúp mở rộng mạng Shardeum nhanh hơn trong thời kỳ tăng cao lưu lượng giao thông. Có thể yêu cầu hoặc không yêu cầu standby node stake SHM, nhưng họ sẽ kiếm được một phần thưởng mạng lưới.

Nhưng làm thế nào mạng Shardeum đảm bảo an toàn khỏi việc ai đó kiểm soát hơn 51% của các node? Theo nghiên cứu, một chu kỳ xoay vòng, một hệ thống random xác định ngẫu nhiên chấp nhận các node vào mạng, kẻ tấn công sẽ phải kiểm soát hơn 51% của tất cả các node trong danh sách chờ để tham gia mạng và hơn 51% các node thông thường trong mạng. Những node đang chờ tham gia mạng không tham gia vào sự đồng thuận. 

Để kiểm soát hơn nửa số node trong mạng, kẻ tấn công cũng phải kiểm soát hơn 51% của số node đang chờ tham gia trong một thời gian dài. Giả sử bạn có ít hơn 51% node đang chờ tham gia. Trong trường hợp đó, các thống kê sẽ phản đối kẻ tấn công. Mạng sẽ chấp nhận hầu hết các nút trung thực theo thời gian. Nếu có 10k node trong mạng nhưng có 100k node đang chờ tham gia, kẻ tấn công sẽ phải duy trì hơn 50k node trong một khoảng thời gian dài cho đến khi >5k trong số chúng được đưa vào mạng. Điều này về cơ bản giải quyết vấn đề an toàn và phi tập trung của blockchain.

Lời kết

Shardeum đi tiên phong một phương pháp mới với sharding. Với Dynamic State Sharding kết hợp với khả năng tương thích với EVM, Shardeum sẽ thực sự có khả năng xử lý đa dạng các ứng dụng phi tập trung (DApps) và giải pháp lớp 2 trên nhiều ngành và người tiêu dùng với hiệu suất tối ưu. 

Thật sự, mạng lưới sẽ di chuyển trong những lĩnh vực chưa được khám phá trong không gian blockchain. Nếu không, mạng sẽ không hướng đến 1 triệu TPS với tính phi tập trung và bảo mật cao. Tuy nhiên, điều này chỉ làm tăng thêm phần phấn khích để cuối cùng chứng kiến một blockchain khác bằng hoặc tốt hơn Ethereum và hợp đồng thông minh của nó trong tương lai gần.

Vậy là bạn đã tìm hiểu qua bài viết Shardeum có phải là Scalability Trilemma Killer?. CryptoViet Info hy vọng bài viết sẽ cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích nhất.