Sharding là gì? Sharding có phải là tương lai của Ethereum?

Sharding được xem là phương pháp tối ưu hóa khả năng mở rộng của Ethereum trong tương lai. Đây là một giải pháp quan trọng để giúp cho hệ sinh thái blockchain này có thể hỗ trợ hàng nghìn giao dịch mỗi giây, từ đó cho phép người dùng sử dụng nền tảng này với chi phí thấp hơn so với hiện tại. 

Vậy Sharding là gì? Bài viết này CrypoViet Info sẽ giới thiệu với bạn về ưu điểm cũng như nhược điểm của công nghệ này nhé!

Sharding là gì?

Sharding là một bản nâng cấp quan trọng của Ethereum, được phát triển qua nhiều giai đoạn để cải thiện khả năng mở rộng và dung lượng của nền tảng này. Với các giải pháp lưu trữ của mình, Sharding cho phép chia nhỏ dữ liệu thành các phân đoạn nhỏ hơn, từ đó giảm thiểu tắc nghẽn mạng và tăng thông lượng giao dịch mỗi giây thông qua việc tạo ra các chuỗi ngang hàng gọi là "phân đoạn".

Sharding sẽ giải quyết vấn đề gì?

Sharding là một phương pháp mở rộng Ethereum phức tạp nhất và được dự kiến sẽ là bản nâng cấp cuối cùng. Việc phát hành sẽ phụ thuộc vào tiến độ làm việc sau khi The Merge hoàn thành, dự kiến sẽ được thực hiện vào năm 2023.

Nếu trong điều kiện tốt nhất, một blockchain sẽ trở nên hoàn hảo nếu nó đáp ứng được ba đặc tính liên quan đến Security, Decentralize và Scalable  - được gọi chung là blockchain trilemma. Tuy nhiên, thường thì các blockchain chỉ có thể đáp ứng được hai trong số ba đặc tính đó:

• Scalability: có thể xử lý nhiều giao dịch hơn so với một node thông thường.
• Decentralization: có thể hoạt động độc lập mà không bị phụ thuộc vào một người hoặc một nhóm cụ thể.
• Security: có thể chống lại một tỷ lệ phần trăm lớn các node tham gia xác thực đang cố gắng tấn công mạng lưới.

Chúng ta hãy xem xét các giải pháp hiện tại, những giải pháp này chỉ đáp ứng được 2 trong 3 đặc tính nêu trên:

• Các blockchain truyền thống: bao gồm Bitcoin, Ethereum và nhiều chuỗi POW tương tự khác. Chúng dựa trên việc mọi người tham gia chạy một full node để xác minh mọi giao dịch, do đó chúng có khả năng phân quyền và bảo mật, tuy nhiên chúng có khả năng mở rộng kém.
• Chuỗi tốc độ cao (TPS): chẳng hạn như họ DPoS và nhiều chuỗi khác, dựa vào một số lượng nhỏ các node (thường là 10-100) để duy trì sự đồng thuận giữa chúng với nhau. Người dùng phải tin tưởng phần lớn các node này để đảm bảo tính chính xác của giao dịch. Mặc dù điều này có thể đáp ứng được đặc tính mở rộng và an toàn, nhưng nó không đạt được sự phi tập trung.
• Multi-chain ecosystems: Bao gồm các giao thức hoặc ứng dụng phi tập trung sử dụng giao thức liên kết giữa các chuỗi để trao đổi thông tin. Cách tiếp cận này mang lại sự mở rộng và phi tập trung, nhưng mức độ an toàn không cao vì các hacker chỉ cần có thể đồng thuận với một trong nhiều chuỗi để phá vỡ cấu trúc liên kết và gây thiệt hại cho toàn bộ hệ sinh thái.

Vì vậy, Sharding là một kỹ thuật giúp bạn giải quyết được cả ba vấn để trên:

• Scalable: nó có thể xử lý nhiều giao dịch hơn nhiều so với các full node thông thường.
• Decentralized: Chúng ta hoàn toàn có thể chạy node bằng máy tính xách tay mà không cần đến các "supernodes" như hiện tại.
• Secure: hackers không thể nhắm mục tiêu vào một phần nhỏ của hệ thống với một lượng tài nguyên nhỏ, họ cần phải tấn công vào toàn bộ hệ thống với một lượng tài nguyên vô cùng lớn, điều này khó có thể xảy ra.

Các giai đoạn triển khai Sharding

Shard chains version 1: Mở rộng khả năng lưu trữ dữ liệu

Khi các chuỗi phân đoạn đầu tiên bắt đầu chạy, chúng sẽ chỉ cung cấp thêm khả năng lưu trữ dữ liệu cho mạng lưới và không có chức năng xử lý các giao dịch hoặc hợp đồng thông minh. Tuy nhiên giai đoạn này tốc độ giao dịch sẽ được cải thiện đáng kể khi kết hợp với công nghệ rollups.

Rollups là một công nghệ đang được các layer 2 sử dụng khá phổ biến ngày nay. Chúng cho phép các dapp đóng gói hoặc cuộn các giao dịch thành một giao dịch ngoài chuỗi sau đó gửi lên mạng chính Ethereum để xác minh giao dịch. Kết hợp điều này với khả năng mở rộng được cung cấp bởi sharding, tốc độ xử lý giao dịch có thể đạt được 100.000 giao dịch mỗi giây.

Shard chains version 2: Thực thi mã

Mục tiêu tiếp theo cần hướng đến đó là bổ sung chức năng cho các phân đoạn để làm chúng giống với Ethereum Mainnet ngày nay. Giai đoạn này mạng lưới sẽ bổ sung chức năng xử lý các giao dịch cũng như thực thi hợp đồng thông minh. Mỗi phân đoạn đều chứa một bộ hợp đồng thông minh và khả năng xử lý giao dịch độc lập. Điều này giúp các phân đoạn hoạt động giống như một chuỗi riêng biệt.

Cách hoạt động của công nghệ Sharding

Cách hoạt động của công nghệ Sharding là gì? Công nghệ sharding trong blockchain hoạt động bằng cách chia nhỏ dữ liệu và xử lý trên nhiều shard (mảnh) khác nhau. Mỗi shard đảm nhận một phần của dữ liệu và giao dịch trong hệ thống blockchain. Dưới đây là cách hoạt động cơ bản của công nghệ sharding:

Chia nhỏ dữ liệu

• Ban đầu, dữ liệu trong blockchain được chia nhỏ thành các đơn vị nhỏ hơn gọi là shard. Mỗi shard chứa một phần của dữ liệu và giao dịch trong blockchain.

Xử lý song song

• Khi một giao dịch mới được tạo ra, hệ thống sẽ xác định shard tương ứng mà giao dịch đó thuộc về. Thay vì xử lý trên toàn bộ mạng lưới blockchain, giao dịch chỉ cần được xử lý trên shard tương ứng.

Xác nhận giao dịch

• Sau khi giao dịch được xử lý trên shard, các nút mạng trong shard đó sẽ thực hiện xác nhận và xử lý giao dịch. Quá trình xác nhận có thể sử dụng các giao thức đồng thuận như Proof of Stake (PoS) hoặc Proof of Work (PoW) để đảm bảo tính nhất quán và bảo mật của hệ thống.

Giao tiếp giữa các shard 

• Đối với các giao dịch liên quan đến nhiều shard, cần có cơ chế để shard giao tiếp và trao đổi thông tin với nhau. Điều này có thể được thực hiện thông qua việc sử dụng crosslinks, tức là việc ghi lại thông tin về giao dịch trên shard khác và liên kết với shard hiện tại để đảm bảo tính nhất quán và khả năng tra cứu.

Quản lý shard

• Hệ thống blockchain sharding cần có một cơ chế để quản lý và điều phối các shard. Việc phân bổ shard cho các nút mạng, cơ chế xác định shard của mỗi giao dịch và quản lý đồng bộ dữ liệu giữa các shard là những yếu tố quan trọng trong việc triển khai và quản lý hệ thống sharding.

Ưu và nhược điểm của công nghệ Sharding là gì?

Tuy nhiên, như bất kỳ công nghệ nào, sharding cũng có những ưu điểm và nhược điểm cần được xem xét. Dưới đây là một số ưu và nhược điểm chính của công nghệ sharding trong blockchain:

Ưu điểm

• Tăng tốc độ và khả năng mở rộng: Sharding cho phép xử lý đồng thời các giao dịch trên nhiều shard, giúp tăng tốc độ xử lý và khả năng mở rộng của hệ thống blockchain. Điều này cho phép blockchain xử lý một lượng lớn giao dịch trong thời gian ngắn hơn và đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về sự mở rộng của mạng lưới.
• Giảm độ trễ mạng: Bằng cách chia nhỏ dữ liệu thành các shard, sharding giúp giảm độ trễ mạng và thời gian xác nhận giao dịch. Thay vì phải đợi cho toàn bộ mạng lưới xác nhận một giao dịch, chỉ cần shard chứa giao dịch đó xác nhận, việc xử lý sẽ nhanh hơn và người dùng sẽ nhận được xác nhận giao dịch nhanh chóng.
• Tiết kiệm tài nguyên: Sharding giúp tiết kiệm tài nguyên mạng và bộ nhớ, vì chỉ cần một phần của blockchain xử lý mỗi giao dịch. Điều này giúp giảm tải cho các nút mạng và cho phép các hệ thống blockchain hoạt động trên các thiết bị có tài nguyên hạn chế.

Nhược điểm

• Độ tin cậy giảm: Khi sử dụng sharding, các giao dịch chỉ được xác nhận trên shard chứa giao dịch đó. Điều này có nghĩa là một phần của mạng lưới có thể trở nên không tin cậy nếu một số shard bị tấn công hoặc gặp sự cố. Để giải quyết vấn đề này, các biện pháp bổ sung như chứng thực liên kết (crosslinking) và cơ chế xác nhận lại (resharding) được áp dụng.
• Phức tạp hóa phát triển và triển khai: Sharding đòi hỏi sự phức tạp hơn trong việc phát triển và triển khai hệ thống blockchain. Cần xây dựng cơ chế sharding phức tạp và kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo tính bảo mật và độ tin cậy. Đồng thời, việc chia nhỏ dữ liệu và xử lý trên nhiều shard cũng là một thách thức trong việc phát triển ứng dụng blockchain phức tạp.
• Khó khăn trong việc duy trì tính nhất quán: Sharding có thể gây ra khó khăn trong việc duy trì tính nhất quán (consistency) trên các shard khác nhau. Khi giao dịch xảy ra trên nhiều shard, việc đồng bộ dữ liệu và xác nhận giao dịch trở nên phức tạp hơn. Để đảm bảo tính nhất quán, các giao thức đồng thuận phải được thiết kế và triển khai một cách cẩn thận.

Sharding là một công nghệ hứa hẹn để tăng cường hiệu suất và khả năng mở rộng của blockchain. Tuy nhiên, việc triển khai sharding đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận để đảm bảo tính bảo mật, tính nhất quán và độ tin cậy của hệ thống.

Những thách thức đối với công nghệ Sharding

Về mặt lý thuyết, công nghệ Sharding có rất nhiều ưu điểm nổi trội so với các công nghệ hiện tại, tuy nhiên, vẫn có các nguy cơ tiềm ẩn đối với mạng lưới và không có gì là hoàn hảo 100%. Một giả thuyết được đặt ra về một cuộc tấn công chiếm phần lớn các node xác thực của một phân đoạn, để tạo ra một phân đoạn độc hại và gửi các giao dịch không hợp lệ. 

Các nhà phát triển Ethereum đưa ra giải pháp cho vấn đề này là chỉ định ngẫu nhiên các node trong mạng lưới để xác minh khối. Các vấn đề sẽ nảy sinh trong quá trình thực hiện testnet cũng như chạy mainnet của mạng lưới, giải pháp của các nhà phát triển Ethereum cần được kiểm chứng theo thời gian, tuy nhiên sharding là một công nghệ đáng mong đợi trong tương lai của Ethereum.

Lời kết

Vậy là bạn đã tìm hiểu qua bài viết Sharding là gì? Sharding là tương lai của Ethereum? CryptoViet Info hy vọng bài viết sẽ cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích nhất.

Sharing là mục tiêu mà Ethereum hướng đến trong tương lai. Trong những năm qua có rất nhiều layer 1 ra đời để bù đắp những khuyết điểm của Ethereum, đa số các layer 1 này để đạt được khả năng mở rộng cao lại đánh mất đi sự phi tập trung cần có. 

Đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có layer 1 nào có thể thay thế được Ethereum và nếu trong tương lai Ethereum tự khắc phục được nhược điểm của chính mình thì còn cơ hội nào cho những Solana, BSC hay Cardano,...

Đọc thêm: 

• Tổng hợp 100+ thuật ngữ Crypto cho người mới
• Shardeum là gì? (SHM) Công nghệ Sharding tương thích EVM