Tổng quan về Blockchain
Chúng ta cần hiểu kiến trúc blockchain hiện tại và những hạn chế mà các blockchain hiện phải đối mặt để thảo luận kỹ lưỡng về các blockchain mô-đun. Hãy tóm tắt lại các nguyên tắc cơ bản của blockchain. Tiêu đề Block và dữ liệu giao dịch được liên kết với tiêu đề đó là hai phần tạo nên một Block trong Blockchain. Các Block được kiểm tra tính hợp lệ bởi “Full Node”, tính toán toàn bộ nội dung của Block và diễn giải nó để đảm bảo rằng người dùng không chuyển nhiều tài sản hơn số dư tài khoản của họ.
Dưới đây là các lớp chức năng tạo nên một blockchain:
- Thực thi: Người dùng thường tham gia với blockchain thông qua lớp này bằng cách xác nhận giao dịch, thực hiện hợp đồng thông minh và gửi tài sản.
- Giải quyết: Lớp giải quyết là nơi thực thi cuộn lên được xác nhận và các xung đột được giải quyết. Lớp này không có trong mạng lưới chính và là một thành phần tùy chọn của ngăn xếp mô-đun. Hãy coi lớp Dàn xếp là Tòa án tối cao Hoa Kỳ, đưa ra trọng tài cuối cùng về các tranh chấp.
- Đồng thuận: Lớp đồng thuận cung cấp thứ tự và tính cuối cùng thông qua mạng lưới các nút hoàn chỉnh tải xuống và thực thi nội dung Block và đạt được sự đồng thuận về tính hợp pháp của các thay đổi trạng thái.
- Tính sẵn sàng của dữ liệu: Lớp này sẽ phát sóng và lưu trữ dữ liệu cần thiết để xác nhận quá trình chuyển đổi trạng thái. Trong trường hợp xảy ra một cuộc tấn công trong đó các nhà sản xuất Block xấu giữ lại dữ liệu giao dịch, điều này phải được xác minh rõ ràng. Lớp dữ liệu sẵn có là trở ngại chính cho bộ ba khả năng mở rộng của blockchain, mà chúng ta sẽ thảo luận thêm bên dưới.
“Bộ ba về khả năng mở rộng của Blockchain” là một khó khăn mà các blockchain hiện đang phải đối mặt. Tương tự như lý thuyết của Brewer về các hệ thống phân tán, thiết kế blockchain thường hy sinh tính phi tập trung, bảo mật hoặc khả năng mở rộng để tăng cường mạnh mẽ cho hai yếu tố còn lại.
Khả năng hoạt động của mạng khi đối mặt với cuộc tấn công được gọi là khả năng bảo mật. Bởi vì đây là tiền đề cơ bản của blockchain và không bao giờ được vi phạm, sự cân bằng thực sự nói chung là giữa khả năng mở rộng và phân cấp.
Hãy giải thích phân quyền trong khuôn khổ của các hệ thống blockchain: để một blockchain được phân cấp, các thông số kỹ thuật phần cứng không được là rào cản đối với sự tham gia và nhu cầu tài nguyên để xác minh mạng phải thấp.
Khả năng mở rộng được định nghĩa là thông lượng của blockchain chia cho chi phí của nó để xác minh: khả năng của blockchain để đáp ứng số lượng giao dịch ngày càng tăng trong khi vẫn giữ cho nhu cầu tài nguyên xác minh ở mức thấp. Có hai phương pháp chính để tăng thông lượng. Để bắt đầu, bạn có thể tăng kích thước Block và do đó số lượng giao dịch có thể được chứa trong một Block.
Thật không may, kích thước Block lớn hơn dẫn đến việc tập trung mạng vì các yêu cầu phần cứng để chạy các nút hoàn chỉnh ngày càng tăng để đáp ứng nhu cầu về đầu ra tính toán nhiều hơn. Đặc biệt, các Blockchain nguyên Block phải đối mặt với vấn đề này vì việc tăng thông lượng tương quan với việc tăng chi phí xác minh chuỗi, dẫn đến ít phân cấp hơn. Thứ hai, bạn có thể chuyển thực thi ra ngoài chuỗi, giảm trọng lượng tính toán Block các nút mạng chính trong khi tận dụng các bằng chứng cho phép xác minh tính toán trên mạng lưới.
Thông qua ý tưởng phân tách các lớp, các blockchain có thể bắt đầu vượt qua bài toán nan giải về khả năng mở rộng của blockchain với một kiến trúc mô-đun. Blockchains có thể tăng thông lượng trong khi vẫn giữ các phẩm chất khiến hệ thống trở nên phi tập trung và đáng tin cậy bằng cách phá vỡ mối liên hệ giữa chi phí tính toán và xác minh thông qua lớp thực thi mô-đun và dữ liệu sẵn có. Hãy xem cách này có thể đạt được bằng cách thảo luận về các bằng chứng lỗi, bản tổng hợp và cách chúng liên quan đến vấn đề Tính sẵn có của dữ liệu.
Các bằng chứng bị lỗi
Theo lộ trình Ethereum của Vitalik, khả năng giải quyết giữa tập trung và phân quyền là để tương lai sản xuất Block trở nên tập trung đối với các nhóm và các nhà sản xuất chuyên biệt vì lý do khả năng mở rộng, trong khi xác minh Block – điều quan trọng để duy trì tính toàn vẹn của các nhà sản xuất – nên vẫn được phân cấp.
Bằng cách chia các nút blockchain thành các nút đầy đủ và các ứng dụng khách nhẹ, điều này có thể được thực hiện. Khái niệm này có thể áp dụng cho hai vấn đề: tính khả dụng của Block (xác minh tất cả dữ liệu đã được xuất bản) và xác thực Block (xác nhận rằng tính toán là chính xác). Đầu tiên chúng ta hãy điều tra việc sử dụng nó trong xác thực Block.
Các ứng dụng khách nhẹ chỉ tải xuống tiêu đề Block và cho rằng các giao dịch là chính hãng, trong khi các nút đầy đủ tải xuống, tính toán và xác thực mọi giao dịch trong Block. Để xác thực giao dịch, các khách hàng nhẹ dựa vào các bằng chứng lỗi được cung cấp bởi các nút đầy đủ. Do đó, các ứng dụng khách nhẹ có thể xác định một cách độc lập các giao dịch sai sót, cho phép chúng hoạt động với các đảm bảo bảo mật gần như giống như một nút hoàn chỉnh. Các ứng dụng khách nhẹ tin rằng các chuyển đổi trạng thái là hợp pháp theo mặc định và có thể thách thức tính xác thực của các trạng thái bằng cách nhận bằng chứng lỗi. Khi trạng thái của một nút bị nghi ngờ bởi tính năng chống lỗi, sự đồng thuận đạt được bởi một nút hoàn chỉnh thực hiện lại các giao dịch cần thiết, dẫn đến việc cổ phần của nút không trung thực sẽ bị cắt.
Theo giả định thiểu số trung thực, trong đó có tối thiểu một nút đầy đủ trung thực với toàn bộ trạng thái của chuỗi gửi bằng chứng lỗi, ứng dụng khách nhẹ và kiến trúc chống lỗi được bảo mật. Mô hình này đặc biệt thích hợp cho các Blockchain được chia thành các phân đoạn, chẳng hạn như kiến trúc của Ethereum sau khi Hợp nhất vì trình xác thực có thể chọn chạy các nút đầy đủ chỉ trên một phân đoạn và các ứng dụng khách nhẹ trên các phân đoạn khác trong khi vẫn duy trì 1 trong N đảm bảo bảo mật trên tất cả mảnh vỡ.
Lớp thực thi blockchain được trừu tượng hóa một cách an toàn bằng cách sử dụng mô hình này cho các máy tính mạnh được gọi là trình tự, đóng gói và xử lý nhiều giao dịch và đôi khi xuất bản dữ liệu nén trở lại Chain chính. Thông lượng giao dịch có thể tăng lên 10-100 lần bằng cách di chuyển tính toán này ra Block mạng lưới khi so sánh với việc thực thi nó trên Chain chính. Làm thế nào chúng ta có thể chắc chắn rằng những trình tự ngoài mạng lưới này sẽ không gây hại gì?
Chúng tôi giới thiệu các trái phiếu, mà các nhà khai thác phải đặt cược để thực hiện một bộ tuần tự. Sau đó, chúng tôi có thể sử dụng trình xác minh, các nút theo dõi sự khác biệt về trạng thái giữa Chain chính và bản tổng hợp của nó, để cung cấp bằng chứng lỗi và do đó giảm tỷ lệ sở hữu của trình tự độc hại vì trình tự đăng dữ liệu giao dịch trở lại Chain chính. Việc tổng hợp lạc quan sẽ an toàn nếu có một người xác minh đáng tin cậy duy nhất trong mạng bởi vì họ sử dụng các bằng chứng lỗi.
Bởi vì các chuyển đổi trạng thái được coi là hợp pháp trừ khi được chứng minh là không hợp lệ trong giai đoạn tranh chấp, được xử lý trong lớp giải quyết, các bản tổng hợp lạc quan nhận được tên của chúng từ việc sử dụng bằng chứng lỗi này. Cho phép tính toán trở nên tập trung trong khi vẫn giữ phân cấp xác thực là cách chúng tôi có thể tăng thông lượng trong khi giảm độ tin cậy.
Vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu
Trong khi bằng chứng lỗi có thể giúp xác thực Block phi tập trung, các nút đầy đủ dựa vào tính khả dụng của Block để tạo bằng chứng lỗi. Một nhà sản xuất Block độc hại có thể chọn chỉ phát sóng tiêu đề Block trong khi giữ lại một số hoặc tất cả dữ liệu liên quan, ngăn các nút hoàn chỉnh kiểm tra và phát hiện các giao dịch sai và kết quả là tạo ra các bằng chứng lỗi. Các nút đầy đủ có thể dễ dàng phát hiện kiểu tấn công này vì họ có thể chỉ cần tải xuống Block hoàn chỉnh và phân nhánh Block mạng lưới không hợp lệ khi họ quan sát thấy sự khác biệt hoặc dữ liệu bị giữ lại. Mặt khác, các ứng dụng khách nhẹ sẽ tiếp tục theo dõi các tiêu đề của một chuỗi có thể bị lỗi, tách Block toàn bộ các nút. (Hãy nhớ rằng các ứng dụng khách nhẹ không nhận được Block hoàn chỉnh và các chuyển đổi trạng thái được coi là hợp lệ)
Vì nó liên quan đến bằng chứng lỗi, đây là mấu chốt của vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu: các ứng dụng khách nhẹ phải đảm bảo tuyệt đối rằng tất cả dữ liệu giao dịch được phân phối trong một Block trước khi xác thực, yêu cầu các nút đầy đủ và ứng dụng khách nhẹ đồng ý với nhau về một tiêu đề chung cho chuỗi kinh điển. Lý thuyết trò chơi cho rằng một hệ thống dựa trên lỗi sẽ bị khai thác và dẫn đến một kịch bản được-mất cho các diễn viên trung thực.
Giải pháp
Làm thế nào các ứng dụng khách nhẹ có thể đảm bảo rằng tất cả dữ liệu giao dịch trong một Block được phân phối mà không có được Block hoàn chỉnh, do đó tập trung nhu cầu phần cứng và phủ nhận mục tiêu của các ứng dụng khách nhẹ?
Xóa mã hóa
Một phương pháp là sử dụng mã hóa xóa, một phương pháp nguyên thủy toán học. Mã hóa xóa cho phép khôi phục toàn bộ Block ngay cả khi một phần dữ liệu bị mất bằng cách sao chép các byte trong một Block. Kỹ thuật này được sử dụng để thực hiện lấy mẫu tính khả dụng của dữ liệu, cho phép các máy khách nhẹ xác định toàn bộ Block đã được xuất bản bằng cách lấy mẫu ngẫu nhiên các bit nhỏ của Block.
Điều này cho phép các khách hàng nhẹ xác nhận rằng tất cả dữ liệu giao dịch được chứa trong một Block nhất định trước khi xác nhận nó là hợp pháp và tiếp tục với tiêu đề Block thích hợp.
Tuy nhiên, có một số hạn chế đối với phương pháp này: Đảm bảo bảo mật dựa trên tiền đề rằng có đủ khách hàng nhẹ thực hiện lấy mẫu để có thể đánh giá xác suất tính sẵn có của một Block, tương tự như giả định thiểu số trung thực.
Chứng minh tính hợp lệ
Một tùy chọn khác để xác thực Block phi tập trung là loại bỏ yêu cầu về dữ liệu giao dịch cho các chuyển đổi trạng thái. Ngược lại với bằng chứng lỗi, bằng chứng xác thực có quan điểm tiêu cực hơn. Bằng cách loại bỏ quy trình tranh chấp, các bằng chứng hợp lệ có thể đảm bảo tính nguyên tử của tất cả các chuyển đổi trạng thái, với chi phí yêu cầu bằng chứng cho mỗi và mọi chuyển đổi trạng thái.
Điều này đạt được bằng cách sử dụng các công nghệ không có kiến thức mang tính cách mạng như SNARK và STARK. Chứng minh tính hợp lệ đòi hỏi cường độ tính toán cao hơn so với chứng minh lỗi để đổi lấy sự đảm bảo trạng thái tốt hơn, điều này có ảnh hưởng đến khả năng mở rộng.
Zero Knowledge Rolllups là các bản tổng hợp sử dụng các bằng chứng hợp lệ thay vì bằng chứng lỗi để xác minh trạng thái. Họ sử dụng phương pháp tiếp cận trình tự / phương pháp, trong đó trình tự tiến hành tính toán và trình dò tìm tạo ra các bằng chứng liên quan, để tuân theo một chiến lược tính toán và xác minh tương tự như các bản tổng hợp lạc quan (nhưng với các bằng chứng hợp lệ là lược đồ thay vì bằng chứng lỗi). Ví dụ, Starknet bắt đầu với các trình tự tập trung cho các mục đích tăng tốc và có kế hoạch dần dần phân cấp các trình tự trình tự mở và trình duyệt. Do thực thi off-chain trên trình tự trình tự, các tính toán trên các bản cuộn ZK không bị ràng buộc. Tuy nhiên, vì các bằng chứng tính toán đó phải được chứng nhận trên mạng lưới, nên tính cuối cùng vẫn bị hạn chế bởi việc tạo bằng chứng.
Cần lưu ý rằng khái niệm sử dụng light client để xác minh trạng thái chỉ áp dụng cho kiến trúc chống lỗi. Bởi vì các chuyển đổi trạng thái được đảm bảo là hợp pháp với các bằng chứng hợp lệ, các nút không còn yêu cầu dữ liệu giao dịch để xác thực các Block.
Tuy nhiên, vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu cho các bằng chứng hợp lệ vẫn tồn tại, mặc dù ở dạng tinh vi hơn: mặc dù trạng thái được đảm bảo, dữ liệu giao dịch cho các bằng chứng hợp lệ vẫn được yêu cầu để các nút có thể cập nhật và cung cấp các thay đổi trạng thái cho người dùng cuối. Do đó, các bản sao lưu dựa trên các bằng chứng hợp lệ vẫn bị hạn chế bởi vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu.
Các giải pháp khác
Luận điểm của Vitalik là: tất cả các con đường đều dẫn đến việc tạo Block tập trung và xác nhận Block phi tập trung. Mặc dù những đổi mới trong công nghệ nhà sản xuất Block có thể nâng cao đáng kể hiệu suất cuộn lên, nhưng giới hạn cơ bản về quy mô là tính khả dụng của Block hơn là xác nhận Block. Điều này dẫn đến một nhận thức thiết yếu: bất kể lớp thực thi mạnh đến mức nào hoặc việc triển khai bằng chứng nào mà chúng tôi chọn, TPS của chúng tôi cuối cùng vẫn bị hạn chế bởi tính khả dụng của dữ liệu.
Chúng tôi hiện tải lên dữ liệu blockchain trên mạng lưới như một phương pháp đảm bảo khả năng truy cập dữ liệu. Mạng chính của Ethereum đóng vai trò như một lớp dữ liệu sẵn có để triển khai cuộn lên, phát sóng định kỳ tất cả các Block cuộn lên ở đó. Hạn chế chính của giải pháp này là thiết kế của Ethereum hiện phụ thuộc vào các nút đầy đủ để đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu bằng cách thu được Block hoàn chỉnh, trái ngược với các ứng dụng khách nhẹ để lấy mẫu tính sẵn có của dữ liệu. Các yêu cầu phần cứng lớn hơn đối với các nút hoàn chỉnh xác nhận tính khả dụng của dữ liệu tuân theo tự nhiên từ việc tăng kích thước Block để tăng hiệu suất, tập trung mạng.
Ethereum dự định sử dụng kiến trúc phân đoạn sử dụng lấy mẫu tính sẵn có của dữ liệu và được bảo mật bởi cả các nút đầy đủ và ứng dụng khách nhẹ (về mặt kỹ thuật, Ethereum sharding sử dụng các bằng chứng lỗi thay vì cam kết KZG, nhưng vấn đề về tính sẵn có của dữ liệu vẫn được áp dụng.)
Tuy nhiên, điều này chỉ giải quyết được a một phần của vấn đề là các Block cuộn lên cũng bị rò rỉ vào mạng chính Ethereum dưới dạng dữ liệu cuộc gọi, đây là một vấn đề cơ bản đối với thiết kế cuộn lên. Bởi vì dữ liệu cuộc gọi tốn kém theo quy mô và làm tắc nghẽn người dùng L2 với chi phí 16 gas mỗi byte bất kể kích thước lô giao dịch cuộn lên, điều này tạo ra các vấn đề về sau.
Với validium, dữ liệu giao dịch chi tiết có thể được truyền ngoài mạng lưới (liên quan đến nguồn gốc) tới bảng điều khiển tính khả dụng của dữ liệu, người bảo vệ PoS hoặc lớp khả dụng dữ liệu trong khi vẫn đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu. Validium tránh được chi phí gas byte cố định được kết nối với mức tiêu thụ cuộn lên nhiều hơn bằng cách chuyển tính khả dụng của dữ liệu từ Ether calldata sang các lựa chọn thay thế ngoài mạng lưới.
Sự hiểu biết độc đáo rằng các blockchains chỉ cần thực hiện công việc sắp xếp các Block và đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu của các Block đó thay vì cung cấp việc thực thi hoặc tính toán bản thân nó cũng đã được thực hiện bởi kiến trúc cuộn lên. Mạng blockchain mô-đun đầu tiên, được gọi là Celestia, được tạo ra với đây là khái niệm thiết kế hướng dẫn của nó. Celestia, trước đây là LazyLedger, Block đầu là một “Blockchain lười biếng”, để lại việc thực thi và xác thực cho các lớp mô-đun khác và thay vào đó, tập trung vào việc cung cấp lớp khả dụng dữ liệu để giải trình tự giao dịch và đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu bằng cách sử dụng lấy mẫu tính sẵn có của dữ liệu. Khái niệm về Celestia dựa trên sản xuất Block tập trung và trình xác minh Block phi tập trung; ngay cả điện thoại di động cũng có thể tham gia như một ứng dụng khách nhẹ và bảo vệ mạng.
Do chất lượng lấy mẫu tính khả dụng của dữ liệu, việc cuộn tích hợp vào Celestia làm lớp dữ liệu sẵn có có thể cho phép kích thước Block lớn hơn (và do đó thông lượng) khi số lượng nút sáng Celestia tăng lên trong khi vẫn giữ nguyên các đảm bảo xác suất.
Ngày nay, các tùy chọn khác bao gồm StarkEx, zkPorter và Polygon Avail, với StarkEx vẫn là validium duy nhất được sản xuất. Dù là gì đi nữa, hầu hết các validium đều cung cấp một giả định ngầm về độ tin cậy đối với tài nguyên sẵn có của dữ liệu, cho dù được quản lý bởi một ủy ban đáng tin cậy, những người giám hộ hay một lớp dữ liệu chung. Sự tin tưởng này cũng ngụ ý rằng các nhà khai thác gian lận có thể chặn người dùng rút tiền thanh toán.
Tiến độ hiện tại
Trong bối cảnh tiền điện tử hiện nay, kiến trúc blockchain mô-đun là một vấn đề được tranh luận rộng rãi. Do các vấn đề bảo mật và sự tin tưởng bổ sung đi kèm với việc dàn xếp phân mảnh và lớp dữ liệu sẵn có, khái niệm Celestium cho kiến trúc blockchain mô-đun đã nhận được sự phản kháng đáng kể.
Trong khi đó, tiến bộ to lớn đã được thực hiện trên nền tảng blockchain: Fuel Labs đang phát triển một máy ảo song song trên lớp thực thi, trong khi nhóm Optimism đang phát triển sharding, xác minh khuyến khích và trình tự phân phối. Ngoài ra, các phương pháp tiếp cận lạc quan và không kiến thức lai đang được phát triển.
Sau khi Hợp nhất, lộ trình tăng trưởng của Ethereum bao gồm các ý định cho một lớp định cư và dữ liệu sẵn có duy nhất. Cụ thể, Danksharding là một sự phát triển theo lộ trình Ethereum tiềm năng nhằm mục đích biến và cải thiện các phân đoạn dữ liệu Lớp 1 và không gian Block của Ethereum thành một “công cụ cung cấp dữ liệu”, cho phép các bản cuộn Lớp 2 thực hiện các giao dịch TPS cao, chi phí thấp
Một loạt các công nghệ lớp thực thi có thể sử dụng thiết kế trung lập của Celestia làm lớp dữ liệu sẵn có, thiết lập nền tảng cho các máy ảo không EVM thay thế như WASM, SolanaVM và FuelVM. Các nhà phát triển có thể xây dựng các cầu nối giảm thiểu sự tin cậy qua các cụm Celestia nhờ vào tính sẵn có của dữ liệu chung cho một loạt các tùy chọn thực thi. Điều này mở ra khả năng tổng hợp và tương tác giữa các Chain và liên hệ sinh thái, tương tự như những gì có sẵn giữa Ethereum và các bản cuộn của nó.
Bằng cách sử dụng các validium để vận chuyển dữ liệu giao dịch ngoài chuỗi hoặc lưu giữ nó trên mạng lưới, mỗi tùy chọn đều có ưu và nhược điểm riêng và Volitions, do Starkware phát triển, đưa ra một cách tiếp cận độc đáo cho câu hỏi hóc búa về tính sẵn có của dữ liệu trên chuỗi so với ngoài chuỗi.
Ngoài ra, lớp 3 – chia tỷ lệ fractal – được mở khóa bởi việc sử dụng ngày càng tăng và sự phổ biến của các giải pháp lớp 2. Giờ đây, các nhà phát triển ứng dụng có thể triển khai ứng dụng của họ với toàn quyền kiểm soát cơ sở hạ tầng của họ, từ tính khả dụng của dữ liệu đến quyền riêng tư, nhờ vào khả năng mở rộng Fractal, cho phép phân phối các bản cuộn dành riêng cho ứng dụng trên lớp 2. Sử dụng lớp 3 thay vì chuỗi chủ quyền dành riêng cho ứng dụng, vốn yêu cầu chuỗi cơ sở đắt tiền, cũng cho phép khả năng tương tác giữa tất cả các ứng dụng lớp 3 trên lớp 2.
Web phi tập trung đang thay đổi từ các BlockChain nguyên Block và các lớp đồng thuận biệt lập sang các mô-đun Chain, ứng dụng cụ thể có các lớp đồng thuận được chia sẻ, giống như cách cơ sở hạ tầng web thay đổi từ máy chủ tại chỗ sang máy chủ đám mây.
Dù cách tiếp cận và cách triển khai cuối cùng vẫn thành công, thì có một điều chắc chắn: trong một tương lai mô-đun, người dùng sẽ là những người hưởng lợi lớn nhất.
Tổng kết
Qua bài viết trên, coinviet đã cùng các bạn phân tích về Blockchain với những tiềm năng phát triển theo hình thức Mô đun.
Hy vọng những thông tin trên hữu ích và chúc các bạn đầu tư thành công! Mọi thắc mắc vui lòng comment dưới bài viết để coinviet hỗ trợ và cùng thảo luận.
