Blockchain Layer 1 với Layer 2: Những Điều Bạn Cần Biết

Trong công nghệ blockchain, thuật ngữ “scaling” đề cập đến sự gia tăng tốc độ thông lượng của hệ thống, được đo bằng số lượng giao dịch được thực hiện mỗi giây. Với việc sử dụng tiền điện tử ngày càng phổ biến trong cuộc sống hàng ngày, giờ đây việc tạo ra các lớp blockchain trở nên cần thiết để bảo mật mạng lưới tốt hơn, lưu trữ hồ sơ và hơn thế nữa. Layer 1 trong hệ sinh thái phi tập trung là blockchain. Trái lại, Layer 2 là sự tích hợp của bên thứ ba kết hợp với Layer 1 để tăng số lượng nút mạng và sau đó là thông lượng hệ thống. Hiện tại, nhiều giải pháp blockchain Layer 2 đang được triển khai. Các giải pháp này tận dụng smart contract để tự động hóa các giao dịch.

Blockchain Layer 1 với Layer 2

Công nghệ blockchain mang lại nhiều lợi ích: tăng mức độ bảo mật, cho phép các giao dịch không cầu kỳ và giúp cho việc lưu trữ hồ sơ có thể thực hiện được. Tuy nhiên, khi việc sử dụng này trở nên phổ biến hơn, lại đang nổi lên một số vấn đề. Một trong những vấn đề như vậy là khả năng mở rộng.

Trong một blockchain, mọi giao dịch trong một hệ thống phi tập trung phải trải qua một số bước, điều này cần một lượng thời gian và sức mạnh xử lý đáng kể. Để cải thiện khả năng xử lý của blockchain, các nhà phát triển blockchain đang đưa quy mô Layer 2 vào cấu trúc. Hãy cùng tìm hiểu thêm về cách hoạt động của nó.

Tại Sao Khả Năng Mở Rộng Của Blockchain Lại Quan Trọng?

Định nghĩa của từ “khả năng mở rộng” khác nhau giữa các chuyên gia. Tuy nhiên, về cốt lõi, khả năng mở rộng blockchain đề cập đến khả năng của 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 mà hệ thống xử lý mỗi giây. Trong khi các công ty/kênh thanh toán như Visa xử lý gần 20.000 TPS với mạng lưới thanh toán điện tử VisaNet, thì chuỗi chính của Bitcoin chỉ có thể thực hiện từ 3 đến 7 TPS.

Sự khác biệt về công suất có thể gây sốc, nhưng có một lời giải thích đơn giản đằng sau nó. Bitcoin sử dụng một hệ thống phi tập trung, trong khi VisaNet chạy trên một hệ thống tập trung. Hệ thống trước sử dụng nhiều điện năng 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 một mạng lưới nút mạng.

Với việc tiền điện tử dự kiến sẽ trở thành một lực lượng bắt buộc trong thế giới kinh doanh, các nhà phát triển blockchain đang cố gắng gia tăng phạm vi xử lý blockchain. Bằng cách tạo ra các lớp blockchain và tối ưu hóa quy mô Layer 2, họ muốn tăng tốc thời gian xử lý và tăng số lượng TPS.

Cuộc Chiến Với Khả Năng Mở Rộng Của Bitcoin

Bitcoin bắt đầu như một blockchain đơn giản để người dùng gửi và nhận tiền kỹ thuật số. Tuy nhiên, nó đã phải vật lộn với vấn đề về khả năng mở rộng kể từ khi thành lập, dẫn đến câu hỏi: Điều gì sẽ xảy ra nếu ngày càng nhiều người bắt đầu sử dụng Bitcoin?

Viễn cảnh này có thể được coi là một sự cố mạng. Mỗi hệ thống đều có một lượng băng thông cụ thể và chỉ có thể xử lý tối đa một số lượng giao dịch nhất định mỗi giây (TPS). 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 rộng rãi.

Xét nhanh đến năm 2021, khi Bitcoin trở nên phổ biến, không ngoài dự đoán: giao thức đã đầy. Dẫn đến tốc độ xử lý giảm xuống.

Tại Sao Blockchain Hiện Tại Lại Đòi Hỏi Công Nghệ Layer 2?

Câu trả lời rất đơn giản: nhu cầu tăng lên và chi phí giao dịch cao hơn. Hãy giải thích điều này bằng cách lấy Ethereum làm ví dụ.

Vì Ethereum có cơ chế đồng thuận nên nó cho phép nhiều ứng dụng phi tập trung. Trong công nghệ blockchain, cơ chế đồng thuận là một hệ thống có khả năng chịu lỗi cho phép các thỏa thuận trên một trạng thái mạng duy nhất trong các nút mạng phân tán. Các giao thức này đảm bảo rằng tất cả các nút mạng đồng ý với các giao dịch và được đồng bộ hóa. Điều này làm cho chuỗi Ethereum rất khó bị ghi đè hoặc tấn công.

Do sự ổn định và bảo mật của Ethereum, cơn sốt ICO đã bắt đầu, dẫn đến việc nhiều cá nhân tạo ra các coin trên blockchain. Do đó, đã có một 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 “gas” trả cho các bên xử lý giao dịch trên mạng lưới Ethereum cũng tăng lên.

Khi mạng blockchain bị tắc nghẽn, các giao dịch đang chờ xử lý sẽ kết thúc trong nhóm bộ nhớ và mất nhiều thời gian hơn để xử lý. Để giải quyết vấn đề này, thợ đào bắt đầu ưu tiên các giao dịch có giá gas cao hơn để xác nhận chúng. Điều này càng làm tăng chi phí tối thiểu cần thiết để thực hiện một giao dịch.

Chu kỳ tăng giá đến mức phí gas tăng chóng mặt, khiến tình hình càng trở nên tồi tệ hơn đối với mọi người. Mở rộng quy mô Layer 2 nhằm cung cấp giải pháp cho vấn đề này và giảm chi phí giao dịch.

Vấn Đề Với Layer 1

Một mạng lưới Layer 1 là một blockchain trong một hệ thống phi tập trung. Hai ví dụ về điều này là Bitcoin và Ethereum.

Trong mở rộng Layer 1, giao thức blockchain cơ bản được thay đổi khiến khả năng mở rộng khả thi. Với các giải pháp này, quy tắc của giao thức được thay đổi để tăng công suất và tốc độ giao dịch, do đó chứa được nhiều dữ liệu và người dùng hơn.

Mở rộng Layer 1 có thể là:

• Tăng cường tốc độ xác nhận khối

• Tăng dung lượng chứa dữ liệu của một khối

Các giải pháp mở rộng này kết hợp với nhau để tăng thông lượng của mạng. Tuy nhiên, Layer 1 dường như đang thiếu hụt khi số lượng người dùng blockchain ngày càng tăng. Sau đây là một số điểm không phù hợp của hệ thống.

Giao Thức Đồng Thuận Không Hiệu Quả

Blockchain Layer 1 vẫn sử dụng cơ chế đồng thuận Proof-of-Work cũ và bất tiện.

Mặc dù cơ chế này an toàn hơn các cơ chế khác, nhưng tốc độ của nó lại là vấn đề kìm hãm nó. Các thợ đào cần phải sử dụng sức mạnh tính toán để giải các thuật toán mật mã. Do đó, tổng thể cần nhiều sức mạnh và thời gian tính toán hơn.

Giải Pháp

Ethereum 2.0 sẽ sử dụng một đồng thuận thay thế là Proof-of-Stake. Cơ chế đồng thuận này xác nhận các khối dữ liệu giao dịch mới theo thế chấp staking của những người tham gia trong mạng lưới, giúp tiến trình hiệu quả hơn.

Khối Lượng Công Việc Quá Mức

Khi số lượng người dùng tăng lên, khối lượng công việc trên blockchain Layer 1 cũng tăng lên. Do đó, tốc độ và dung lượng xử lý giảm xuống.

Giải Pháp

Giải pháp mở rộng quy mô cho vấn đề này là sharding (phân đoạn cơ sở dữ liệu). Nói một cách đơn giản, sharding phân đoạn việc xác nhận và xác thực các giao dịch thành các bit nhỏ và có thể quản lý được. Do đó, khối lượng công việc có thể được trải rộng trên mạng lưới để khai thác sức mạnh tính toán thông qua nhiều nút mạng hơn.

Vì mạng lưới xử lý song song đồng thời các phân đoạn này, nên quá trình xử lý tuần tự trên nhiều giao dịch có thể xảy ra cùng một lúc.

Giải Pháp Mở Rộng Layer 2

Blockchain Layer 2 hoạt động trên lớp gốc để cải thiện hiệu quả của nó. Giảm tải các giao dịch một cách hiệu quả, Layer 2 chịu một phần gánh nặng giao dịch của blockchain Level 1 và đưa nó vào một cấu trúc hệ thống khác.

Sau đó, blockchain Layer 2 giải quyết tải xử lý nhẹ và báo cáo cho Layer 1 để hoàn thiện kết quả. Vì hầu hết tải xử lý dữ liệu nhẹ được cấp cho cấu trúc phụ trợ liền kề này, nên tình trạng tắc nghẽn mạng được giảm thiểu: blockchain Layer 1 không chỉ ít tắc nghẽn hơn mà còn trở nên dễ mở rộng hơn.

Một ví dụ về blockchain Layer 1 là Lightning Network của Bitcoin, một giải pháp mở rộng quy mô Layer 2 đồng thời lấy tải lượng từ Bitcoin và báo cáo cho nó. Kết quả là Lightning Network tăng tốc độ xử lý trên blockchain Bitcoin. Ngoài ra, Lightning Network đưa các smart contract đến blockchain Bitcoin Level 1.

Dưới đây là một số giải pháp mở rộng Layer 2 khác:

Blockchain Lồng Nhau (Plasma)

Một blockchain Layer 2 lồng nhau hoạt động trên một blockchain khác. Về cơ bản, Layer 1 thiết lập các tham số trong khi blockchain Layer 2 lồng nhau thực thi các tiến trình.

Có thể có một số cấp độ blockchain trên một mainchain. Hãy coi nó như một cấu trúc công ty 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 đã hoàn thành nhiệm vụ tương ứng của mình. Bằng cách đó, gánh nặng cho người quản lý được giảm bớt trong khi khả năng mở rộng được cải thiện.

Một ví dụ về điều này là Dự Án OMG Plasma, hoạt động như một blockchain Level 2 cho giao thức Level 1 của Ethereum để đảm bảo các giao dịch rẻ hơn và nhanh hơn.

State Channel

state channel cho phép giao tiếp hai chiều giữa những người tham gia blockchain. Như vậy, những người tham gia có thể giảm thời gian chờ đợi vì không có bên thứ ba, ví dụ, một thợ đào tham gia vào quá trình này.

Đây là cách nó hoạt động:

• Trên smart contract, những người tham gia đã đồng ý trước để niêm phong một phần của lớp cơ sở.

• Sau đó, họ có thể tương tác trực tiếp với nhau, loại bỏ sự cần thiết phải có sự tham gia của các thợ đào.

• Sau khi xử lý toàn bộ giao dịch, họ thêm trạng thái kênh cuối cùng vào blockchain.

Cả Raiden Network trên Ethereum và Lightning Network trên Bitcoin đều là những ví dụ về state channel. Lightning Network cho phép người tham gia thực hiện một số giao dịch vi mô trong một khoảng thời gian cụ thể. Trong khi đó, Raiden cho phép người tham gia chạy các smart contract qua các kênh cá nhân.

State channel như Lightning Network cũng hoàn toàn an toàn, vì chỉ những người tham gia mới biết về các giao dịch. Mặt khác, blockchain Ethereum Level 1 ghi lại tất cả các giao dịch trong một sổ cái có thể kiểm toán công khai.

Sidechain

Cùng với state channel như Lightning Network và smart contract, sidechain cũng là một giải pháp mở rộng quy mô cho công nghệ blockchain Layer 2. Một sidechain là một chuỗi giao dịch tạo điều kiện thuận lợi cho một số lượng lớn các giao dịch. Nó có một cơ chế đồng thuận độc lập với lớp gốc. Cơ chế này có thể được tối ưu hóa để nâng cao khả năng mở rộng và tốc độ xử lý. Trong tình huống này, mainchain phải xác nhận hồ sơ giao dịch, duy trì bảo mật và xử lý tranh chấp.

Sidechain khác với state channel ở chỗ chúng ghi lại công khai tất cả các giao dịch trong sổ cái. Ngoài ra, nếu một sidechain gặp phải lỗi vi phạm bảo mật, nó sẽ không ảnh hưởng đến các sidechain khác hoặc chính mainchain của lớp cơ sở.

Rollup

Rollup là các giải pháp mở rộng quy mô blockchain Layer 2 thực thi các giao dịch bên ngoài blockchain Layer 1 và đăng dữ liệu từ các giao dịch lên đó. Vì dữ liệu nằm trên lớp cơ sở, nó cho phép Layer 1 duy trì rollup được an toàn.

Rollup có hai mô hình bảo mật khác nhau:

• Optimistic Rollup: Mô hình này giả định giao dịch mặc định là hợp lệ. Do đó, chúng chỉ tiến hành tính toán để phát hiện gian lận nếu có báo cáo.

• Zero-Knowledge Rollup: Những rollup này chạy tính toán ngoài chuỗi. Sau đó, chúng gửi bằng chứng hợp lệ cho lớp cơ sở hoặc mainchain.

Rollup giúp tăng thông lượng giao dịch, mở rộng sự tham gia và giảm phí gas cho người dùng.

Những Hạn Chế của Layer 1 và Layer 2

Phân lớp blockchain đi kèm với một số lợi ích. Ví dụ như lợi thế chính của các giải pháp Layer 1 là nhà phát triển không phải thêm bất kỳ thứ gì vào cấu trúc hiện có, vì lớp cơ sở đã được thay đổi.

Trong khi đó, các giải pháp mở rộng quy mô Layer 2 không làm xáo trộn giao thức lớp cơ sở. Ngoài ra, các 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 cho việc xác minh thợ đào.

Tuy nhiên, cả hai lớp blockchain này đều có những hạn chế cần được xem xét.

Bổ Sung Vào Các Giao Thức Hiện Có

Vấn đề chính với các lớp blockchain là thêm chúng vào các giao thức hiện có. Cả Bitcoin và Etherium đều có giá trị vốn hóa thị trường hàng tỷ đô. Người dùng đang giao dịch hàng triệu đô la mỗi ngày. Do đó, sẽ thật khó hiểu khi làm phức tạp quá trình thông qua mã hóa và thử nghiệm không cần thiết, vì điều này sẽ đòi hỏi rất nhiều tiền bạc.

Bộ Ba Bất Khả Thi Về Khả Năng Mở Rộng

Vitalik Buterin, người sáng lập Ethereum, đã đưa ra thuật ngữ “bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng” để đề cập đến khả năng kết hợp ba thuộc tính hữu cơ của một blockchain:

• Bảo mật

• Khả năng mở rộng

• Phân quyền

Bộ ba bất khả thi này cho thấy 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 trên một trong những thuộc tính cơ bản. Một ví dụ tuyệt vời về điều này là Bitcoin. Mặc dù blockchain của nó đã quản lý để tối ưu hóa sự phân quyền và bảo mật, nhưng nó phải thỏa hiệp về khả năng mở rộng mà không phải do lỗi của chính nó.

Tương Lai Sau Layer 1 và Layer 2 Sẽ Thế Nào?

Khả năng mở rộng là một trong những lý do không thể áp dụng hàng loạt trên crypto 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 lớp blockchain đều có những hạn chế nhất định, nên giải pháp trong tương lai sẽ là xây dựng một giao thức để có thể giải quyết vấn đề nan giải về khả năng mở rộng.

Kết Luận

Liên quan đến nút thắt cổ chai nói trên, có hai lựa chọn khả thi: 1) giảm bớt vấn đề mở rộng quy mô, hoặc 2) tìm kiếm các giải pháp thay thế khả thi. Các nhà phát triển blockchain lựa chọn giải pháp trước, đang chuyển sang mở rộng quy mô Layer 2 theo xu hướng của Ethereum 2.0.

Tại thời điểm đăng bài, các hệ thống blockchain vẫn đang được phát triển. Câu hỏi cấp bách cho tương lai là liệu các lớp blockchain và mở rộng quy mô Layer 2 sẽ là tạm thời hay vĩnh viễn. Cho đến thời điểm này, chưa ai thực sự đoán biết được.