Mở rộng quy mô Ethereum: Tìm kiếm giải pháp

Ethereum, giống như nhiều chuỗi khối, hiện đang phải đối mặt với khả năng xử lý giao dịch hạn chế. Mặc dù hỗ trợ chuyển ETH và hàng nghìn DApp, nhưng việc sử dụng tăng lên đã dẫn đến các giao dịch chậm hơn và tốn kém hơn. 

Để giảm thiểu phí cao, tình huống này đã dẫn đến các quyết định thiết kế không an toàn, chẳng hạn như dịch vụ tập trung ngoài chuỗi cho thị trường NFT. Việc giới thiệu EIP 1559 đã cải thiện ước tính phí và khuyến khích, nhưng không cải thiện đáng kể khả năng mở rộng. … Thách thức về khả năng mở rộng được hiểu rõ trong bộ ba bất khả thi phổ biến của blockchain về Khả năng mở rộng, Phân cấp và Bảo mật.

Bộ ba bất khả thi của chuỗi khối khẳng định rằng không thể đồng thời đạt được ba thuộc tính: phân quyền, bảo mật và khả năng mở rộng. Hy sinh tính phi tập trung, việc xây dựng một hệ thống an toàn và có khả năng mở rộng sẽ dễ dàng hơn nhiều, như Web2 đã chứng minh. Ưu tiên khả năng mở rộng bằng cách hy sinh cơ chế đồng thuận của bạn và bạn có một chuỗi khối phi tập trung, không an toàn, vô nghĩa. Việc giải quyết bộ ba bất khả thi của Blockchain là vô cùng phức tạp và là một thách thức không ngừng trong thập kỷ qua.

Tăng thông lượng: Nhiều cách tiếp cận

Trong những năm qua, nhiều giải pháp đã được đưa ra để giải quyết bộ ba bất khả thi của chuỗi khối Ethereum. Một gợi ý phổ biến là xây dựng các khối lớn hơn hoặc khối mỗi giây. Mặc dù có vẻ như là một ý tưởng hay, nhưng nó tăng cường nhu cầu đối với các nút chuỗi khối và trình xác thực/công cụ khai thác để đạt được sự đồng thuận, dẫn đến tăng cường tập trung hóa. Nó cũng làm chậm reorgs, làm tăng rủi ro bảo mật.

Một giải pháp thay thế là tạo chuỗi bên để giảm tải cho chuỗi chính, như đã thấy với mạng Đa giác. Hệ thống này liên quan đến sự cân bằng bảo mật vì nó dựa trên sự đồng thuận yếu hơn Ethereum (ít vốn hóa thị trường hơn). Mặc dù nó có thể phù hợp với các trường hợp sử dụng cụ thể, nhưng nó thường dẫn đến việc tập trung hóa và không giải quyết đầy đủ các vấn đề về khả năng mở rộng của Ethereum. Và dù sao thì vẫn còn cách rất xa so với hàng chục nghìn yêu cầu cần thiết để vận hành một hệ thống giống như Visa. 

Layer 2s & Sharding: Giải pháp cho những thách thức về khả năng mở rộng của Ethereum? 

Sharding và Layer 2s được coi là lựa chọn tốt nhất để Ethereum mở rộng quy mô trong khi vẫn duy trì bộ ba bất khả thi của chuỗi khối.  

Một mặt, Sharding blockchain từ lâu đã được coi là chìa khóa cho khả năng mở rộng trong thế giới blockchain. Đó là tính năng chính của Eth2.0 vào năm 2019 với việc chuyển sang sơ đồ chữ ký BLS, cơ chế đồng thuận PoS và triển khai eWASM. Mặt khác, Lớp 2 đã chứng kiến ​​​​sự tiến bộ nhanh chóng thông qua nghiên cứu liên tục về cơ chế cuộn lên. Hãy cùng khám phá tình trạng hiện tại của hai cách tiếp cận cạnh tranh này và tương lai của chúng có thể ra sao. 

Blockchain Sharding hoạt động như thế nào? 

Thuật ngữ sharding bắt nguồn từ khoa học cơ sở dữ liệu trong đó chúng ta phân vùng theo chiều ngang cơ sở dữ liệu thành các phần nhỏ hơn, có thể quản lý được gọi là phân đoạn. Mỗi phân đoạn là một cơ sở dữ liệu riêng biệt chứa một tập hợp con dữ liệu. Sharding được sử dụng để mở rộng cơ sở dữ liệu bằng cách phân phối dữ liệu và truy vấn trên nhiều máy chủ, cho phép cơ sở dữ liệu xử lý khối lượng dữ liệu lớn hơn mà không cần một máy chủ mạnh mẽ.

Ý tưởng tận dụng sharding trên các chuỗi khối này nhanh chóng trở nên phổ biến đối với các nhà phát triển. Blockchain sharding chia mạng thành các mạng con nhỏ hơn được gọi là phân đoạn và phân đoạn cho phép xử lý các giao dịch song song. Trong một chuỗi khối phân mảnh, mỗi phân đoạn là một chuỗi riêng biệt hoạt động độc lập. Điều này có nghĩa là mỗi nút, công cụ khai thác/trình xác thực có thể tập trung vào một phân đoạn nhất định để tạo ra sự đồng thuận cục bộ. Đầu tiên, nó cho phép các giao dịch được xử lý song song. Thứ hai, mỗi phân đoạn có ít giao dịch hơn để quản lý. Nghe có vẻ hoàn hảo, vậy vấn đề là gì?

Những thách thức của Sharding: Sự đồng thuận, Giao tiếp giữa các phân đoạn & Bảo mật

Với blockchain sharding, không dễ để xác định sự đồng thuận tổng thể. Sự đồng thuận toàn cầu của mạng là gì? Phải chăng đó là sự đoàn kết đồng thuận của từng địa phương? Làm thế nào và ở đâu để bạn neo giữ những sự đồng thuận cục bộ này để tạo ra một sự đồng thuận toàn cầu mà bất kỳ ai cũng có thể tin tưởng? Những câu hỏi như vậy không dễ trả lời. 

Một thách thức đáng kể khác để triển khai sharding là giao tiếp giữa các phân đoạn. Khi nói đến cơ sở dữ liệu, bạn không gặp vấn đề này vì dữ liệu được chia thành các phần khác nhau, cho phép bạn đọc hoặc ghi chúng một cách độc lập mà không gặp sự cố thực sự. Khi nói đến mã thực thi phân đoạn chuỗi khối, điều này phức tạp hơn nhiều. Mỗi phân đoạn phải có khả năng chạy mã riêng, tham khảo trạng thái của một phân đoạn khác và thực thi mã trên một phân đoạn khác. Đây không phải là tầm thường. 

Khó khăn sharding này cũng liên quan đến vấn đề an ninh. Vấn đề này đã được các chuyên gia nghiên cứu và các kế hoạch bảo vệ khác nhau đã được coi là có xu hướng nhiều hình thức tấn công mới. Trước hết, nó chỉ đơn giản là đặt câu hỏi về cơ chế đồng thuận. Nếu bạn có 10 phân đoạn và các công cụ khai thác được phân phối trên mỗi phân đoạn, thì việc tiếp quản một phân đoạn sẽ ít tốn kém hơn 10 lần so với việc tiếp quản toàn bộ chuỗi khối. Theo sơ đồ, cuộc tấn công 51% chuyển thành 5.1%. Một giải pháp cho vấn đề này là thay đổi cơ chế đồng thuận từ Proof of Work sang Proof Of Stake. Đây là động lực chính cho quá trình chuyển đổi của Ethereum sang Proof Of Stake.

trên an ninh phía trước, tác dụng của Hợp nhất đã được tranh luận rộng rãi. trên phân cấp Mặt khác, sự đồng thuận cập nhật của Ethereum ủng hộ việc tập trung hóa, vì quyền sở hữu mã thông báo xác định quyền kiểm soát mạng. 

Về sự đồng thuận mới của Ethereum, một số tham số được khuyến khích tập trung:

• Chạy nút Ethereum của bạn không đơn giản, đòi hỏi tài nguyên và thời gian hoạt động. Nó chỉ đơn giản là ngăn ví của bạn triển khai nó và chạy trên máy tính xách tay hoặc thậm chí là điện thoại di động của bạn.

• Ngưỡng 32 ETH và thực tế là không thể hủy đặt cược cho đến một ngày không xác định đã tạo ra một hoạt động đặt cược gộp và thanh khoản trong đó Lido và các sàn giao dịch chiếm phần lớn thị trường. Hôm nay, 4 tác nhân đang kiểm soát hơn 55% số tiền được đặt trên chuỗi khối Ethereum (Lido 29.2%, Coinbase 13.1%, Kraken 7.6% và Binance 6.2%).

Nói chung, blockchain sharding là một ý tưởng thú vị để tăng khả năng mở rộng, nhưng đòi hỏi kiến ​​trúc phức tạp, đặc biệt khi xác định sự đồng thuận tổng thể và triển khai giao thức cross-shard hiệu quả. Rất nhiều công việc đã được thực hiện hướng tới những mục tiêu này, nhưng chúng ta vẫn còn lâu mới thực hiện được chúng và nắm bắt được những tác động đối với bộ ba bất khả thi của chuỗi khối. 

Rollup để giải cứu

Rollup nén nhiều giao dịch thành một giao dịch duy nhất để Ethereum thực thi, cho phép thực hiện nhiều giao dịch ngoài chuỗi với bảo mật của Ethereum để thanh toán. Có hai triển khai chính của ý tưởng này: 

• Bản tổng hợp lạc quan, cho phép người dùng đưa ra bằng chứng gian lận trong trường hợp tranh chấp
• ZK-Rollups nơi mạng L2 đưa ra bằng chứng hợp lệ.

Bản tổng hợp lạc quan và vấn đề cuối cùng:

Bản tổng hợp lạc quan đã được thiết kế dưới dạng Bản tổng hợp trông giống EVM nhất. Họ lạc quan vì họ cho rằng người dùng không gửi các giao dịch gian lận, cho phép viết chuỗi khối trực tiếp. 

Có một cơ chế sử dụng bằng chứng gian lận mà trình xác thực L2 có thể khởi tạo để kiểm tra các giao dịch ngoại tuyến được thực hiện trong vòng vài ngày (7 ngày trên Chủ nghĩa lạc quan). Bằng chứng gian lận hợp lệ xác định các bước gian lận trong quy trình giao dịch, dẫn đến giao dịch bị đảo ngược và hình phạt dành cho người xác thực phê duyệt. Điều này cải thiện thông lượng giao dịch trong khi bảo vệ an ninh chuỗi chính của Ethereum. 

Tuy nhiên, Tổng hợp lạc quan mang đến một thách thức mới: cuối cùng. Với các chuỗi khối, các giao dịch được xác nhận được coi là vĩnh viễn và không thể đảo ngược, nhưng điều này phụ thuộc vào cơ chế đồng thuận. Chẳng hạn, các chuỗi PoW coi các giao dịch là cuối cùng khi xác suất tổ chức lại thấp và các giao dịch Bitcoin là cuối cùng sau 6 lần xác nhận. Với các bản tổng hợp lạc quan, các giao dịch có thể được đảo ngược sau vài ngày, điều này tạo ra một thách thức cuối cùng và một sự đánh đổi khác.

Một loại tổng số khác: ZK-Rollups

ZK-Rollup, được đặt tên theo việc sử dụng công nghệ Zero-Knowledge Proof (ZKP) như SNARK hoặc STARK, là một loại Rollup khác. Vì thuộc tính Zero-kiến thức không thực sự hữu ích, nên việc gọi chúng là Bản tổng hợp hiệu lực có thể chính xác hơn.

Rollup thực hiện một loạt giao dịch và tạo ra bằng chứng hợp lệ, được xác minh bằng hợp đồng thông minh trên chuỗi khối Ethereum, xác nhận kết quả cuối cùng của giao dịch. Bằng chứng mật mã được tạo ra bằng cách sử dụng nguyên hàm mật mã Zero Knowledge. 

Nói rộng hơn, bằng chứng không có kiến ​​thức cho phép một bên (người chứng minh) chứng minh việc sở hữu một số thông tin nhất định cho một bên khác (người xác minh) mà không tiết lộ thông tin thực tế. Người châm ngôn có thể tự tin vào sự thật của tuyên bố của người châm ngôn mà không cần tìm hiểu nội dung của nó.

Ban đầu được thiết kế để bảo mật, ZKRollups sử dụng bằng chứng không có kiến ​​thức cho một mục đích rất khác: nén và tính toán đáng tin cậy. Hai công nghệ không kiến ​​thức hàng đầu là zk-STARK (viết tắt của đối số kiến ​​thức minh bạch có thể mở rộng không kiến ​​thức) và zk-SNARK (viết tắt của đối số kiến ​​thức không tương tác ngắn gọn không kiến ​​thức).

Vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu cho L2:

Như chúng ta đã thấy, các công nghệ ZKP đảm bảo tính hợp lệ của trạng thái L2, nhưng chỉ bằng chứng thôi thì không cung cấp quyền truy cập vào trạng thái đó. Để tăng thông lượng, việc thực thi được chuyển ra ngoài chuỗi, nhưng dữ liệu vẫn phải có thể truy cập dễ dàng để tái thiết. Để đạt được điều này, dữ liệu giao dịch được gửi dưới dạng calldata trên Ethereum để đảm bảo rằng dữ liệu có sẵn để tái thiết trong tương lai. Dữ liệu này cũng có thể được lưu trữ trong bộ lưu trữ phi tập trung đáng tin cậy như IPFS hoặc Arweave cho phép mọi người xây dựng lại L2 và tận dụng các ưu đãi bên trong của bộ lưu trữ phi tập trung. 

Sẽ tốt hơn nữa nếu có khả năng lưu trữ dữ liệu này trên chuỗi, nhưng dữ liệu chỉ dùng để tái tạo lại trạng thái/sự thật của L2 và không được thực thi, khiến việc sử dụng năng lực chuỗi khối trở nên kém hiệu quả và tốn kém. 

Để giải quyết rào cản này, các nhà phát triển Ethereum đã đề xuất hai EIP: EIP4488 và EIP4844 (chúc may mắn tránh nhầm lẫn). Cách đầu tiên giảm chi phí gas cho calldata trong khi cách thứ hai tạo ra loại giao dịch mới để lưu trữ dữ liệu L2. Dữ liệu này là bất biến và chỉ đọc, EVM không thể truy cập được và do đó không thể thực thi được. 

Các EIP này chính xác là nơi lộ trình ZKRollup đáp ứng lộ trình Phân đoạn thực thi, cả hai đều đề xuất cùng một khái niệm cho các mục đích khác nhau. EIP4488 nhằm mục đích lưu trữ dữ liệu L2 thiết yếu trong khi EIP-4844, còn được gọi là Proto-Danksharding, là một bước tiến tới triển khai Danksharding và bảo vệ thực thi.

Đan Mạch:

Danksharding liên quan đến việc chia các tập dữ liệu lớn thành các phần nhỏ hơn để phân tách và xử lý, thường là song song. Phương pháp này được sử dụng trong các lĩnh vực dữ liệu lớn và AI, nơi các tập huấn luyện có thể rất lớn. 

Proto-danksharding (EIP-4844) không triển khai phân đoạn nhưng cung cấp bộ lưu trữ dữ liệu cuộc gọi rẻ hơn có thể được phân chia. Bộ lưu trữ dữ liệu cuộc gọi rẻ hơn này sẽ cải thiện đáng kể khả năng mở rộng cho Ethereum trên L2, có khả năng khiến việc phân chia trở nên dư thừa. 

proto-danksharding:

Với Proto-danksharding, chuỗi khối Ethereum sẽ có tính toán không thể mở rộng và dữ liệu có thể mở rộng. Và ZkRollups về cơ bản chuyển đổi dữ liệu có thể mở rộng này và phép tính không thể mở rộng nhưng đáng tin cậy thành phép tính có thể mở rộng.

ZKRollups trong bộ ba bất khả thi của blockchain:

ZKRollups có lợi ích về khả năng mở rộng mạnh mẽ mà không thay đổi các thuộc tính chuỗi khối cơ bản. Để xác minh bằng chứng Zero-Knowledge trên chuỗi là yêu cầu chính, trong khi tính khả dụng của dữ liệu có thể được triển khai ngoài chuỗi. Về lâu dài, người ta có thể mong đợi rằng Lớp 1 sẽ trở nên đơn giản, an toàn, hy vọng là phi tập trung trong khi Lớp 2 sẽ cung cấp khả năng mở rộng.

Bắt ở đâu?

L2 thực sự có thể mở rộng rất nhiều. Tuy nhiên, để được giải quyết trên chuỗi (trên L1), người ta cần đưa ra bằng chứng về tính hợp lệ cho trạng thái chung của L2, gây ra các vấn đề về tập trung. Hiện tại, các thiết kế L2 chỉ có một chứng minh, nghĩa là chúng có thể kiểm duyệt các giao dịch của bạn. Họ thực sự không thể đóng băng tài sản L1 của bạn vì các cầu gốc được xây dựng. Nghiên cứu đang được tiến hành để giải quyết thách thức này, cho phép các bên khác có thể đưa ra bằng chứng, nhưng vẫn còn một số câu hỏi khó để phân xử giữa các bằng chứng này. Trong mọi trường hợp, đây là một vấn đề quan trọng cần giải quyết cho tương lai. 

Starknet đã xác định đây là một chủ đề quan trọng trên lộ trình, trong khi Trọng tài phân chia trách nhiệm giữa hộp thư đến trình sắp xếp thứ tự và hộp thư đến bị trì hoãn để đảm bảo tiền có thể được lấy lại trong trường hợp bị kiểm duyệt.

Đóng cửa suy nghĩ 

Như chúng tôi đã kiểm tra, khả năng mở rộng có thể phải trả giá bằng bảo mật và phân cấp, trong khi các giải pháp Lớp 2 được coi là cách hứa hẹn nhất để tăng khả năng mở rộng mà không ảnh hưởng đến các khía cạnh khác của bộ ba bất khả thi của chuỗi khối.

Bản tổng hợp lạc quan và hiệu lực, sử dụng công nghệ ZKP, sẽ rất quan trọng trong việc định hình tương lai của Ethereum bằng cách cho phép các giao dịch không tin cậy, phức tạp và không được phép trên quy mô lớn. Tổng số hiệu lực có một lợi thế đáng kể so với Tổng số lạc quan: thời hạn ngắn. Lộ trình của Ethereum gần đây đã thay đổi để hỗ trợ các bản tổng hợp này ở cấp độ chuỗi khối.

Tương lai của khả năng mở rộng chuỗi khối bao gồm các DApp phức tạp chạy trên Lớp 2 (hoặc các bản tổng hợp đệ quy), cho phép khả năng mở rộng gần như vô hạn, với lớp 1 phi tập trung và an toàn được cung cấp. Về lâu dài, Lớp 1 có thể trở thành lớp giải quyết, với độ phức tạp của DApps được chuyển sang Lớp 2.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.ledger.com/blog/on-the-future-of-ethereum-charles-guillemet