Ethereum cải thiện Blockchain Trilemma như thế nào?

I. Blockchain Trilemma

1. Blockchain Trilemma là gì?

Blockchain Trilemma được hiểu là ba vấn đề nan giải trong blockchain hay còn được gọi là bộ 3 bất khả thi.

Nếu coi công nghệ blockchain là kiềng 3 chân thì cụ thể 3 chân kiềng đó là:

Security: bảo mật
Scalability: khả năng mở rộng
Decentralization: phi tập trung

Bảo mật là một yếu tố quan trọng để đảm bảo tính toàn vẹn và an toàn của dữ liệu trên blockchain. Khả năng mở rộng đề cập đến khả năng xử lý một lượng lớn giao dịch và dữ liệu trong mạng mà không làm giảm hiệu suất hoặc tăng chi phí giao dịch. Phi tập trung đề cập đến việc tránh sự phụ thuộc vào một số bên thứ ba hoặc cơ cấu quyền lực tập trung, đảm bảo tính công bằng và khả năng tự trị của mạng.

Tính đến hiện tại, các dự án blockchain thường chỉ đạt được hai trong số ba khía cạnh kể trên.

2. Tầm quan trọng của việc giải quyết Blockchain Trilemma

Giải quyết Blockchain Trilemma đóng vai trò quan trọng bởi hoạt động này giúp nâng cao hiệu suất và khả năng mở rộng, đồng thời duy trì tính bảo mật và phi tập trung cho mạng lưới blockchain. Việc giải quyết Blockchain Trilemma đồng nghĩa với việc tìm ra cách để đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa 3 yếu tố nêu trên.

Giải quyết thành công Blockchain Trilemma giúp Ethereum cũng như các dự án blockchain khác đạt được khả năng mở rộng, tăng cường bảo mật và tính phi tập trung. Điều này tạo ra một nền tảng mạnh mẽ để triển khai các Dapps tiềm năng hơn trong tương lai.

II. Những điểm Ethereum cần cải thiện

Tính đến hiện tại, có 7313629 nodes trên toàn thế giới đang hoạt động trên mạng lưới Ethereum. Con số này chỉ ra rằng Ethereum là một mạng lưới vô cùng bảo mật và phi tập trung.

Tuy nhiên, blockchain trilemma vẫn là một vấn đề lớn vì khả năng mở rộng vẫn được coi là một vấn đề với Ethereum. Mạng lưới nãy vẫn đang phải đối mặt những tình trạng tắc nghẽn mạng lưới khi số lượng người dùng ngày một gia tăng.

Khi nhắc tới khả năng mở rộng, có 4 yếu tố chúng ta cần quan tâm, đó là:

Latency: độ trễ mỗi giao dịch
TPS: số giao dịch trên giây
Fee: phí giao dịch
Block size: kích thước khối

1. Độ trễ mỗi giao dịch

Độ trễ là thời gian cần có để mỗi giao dịch được xác nhận và ghi vào blockchain. Độ trễ trong mỗi giao dịch trên Ethereum có thể thay đổi và phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm độ tải của mạng, phí gas được đặt cho giao dịch và cơ chế xác nhận giao dịch.

Khi mạng Ethereum đang hoạt động ở mức độ tải cao, độ trễ có thể tăng lên do việc xử lý một lượng lớn các giao dịch cùng một lúc.

Ethereum đã tiến hành nâng cấp lên Ethereum 2.0, chuyển từ POW sang POS để giảm độ trễ và tăng khả năng mở rộng. Tuy nhiên, trong các tình huống mạng quá tải hay khi giao dịch có phí gas thấp, vẫn có thể xảy ra độ trễ.

Chính vì vậy, người dùng Ethereum có thể tăng phí gas của giao dịch để ưu tiên xử lý nhanh hơn. Tuy nhiên, việc tăng phí gas cũng đồng nghĩa với việc tăng chi phí giao dịch.

2. TPS

TPS (transaction per second) là thuật ngữ đại diện cho số lượng giao dịch có thể xử lý trên mỗi giây.

TPS của Ethereum hiện là khoảng 29, trong khi đó, TPS của Solana lên đến gần 4000. Nhìn vào con số này, ta có thể thấy sự chênh lệch rõ rệt giữa 2 blockchain.

3. Phí giao dịch

Hiện tại, Ethereum đang đối mặt với các vấn đề liên quan đến phí giao dịch cao, đặc biệt là trong những thời điểm nhu cầu sử dụng mạng tăng cao. Phí giao dịch trên Ethereum có thể dao động từ $1.5 - $2.

Chi phí gas đắt đỏ là một trong những yếu tố gây khó khăn cho người dùng khi thực hiện giao dịch. Do đó, một trong những yếu điểm cần cải thiện của Ethereum là giảm phí giao dịch và tạo ra một môi trường tiết kiệm chi phí cho người dùng.

4. Kích thước khối

Kích thước khối định nghĩa số lượng giao dịch tối đa mà một khối có thể chứa. Kích thước khối lớn hơn sẽ cho phép xử lý nhiều giao dịch hơn trong một lần.

Trước khi The Merge diễn ra, mỗi block có kích thước tối đa khoảng 15 triệu gas. Sau The Merge và sự chuyển đổi từ POW sang POS, Ethereum đã sử dụng khái niệm “block gas limit” thay vì block size. Tuy nhiên, con số cụ thể về block gas limit sau The Merge vẫn chưa được công bố.

III. Ethereum giải quyết Blockchain Trilemma như thế nào?

Để có thể giải quyết được những vấn đề kể trên, đội ngũ Ethereum đã quyết định tiến hành nâng cấp mạng lưới từ năm 2018. Bản nâng cấp của Ethereum chia làm 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn 0: Beacon Chain - hoàn thành năm 2020
Giai đoạn 1: The Merge - hoàn thành vào tháng 9/2022
Giai đoạn 2: Sharding

1. Beacon Chain

Đây là chain đầu tiên trong Ethereum 2.0; Ethereum triển khai giai đoạn này với mục tiêu tạo ra một mạng lưới Proof of Stake độc lập.

Mục đích của giai đoạn này là thay thế cơ chế Proof of Work (PoW) của Ethereum hiện tại bằng Proof of Stake, giúp cải thiện tốc độ giao dịch và tính bảo mật, đồng thời tiết kiệm năng lượng cho Ethereum.

2. The Merge

Đây là giai đoạn với vai trò hợp nhất Beacon Chain và Ethereum Mainnet thành một mạng lưới duy nhất chạy trên Proof of Stake. Giai đoạn này đã làm cho mạng Ethereum tiết kiệm năng lượng hơn đáng kể vì nó không còn yêu cầu các công cụ khai thác tiền điện tử tiêu thụ lượng lớn điện năng.

Người ta tính toán rằng năng lượng cần thiết để vận hành mạng đã giảm đáng kinh ngạc tới 99,988%. Điều này sẽ tạo tiền đề cho các bản nâng cấp tiếp theo đối với khả năng mở rộng của Ethereum, chẳng hạn như sharding.

3. Sharding

Sharding chính là giai đoạn tác động nhiều nhất tới khả năng mở rộng của mạng lưới. Mục đích khi triển khai sharding là chia mạng Ethereum thành nhiều phân đoạn nhỏ (shard) độc lập, mỗi shard có thể xử lý các giao dịch và hợp đồng thông minh riêng biệt; giúp tăng khả năng xử lý và mở rộng của Ethereum; cho phép xử lý hàng nghìn giao dịch và nâng cao hiệu suất cho mạng lưới.

Sharding trên Ethereum có nghĩa là cơ sở dữ liệu sẽ được chia theo chiều ngang để phân bổ tải.

Sharding sẽ hoạt động cùng với các bản tổng hợp lớp 2. Điều này phân chia gánh nặng xử lý lượng lớn dữ liệu cần thiết bằng cách tổng hợp trên toàn bộ mạng Ethereum.

Ethereum Sharding dự kiến sẽ được triển khai vào năm 2024.

Các tính năng chính của Sharding

Mọi người đều có thể chạy một node: Validator sẽ không cần phải tự lưu trữ tất cả dữ liệu; điều này làm giảm đáng kể chi phí lưu trữ dữ liệu trên layer 1 bằng cách giảm yêu cầu phần cứng.
Tăng cường bảo mật: Với sharding, bạn sẽ có thể chạy Ethereum trên máy tính xách tay hoặc điện thoại. Điều này có nghĩa là sẽ có nhiều người tham gia hơn, phi tập trung và bảo mật hơn.

Trên đây là 3 giai đoạn của quá trình nâng cấp mạng lưới Ethereum nhằm hướng tới mục tiêu cuối cùng là tăng cường khả năng mở rộng. Tuy nhiên, để có thể thực hiện hoàn tất sẽ tốn khá nhiều thời gian.

Chính vì vậy, tính đến hiện tại giải pháp mở rộng Layer 2 được cho là giải pháp tối ưu nhất. Vậy Layer 2 là gì và có những loại Layer 2 nào? Hãy cùng tìm hiểu qua phần tiếp theo.

IV. Các giải pháp mở rộng của Ethereum

Để có thể giải quyết những vấn đề về khả năng mở rộng của Ethereum blockchain trilemma, Layer 2 được coi là một giải pháp tuyệt vời. Vậy Layer 2 là gì?

1. Layer 2 là gì?

Layer 2 đề cập đến một tập hợp các giải pháp off-chain được xây trên Layer 1 giúp giảm tắc nghẽn dữ liệu.

Các giải pháp Layer 2 cho phép các giao dịch được thực hiện ngoại tuyến hoặc trên các sidechain và chỉ cần xác minh trên blockchain cốt lõi khi cần thiết; giúp giảm tải cho Ethereum, tăng tốc độ xử lý và giảm chi phí giao dịch.

2. Các giải pháp Layer 2 tốt nhất

2.1. Sidechain

Khái niệm: Sidechain là một blockchain riêng biệt chạy độc lập với Ethereum và được kết nối với Ethereum Mainnet bằng một cây cầu hai chiều.

Ưu điểm: Bằng cách thực hiện một phần lớn các giao dịch trên sidechain, blockchain gốc sẽ được giải phóng và có thể tập trung vào việc xác minh và lưu trữ các thông tin quan trọng hơn.

Nhược điểm:

Khả năng phân cấp thấp: Các sidechain thường có ít node hoạt động so với mạng chính, dẫn đến một mô hình phân cấp thấp hơn. Điều này có thể gây ra một số vấn đề liên quan đến tính phi tập trung và bảo mật của sidechain.
Cơ chế đồng thuận riêng biệt: Mỗi sidechain sử dụng cơ chế đồng thuận riêng biệt, không được bảo vệ bởi công nghệ của mạng lưới Ethereum. Điều này đặt ra một số rủi ro khi di chuyển tài sản qua các giao thức cầu nối.

Ví dụ: Một số giải pháp sidechain nổi bật được sử dụng trên Ethereum có thể kể đến bao gồm Matic Network (nay là Polygon), Binance Chain (BSC), Avalanche C-Chain, Fantom,...

2.2. State Channel

Khái niệm: Channel là giải pháp tạo ra một kênh ngang hàng để thực hiện các giao dịch ngoài chuỗi chính (Layer 1) của blockchain. Quá trình bắt đầu bằng việc khoá một số tiền vào một hợp đồng đa chữ ký (multisig contract) để tạo ra một kênh thanh toán. Sau đó, các bên có thể thực hiện nhiều giao dịch không giới hạn trên kênh đó mà không cần phải ghi lại trên blockchain gốc. Thay vào đó, chỉ có hai giao dịch được gửi lên blockchain gốc để khóa và đóng kênh.

Ưu điểm:

Channel cho phép các bên thực hiện nhiều giao dịch off-chain mà chỉ cần ghi lại kết quả cuối cùng lên blockchain gốc. Điều này giúp các bên có thể trao đổi thông tin và thực hiện các giao dịch với tốc độ và chi phí thấp hơn và giới hạn tải trọng của blockchain gốc.

Nhược điểm:

Độ tin cậy trong việc bảo mật: Người tham gia phải luôn trực tuyến và sử dụng private key của họ để đăng nhập vào kênh. Điều này tạo ra rủi ro cao về việc hack và trộm tài sản thông qua việc lộ private key.
Cần khóa tiền trong ví đa chữ ký: Người tham gia phải khóa một số tiền nhất định của họ trong một ví đa chữ ký để mở kênh thanh toán. Việc giữ tiền trong ví nóng trên các thiết bị kết nối mạng có thể dẫn đến nguy cơ bị tấn công và đánh cắp. Trong khi đó, ví lạnh an toàn hơn nhưng lại thiếu tiện lợi.
Thời gian và chi phí: Thiết lập và giải quyết một kênh không phù hợp cho các giao dịch một lần không thường xuyên, đòi hỏi thời gian và công sức. Điều này có thể làm giảm tính tiện lợi và tốc độ của các giao dịch.

Ví dụ: 2 channel phổ biến nhất là: State channel và payment channel, được sử dụng bởi Lightning Network trên Bitcoin.

2.3. Plasma

Khái niệm: Plasma là một blockchain riêng biệt được neo vào Ethereum mainnet nhưng thực hiện các giao dịch ngoài chuỗi với cơ chế xác thực khối riêng. Plasma chain đôi khi được gọi là “child” chain (chuỗi con) hoạt động song song với blockchain gốc để giảm tải khối cho mạng lưới. Mỗi chuỗi con mở rộng từ chuỗi gốc thường được quản lý bởi một hợp đồng thông minh được triển khai trên chuỗi mẹ.

Hợp đồng Plasma hoạt động như một cầu nối cho phép người dùng di chuyển tài sản giữa Ethereum Mainnet và chuỗi plasma.

Ưu điểm:

Gửi tài sản/coin cho người khác: Chuỗi Plasma cho phép gửi tài sản và coin tới những người khác, không chỉ giới hạn giao dịch giữa hai bên như trong trường hợp của Channel. Điều này tạo ra tính linh hoạt và khả năng tương tác rộng hơn trên chuỗi Plasma.
Bảo mật từ chuỗi chính: So với Sidechain, chuỗi Plasma được bảo mật bởi chuỗi chính. Trong trường hợp Sidechain bị tấn công, chuỗi chính vẫn an toàn, nhưng không thể đảm bảo bảo vệ người dùng trên Sidechain. Tuy nhiên, với Plasma, tính bảo mật được tận dụng từ chuỗi chính, cho phép người dùng thoát và chuyển sang chuỗi chính trong trường hợp có cuộc tấn công xảy ra. Điều này đảm bảo tính bảo mật cao hơn cho người dùng trên chuỗi Plasma.

Nhược điểm:

Không hỗ trợ tính toán chung: Plasma chỉ hỗ trợ các giao dịch chuyển token cơ bản, hoán đổi và một số loại giao dịch khác. Việc thiếu tính toán chung giới hạn khả năng thực hiện các loại giao dịch phức tạp trên Plasma.
Phụ thuộc vào người điều hành: Plasma dựa vào một hoặc nhiều người điều hành để lưu trữ dữ liệu và cung cấp nó theo yêu cầu. Điều này có thể gây ra một số rủi ro về tính trung thành và an ninh, vì người điều hành có thể gian lận hoặc không hoạt động đúng cách.
Thời gian rút tiền chậm: Việc rút tiền từ Plasma không được thực hiện ngay lập tức mà phải thông qua thời gian thử thách. Điều này đòi hỏi việc sử dụng bằng chứng gian lận để xác minh giao dịch, làm chậm quá trình rút tiền.
Nguy cơ sự cố Mass Exit: Plasma có khả năng xảy ra sự cố Mass Exit, trong đó nhiều người dùng cùng lúc thoát khỏi chuỗi Plasma, gây ra tắc nghẽn và vấn đề tràn chuỗi gốc. Sự cố này có thể được kích hoạt bởi các hoạt động gian lận, tấn công mạng hoặc lỗi nghiêm trọng khác trên chuỗi con Plasma.

Ví dụ: Một số dự án áp dụng plasma đó là: OMG Network (OmiseGO); Loopring,...

2.4. Validium

Khái niệm: Validium là một giải pháp mở rộng nhằm thực thi tính toàn vẹn của các giao dịch bằng cách sử dụng các bằng chứng hợp lệ như ZK-rollups, nhưng không lưu trữ dữ liệu giao dịch trên Ethereum Mainnet.

Ưu điểm:

Không có thời gian chờ rút tiền: Validium cho phép người dùng rút tiền mà không cần chờ đợi, tăng hiệu quả sử dụng vốn.
Phí gas thấp.
Thích hợp cho các dự án đặc thù: Validium phù hợp cho các dự án có mục tiêu cụ thể về giao dịch hoặc Gaming Blockchain, nơi ưu tiên quyền riêng tư và khả năng mở rộng.
Tốc độ giao dịch nhanh: Validium có tốc độ giao dịch nhanh, đạt khoảng 9.000 giao dịch mỗi giây (TPS)

Nhược điểm:

Yêu cầu phần cứng máy tính cao: Việc tạo ra các bằng chứng giao dịch trên Validium yêu cầu sử dụng phần cứng máy tính cao, điều này có thể ảnh hưởng đến tính phi tập trung của mạng lưới.
Nguy cơ tăng ngưng hoặc đóng băng: Người dùng có thể gặp vấn đề khi rút tiền từ L1 (blockchain gốc), có thể dẫn đến tăng ngưng hoặc đóng băng tài sản của họ.
Tính bảo mật thấp hơn: So với ZkRollup và Optimistic Rollup, Validium có mức độ bảo mật thấp hơn.
Chưa tương thích với EVM: Hiện tại, Validium chưa tương thích hoàn toàn với EVM (Máy ảo Ethereum), điều này có thể là một hạn chế trong việc sử dụng và tích hợp vào hệ sinh thái Ethereum.

Ví dụ: 3 dự án sử dụng Validium đó là Immutable (IMX), Sorare, RhinoFi (DVF).

2.5. Rollups

Khái niệm: Rollups là một giải pháp Layer 2 đang trở nên phổ biến trên Ethereum. Rollups tập trung các giao dịch lại thành một giao dịch duy nhất và gửi nó lên blockchain gốc. Các dữ liệu chi tiết về giao dịch được lưu trữ trên một smart contract trên blockchain gốc để đảm bảo tính toàn vẹn và an toàn.

Phân loại: Rollups bao gồm 2 loại giải pháp là Optimistic Rollup và zk Rollup.

Nhìn chung, giải pháp Rollups đang nổi bật vượt trội bởi nó có thể cung cấp một số lợi ích quan trọng, bao gồm tăng cường khả năng mở rộng của Ethereum, giảm độ trễ và phí giao dịch, và cải thiện trải nghiệm người dùng. Ngoài ra, Rollups cũng giúp mở ra nhiều cơ hội cho phát triển ứng dụng phi tập trung và sự tăng trưởng của hệ sinh thái DeFi trên Ethereum.

Mỗi loại giải pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, cụ thể:

2.5.1. Optimistic Rollup

Ưu điểm:

Người dùng có thể xuất bản các lô giao dịch nhanh hơn vì blockchain tin cậy nó theo mặc định.
Chi phí gas thấp: Vì hầu hết các trường hợp, blockchain không xác minh bằng chứng mật mã, nên Optimistic Rollup có chi phí gas thấp hơn.
Triển khai đơn giản hơn: Công nghệ của Optimistic Rollup đơn giản hơn và triển khai cho mục đích chung (toàn bộ EVM) dễ dàng hơn. Tính toán ngoài chuỗi cũng ít tốn kém hơn vì không cần tạo bằng chứng mật mã.

Nhược điểm:

Người dùng mất tới 7 ngày để rút tiền.
Hạn chế trong ứng dụng: Optimistic Rollup có hạn chế trong việc áp dụng cho các ứng dụng phức tạp, chỉ phù hợp cho các khoản thanh toán đơn giản và giao dịch.

2.5.2. zk Rollup

Ưu điểm:

Rút tiền ngay lập tức: Zk Rollup cho phép người dùng rút tiền ngay lập tức, vì quá trình xác minh tính hợp lệ của giao dịch nhanh chóng.
Tính riêng tư cao: Zk Rollup sử dụng zero knowledge proof để đảm bảo tính riêng tư của giao dịch.
Tiềm năng phát triển: Zk Rollup có tiềm năng phát triển để cung cấp tất cả các ưu điểm của Optimistic Rollup và có thể mở rộng cho các ứng dụng phức tạp hơn trong tương lai.

Nhược điểm:

Hạn chế trong ứng dụng: Hiện tại, Zk Rollup có hạn chế trong ứng dụng, chủ yếu tập trung vào các khoản thanh toán đơn giản và giao dịch.
Không hỗ trợ khả năng tổng hợp: Zk Rollup hiện tại không hỗ trợ khả năng tổng hợp, các ứng dụng Zk Rollup khác nhau không thể tương tác với nhau trong cùng một Layer 2.
Đòi hỏi kiến thức chuyên môn cao: Để phát triển DApps trong Zk Rollup, người dùng cần viết logic hợp đồng thông minh bằng một ngôn ngữ đặc biệt và có kiến thức chuyên môn cao về zero knowledge proof.

Ví dụ: Các dự án nổi bật sử dụng giải pháp mở rộng Rollup:

Optimistic Rollup: Optimism; Arbitrum
Zk Rollup: zkSync; StarkNet

V. Tầm nhìn Ethereum 2.0

Ethereum đã được tạo ra từ năm 2013 và đạt được những thành công nhất định. Ngay ở thời điểm đó, cộng đồng đã khám phá ra những cơ hội khá rõ ràng rằng để khai thác tiềm năng của nó. Có những cơ hội xuất hiện song, Ethereum vẫn tồn tại những vấn đề đối với người dùng và những nhà phát triển.

Mặc dù những giải pháp mở rộng ở phần trên là một tập hợp các công nghệ và cải tiến nhằm nâng cao khả năng xử lý và mở rộng của nền tảng. Tuy nhiên, tầm nhìn Ethereum 2.0 là một bước tiến lớn và dài hạn hơn với mục tiêu xây dựng nên một phiên bản mới hoàn toàn của Ethereum với khả năng mở rộng vượt trội.

Để giải quyết được những vấn đề gặp phải, Ethereum đã quyết định nâng cấp mạng lưới lên Ethereum 2.0. Việc sử dụng cơ chế POS giúp làm giảm nguy cơ tấn công 51% và cải thiện tính bảo mật của mạng. Hơn nữa, Ethereum 2.0 sẽ hỗ trợ các dạng hợp đồng thông minh mới như hợp đồng thông minh chuyển đổi (smart contract transitions) và cung cấp môi trường phát triển tốt hơn cho các nhà phát triển.

Tóm lại, để có thể gia tăng khả năng mở rộng và cải thiện blockchain trilemma, có hai hướng đi dành cho Ethereum đó là nâng cấp mạng lưới qua các giai đoạn và tận dụng giải pháp Layer 2. Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, bởi quá trình nâng cấp mạng lưới là một hành trình dài và tốn nhiều thời gian nên giải pháp Layer 2 hiện vẫn được coi là một giải pháp vượt trội. Trong đó, Rollup là giải pháp mở rộng được coi là nhận được sự quan tâm nhiều nhất từ cộng đồng.

Đọc thêm