Layer blockchain là gì? Tất tần tật về Layer 0, Layer 1 Layer 2 và Layer 3

1. Tổng quan về blockchain và layer trong blockchain

Blockchain là cuốn sổ cái giúp loại bỏ các yếu tố trung gian, giảm chi phí và tăng hiệu suất trong vấn đề ghi chép và lưu trữ các giao dịch.

Blockchain hoạt động trong mạng phân tán (distributed ledger technology, DLT) và không có một tổ chức trung tâm kiểm soát. Thông tin hoàn toàn được xác minh bằng mật mã và lưu trữ trên nhiều máy tính mà người dùng đã đồng ý với nhau dựa trên thuật toán đồng thuận.

Chính vì yếu tố không có tổ chức nào kiểm soát và hoàn toàn phi tập trung, blockchain cần đảm bảo tính bảo mật và khả năng mở rộng. Các lớp (layers) trong blockchain được sinh ra để làm được điều này. Các lớp này giúp tăng cường khả năng mở rộng của hệ thống và bảo vệ thông tin được an toàn.

2. Cấu trúc layer trong kiến trúc blockchain

Kiến trúc layer của blockchain được cấu thành từ 5 lớp (layer) bao gồm:

2.1. Hardware infrastructure layer (Lớp cơ sở hạ tầng)

Lớp cơ sở hạ tầng trong blockchain bao gồm các thành phần vật lý như máy tính, máy chủ, thiết bị lưu trữ và thiết bị mạng. Đây là các thành phần cơ bản để xây dựng và vận hành mạng lưới blockchain.

Máy tính và máy chủ: Trong mạng lưới Bitcoin, các máy tính và máy chủ được sử dụng để xác minh giao dịch và khai thác khối mới. Các máy tính này phải có sức mạnh tính toán đủ để giải quyết các bài toán phức tạp và xử lý hàng ngàn giao dịch mỗi giây.
Thiết bị lưu trữ dữ liệu: Các dữ liệu trên blockchain, như khối và giao dịch, cần được lưu trữ một cách an toàn. Ví dụ, các ổ cứng hoặc hệ thống lưu trữ đám mây như Amazon S3 hoặc Google Cloud Storage có thể được sử dụng để lưu trữ và bảo vệ dữ liệu của blockchain.
Thiết bị mạng: Để xây dựng mạng lưới blockchain phân tán, các thiết bị mạng được sử dụng để kết nối các máy tính và máy chủ lại với nhau. Các router, switch và các thiết bị mạng khác đảm bảo truyền thông và truyền dữ liệu giữa các node trong mạng.

Ví dụ, trong Ethereum, một mạng lưới blockchain phân tán, các máy tính và máy chủ được sử dụng để chạy các nút (nodes) Ethereum. Các nodes này giao tiếp với nhau thông qua mạng và sử dụng thiết bị lưu trữ dữ liệu để lưu trữ thông tin về khối và giao dịch. Đồng thời, các thiết bị mạng giúp kết nối các nodes lại với nhau để tạo thành mạng lưới Ethereum phân tán.

Lớp cơ sở hạ tầng trong blockchain đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nền tảng vật chất cho hoạt động của mạng lưới. Độ tin cậy, hiệu suất và khả năng mở rộng của các thành phần vật lý trong lớp này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của blockchain.

2.2. Data layer (Lớp dữ liệu)

Lớp dữ liệu trong blockchain đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ và quản lý thông tin của mạng blockchain. Nó chứa các khối dữ liệu, giao dịch và các thông tin liên quan khác được ghi lại trên blockchain.

Ví dụ về lớp dữ liệu trong blockchain là cấu trúc khối của Bitcoin. Mỗi khối trong blockchain Bitcoin chứa thông tin về một nhóm giao dịch đã được xác minh. Mỗi giao dịch bao gồm thông tin về người gửi, người nhận, số lượng Bitcoin được giao dịch và các thông tin khác liên quan. Ngoài ra, mỗi khối còn chứa các thông tin khác như phiên bản của phần mềm, dấu thời gian và một con số gọi là nonce được sử dụng trong quá trình khai thác khối.

Các khối này được liên kết với nhau để tạo thành một chuỗi khối (blockchain). Mỗi khối chứa một mã hash duy nhất, cho phép xác định và xác minh tính toàn vẹn của dữ liệu trong khối và chuỗi khối. Tất cả các giao dịch và dữ liệu trên blockchain được lưu trữ trong các khối và có thể được truy xuất và kiểm tra bởi các thành viên của mạng.

Lớp dữ liệu trong blockchain cho phép các giao dịch và thông tin được lưu trữ và truy xuất một cách tin cậy, và đóng góp vào tính toàn vẹn và bảo mật của blockchain.

2.3. Network layer (Lớp mạng)

Lớp mạng là một trong các lớp cấu thành hệ thống blockchain. Nó đảm nhận vai trò quan trọng trong việc kết nối và giao tiếp giữa các nút (nodes) trong mạng lưới blockchain. Lớp mạng đảm bảo việc truyền thông tin và dữ liệu giữa các nút một cách an toàn và hiệu quả.

Lớp mạng trong blockchain thường sử dụng giao thức peer-to-peer (P2P) để thiết lập kết nối giữa các nút. P2P cho phép các nút trong mạng giao tiếp trực tiếp với nhau mà không cần thông qua một trung tâm trung gian. Điều này tạo ra một môi trường phân tán và tự động hóa trong việc truyền thông và chia sẻ dữ liệu.

Ví dụ về lớp mạng trong blockchain là mạng Bitcoin. Trong mạng Bitcoin, các nút kết nối với nhau thông qua giao thức mạng Bitcoin (Bitcoin network protocol). Các nút gửi và nhận các thông điệp chứa thông tin về giao dịch và khối để đồng bộ dữ liệu và xác minh giao dịch trên mạng. Mỗi nút có thể truyền và nhận thông điệp cho các nút khác trong mạng, tạo thành một mạng phân tán và cùng nhau thực hiện các hoạt động của blockchain.

2.4. Consensus layer (Lớp đồng thuận)

Lớp đồng thuận có nhiệm vụ đảm bảo sự thống nhất và đồng ý của các nút trong mạng lưới về trạng thái của blockchain. Nó xác định quy trình và các giao thức để đạt được sự đồng thuận trong việc xác minh và ghi lại các giao dịch trên blockchain.

Mục tiêu của lớp đồng thuận là đảm bảo tính toàn vẹn và tin cậy của dữ liệu trong mạng blockchain, ngăn chặn các hành vi gian lận và đảm bảo rằng tất cả các nút trong mạng đạt được một thỏa thuận chung về trạng thái của blockchain.

Ví dụ về lớp đồng thuận trong blockchain là Proof of Work (Bằng chứng Công việc) được sử dụng trong Bitcoin. Trong Proof of Work, các thợ đào cạnh tranh với nhau để giải quyết một bài toán tính toán phức tạp. Người giải quyết đầu tiên sẽ tạo ra một khối mới và sẽ nhận được thưởng. Các nút khác sau đó xác minh và chấp nhận khối này dựa trên bằng chứng công việc đã được thực hiện. Quá trình này đảm bảo tính toàn vẹn và đồng thuận trong việc xác định khối mới trên blockchain.

Các ví dụ khác về lớp đồng thuận bao gồm Proof of Stake (Bằng chứng Cổ phần), Delegated Proof-of-Stake (Uỷ quyền Cổ phần), Proof of Authority (Bằng chứng Uỷ nhiệm), Byzantine Fault Tolerance (Đồng thuận chống gian lận) và nhiều giao thức khác được sử dụng trong các blockchain khác nhau.

Lớp đồng thuận trong blockchain đóng vai trò quan trọng trong việc xác định quy trình và giao thức để đạt được sự đồng thuận và tính phân tán trong mạng lưới blockchain.

2.5. Application layer (Lớp ứng dụng)

Lớp ứng dụng trong blockchain là một phần trong kiến trúc của blockchain, nơi các ứng dụng và dịch vụ cụ thể được xây dựng và triển khai. Nó đóng góp vào tính linh hoạt và khả năng mở rộng của blockchain, cho phép các nhà phát triển sáng tạo và xây dựng các ứng dụng tùy chỉnh dựa trên nhu cầu và mục đích cụ thể.

Lớp ứng dụng cho phép các nhà phát triển xây dựng và triển khai các ứng dụng dựa trên công nghệ blockchain. Các ứng dụng này có thể là các ứng dụng tiền điện tử như Bitcoin và Ethereum, nơi người dùng có thể gửi và nhận tiền điện tử. Ngoài ra, lớp ứng dụng cũng hỗ trợ việc triển khai hợp đồng thông minh (smart contracts), cho phép thực hiện các giao dịch tự động và cung cấp tính toàn vẹn và đáng tin cậy.

Ví dụ về lớp ứng dụng trong blockchain là ứng dụng Decentralized Finance (DeFi) trên Ethereum. DeFi cung cấp các dịch vụ tài chính phân quyền như cho vay, cho vay định danh và giao dịch tiền điện tử. Nhờ vào lớp ứng dụng, các dự án DeFi như Uniswap, Compound và Aave đã xây dựng các giao thức và hợp đồng thông minh để tạo ra các trải nghiệm tài chính phân quyền và thu hút người dùng.

3. Các lớp của blockchain Ethereum

Trong kiến trúc của blockchain Ethereum, có thể xác định các layer chính như sau:

Hardware Infrastructure Layer: Lớp cơ sở hạ tầng của Ethereum bao gồm các máy tính, server, thiết bị mạng và hệ thống lưu trữ. Đây là lớp đáng tin cậy cung cấp sức mạnh tính toán và lưu trữ để hỗ trợ hoạt động của Ethereum.
Blockchain Layer: Lớp blockchain là nơi xảy ra các hoạt động cơ bản của Ethereum. Nó bao gồm các thành phần như Ethereum Virtual Machine (EVM), Ethereum Mainnet và các smart contract. Layer 1 xác minh giao dịch, tạo khối mới và lưu trữ dữ liệu trong blockchain Ethereum. Layer 1 của Ethereum sử dụng cơ chế đồng thuận Proof-of-Work (POW) để xác minh các khối và duy trì sự bảo mật của mạng.
Scaling Layer: Lớp scaling (mở rộng) là nơi triển khai các giải pháp Layer 2 nhằm cải thiện khả năng mở rộng và tăng tốc độ giao dịch của Ethereum. Các giải pháp Layer 2 như Plasma, Optimistic Rollup, và ZK Rollup được sử dụng để chuyển một phần công việc và giao dịch từ Layer 1 lên Layer 2, giúp giảm tải cho mạng chính và tăng hiệu suất.
Application Layer: Lớp ứng dụng là nơi triển khai các dApp (decentralized applications) và hợp đồng thông minh trên Ethereum. Nó cung cấp môi trường cho các nhà phát triển xây dựng và triển khai các ứng dụng phi tập trung và hợp đồng thông minh thông qua ngôn ngữ lập trình Solidity.

Mỗi lớp trong kiến trúc Ethereum đóng vai trò quan trọng và cung cấp các tính năng và chức năng khác nhau. Lớp cơ sở hạ tầng hỗ trợ hoạt động của Ethereum, tầng blockchain xác minh và duy trì sự bảo mật, tầng scaling cải thiện khả năng mở rộng, và tầng ứng dụng cho phép triển khai các dApp và hợp đồng thông minh trên nền tảng Ethereum.

4. Phân loại khác của Layer trong blockchain

Ngoài 5 Layer được phân tích bên trên thì các layers của blockchain còn được phân loại theo Layer 0, Layer 1, Layer 2 và Layer 3.

4.1. Layer 0

Layer 0 (còn gọi là L0) đóng vai trò là một lớp nền bên dưới blockchain bao gồm phần cứng và các giao thức tạo thành nền tảng của hệ sinh thái blockchain.

Layer 0 cho phép khả năng hoạt động giúp các blockchain có thể giao tiếp với nhau. Nó đóng góp xương sống quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng của các lớp tiếp theo. Layer 0 thường sử dụng token gốc cung cấp quyền truy cập để tham gia và phát triển. Lớp này có thể được coi là “Internet của các blockchain”.

Ví dụ về Layer 0 có thể kể tới là Cosmos, Avalanche hay Polkadot.

Cosmos là một hệ sinh thái mạng lưới phi tập trung (decentralized network ecosystem) và được xây dựng như một nền tảng blockchain giao thức mở. Cosmos sử dụng giao thức Tendermint để xác minh giao dịch và tạo ra các ứng dụng phi tập trung (decentralized applications - dApps). Cosmos Network cho phép việc giao tiếp và trao đổi dữ liệu giữa các blockchain khác nhau thông qua giao thức Inter-Blockchain Communication (IBC). Vì vậy, Cosmos được xem là một Layer 0, cung cấp một cơ sở hạ tầng và công nghệ cho việc xây dựng và quản lý các blockchain độc lập trong hệ sinh thái của nó.
Avalanche đã ra mắt Subnet vào năm 2021, chính thức chuyển mình trở thành một Layer 0 đúng nghĩa. Subnet là một mạng con tồn tại trong Primary Network của Avalanche, gồm các validator hoạt động theo cơ chế đồng thuận chung để xác thực cho một tập hợp blockchain.
Polkadot cung cấp một nền tảng đa chuỗi (multi-chain) và được xây dựng như một hệ sinh thái mạng lưới phi tập trung (decentralized network ecosystem). Polkadot sử dụng Relay Chain làm cơ sở cho việc kết nối và quản lý các chuỗi con (parachains) khác nhau. Relay Chain là một thành phần chính của Polkadot, là lớp trung gian giữa các chuỗi con và cho phép giao tiếp và trao đổi dữ liệu giữa chúng. Nó giúp tạo ra sự liên kết và khả năng tương tác giữa các chuỗi con trong mạng lưới Polkadot.

4.2. Layer 1

Layer 1 (còn gọi là L1) trong blockchain là lớp cơ bản và ở bên trên Layer 0 trong kiến trúc blockchain. Đây là lớp mà chúng ta thường nghe đến nhiều nhất khi nói về các dự án như Ethereum, Bitcoin, Binance Smart Chain hay Solana.

Layer 1 là nơi xảy ra hầu hết các hoạt động quan trọng trong blockchain. Nó bao gồm cơ chế đồng thuận, ngôn ngữ lập trình, thời gian mỗi khối được tạo, giải quyết các tranh chấp, và các quy tắc và thông số quan trọng để duy trì hoạt động của mạng lưới blockchain.

Ví dụ, trong trường hợp của Bitcoin, Layer 1 quy định các quy tắc cho việc xác minh giao dịch, tạo khối mới và thiết lập cơ chế đồng thuận Proof-of-Work. Đối với Ethereum, Layer 1 cung cấp môi trường cho việc triển khai hợp đồng thông minh và thực hiện các giao dịch.

Layer 1 là một phần quan trọng trong kiến trúc blockchain, vì nó xác định cách mạng hoạt động và xử lý giao dịch. Việc cải thiện Layer 1 có thể đem lại tốc độ nhanh hơn, khả năng mở rộng tốt hơn và giảm chi phí giao dịch trong mạng blockchain.

4.3. Layer 2

Layer 2 (còn gọi là L2) là một lớp bổ sung được xây dựng trên Layer 1. Nó giải quyết một số hạn chế về khả năng mở rộng, tốc độ và chi phí của mạng blockchain bằng cách thực hiện các giao dịch và hoạt động ngoài chuỗi chính của blockchain.

Layer 2 cung cấp các giải pháp bên ngoài chuỗi để tăng hiệu suất và khả năng mở rộng của blockchain. Một số phương pháp phổ biến của Layer 2 bao gồm:

Lightning Network: Đây là một mạng lưới mở rộng ngoài chuỗi trên blockchain Bitcoin. Nó cho phép việc thực hiện các giao dịch nhanh chóng, rẻ hơn và không cần phải chờ xác nhận trên chuỗi chính của Bitcoin. Lightning Network giúp giảm tải cho blockchain chính và tăng khả năng mở rộng.
Sidechains: Sidechains là các chuỗi con độc lập được kết nối với blockchain chính, cho phép các giao dịch và hoạt động diễn ra nhanh hơn và linh hoạt hơn. Các sidechains có thể có các quy tắc và tính năng riêng, cho phép xử lý một lượng lớn giao dịch mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của blockchain chính.
Plasma: Plasma là một phương pháp mở rộng Layer 1 của Ethereum bằng cách tạo ra các chuỗi con (child chains) để xử lý các giao dịch một cách song song và độc lập. Plasma giúp tăng cường khả năng xử lý giao dịch của Ethereum và giảm chi phí.
Rollups: Rollups là một công nghệ Layer 2 trong blockchain, được sử dụng để tăng cường khả năng mở rộng và hiệu suất của các mạng blockchain. Rollups giải quyết vấn đề về chi phí và tốc độ giao dịch trên các blockchain bằng cách di chuyển một phần lớn các hoạt động và dữ liệu từ Layer 1 (Lớp 1) lên Layer 2 (Lớp 2) để xử lý, mà không cần đánh đổi tính bảo mật và sự tin cậy. Rollups hoạt động bằng cách ghi lại tất cả các giao dịch trên mạng Layer 2 và tạo một bản tóm tắt (summary) của chúng, được gọi là "commitment", và chỉ gửi thông tin này đến Layer 1. Việc ghi lại giao dịch trên Layer 2 giúp giảm thiểu tải cho Layer 1, cải thiện tốc độ và giảm chi phí.

Layer 2 giúp cải thiện hiệu suất và tăng khả năng mở rộng của blockchain, mở ra nhiều ứng dụng và khả năng sử dụng rộng hơn cho các mạng blockchain.

4.4. Layer 3

Layer 3 (hay còn gọi là L3) là "lớp ứng dụng" (Application layer) hoặc "lớp hợp đồng thông minh" (Smart contract layer). Đây là lớp cao nhất trong kiến trúc blockchain và tập trung vào việc xây dựng các ứng dụng và hợp đồng thông minh trên nền tảng blockchain.

Layer 3 cho phép phát triển và triển khai các ứng dụng và hợp đồng thông minh trên mạng blockchain. Nó cung cấp các công cụ và giao diện lập trình cho nhà phát triển để tạo ra các ứng dụng và hợp đồng thông minh theo nhu cầu và yêu cầu cụ thể.

Các dApp (decentralized applications) và hợp đồng thông minh được xây dựng và chạy trên Layer 3, sử dụng các ngôn ngữ lập trình và giao thức quy định bởi blockchain. Các ứng dụng này có thể có nhiều mục đích, từ các ứng dụng tài chính, quản lý tài sản kỹ thuật số, phi tập trung hóa các dịch vụ truyền thống, cho đến các ứng dụng trong lĩnh vực y tế, giáo dục, và nhiều lĩnh vực khác.

Ví dụ, trên Ethereum, Layer 3 cho phép phát triển các ứng dụng phi tập trung (dApp) và triển khai các hợp đồng thông minh sử dụng ngôn ngữ Solidity. Các ứng dụng này có thể là các sàn giao dịch phi tập trung (DEX), ví điện tử, trò chơi phi tập trung, hay bất kỳ ứng dụng nào mà người dùng có thể tương tác trực tiếp trên blockchain Ethereum.

5. Câu hỏi thường gặp (FAQs)

Có phải blockchain nào cũng cần đủ 5 lớp hay không?

Câu trả lời là không, không phải blockchain nào cũng cần phải có đủ cả 5 lớp trong kiến trúc blockchain. Cấu trúc và số lượng các lớp trong một blockchain phụ thuộc vào mục tiêu và yêu cầu của dự án. Tùy thuộc vào tình huống và mục đích sử dụng, có thể có các blockchain với ít hơn hoặc nhiều hơn 5 lớp trong kiến trúc của chúng.

Ví dụ, các blockchain Layer 1 như Bitcoin và Ethereum được xem là các blockchain độc lập nguyên khối. Điều này có nghĩa là chúng đã có đủ các lớp cần thiết để hoạt động một cách tự chủ và ổn định mà không cần sự can thiệp của bên thứ ba.

Blockchain Layer 1 mà không có Layer 0 thì có ảnh hưởng gì không?

Dạng blockchain Layer 1 nguyên khối độc lập như Bitcoin hay Ethereum sẽ có lợi về mặt tối ưu hóa cấu trúc blockchain từ ban đầu để phục vụ mục tiêu của dự án mà không cần tùy chỉnh liên tục. Tuy nhiên, cũng có nhược điểm khi blockchain phải tự thực hiện tất cả các chức năng, gây hạn chế về khả năng mở rộng và tương tác với các blockchain khác.

Layer 0 có thể xây dựng được nhiều Layer 1 không?

Layer 0 là cơ sở hạ tầng cơ bản mà trên đó có thể xây dựng nhiều blockchain Layer 1. Không chỉ vậy, Layer 0 còn cho phép các blockchain khác nhau có thể giao tiếp với nhau, tính năng này hiện không có trên các Layer 1 hiện tại.

Đọc thêm: