Blockchain Trilemma là gì?
1. Blockchain Trilemma là gì?
1. Blockchain Trilemma là gì?
Trong khi công nghệ blockchain vẫn còn đang chứng tỏ tiện ích vượt trội của bản thân trong các lĩnh vực từ tài chính đến nghệ thuật, thì cấu trúc cơ bản của các mạng lưới phi tập trung đã xuất hiện những thách thức đặc biệt so với các mạng tập trung. Từ những năm 1980, các nhà khoa học máy tính đã phát triển ra được định lý CAP (CAP theorem) dùng để chỉ rõ những thách thức lớn nhất trong những thách thức.
Theo định lý CAP, các kho lưu trữ dữ liệu phi tập trung chỉ có thể cung cấp tốt cho hai trên ba yếu tố là: tính nhất quán (Consistency), tính khả dụng (Availibility) và dung sai phân vùng (partition tolerance).
Trong bối cảnh của các mạng lưới phân tán hiện nay, định lý này đã phát triển thành Blockchain Trilemman - với nhiều người tin rằng các mạng lưới blockchain công khai không thể nào đáp ứng đầy đủ ba tính năng như bảo mật, phi tập trung, và khả năng mở rộng.
Khác với mối quan hệ khách - chủ hiện đang thống trị các cơ sở hạ tầng của mạng lưới tập trung, thì các mạng blockchain công cộng thường sử dụng những cơ chế đồng thuận phi tập trung. Các blockchain công khai quản lý một mạng lưới gồm những node tồn tại ở mọi nơi trên thế giới để cùng đạt được sự đồng thuận về dữ liệu trên một cơ sở hạ tầng có khả năng phục hồi trước sự tấn công từ bên ngoài, trong khi vẫn duy trì tính minh bạch và bình đẳng cho mọi người.
Ví dụ: mặc dù Bitcoin sở hữu tính phi tập trung và có độ bảo mật cao, nhưng nó chỉ có thể xử lý khoảng bảy giao dịch mỗi giây (TPS). Các blockchain doanh nghiệp như Hyperledger của Fabric được bảo mật và có thể xử lý thông lượng giao dịch cao, nhưng được lại tập trung hóa, với rất ít những node đồng thuận. Các blockchain nhanh và phi tập trung lại không được an toàn, nó dễ bị tấn công và không thể đứng vững lâu dài.
Một mạng lưới hoàn toàn phi tập trung có khả năng bảo mật chặt chẽ, mà vẫn sở hữu dung lượng giao dịch ở cấp internet sẽ được xem là “chén thánh” của công nghệ blockchain. Một cộng đồng doanh nghiệp, công ty khởi nghiệp và nhà công nghệ trên toàn thế giới đang phát triển mạnh mẽ các giải pháp Layer-1 và Layer-2 nhằm giải quyết được vấn đề của Trilemma Blockchain.
Layer-1 đề cập đến lớp cơ sở (base layer) hoặc lớp chính (primary layer) của mạng blockchain. Layer-2 đề cập đến các công nghệ tối ưu hóa và sản phẩn công nghệ khác nhau, thứ có thể được xây dựng trên các mạng lưới blockchain hiện có, nhằm tăng khả năng mở rộng của chúng. Đạt được sự cân bằng giữa hai layer trên sẽ có thể giúp quá trình áp dụng công nghệ blockchain và sự phát triển của các mạng phi tập trung được bùng nổ trên toàn thế giới.
Trước khi chúng ta có thể bắt đầu giải mã các giải pháp tiềm năng, ta cần phải hiểu rõ về từng thành phần của Trilemma Blockchain.
2. Phi tập trung là gì?
2. Phi tập trung là gì?
Phi tập trung là đặc tính trọng tâm của công nghệ blockchain và là động lực thúc đẩy các dự án trên toàn hệ sinh thái. Việc áp dụng các quy trình và công nghệ phi tập trung giúp loại bỏ vai trò trung gian trong các ngành và thể hiện theo nhiều cách khác nhau.
Ví dụ: bằng cách loại bỏ các tổ chức ngân hàng khỏi các công cụ tài chính, nền tảng tài chính phi tập trung (DeFi) có thể phân phối lợi nhuận và quyền quản trị cho những người dùng và cộng đồng rộng lớn hơn thay vì phải phân phối và cấp quyền cho bên trung gian. Ở cấp độ cơ bản hơn nữa, các mạng phi tập trung thu hút sự đồng thuận của cộng đồng, nghĩa là không một thực thể nào nắm quyền hoặc kiểm soát dữ liệu của các giao dịch. Tuy nhiên, mạng lưới càng phi tập trung thì thông lượng mạng càng giảm.
Bởi khi có quá nhiều thợ đào tham gia bảo mật trong mạng Proof of Work (bằng chứng công việc - PoW), tốc độ giao dịch sẽ giảm xuống - đây còn được coi là một rào cản đối với việc áp dụng rộng rãi.
3. Bảo mật blockchain là gì?
3. Bảo mật blockchain là gì?
Để tăng thông lượng trên mạng lưới blockchain, có một động cơ để giảm phân phối các node blockchain về mặt địa lý, số lượng hoặc cả hai. Tuy nhiên, quá trình hướng tới mô hình tập trung hóa này lại làm giảm tính bảo mật trên các mạng PoW. Khi một mạng mở sở hữu quá ít node xác thực đạt được sự đồng thuận, một cuộc tấn công 51% sẽ có nhiều khả năng xảy ra hơn, vì khi này kẻ gian sẽ dễ dàng tích lũy được nhiều sức mạnh băm hơn, từ đó áp đảo mạng lưới và chiếm quyền điều khiển mạng cũng như thao túng các cuộc giao dịch để đem lại lợi nhuận cho bản thân.
Ví dụ: Vào tháng 8 năm 2020, blockchain Ethereum Classic (ETC) - là một nhánh của Ethereum (ETH) - đã hứng chịu ba cuộc tấn công 51% từ đó thay đổi hơn 4.000 block. Điều này cho phép thủ phạm thao túng dữ liệu và tiến hành thủ thuật chi tiêu hai lần (double spend) ETC, dẫn đến thất thoát triệu USD trên mạng. Bảo mật blockchain là một khía cạnh mạng quan trọng không thể bị xâm phạm.
Bảo mật Blockchain | Nguồn: fiahub
4. Khả năng mở rộng là gì?
4. Khả năng mở rộng là gì?
Khả năng mở rộng trong giao thức blockchain được hiểu là khả năng mà blockchain có thể hỗ trợ thông lượng giao dịch và tăng trưởng trong tương lai khi chúng ngày càng lớn dần. Điều này có nghĩa là khi các trường hợp sử dụng và áp dụng ngày càng tăng, thì hiệu suất của blockchain vẫn không bị ảnh hưởng.
Các blockchain hoạt động kém khi chúng ngày càng được nhiều người sử dụng thường được gọi là blockchaun thiếu khả năng mở rộng. Khi nhìn vào Blockchain Trilemma, ta thấy được rằng khả năng mở rộng cao vẫn có thể xảy ra, nhưng hậu quả là thiếu đi tính bảo mật, tính phi tập trung, hoặc là cả hai.
Khả năng mở rộng là cách duy nhất để các mạng blockchain cạnh tranh được với các nền tảng tập trung, nơi có thời gian giải quyết mạng và khả năng sử dụng vượt trội hơn nhiều. Mặc dù nhiều nền tảng blockchain đã thiết lập tính phi tập trung và bảo mật, nhưng việc đạt được khả năng mở rộng vẫn là một thách thức lớn đối với các mạng phi tập trung hàng đầu hiện nay.
Vậy làm thế nào để ta có thể giải quyết Blockchain Trilemma và đồng thời đạt được cả ba yếu tố là phi tập trung, bảo mật, và khả năng mở rộng? Câu trả lời chính là giải pháp layer-1 và layer-2.
5. Giải quyết Blockchain Trilemma bằng Layer-1
5. Giải quyết Blockchain Trilemma bằng Layer-1
Trong hệ sinh thái phi tập trung, Layer-1 đề cập đến các giao thức blockchain như Bitcoin, Litecoin và Ethereum. Hiện nay cũng xuất hiện một vài phương pháp đang trong quá trình phát triển hoặc thử nghiệm nhằm trực tiếp cải thiện khả năng mở rộng của mạng blockchain.
Cải tiến giao thức đồng thuận: Proof of Work hiện đang là giao thức đồng thuận được sử dụng trên các mạng blockchain phổ biến như Bitcoin. Mặc dù PoW có tính bảo mật cao nhưng lại khá chậm chạp, như việc tốc độ giao dịch của Bitcoin chỉ đạt được 7 TPS. Đây cũng là lý do tại sao nhiều mạng lưới blockchain - có lẽ đáng chú ý nhất là việc Ethereum được nâng cấp lên Ethereum 2.0- ủng hộ cơ chế đồng thuận Proof of Stake (PoS). Giao thức đồng thuận PoS tìm ra nhà xách minh (validator) dựa theo lượng tiền số đã stake trên mạng lưới, thay vì cần những thợ đào phải giải những thuật toán mật mã cực tiêu tốn năng lượng như PoW. Điều này dự kiến sẽ tăng trưởng đáng kể dung lượng của mạng Ethereum, đồng thời tăng cường khả năng phi tập trung và đảm bảo an ninh.
Sharding (phân mảnh): Sharding được điều chỉnh từ cơ sở dữ liệu phân tán và đã trở thành một trong những giải pháp mở rộng phổ biến nhất cho layer-1, mặc dù bản chất của nó vẫn còn mạng tính thử nghiệm trong lĩnh vực blockchain. Sharding chia các giao dịch thành các bộ dữ liệu nhỏ hơn được gọi là các "Shard (mảnh)". Các shard này đồng thời được mạng lưới xử lý song song với nhau, cho phép đồng thời làm nhiều giao dịch cùng một lúc. Hơn nữa, thay vì mỗi node mạng giữ một bản sao lưu của toàn bộ block, tính từ block đầu tiên cho đến block hiện tại, thì loại thông tin này có thể được phân tách và nắm giữ bởi các node khác nhau, với mỗi phần thông tin nhỏ này sẽ nhất quán với phần thông tin khác. Các shard sẽ cung cấp bằng chứng cho mainchain (chuỗi chính) và tương tác với nhau để chia sẻ địa chỉ, số dư, và trạng thái chung bằng các giao thức liên lạc xuyên-shard. Ethereum 2.0 là một giao thức blockchain cao cấp đang tìm hiểu và sử dụng các shard, cùng với Zilliqa, Tezos và Qtum.
Blockchain Trilemma | Nguồn: public.bnbstatic
6. Giải quyết Blockchain Trilemma bằng Layer-2
6. Giải quyết Blockchain Trilemma bằng Layer-2
Trong blockchain, Layer-2 là một mạng lưới hoặc công nghệ hoạt động trên một giao thức blockchain cơ bản, nhằm cải thiện khả năng mở rộng và hiệu quả của nó. Chẳng hạn, Bitcoin là giao thức Layer-1 và Lightning Network là giải pháp Layer-2 được xây dựng để cải thiện tốc độ giao dịch trên mạng Bitcoin.
Các giao thức Layer-2 đã trải qua sự phát triển vượt bậc trong những năm gần đây và có thể là cách hiệu quả nhất để vượt qua các thách thức về khả năng mở rộng đối với các mạng PoW nói riêng.
Nested Blockchains: Nested Blockchain là một mạng lưới cơ sở hạ tầng phi tập trung sử dụng một blockchain chính để đặt tham số cho toàn bộ mạng lưới, trong khi những quá trình thực thi khác đều được giao cho một mạng lưới được kết nối bởi nhiều mạng thứ cấp. Cũng có khá nhiều cấp độ blockchain khác nhau được xây dựng trên chuỗi chính (mainchain) này, với những cấp độ blockchain nêu trên đều sử dụng hệ thống kết nối cha mẹ-con cái. Với chuỗi cha mẹ sẽ ủy quyền công việc cho các chuỗi con, sau đó chuỗi con lại xử lý thông tin và trả lại chuỗi cha mẹ sau khi hoàn thành. Blockchain chính sẽ không tham gia thực hiện các chức năng mạng, trừ khi cần giải quyết tranh chấp. Dự án OMG Plasma là một ví dụ về cơ sở hạ tầng layer-2 là nested blockchain được sử dụng trên layer-1 của Ethereum để tạo điều kiện cho các giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn. Việc phân phối công việc theo mô hình này giúp giảm gánh nặng xử lý trên chuỗi chính, từ đó cải thiện khả năng mở rộng cực lớn.
Kênh trạng thái (state channels): Kênh trạng thái tạo điều kiện giao tiếp hai chiều giữa blockchain và các kênh giao dịch ngoài chuỗi (off-chain) bằng cách sử dụng các cơ chế khác nhau để cải thiện năng lực và tốc độ giao dịch tổng thể. Kênh trạng thái không yêu cầu thợ đào phải ngay lập tức xác thực giao dịch. Thay vào đó, nó là một tài nguyên liền kề với mạng và được niêm phong bằng cách sử dụng cơ chế hợp đồng thông minh, hoặc đa chữ ký. Khi một giao dịch hoặc lô giao dịch hoàn tất trên kênh trạng thái, “trạng thái” cuối cùng của “kênh” và tất cả các chuyển đổi vốn có của nó được khôi phục.
Sidechains: Sidechain là một chuỗi giao dịch liền kề với blockchain được sử dụng cho các mẻ giao dịch lớn. Sidechains sử dụng cơ chế đồng thuận tách biệt với cơ chế của chuỗi gốc, và có thể được tối ưu hóa để tăng tốc độ và khả năng mở rộng. Token tiện ích thường được sử dụng như một phần của cơ chế truyền dữ liệu giữa sidechain và mainchain. Vai trò của mainchain là duy trì bảo mật tổng thể và giải quyết tranh chấp. Sidechains tự tách biệt bản thân với các kênh trạng thái theo một số cách cần thiết như. Đầu tiên, các giao dịch sidechain không phải là giao dịch riêng tư giữa những bên tham gia- chúng sẽ được ghi công khai vào sổ cái. Ngoài ra, những vi phạm an ninh trên siedechain không ảnh hưởng đến mainchain hoặc các sidechain khác. Việc thiết lập một sidechain đòi hỏi nỗ lực đáng kể vì cơ sở hạ tầng được xây dựng từ con số không.
7. Hướng giải quyết Blockchain Trilemma
7. Hướng giải quyết Blockchain Trilemma
Mặc dù Trilemma Blockchain đưa ra những thách thức đáng kể đối với việc áp dụng công nghệ blockchain, nhưng các giải pháp mới nổi dường như sẽ hoàn thành được thử thách này. Mục tiêu là tìm ra sự cân bằng hiệu quả giữa an ninh mạng, phân cấp và khả năng mở rộng. Mặc dù định lý CAP hầu như luôn chính xác trong gần bốn thập kỷ qua, nhưng khi tích hợp giải pháp Layer-1 và Layer-2, cùng với sự xuất hiện của các hệ thống Proof-of-Stake, đang dần thay đổi và khiến các blockchain có thể đồng thời sở hữu phi tập trung, bảo mật, và khả năng mở rộng.