Khả năng mở rộng của Blockchain: So sánh giữa các mạng cơ bản và các giải pháp bổ sung

Tại sao tốc độ giao dịch lại quan trọng

Công nghệ blockchain đã cách mạng hóa cách chúng ta ghi nhận, xác minh và theo dõi thông tin trong các mạng doanh nghiệp. Những lợi ích của nó rõ ràng: an toàn hơn, minh bạch không thể phủ nhận và giảm chi phí vận hành. Tuy nhiên, có một trở ngại then chốt cản trở việc áp dụng rộng rãi: khả năng xử lý giao dịch. Trong khi các hệ thống truyền thống thực hiện hàng nghìn thao tác mỗi giây, các mạng blockchain gặp phải các nút thắt cổ chai đáng kể. Đây là nơi xuất hiện hai phương pháp tiếp cận cơ bản để giải quyết vấn đề này: tối ưu hóa lớp nền (Layer 1) hoặc xây dựng các giải pháp song song (Layer 2).

Trilemma cơ bản của blockchain

Vitalik Buterin, người sáng lập Ethereum, đã phổ biến một khái niệm quan trọng: không thể đồng thời đạt được ba đặc tính thiết yếu—toàn bộ phi tập trung, an toàn vững chắc và khả năng xử lý cao. Bất kỳ mạng lưới nào cũng cần phải có những sự đánh đổi. Bitcoin ưu tiên an toàn và phi tập trung, hy sinh tốc độ. Một số Layer 1 mới nổi tìm cách cân bằng, trong khi các Layer 2 tập trung vào hiệu suất, giao phó an ninh cho mạng nền.

Hiểu rõ thực tế này là điều cốt yếu để hiểu tại sao tồn tại nhiều giải pháp, chứ không chỉ một giải pháp duy nhất.

Hiểu Layer 1: Nền tảng

Định nghĩa mạng Layer 1

Một blockchain Layer 1 là một mạng hoàn toàn tự lực, quản lý an ninh, xác thực giao dịch và lưu trữ dữ liệu của chính nó. Bitcoin và Ethereum là những ví dụ điển hình. Tất cả các thành phần quan trọng—đồng thuận phân tán, thực thi hợp đồng, khả dụng dữ liệu—đều nằm trong đó. Khi bạn thực hiện giao dịch trực tiếp trên Bitcoin hoặc Ethereum, bạn đang tương tác với Layer 1.

Thách thức là rõ ràng: càng phi tập trung và an toàn, thì quá trình xử lý giao dịch càng chậm. Bitcoin có thể xác nhận khoảng 7 giao dịch mỗi giây, Ethereum trước Ethereum 2.0 xử lý khoảng 30 giao dịch mỗi giây. Giới hạn này đã thúc đẩy sự phát triển của các kỹ thuật tối ưu hóa phức tạp.

Các kỹ thuật tối ưu hóa trong Layer 1

Sharding: Chia nhỏ để chiến thắng

Lấy cảm hứng từ kiến trúc của các cơ sở dữ liệu phân tán, sharding chia mạng thành các phần nhỏ hơn gọi là “shards”. Mỗi shard xử lý các giao dịch đồng thời, song song, nhân đôi khả năng tổng thể. Nếu 64 shards hoạt động đồng bộ, mạng có thể đạt throughput gấp 64 lần. Mạng Zilliqa thực hiện “sharding theo giao dịch”, nhóm các giao dịch thành các lô được xử lý bởi các shard khác nhau. Thách thức? Đảm bảo giao tiếp hiệu quả giữa các shard mà không tạo ra độ trễ quá mức.

Thay đổi cơ chế đồng thuận

Proof of Work (PoW), được Bitcoin sử dụng, đòi hỏi năng lượng tính toán khổng lồ để xác nhận khối. Proof of Stake (PoS) thay thế khai thác bằng các validator đặt cược vào mạng. Kết quả: tiêu thụ năng lượng giảm 99% và khả năng xử lý tăng lên. Ethereum 2.0, sau “The Merge”, đã chuyển hoàn toàn sang PoS. Cardano triển khai Ouroboros PoS, Algorand dùng PoS thuần túy, Fantom thực hiện aBFT (Chịu lỗi Byzantine bất đồng bộ). Tất cả đều đạt throughput cao hơn với tiêu thụ năng lượng thấp hơn.

SegWit: Tối ưu hóa cấu trúc dữ liệu

SegWit (Segregated Witness) của Bitcoin không tăng dung lượng trực tiếp, nhưng cải thiện rõ rệt. Bằng cách tách chữ ký số khỏi dữ liệu giao dịch, giảm kích thước mỗi giao dịch khoảng 65%. Một khối 1 MB có thể chứa nhiều giao dịch hơn, thúc đẩy thanh khoản nhanh hơn và giảm phí. Nó tương thích ngược—các nút cũ vẫn hoạt động bình thường.

Ưu điểm của các giải pháp Layer 1

Không cần hạ tầng riêng biệt

Khác với Layer 2, vốn yêu cầu các chuỗi phụ hoặc hệ thống song song, Layer 1 thay đổi giao thức nền tảng. Điều này có nghĩa là không cần cầu nối phức tạp, không cần chuyển đổi giữa các chuỗi. Mọi thứ diễn ra một cách tự nhiên.

An toàn toàn diện

Tất cả các giao dịch đều tận dụng sức mạnh đồng thuận toàn mạng. Không phụ thuộc vào bên thứ ba hay validator chuyên dụng. Phi tập trung được duy trì.

Ảnh hưởng lâu dài

Các cải tiến trong Layer 1 mang tính cấu trúc. Một khi được triển khai, chúng mang lại lợi ích lâu dài cho mạng. Giảm tắc nghẽn kéo dài và phí một cách bền vững.

Các giới hạn thực tế

Giới hạn vật lý của các nút

Mỗi nút trong mạng lưu trữ toàn bộ lịch sử giao dịch. Khi blockchain lớn lên, yêu cầu về lưu trữ và băng thông tăng theo. Không phải ai cũng có thể vận hành một nút đầy đủ, làm giảm tính phi tập trung.

Tắc nghẽn giữa các shard

Sharding tạo ra vấn đề mới: các giao dịch liên quan đến nhiều shard đòi hỏi giao tiếp giữa chúng, gây độ trễ. Xác nhận các giao dịch cross-shard mất nhiều thời gian hơn và tiêu tốn nhiều băng thông hơn.

Thách thức của thợ mỏ

Chuyển đổi từ PoW sang PoS loại bỏ nhu cầu khai thác. Validator nhận phần thưởng, nhưng hệ sinh thái khai thác co lại, có thể làm giảm an ninh do phân phối.

Vai trò chiến lược của Layer 2

Khái niệm trung tâm

Bất kỳ công nghệ nào hoạt động trên một blockchain Layer 1 để bổ sung chức năng đều được xem là Layer 2. Không thay thế nền tảng, mà bổ sung. Layer 2 xử lý các giao dịch ngoài chuỗi chính và định kỳ “thanh lý” kết quả trên Layer 1, thừa hưởng độ an toàn của nó.

Điều này khác biệt với sidechain, vốn có độ an toàn độc lập (thường yếu hơn).

Các kiến trúc chính

Rollups: Nén dữ liệu

Rollups thực hiện hàng trăm giao dịch ngoài chuỗi, sau đó gửi một “gói” nén duy nhất lên Layer 1. Điều này giảm dữ liệu xác nhận từ 10 lần đến 100 lần. Có hai loại:

• Optimistic Rollups: Giả định các giao dịch hợp lệ theo mặc định. Nếu có ai đó phản đối, mạng sẽ xác minh. Arbitrum và Optimism sử dụng phương pháp này.
• ZK Rollups: Tạo ra các bằng chứng toán học để chứng minh các giao dịch hợp lệ trước khi gửi, loại bỏ thời gian phản đối.

Channels trạng thái

Hai người dùng “mở một kênh” ngoài mạng. Thực hiện bao nhiêu giao dịch tùy ý giữa họ, chỉ ghi lại số dư ban đầu và cuối cùng trên Layer 1. Lightning Network của Bitcoin là ví dụ hoàn hảo: micropayment tức thì với phí tối thiểu. Strike, ứng dụng chuyển tiền xuyên biên giới, dùng Lightning để gửi tiền trong giây lát.

Sidechain

Blockchain độc lập kết nối qua “cầu” hai chiều. Có thể tối ưu cho các mục đích cụ thể—tốc độ cho game, riêng tư cho tài chính, chi phí bằng không cho DeFi. Polygon PoS, Skale và Rootstock là các ví dụ. Người dùng cần tin tưởng vào độ an toàn của sidechain, chứ không chỉ của Layer 1.

Ví dụ thực tế

Arbitrum

Dựa trên Ethereum, dùng Optimistic Rollups để xử lý giao dịch nhanh gấp 10 lần với phí thấp hơn 90%. Token gốc của nó, ARB, quản trị nền tảng như DAO. Chứa hàng trăm dApps.

Optimism

Cũng là Layer 2 của Ethereum với optimistic rollups. Hệ sinh thái của nó chứa 97 giao thức—Uniswap, Synthetix, Velodrome—với hơn $500 triệu USD giá trị khóa. Thêm mạng vào MetaMask rất đơn giản.

Lightning Network

Biến Bitcoin thành tiền kỹ thuật số peer-to-peer chậm chạp thành phương tiện thanh toán nhanh. Nostr, mạng xã hội phi tập trung, tích hợp Lightning cho micropayments. OpenNode cho phép các nhà bán lẻ chấp nhận Bitcoin với thanh toán gần như tức thì.

Polygon

Định vị như “Internet của các blockchain”—nhiều chuỗi tương thích Ethereum trao đổi giá trị tự do. Tổng giá trị trong DeFi của nó đạt khoảng ~$1,3 tỷ vào tháng 6 năm 2023. Compound và Aave hoạt động trên đó. Giao dịch NFT với phí thấp. Polygon Studios (được thành lập tháng 7 năm 2021) chuyển đổi game từ Web 2 sang Web 3.

Ưu điểm của Layer 2

Hiệu suất bùng nổ

Giao dịch Layer 2 xác nhận trong mili giây, không phải phút. Điều này mở ra các ứng dụng trước đây không thể—giao dịch tần suất cao, game thời gian thực, micropayments liên tục.

Chi phí giảm mạnh

Không cần xử lý toàn bộ giao dịch trên Layer 1, phí giảm đáng kể. Các thao tác trị giá 10-50 USD trên Ethereum chỉ còn vài cent trên Arbitrum hoặc Optimism.

An toàn kế thừa

Layer 2 không tạo ra độ an toàn mới; tận dụng Layer 1. Tất cả các giao dịch đều có thể được xác minh trên nền tảng, duy trì các đảm bảo.

Không mất chức năng

dApps chạy giống hệt trên Layer 1 và Layer 2. Hợp đồng thông minh phức tạp, DeFi nâng cao, tất cả đều hoạt động. Chỉ nhanh hơn và rẻ hơn.

Nhược điểm quan trọng

Phân mảnh thanh khoản

Khi người dùng phân bổ vốn giữa nhiều Layer 2, thị trường trở nên loãng. Ethereum cần thanh khoản tập trung cho DeFi mạnh mẽ. Phân tán qua Arbitrum, Optimism, Polygon làm giảm thanh khoản.

Tương tác hạn chế

Một dApp trên Arbitrum không thể gọi trực tiếp một dApp trên Optimism. Cần cầu nối, gây thêm độ trễ và rủi ro. Điều này ảnh hưởng đến khả năng ghép nối, nền tảng của DeFi.

Phức tạp vận hành

Người dùng cần chuyển token giữa Layer 1 và Layer 2. Yêu cầu nhiều giao dịch, ví khác nhau, hiểu cách hoạt động của cầu nối. Giao diện phức tạp.

Phụ thuộc vào Layer 1

Nếu Layer 1 bị tắc nghẽn, Layer 2 cũng gặp khó—không thể thanh lý giao dịch nhanh chóng. Layer 2 chỉ nhanh bằng nền tảng của nó.

So sánh trực tiếp: Layer 1 vs Layer 2

Sự thật khó chịu? Cả hai đều cần thiết. Layer 1 cung cấp nền tảng đáng tin cậy. Layer 2 nhân rộng khả năng sử dụng. Không phải là hoặc/hoặc, mà là cả hai.

Tác động biến đổi của Ethereum 2.0

Ethereum 2.0 đánh dấu bước ngoặt quan trọng. Việc chuyển đổi hoàn toàn sang PoS và triển khai sharding hứa hẹn đạt 100.000 giao dịch mỗi giây—không còn 30 nữa. Điều này giải quyết nhiều vấn đề của Layer 1.

Nhưng không làm Layer 2 trở nên lỗi thời. Tại sao? Khả năng ghép nối hạn chế. Ngay cả với Ethereum 2.0, các chuỗi khác nhau vẫn không tương tác hoàn hảo. Layer 2 vẫn cung cấp không gian cho các thử nghiệm và tối ưu hóa đặc thù.

Ethereum 2.0 giảm bức thiết, không loại bỏ hoàn toàn nhu cầu.

Ứng dụng thực tiễn biến đổi các ngành

Tài chính phi tập trung (DeFi)

MakerDAO tạo ra DAI—stablecoin dựa trên Ether—qua hợp đồng thông minh Ethereum. Hệ thống hoạt động, nhưng phí tiêu tốn biên độ trong các giao dịch nhỏ. Polygon cho phép chức năng tương tự với chi phí thấp hơn 100 lần. Compound và Aave sao chép trên Layer 2, mở rộng khả năng tiếp cận.

Thanh toán và chuyển tiền

Lightning Network biến Bitcoin thành tiền kỹ thuật số peer-to-peer chậm chạp thành phương tiện thanh toán nhanh. Nostr, mạng xã hội phi tập trung, tích hợp Lightning để micropayments. OpenNode cho phép các nhà bán lẻ chấp nhận Bitcoin với thanh toán gần như tức thì.

Game và NFT

Polygon Studios thúc đẩy chuyển đổi game. Độ trễ giảm và chi phí tối thiểu cho phép các nền kinh tế trong game khả thi. Mua một skin giá 0,5 MATIC (~$0,25) thay vì $5. Giao dịch NFT trên Polygon chỉ mất vài cent, mở ra các thị trường trước đây không khả thi trên Layer 1.

Đổi mới liên tục

Các thế hệ tiếp theo khám phá các phương pháp lai—kết hợp Layer 1 và Layer 2 tối ưu. LayerZero, ví dụ, cho phép các ứng dụng tận dụng nhiều chuỗi cùng lúc, chọn nơi thực thi từng chức năng.

Tương lai phía trước

Sự hội tụ tất yếu. Các mạng Layer 1 sẽ tiếp tục tối ưu—sharding, đồng thuận nâng cao, giảm bloat. Layer 2 sẽ phát triển mạnh—mỗi cái tối ưu cho từng trường hợp sử dụng.

Người dùng thông thường? Có thể không biết mình hoạt động trên layer nào. Giao diện thống nhất sẽ trừu tượng hóa độ phức tạp. Sẽ chọn dựa trên tốc độ/chi phí mong muốn, chứ không dựa trên kiến trúc kỹ thuật.

Việc chấp nhận phổ biến đòi hỏi điều này: công nghệ vô hình, hiệu suất trực quan, chi phí không đáng kể. Blockchain đang tiến tới hướng đó. Layer 1 cung cấp nền móng không thể phá vỡ. Layer 2 nhân rộng khả năng sử dụng của nó. Cùng nhau, chúng tạo thành hệ sinh thái gần như giải quyết được trilemma—phi tập trung, an toàn và khả năng mở rộng cùng tồn tại.

Chúng ta vẫn còn ở giai đoạn đầu của hành trình này. Các khả năng dường như vô hạn.