Scaling Solutions: Giao thức Layer-1 và Layer-2 là gì

Trong vài năm gần đây, ngành crypto và blockchain đã trải qua một giai đoạn bùng nổ thực sự, và số lượng người dùng cùng giao dịch cũng đã tăng đáng kể. Dù không ai có thể phủ nhận tính cách mạng của công nghệ này, nó đã bắt đầu đối mặt với các vấn đề về khả năng mở rộng — tức năng lực của hệ thống để tăng trưởng theo nhu cầu ngày càng tăng.

Giải pháp mở rộng dùng để làm gì?

Phi tập trung có nghĩa là sức mạnh tính toán và cơ chế đồng thuận được phân bổ trên toàn mạng, trong khi bảo mật phản ánh khả năng phòng vệ của blockchain trước những kẻ xấu và các cuộc tấn công của hacker. Cả hai đặc tính này đều được xem là thiết yếu đối với các mạng blockchain. 

Các hệ thống phi tập trung có độ bảo mật cao thường gặp vấn đề về thông lượng giao dịch, tạo ra một vấn đề được gọi là Blockchain Trilemma. Điều này cho rằng việc đồng thời đạt được mức độ cao về bảo mật, phi tập trung và khả năng mở rộng là gần như bất khả thi, và trên thực tế các mạng blockchain tối đa chỉ có thể đạt được hai trong ba yếu tố này. 

Nhưng có rất nhiều nhà phát triển đang nỗ lực khắc phục vấn đề này và họ đã đạt được một số kết quả đáng kể. Các cải tiến về khả năng mở rộng của mạng blockchain có thể được phân loại thành giải pháp Layer-1 và Layer-2. Mỗi loại có cơ chế khác nhau, ưu điểm riêng và những phức tạp riêng. 

Tầm quan trọng của các giải pháp mở rộng

Mặc dù blockchain là một cách công bằng và an toàn hơn để sở hữu và quản lý tiền, các tổ chức tài chính tập trung lại hiệu quả hơn nhiều về mặt thông lượng. Ví dụ, Visa tự hào với 65 nghìn giao dịch mỗi giây, trong khi con số này của Bitcoin chỉ là 7 và của Ethereum là 15. 

Để cạnh tranh với các hệ thống xử lý thanh toán tập trung, các mạng blockchain cần có khả năng mở rộng tốt hơn để có thể đáp ứng số lượng người dùng, giao dịch và dữ liệu ngày càng tăng. Nếu không làm gì, các blockchain sẽ bị ùn tắc với những giao dịch bị kẹt nối tiếp nhau. Hệ thống sẽ không thể xử lý tất cả cùng lúc và điều đó sẽ tạo ra sự bất bình đẳng trong trải nghiệm người dùng. 

Blockchain Layer-1 là gì?

Các giải pháp mở rộng Layer-1 tập trung vào những cải tiến on-chain. Chúng điều chỉnh giao thức cơ bản và kiến trúc của mạng để mang lại thông lượng tốt hơn. Ví dụ, Bitcoin, Ethereum, Binance Smart Chain và Litecoin đều là các mạng blockchain Layer-1. Giải pháp mở rộng Layer-1 bổ sung cho lớp nền tảng, hay chính giao thức đó.

Sharding

Sharding được chuyển thể từ các cơ sở dữ liệu phân tán và đã trở thành giải pháp mở rộng Layer-1 phổ biến nhất. Với sharding, toàn bộ mạng blockchain được chia thành các phần hoặc tập dữ liệu gọi là shard, nhờ đó các node dễ duy trì các shard hơn là toàn bộ mạng. Tất cả các shard được xử lý cùng lúc, cho phép xử lý tuần tự nhiều giao dịch. 

Mỗi node cũng được phân công vào các shard khác nhau. Các shard riêng lẻ cung cấp bằng chứng cho mainchain và tương tác với nhau thông qua các giao thức giao tiếp liên shard để chia sẻ địa chỉ, trạng thái chung và số dư. 

Ethereum 2.0, phiên bản mới của blockchain Ethereum, triển khai sharding như một giải pháp mở rộng.

Một blockchain Layer-1 khác sử dụng sharding là Elrond. Nó đã đạt được thông lượng 100 000 TPS (giao dịch mỗi giây) thông qua Adaptive State Sharding và cơ chế đồng thuận Proof-of-Stake an toàn. 

Mạng blockchain Harmony là một ví dụ khác về dự án áp dụng các shard để đạt được khả năng mở rộng cao hơn. Dự án tập trung vào việc sử dụng zero-knowledge proof và Decentralized Autonomous Organisations. 

Cải tiến cơ chế đồng thuận

Một số cơ chế đồng thuận hiệu quả hơn những cơ chế khác. Ví dụ, Proof-of-Work được Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Doge, v.v. sử dụng mang lại mức độ phi tập trung và bảo mật cao. Nhưng đồng thời, nó khá chậm, khiến nhiều nhà phát triển chọn Proof-of-Stake khi xây dựng mạng lưới. 

Ngay cả các blockchain hiện có cũng có thể thay đổi cơ chế đồng thuận, và ví dụ điển hình nhất là Ethereum, vốn đang lên kế hoạch chuyển sang cơ chế đồng thuận Proof-of-Stake để tăng năng lực và tính phi tập trung của blockchain, trong khi vẫn duy trì mức độ bảo mật cao. 

Nói chung, hiện nay các blockchain Layer-1 và Layer-2 được nâng cấp nhiều nhất đều áp dụng cơ chế đồng thuận Proof-of-Stake hoặc các biến thể của nó. Vì nó loại bỏ nhu cầu các máy tính phải cạnh tranh để xác thực, PoS đã có nhiều không gian hơn cho việc mở rộng.

Blockchain Kava có thể là một ví dụ tốt về mạng Layer-1 đạt được khả năng mở rộng bằng cách sử dụng thuật toán đồng thuận Tendermint Proof-of-Stake để cải thiện giao dịch trên EVM co-chain. 

Solana được xem là một giao thức blockchain Layer-1 thế hệ mới sử dụng cơ chế đồng thuận Proof-of-History mới và đầy hứa hẹn, đồng thời đã tăng đáng kể thông lượng lên hơn 3000 giao dịch mỗi giây. 

Các giải pháp Layer-1 khác, ít phổ biến hơn, trong crypto bao gồm reparameterization và việc tạo ra các cấu trúc dữ liệu thay thế. Ưu điểm chính của tất cả các phương pháp này là chúng mang lại những cải thiện quy mô lớn hiệu quả nhất.

Những vấn đề của giải pháp Layer-1 

Một trong những vấn đề chính của giải pháp Layer-1 là các validator của mạng phải đồng ý với thay đổi thông qua fork cứng. Và điều đó không phải lúc nào cũng dễ dàng vì trong một số trường hợp họ sẽ mất lợi nhuận. Ví dụ, khi blockchain chuyển từ Proof-of-Work sang Proof-of-Stake, các miner sẽ mất thu nhập và có thể từ chối nhu cầu về khả năng mở rộng. 

Blockchain Layer-2 là gì?

Giải pháp layer-2 tập trung vào việc tạo ra một giải pháp off-chain bằng cách vận hành một blockchain song song hoặc xây dựng một mạng của bên thứ ba bên trên mạng gốc. Lớp thứ hai này, nói cách khác, còn được gọi là lớp tính toán, được dùng để giảm tải cho mạng chính hoặc mạng mẹ. Đây là cách dễ nhất và nhanh nhất để cải thiện khả năng mở rộng của blockchain.

Một phần giao dịch của giao thức được chuyển sang kiến trúc blockchain liền kề, nơi xử lý giao dịch và chỉ quay lại chuỗi mẹ để hoàn tất kết quả. Các giải pháp Layer-2 thường được kết hợp với các giải pháp Layer-1. 

Những giải pháp layer-2 tốt nhất bao gồm các cầu nối có khả năng mở rộng giữa các chuỗi cũ và các ứng dụng phi tập trung, từ đó dẫn đến sự xuất hiện của các biến thể PoS mới như Liquid Proof-of-Stake, delegated Proof-of-Stake, Hybrid PoS và các biến thể khác. 

Các cách chính để áp dụng giải pháp Layer-2 bao gồm Nestchains, Rollups, State Channels và Sidechains. 

Nested Blockchains 

Nested blockchain thường là mạng bổ sung nằm trên một blockchain khác. Nó thường cần một blockchain cơ bản đặt ra các tham số cho một mạng rộng hơn, trong khi các giao dịch và việc thực thi smart contract diễn ra trên các chuỗi phụ được kết nối với nhau. Nhiều mạng có thể được xây dựng trên chuỗi chính như các child chain. Chuỗi chính ủy quyền hoạt động cho chuỗi con, chuỗi này xử lý độc lập với chuỗi chính rồi sau đó trả kết quả về chuỗi mẹ. Sự tham gia của chuỗi chính chỉ cần thiết khi có tranh chấp cần giải quyết.  

Sidechains 

Sidechain là một chuỗi bổ sung nối với chuỗi chính. Nó thường được dùng cho các giao dịch theo lô lớn. Sidechain sử dụng một thuật toán đồng thuận độc lập, khác với chuỗi chính và được xây dựng độc lập từ đầu. Cơ chế này có thể được tối ưu cho tốc độ và khả năng mở rộng. Chuỗi chính ở đây duy trì bảo mật, xác nhận các lô giao dịch và giải quyết xung đột. 

Sự khác biệt giữa sidechain và state channel là số lượng các cách tích hợp. Tất cả giao dịch đều được ghi trên sổ cái công khai và hiển thị cho mọi người tham gia. Quan trọng là, các vi phạm trong sidechain không ảnh hưởng đến chuỗi chính. 

Mạng Plasma là một ví dụ về giải pháp Layer-2 dạng sidechain cho Ethereum. Nó bao gồm các blockchain nhỏ được kết nối theo cấu trúc giống cây. 

State Channels

State channels được triển khai để hỗ trợ nâng cao hiệu năng tổng thể của blockchain. Chúng cũng cải thiện giao tiếp hai chiều giữa blockchain và các kênh giao dịch off-chain. State channel không cần node của Layer-1 xác thực, thay vào đó nó sử dụng cơ chế đa chữ ký hoặc smart contract. Các giao dịch đã hoàn tất được ghi lại trên mạng nền tảng. 

Ví dụ về State Channels là Celer, Bitcoin Lightning và Lightning Network của Ethereum. Vấn đề chính của cách này là state channel mất đi một phần mức độ phi tập trung để đạt được khả năng mở rộng cao hơn. 

Roll-Ups 

Roll-up thực hiện các thao tác giao dịch ngoài blockchain chính nhưng lại đăng dữ liệu liên quan lên layer-1, nhờ đó bảo đảm các giao dịch trên lớp cơ bản. Nhờ việc thực thi ở lớp off-chain, phí giảm xuống. Smart contract chạy trên layer-1, nhưng thực thi giao dịch trên layer 2 bằng dữ liệu từ blockchain chính. Có optimistic roll-up, giả định giao dịch mặc định là đúng và chỉ chạy tính toán khi có thách thức thông qua fraud-proof. Zero-knowledge roll-up chạy tính toán off-chain và nộp bằng chứng hợp lệ lên chuỗi chính. 

Cartesi, Fuel Network, Optimism và Boba là các blockchain Layer-2 sử dụng optimistic roll-ups. Loopring, Immutable X, Starkware và Polygon Hermez là các giải pháp Layer-2 sử dụng zero-knowledge roll-ups. 

Những vấn đề của giải pháp Layer-2

Vấn đề chính của crypto Layer-2 là nguy cơ mất an toàn ở đây cao hơn nhiều, vì vậy người dùng sẽ dễ tin tưởng một dự án bền vững như Bitcoin hoặc Ethereum hơn nhờ lịch sử bảo mật của chúng. Nhưng hiện nay họ sẽ ngày càng chuyển sang các mạng Layer-2 do tốc độ giao dịch và chi phí. Vì vậy, các chuyên gia cho rằng tương lai của Layer-2 nằm ở những lĩnh vực mục tiêu, trong khi các blockchain lớn hơn vẫn sẽ chiếm ưu thế và tập trung vào bảo mật. 

Kết luận 

Khả năng mở rộng là trở ngại chính trên con đường để crypto được chấp nhận trên toàn cầu. Giải pháp là xây dựng các blockchain có thể đối phó với bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng, đồng thời triển khai cải tiến các mạng hiện có để tránh tình trạng nghẽn cổ chai. Hiện tại, tất cả các giải pháp khả thi có thể được chia thành Layer-1 và Layer-2. Rất khó để so sánh giải pháp Layer-1 với Layer-2 vì cả hai đều có ưu và nhược điểm, dù có khả năng tương lai sẽ nằm ở sự kết hợp của cả hai.