Bộ ba nan giải của Blockchain

The bộ ba bất khả thi của blockchain, còn được gọi là bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng, đặt ra thách thức chính trong việc mở rộng các hệ thống phân tán. Vấn đề nằm ở chỗ ba thuộc tính then chốt của blockchain (phi tập trung, bảo mật và hiệu suất) không thể được đảm bảo hoạt động đồng thời. Một mạng phi tập trung chỉ có thể đạt mức cao ở hai trong ba đặc tính này. Nghĩa là, khi một khía cạnh được tăng cường, khía cạnh còn lại tất yếu sẽ bị ảnh hưởng.

Trước khi đi sâu vào các sắc thái của bộ ba bất khả thi của crypto, hãy cùng định nghĩa khả năng mở rộng, bảo mật và phi tập trung theo các thuật ngữ chung.

• Khả năng mở rộng của blockchain là khả năng xử lý nhiều giao dịch hơn.
• Bảo mật là khả năng bảo vệ dữ liệu blockchain khỏi các cuộc tấn công khác nhau và ngăn chặn chi tiêu kép.
• Phi tập trung là một hình thức dự phòng của mạng, bảo đảm mạng không bị kiểm soát bởi một số ít thực thể.

Bitcoin minh họa điều này. Trong blockchain này, số lượng giao dịch mỗi giây khá nhỏ, khoảng bảy, và các block được đào mỗi mười phút. Khi mạng bị tắc nghẽn, các giao dịch có phí hoa hồng thấp có thể mất rất lâu để được xử lý. Kết quả là mức độ bảo mật và phi tập trung cao, nhưng hiệu suất thấp (hay còn gọi là khả năng mở rộng thấp).

Để nâng cao hiệu năng, bạn có thể tăng kích thước block. Nhưng khi đó độ phức tạp sẽ tăng vọt, và cuối cùng chỉ các nhóm đào lớn mới có thể tiếp tục tồn tại trên mạng. Kết quả là hệ thống sẽ trở nên tập trung hơn. Và nếu bạn giảm thời gian sản xuất, bảo mật sẽ bị ảnh hưởng. Các node có thể không có đủ thời gian để đạt đồng thuận trước khi block tiếp theo được đào.

Khả năng mở rộng

Mạng bao gồm nhiều máy tính về mặt lý thuyết có sức mạnh tính toán vô hạn cần thiết để giải quyết các vấn đề khác nhau. Thông lượng của mạng là một thông số có ý nghĩa nền tảng vì nó đo số lượng giao dịch được xử lý trên một đơn vị thời gian.

Bảo mật

Khả năng bảo vệ khỏi tác động bên ngoài đến từ việc được mã hóa. Các thuật toán blockchain sử dụng mật mã học hiện đại. Tất cả giao dịch (các mục nhập trong blockchain) đều được xác minh thông qua quy trình đào, quy trình này sử dụng thuật toán đồng thuận Proof-of-Work. Điều này có nghĩa là mỗi giao dịch đều được mã hóa trước khi được thêm vào blockchain. Hiện nay, chưa có phương pháp nào được biết đến để bẻ khóa các khóa mật mã đóng. Đó là vì kẻ tấn công cần thực hiện việc này trong một khung thời gian giới hạn.

Phi tập trung

Tính năng này đảm bảo an toàn trước các tác động nội bộ. Cơ sở dữ liệu (blockchain) được lưu trữ đồng thời trên máy tính của tất cả người tham gia. Đây là một trong những đặc tính chính của blockchain. Nó đề cập đến việc không có bất kỳ cơ quan, cá nhân hay dịch vụ tập trung nào đưa ra quyết định trên mạng. Công việc trên mạng được phân phối giữa các node và hoàn toàn phi tập trung. Thuật toán mạng cung cấp một quy trình để đạt đồng thuận giữa các node riêng lẻ về trạng thái hiện tại của dữ liệu trong mạng. Cơ chế này được gọi là cơ chế đồng thuận. Để thay đổi thông tin một cách hồi tố, cần phải đồng thời thay đổi nó ở hơn 50% các node này. Một cuộc tấn công hack đồng thời như vậy, dĩ nhiên, về mặt lý thuyết là có thể, nhưng trong thực tế là không khả thi.

Giải thích về bộ ba bất khả thi của Blockchain

Giải pháp rõ ràng và cơ bản nhất cho vấn đề tắc nghẽn mạng được mô tả ở trên là giảm số lượng người tham gia xác nhận và thêm dữ liệu vào mạng. Điều này sẽ giúp tăng quy mô và tốc độ. Nhưng điều này sẽ làm suy yếu tính phi tập trung khi quyền kiểm soát được chuyển cho một số lượng người tham gia ít hơn. Nó cũng sẽ dẫn đến suy giảm bảo mật, vì số lượng người tham gia ít hơn làm tăng xác suất bị tấn công.

Vì vậy, một bộ ba bất khả thi xuất hiện: với mối liên hệ vốn có giữa các thuộc tính phi tập trung và bảo mật, thiết kế nền tảng của blockchain khiến việc mở rộng trở nên đầy thách thức. Khi khuếch đại một yếu tố, bạn sẽ làm suy yếu yếu tố khác. Làm thế nào để đạt được khả năng mở rộng mà không đánh đổi phi tập trung, bảo mật, hoặc cả hai?

Giải pháp cho bộ ba bất khả thi của Blockchain

Không có một giải pháp vàng duy nhất cho bộ ba bất khả thi của crypto. Nhưng, xét tầm quan trọng của việc giải quyết vấn đề này, nhiều hướng tiếp cận khác nhau đã được đề xuất trong cộng đồng, mang lại những kết quả thú vị. Hãy cùng xem xét một số phát triển phổ biến nhất để bạn có cái nhìn tổng quan về những gì đang diễn ra trong lĩnh vực này.

Thay đổi trong thuật toán đồng thuận

Ngày nay, có nhiều thuật toán đồng thuận blockchain khác nhau, và tất cả đều phần nào giải quyết bộ ba bất khả thi của blockchain. Chúng kết hợp khả năng mở rộng, phi tập trung và bảo mật ở các mức độ khác nhau. Ngoài Proof-of-Work (PoW) quen thuộc, còn có các cơ chế đồng thuận khác như Proof-of-Stake (PoS), Delegated Proof-of-Stake (DPoS), Proof-of-Burn (PoB), Proof-of-Capacity (PoC), Proof-of-Importance (PoI), Proof-of-Authority (PoA), Directed Acyclic Graph (DAG), Leased Proof-of-Stake (LPoS), Proof-of-Time (PoT), Proof-of-Elapsed Time (PoET), Proof-of-Space-Time (PoST), Simple Byzantine Fault Tolerance (SBFT), Delegated Byzantine Fault Tolerance (DBFT), và các cơ chế khác. Các nhà phát triển blockchain lựa chọn một thuật toán cụ thể dựa trên mục tiêu và nhiệm vụ của mạng mình.

Giải pháp cấp 1

Những giải pháp này liên quan trực tiếp đến việc thay đổi chính blockchain, cụ thể là kiến trúc của nó. Các nhà phát triển đưa ra nhiều cách tiếp cận và giải pháp khác nhau cho bộ ba bất khả thi của blockchain.

Ví dụ, họ đề xuất việc sử dụng multichain, triển khai các phương pháp mật mã mới, sharding và các kỹ thuật khác.

Sharding có lẽ là cách tiếp cận phổ biến nhất. Khi sử dụng sharding, blockchain chính được chia thành các phân đoạn, mỗi phân đoạn kiểm soát một phần sổ cái của mình. Mỗi phân đoạn được gọi là một shard. Trong kiểu tổ chức mạng này, mỗi shard xử lý riêng pool giao dịch của nó, từ đó làm tăng thông lượng mạng. Blockchain chính điều phối mọi hoạt động của các shard.

Giải pháp cấp 2

Sharding và các cơ chế đồng thuận khác nhau được xem là các quyết định cấp một. Chúng nhằm thay đổi căn bản thiết kế mạng. Tuy nhiên, những nhà phát triển khác đang tìm cách giải quyết bộ ba này bằng các giải pháp xây dựng trên cấu trúc mạng hiện có. Nói cách khác, họ tin rằng câu trả lời nằm ở cấp độ thứ hai. Ví dụ gồm sidechain và status channel.

Sidechain là một blockchain riêng biệt được kết nối với mạng chính. Nó được thiết kế để chuyển tài sản giữa chúng. Sidechain phải hoạt động theo các quy tắc khác nhau, giúp tăng tốc độ và khả năng mở rộng. Tương tự, state channel là một phương pháp khác để chuyển các giao dịch ra khỏi mạng chính và giảm tải cho lớp chính. Status channel sử dụng một smart contract thay vì một chuỗi riêng biệt. Điều này cho phép người dùng giao tiếp với nhau mà không cần công bố giao dịch lên blockchain. Chỉ phần mở đầu và kết thúc của kênh được ghi lại trên blockchain.

Kết luận

Để hiện thực hóa trọn vẹn tiềm năng thay đổi thế giới của mình, công nghệ blockchain đang đối mặt với bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng.

Nếu các mạng blockchain chỉ có thể xử lý một số lượng nhỏ giao dịch mỗi giây để duy trì tính phi tập trung và bảo mật, thì việc đạt được sự chấp nhận rộng rãi sẽ rất khó khăn.

Tuy nhiên, các phương pháp của nhà phát triển để giải quyết vấn đề này cho thấy công nghệ blockchain sẽ tiếp tục được sử dụng. Trong tương lai, các mạng này sẽ có thể xử lý nhiều dữ liệu hơn.