Blockspace là gì? Không gian khối ảnh hưởng blockchain như thế nào?

Blockspace là gì?

Blockspace, hay còn gọi là không gian khối, là dung lượng lưu trữ dữ liệu thực tế của một khối (block) trên blockchain. Nó tương tự như dung lượng ổ cứng của máy tính, nhưng thay vì lưu trữ tệp và thư mục, blockspace lưu trữ thông tin giao dịch và dữ liệu liên quan.

Chúng ta thường nhầm lẫn giữa hai khái niệm blockspace và block size. Trong đó, block size, hay kích thước khối, đề cập đến dung lượng lưu trữ tối đa của khối, còn blockspace là dung lượng lưu trữ thực tế của khối.

Block size được xác định bởi quy tắc đồng thuận của mạng lưới và có thể được điều chỉnh theo thời gian, trong khi đó mỗi block sẽ có blockspace khác nhau dựa trên dung lượng lưu trữ thực tế của từng khối.

Ngoài dữ liệu giao dịch, mỗi khối còn chứa các thông tin khác như header của khối, nonce, thời gian tạo khối và các thông tin khác liên quan đến quá trình xác nhận và xây dựng blockchain. Tuy nhiên, bài viết này không đề cập quá sâu đến các thông tin này mà chỉ tập trung vào khía cạnh lưu trữ dữ liệu giao dịch.

Tại sao blockspace lại quan trọng?

Ở các mạng lưới blockchain, khối là đơn vị ghi lại dữ liệu giao dịch. Mỗi khối có kích thước hoặc dung lượng cố định; điều này xác định lượng dữ liệu tối đa có thể được lưu trữ trong khối và do đó xác định số lượng giao dịch có trong khối.

Bên cạnh đó, tùy thuộc vào mỗi kiến trúc blockchain sẽ có những quy định riêng về việc tạo khối mới. Tuy nhiên, phải đảm bảo rằng luôn có khối được thêm vào để mạng có thể hoạt động. Vì vậy, blockspace cũng được xem là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng mở rộng của mạng blockchain.

Blockspace được cung cấp thông qua quá trình đào (mining) trong hệ thống Proof of Work (PoW) hoặc thông qua việc lựa chọn validator trong hệ thống Proof of Stake (PoS). Sự cạnh tranh giữa các thợ đào (miner) hoặc người xác thực (validator) để có được blockspace thể hiện giá trị của nó.

Khi thực hiện một giao dịch hay các tương tác onchain, người dùng cần phải trả một khoản phí. Phí này được xem như tiền mua không gian lưu trữ dữ liệu giao dịch trên khối. Phí được xem như năng lượng để mạng xử lý giao dịch và ghi dữ liệu vào các khối trên blockchain nhằm lưu trữ vĩnh viễn.

Trên Ethereum, khái niệm về không gian khối tương tự như trên Bitcoin và các blockchain khác, nhưng có một số điểm khác biệt quan trọng. Ethereum không có giới hạn về kích thước khối như Bitcoin, chúng giới hạn về lượng gas “gas limit” mà mỗi khối có thể chứa. Khác biệt này được hình thành do bản chất của mạng Ethereum là blockchain có thể xử lý smart contract, còn Bitcoin thì không.

*Gas limit là một giới hạn về số lượng gas mà mỗi block có thể sử dụng. Gas là đơn vị đo lường cho công việc tính toán và thực thi các giao dịch trên mạng lưới Ethereum.

Đọc thêm: Ethereum Gas là gì? Nguyên liệu giúp mạng lưới Ethereum (ETH) hoạt động.

Mỗi khối của Ethereum có kích thước mục tiêu (block size) là 15 triệu gas. Tuy nhiên, tùy thuộc vào nhu cầu, block size có thể tăng giảm linh hoạt, cao nhất đạt 30 triệu gas. Điều này đảm bảo rằng các khối không thể có kích thước lớn một cách tùy ý, mạng lưới không bị quá tải và giao dịch được xử lý một cách hiệu quả.

Trong trường hợp các khối tăng giảm không có giới hạn, toàn bộ các full node của mạng sẽ không thể đáp ứng vì yêu cầu liên quan đến không gian khối và tốc độ xử lý gia tăng nhanh chóng.

Khối có dung lượng càng lớn thì mức độ tính toán càng lớn, năng lượng tính toán sử dụng càng nhiều. Điều này tạo ra sự tập trung cho mạng, không đảm bảo tính phi tập trung của blockchain.

Bên cạnh đó, không gian khối trên Ethereum ảnh hưởng đến tốc độ xử lý của mạng lưới. Nếu có quá nhiều giao dịch cần được xử lý và không đủ không gian khối, thì các giao dịch có thể nằm trong trạng thái chờ hoặc không được xử lý, gây ra sự chậm trễ và giảm hiệu suất của mạng lưới.

Do đó, việc quản lý không gian khối trên Ethereum là một yếu tố quan trọng để đảm bảo tính bền vững và hiệu quả của mạng lưới.

Có những vấn đề gì liên quan đến blockspace?

Yếu tố chính liên quan đến blockspace là tốc độ xử lý của mạng lưới. Điều này dẫn đến hai vấn đề nghiêm trọng cho mạng, bao gồm tắc nghẽn mạng và/hoặc phí giao dịch bị tăng cao quá nhanh. 

Nếu có quá nhiều giao dịch cần được xử lý và không đủ không gian khối, các giao dịch lúc này có thể sẽ bị nằm trong trạng thái chờ hoặc không được xử lý, gây ra sự chậm trễ và giảm hiệu suất của mạng lưới.

Ví dụ, mạng Ethereum đã trải qua tình trạng tắc nghẽn đáng kể do nhu cầu claim token từ các đợt airdrop của dự án trên mạng lưới. Điều này khiến người dùng phải thực hiện giao dịch với mức phí vô cùng đắt đỏ, có thể lên đến 844 USD/giao dịch.

Một vấn đề khác liên quan đến blockspace là phí giao dịch. Thị trường không gian khối được tạo ra từ nhu cầu của người dùng và nguồn cung của mạng. Người dùng sẵn sàng trả phí cao hơn để giao dịch được thực hiện, điều này đồng nghĩa với việc họ trả tiền để giao dịch được lưu trữ trong block.

Tháng 5/2022, khi Yuga Labs ra mắt bộ sưu tập NFT Yuga Labs Otherside, phí giao dịch trên mạng tăng đến mức 500 gwei, để thực hiện một giao dịch cần đến hơn 1,000 USD tại thời điểm đó. Trong một ngày, tổng số lượng phí giao dịch trên mạng Ethereum đạt 225 triệu USD.

Mối liên hệ giữa Miner, Validator và Blockspace

Ở đoạn văn trên có đề cập đến việc quản lý không gian khối là rất quan trọng để đảm bảo mạng được vận hành hiệu quả. Thành phần chính tham gia trong việc quản lý không gian khối là miner (thợ đào) trong hệ thống Proof of Work và validator (người xác thực giao dịch) trong hệ thống Proof of Stake.

Trong kiến trúc của mạng PoW, miner cạnh tranh để giải quyết bài toán máy tính phức tạp. Người giải quyết được bài toán này đầu tiên được phép tạo ra khối mới.

Không gian khối còn trống không được sử dụng trong quá trình tạo block trong PoW. Thay vào đó, mỗi block có một kích thước cố định và các giao dịch được chọn từ mempool để đóng gói vào block.

Sau khi tạo ra khối mới, nó được lan truyền lên mạng lưới và xác nhận bởi các node khác trước khi được thêm vào blockchain.

Trong kiến trúc mạng PoS, validator được chọn ngẫu nhiên để tạo khối tiếp theo. Validator cần thỏa mãn điều kiện cần thiết để được chọn, bao gồm stake tối thiểu 32 ETH. Tuy nhiên, các khối bị giới hạn bởi gas limit.

Sau khi validator được chọn, họ tạo block mới và đưa các giao dịch từ mempool vào block. Ở trường hợp của mạng Ethereum, tồn tại một nhược điểm, đó là tình trạng lãng phí tài nguyên của blockspace. Tại sao?

Nhược điểm của Blockspace 

Với mạng Ethereum, mỗi khối được thêm vào phải tuân thủ giới hạn gas. Trong trường hợp giao dịch được gửi với phí gas quá cao, điều này có thể dẫn đến việc mỗi giao dịch sẽ tiêu tốn một lượng gas lớn, làm cho số lượng giao dịch có thể được chứa trong một block giảm đi.

Trong khi số lượng gas là đủ, nhưng số lượng giao dịch thực sự được chứa trong một block lại giảm. Điều này dẫn đến việc một phần của blockspace không được sử dụng, trong khi các giao dịch khác vẫn chờ đợi để được xử lý. 

Kết quả là, một phần của blockspace bị lãng phí, vì tài nguyên mạng lưới không được sử dụng một cách hiệu quả.

Có một thời gian cố định giữa các block trong Ethereum, được gọi là "block time", trung bình khoảng 13-15 giây. Block time này không thay đổi dựa trên việc có đủ gas hay không. 

Thay vào đó, các validator sẽ cố gắng tạo ra block trong khoảng thời gian này, và nếu không đủ gas cho một block trong thời gian đó, quá trình tạo block sẽ được trì hoãn cho block tiếp theo. 

Ethereum có một cơ chế tự điều chỉnh gas limit dựa trên cường độ sử dụng mạng lưới. Nếu gas limit không đủ, gas limit có thể được tăng lên trong các block sau để đảm bảo rằng đủ tài nguyên để xử lý tất cả các giao dịch trong một block.

Nếu tổng lượng gas của tất cả các giao dịch trong một block vượt quá gas limit của block, thì không đủ tài nguyên để thực thi tất cả các giao dịch trong block đó. Trong trường hợp này, một số giao dịch có thể bị từ chối và không được đưa vào block mới.

Tác động của blockspace ảnh hưởng đến blockchain như thế nào?

Có nhiều giải pháp được đề xuất để giải quyết vấn đề về blockspace trong hệ thống blockchain. Trong đó, nổi bật nhất là giải pháp mở rộng Layer 2.

Chúng được tạo ra nhằm giảm bớt gánh nặng cho mạng lưới chính bằng cách thực hiện các tính toán off-chain. Các giao dịch này sau đó có thể được đồng bộ lại với blockchain chính thông qua state root, giảm thiểu giao dịch trên blockchain chính và tăng cường khả năng mở rộng.

Optimistic Rollup (ORU) và Zero knowledge Rollup (ZKRU) là hai giải pháp mở rộng Layer 2 sử dụng các kỹ thuật xác nhận nén để giảm thiểu giao dịch trên blockchain chính. Điều này cho phép rollup xử lý số lượng giao dịch lớn hơn mà không cần sử dụng nhiều không gian khối trên blockchain Layer 1.

Trên thực tế, đối với cùng khối lượng giao dịch, các rollup có thể sử dụng ít không gian khối hơn so với xử lý trực tiếp trên Layer 1. Dẫn đến việc chi phí trên các rollup thấp hơn đáng kể so với Layer 1; phí giao dịch trên các rollup như Optimism và Arbitrum chỉ bằng một phần nhỏ so với phí giao dịch của Ethereum.

Rollup đóng vai trò không nhỏ trong việc mở rộng quy mô mạng và xử lý giao dịch hiệu quả hơn. Cũng chính vì thế, Vitalik Buterin - founder của Ethereum cũng hướng lộ trình phát triển của mạng lưới tập trung vào rollup - rollup-centric.

Ngoài ra, các cải tiến trong giao thức blockchain có thể cung cấp các phương pháp mới để quản lý và tận dụng blockspace hiệu quả hơn. Ví dụ, Ethereum phát triển các cải tiến như EIP-1559 - cải tiến về cách tính toán phí giao dịch, hay đề xuất EIP 4844, để tối ưu hóa việc sử dụng blockspace.

Đọc thêm: Nâng cấp Dencun - Bản nâng cấp của EIP 4844.