Cách hoạt động của các Optimistic Rollup Protocol

Tổng quan về Optimistic Rollup

Optimistic Rollup là giải pháp mở rộng off-chain cho Ethereum và đại đa số Layer 1. Các giao dịch được thực thi off-chain nhưng data được nén lại vào lưu trữ trên base layer nhằm đạt được sự đồng thuận và xác minh tính toàn vẹn và khả dụng của dữ liệu ở base layer.

Các giải pháp mở rộng off-chain có thể tăng thông lượng của Layer 1 mà không yêu cầu thay đổi giao thức hiện có. Hiện nay, có nhiều giải pháp mở rộng off-chain tồn tại. Mỗi cách tiếp cận sẽ tồn tại những ưu, nhược điểm khác nhau.

Ở khía cạnh nào đó, các giải pháp mở rộng off-chain sẽ phát triển nhanh hơn các giáp mở rộng on-chain vì chúng thường có mã nguồn mở (open source) và hoạt động mà không cần sự cho phép của Layer 1 (permissionless). Nếu chúng thật sự hoạt động hiệu quả và chứng minh bản thân là giải pháp mở rộng phù hợp với thị trường thì chúng sẽ phát triển rất nhanh chóng. Minh chứng là sự phát triển của các AMM trong thị trường vào Q3 - Q4/2020.

Theo sự phân chia của Ethereum, Optimistic Rollup là một giải pháp mở rộng thuộc hướng tiếp cận off-chain scaling. Ngoài Optimistic rollups, chúng ta còn có những giải pháp mở rộng off-chain khác như: Zk Rollups, State channels, Sidechains, Plasma, Validium.

Lưu ý, kỹ thuật Rollup không phải là công nghệ mở rộng dành riêng cho Ethereum. Thực tế, công nghệ Rollup nói chung và Optimistic Rollup nói riêng là cách mở rộng thông lượng có thể áp dụng cho đa số blockchain Layer 1 đang hoạt động hiện nay.

Tìm hiểu thêm: Rollup là gì? Sự đánh đổi giữa chủ quyền và sự liên kết văn hoá với lớp cơ sở.

Hiện có hai người chơi dẫn đầu trong Optimistic Rollup là Optimism & Arbitrum, chúng ta sẽ tìm hiểu về chúng trong phần sau.

Cách hoạt động của Optimistic Rollup Protocol: Optimism & Arbitrum

Đối với các giải pháp Optimistic Rollup, chúng di chuyển việc tính toán, lưu trữ trạng thái (Execution) off-chain. Sau đó, Optimism & Arbitrum sẽ tổng hợp và sản xuất các lô giao dịch (transaction batches) và gửi lên Ethereum cùng với merkle root trước đó và Merkle root sau khi xử lý các giao dịch mới. Mấu chốt để làm việc này là để đạt được sự đồng thuận và xác minh tính toàn vẹn và khả dụng của dữ liệu (DA) ở Ethereum.

Các Optimistic Rollup như Optimism & Arbitrum sẽ xây dựng một smart contract trên Ethereum để duy trì tính hợp lệ state root off-chain. Mặc dù merkle tree của các transaction không lưu trữ trực tiếp trên Ethereum. Tuy nhiên nhờ những dữ liệu giao dịch, Arbitrum & Optimism đã gửi lên Ethereum mà smart contract có thể tính toán lại merkle root và so sánh state root trong transaction batches được settle lên Ethereum. Nếu state root khớp với nhau,dữ liệu giao dịch off-chain là toàn vẹn và đúng đắn. Khi đó, mạng sẽ tiếp tục hoạt động và chuyển sang state root mới.

Điểm hiệu quả của các Optimistic Rollup platform nói chung là chúng sử dụng các kỹ thuật nén dữ liệu. Vì vậy, thay vì gửi trực tiếp dữ liệu giao dịch lên Ethereum, Optimism & Arbitrum gửi "một file zip" của các giao dịch lên Ethereum, hiệu quả của việc nén dữ liệu của Optimism & Arbitrum đang hiệu quả ở mức 10x.

Giải quyết tranh chấp trên Arbitrum & Optimism

Đối với các Optimistic Rollup platform như Arbitrum & Optimism, Ethereum giả định các giao dịch là chính xác theo mặc định. Nếu một bên nào đó muốn tranh chấp vì tin rằng có gian lận, họ có thể xuất bản một fraud proof từ thông tin được đưa lên mạng để xác minh tính không hợp lệ.

• Optimism giải quyết vấn đề trên bằng cách re-execute lại tx đó.
• Arbitrum sẽ giải quyết vấn đề trên bằng cách sử dụng một giao thức tương tác nhiều vòng (multi-round rollup). Trong đó, Arbitrum sẽ chia nhỏ tranh chấp cho đến khi nó là một tranh chấp rất nhỏ và sau đó giải quyết nó on-chain.

Trên lý thuyết mọi thứ khá rõ ràng, nhưng thực tế, chúng hoạt động khác hơn nhiều và có vẻ "cách xa" với những gì mà chúng ta tưởng tượng:

• Offchain Labs là thực thể duy nhất trong whitelist có thể gửi tranh chấp để tạo fraud proof trên Arbitrum.
• Đối với Optimism, fraud proof của họ còn đang trong quá trình phát triển (not lived yet). Tuy nhiên, nó sẽ sớm xuất hiện trong bản nâng cấp Bedrock sắp tới của Optimism.

Optimism & Arbitrum sequencer

Sequencer là thành phần quan trọng trong thiết kế của Optimism, Arbitrum và các Optimistic Rollup platform khác. Họ là thực thể có quyền sắp xếp thứ tự các giao dịch và thực thi chúng trong mạng.

Vậy ai hay thực thể nào đang vận hàng sequencer trên Optimism & Arbitrum?

• Offchain Labs, đơn vị phát triển Arbitrum, đang là đơn vị vận hành sequencer duy nhất trên Arbitrum.
• Trường hợp tương tự với Optimism, chính tổ chức xây dựng Optimism là đơn vị vận hành sequencer duy nhất trên Optimism.

Không chỉ Optimism, Arbitrum mà các Optimistic Rollup platform nói riêng và công nghệ Rollup nói chung đều đang ở giai đoạn ban đầu. Chúng cần nhiều thời gian phát triển để hệ thống phân cấp và hoạt động hiệu quả hơn. Thực tế, họ biết hạn chế có dự án và có lộ trình để cải thiện và khắc phục điều đó.

Vì sequencer là một thành phần quan trọng trong hệ thống của Optimism & Aribtrum và các Optimistic Rollup platform nói chung, việc trở thành sequencer mang đến "quyền lực" lớn trong mạng cho những cá nhân, tổ chức vận hành chúng.

Ngoài ra, việc trở thành sequencer cũng mang đến những lợi ích kinh tế nhất định (đề cập ở phần sau của bài viết). Do đó, sẽ giới thiệu một số thiết kế tiềm năng trong việc phân cấp sequencer có thể được áp dụng trong hệ thống của các Optimistic Rollup platform trong tương lai:

• Centralized sequencer: Đây là cách mà Aribtrum, Optimism và các Optimistic Rollup Platform khác đang sử dụng, khi chính họ là người duy nhất vận hành sequencer. Ở khía cạnh nào đó, đây là cách hiệu quả nhất trong tình thế hiện nay, nhưng cách triển khai này phụ thuộc vào một tác nhân duy nhất để hoạt động và có những rủi ro tiềm ẩn xung quanh cách nó.
• Sequencer auction: Một cuộc đấu giá được tổ chức để xác định ai có quyền trở thành sequencer của mạng trong một khoảng thời gian nhất định (ví dụ: một ngày, một tuần, xx epoch...), bất kỳ ai cũng có thể tham gia, tiền tệ chấp nhận cho cuộc đấu giá có thể là ETH hoặc native token của platform.
• Sequencer được lựa chọn ngẫu nhiên từ PoS set: Giao thức sẽ đặt ra một số yêu cầu nhất định để có thể trở thành người vận hành Sequencer (yêu cần phần cứng, bonding token,...), bất cứ ai vượt trên ngưỡng yêu cầu đều có cơ hội trở thành người vận hành Sequencer. Mỗi epoch, giao thức sẽ chọn ra một đối tượng từ tệp người đạt yêu cầu để vận hành Sequencer.
• Sequencer được lựa chọn ngẫu nhiên từ DPoS set: Tương tự trường hợp ở trên nhưng có hạn chế số lượng người có thể trở thành người vận hành sequencer. Token holder của platform có thể delegate token của họ cho những đối tượng đạt yêu cầu và chia sẻ phần thưởng tiền năng sau mỗi epoch. Xác suất được chọn để trở thành người vận hành Sequencer tỷ lệ thuận với số token staked & delegated của họ.

Tìm hiểu thêm: Vai trò và hướng phát triển của Sequencer trong tương lai.

Arbitrum "fair sequence" vs Optimism MEV Auction (MEVA)

Trong các hệ thống như Ethhereum, MEV (Miner Extractable Value) có thể hiểu là lợi nhuận mà người sản xuất block kiếm được nhờ việc lợi dụng quyền hạn của họ. Họ có thể tùy ý sắp xếp lại các giao dịch, chèn các giao dịch của riêng họ trước hoặc sau các giao dịch khác và trì hoãn các giao dịch khác cho đến block tiếp theo, với quyền hạn đó, họ có rất nhiều cách để kiếm tiền với nó.

Tương tự như người sản xuất block trên Ethereum, sequencer trong Optimism & Arbitrum có quyền sắp xếp các giao dịch vào một block trước khi mạng cập nhật lên trạng thái mới. Với quyền hạn đó, các sequencer trong Optimism & Arbitrum có thể tận dụng chúng để kiếm tiền.

Arbitrum & Optimism có phản ứng khác nhau với MEV:

• Arbitrum hạn chế MEV.
• Optimism "thương mại hóa MEV", biến chúng thành giá trị kinh tế có thể được khai thác và quản lý bởi giao thức.

Chúng ta sẽ không bàn tới việc hướng tiếp cận của Optimism & Arbitrum là tốt hay xấu, mà chỉ bàn tới hướng tiếp cận của hai dự án.

Arbitrum tin rằng MEV là không tốt cho hệ thống vì nó làm tăng độ trễ của hệ thống và phát sinh những chi phí không cần thiết cho users. Vì vậy, Arbitrum sẽ hạn chế sự tác động của MEV tới người dùng và hệ thống.

Vì thế, Arbitrum tiếp cận theo hướng "first-come, first-served", người dùng gửi giao dịch tới hệ thống trước thì lệnh giao dịch của họ sẽ được xử lý trước.

Cụ thể, giao dịch của người dùng sẽ được gửi cho tất cả hoặc phần lớn các sequencer đang hoạt động. Mỗi sequencer sắp xếp các giao dịch mà họ nhận được và xuất bản thứ tự cho các giao dịch. Giao thức sẽ sử dụng một thuật toán để tổng hợp và hợp nhất các giao dịch của người dùng lại và tạo nên một trình tự giao dịch sau cùng, một "fair sequence". Trình tự giao dịch sau cùng sẽ tương đối công bằng nếu đại đa số sequencer hoạt động trung thực.

Optimism tin rằng cố gắng hạn chế MEV là một phản ứng tiêu cực và sẽ không đem hiệu quả cao. Thay vào đó, Optimism cố gắng "thương mại hóa MEV" bằng cách sử dụng một giải pháp đấu giá tương tự như flash bot (Frequent batch auctions).

Cụ thể hơn, Optimism tổ chức đấu giá quyền sắp xếp lại các giao dịch trong n block cho người trả giá cao nhất. Người thắng cuộc đấu giá có quyền sắp xếp lại các giao dịch đã gửi bởi người dùng và chèn giao dịch của riêng họ, miễn là họ không trì hoãn bất kỳ giao dịch cụ thể nào quá n block. Giá trị kinh tế thu được từ các cuộc đấu giá sẽ được quản lý và phân phối bởi giao thức. Các bạn có thể đọc thêm chi tiết Optimism MEVA tại đây.

Cơ cấu phí của Optimism & Arbitrum

Phí giao dịch mà người dùng phải trả trên Arbitrum & Optimism nói riêng và các Optimistic Rollup nói chung bao gồm 3 khoản phí:

• L2 execution fees.
• Settlement fees.
• Data fees.

1. L2 execution fee

Ở khía cạnh nào đó, chúng ta có thể xem Arbitrum & Optimism như các monolithic blockchain, các giao dịch phải trả tiền cho nỗ lực tính toán và lưu trữ mà chúng sử dụng trên mạng. Mỗi giao dịch sẽ trả mức phí bằng lượng gas được sử dụng trong giao dịch nhân với giá gas đi kèm.

L2_execution_fee = transaction_gas_price * L2_gas_used

Trong khi lượng gas used trên Optimism & Arbitrum được setup tương tự như trên Ethereum nhưng gas price lại rất thấp 0.001 Gwei (đang thấp hơn 30,000 - 100,000 lần khi so sánh với Ethereum mainnet). Vì vậy, execution fee trên Arbitrum & Optimism đang rất thấp, gần như bằng 0 ở thời điểm này.

Tuy nhiên, blockspace của Arbitrum & Optimism là có giới hạn, chỉ là giới hạn của chúng được setup cao hơn nhiều Ethereum mainnet nhưng khi việc sử dụng vượt quá một mức nhất định, L2 execution fee sẽ tăng lên.

2. Settlement fees

Sau một khoản thời gian nhất định, Optimism & Arbitrum sẽ tổng hợp và gửi một giao dịch lên Ethereum với hai mục đích chính là committed sự thay đổi giá trị của state root và lưu tx data.

Trong khi khoản phí để committed sự thay đổi giá trị của state root không thay đổi nhiều, committed 0 giao dịch hoặc 500 giao dịch thì chi phí vẫn thế. Vì vậy càng có nhiều giao dịch trong một lô giao dịch (transaction batches) thì phí trung bình cho mỗi giao dịch càng thấp, khoản phí này gọi là settlement fees.

3. Data fees

Tất cả dữ liệu giao dịch của các transaction trên Arbitrum & Optimism đều được nén lại và gửi lên Ethereum dưới dạng calldata để đảm bảo tính toàn vẹn và khả dụng của dữ liệu (DA) ở Ethereum.

Nhìn chung, data fees tăng tuyến tính với số lượng giao dịch trong một lô giao dịch, số lượng giao dịch trong một lô càng nhiều thì phí giao dịch cho data fee cũng sẽ tăng lên.

Giá trị kinh tế của Arbitrum & Optimism

Trong phần này, chúng ta sẽ nói về giá trị kinh tế được nắm bắt bởi Aribtrum & Optimism platform. Tổng quát giá trị kinh tế có thể được nắm được bởi các Optimistic Rollup platform bằng công thức như sau:

l2_execution_fee + (settlement_fee + data_fee)*(1 - 1/multiplier_rate) + value_from_MEVA

Nói một cách dễ hiểu, nếu bạn thực hiện giao dịch nào đó trên Arbitrum & Optimism và trả $1 tiền phí giao dịch. Phần lớn khoản phí đó được dùng để thanh toán phí giao dịch cho rollup transaction, phần còn lại sẽ được thu bởi Optimism & Arbitrum.

Ngoài ra, cách tiếp cận với MEV của Optimism & Arbitrum ảnh hưởng trực tiếp tới giá trị kinh tế mà hai platform tích lũy được. Tuy nhiên, lợi nhuận từ các cuộc đấu giá MEV (MEVA) chưa khả dụng ở thời điểm hiện tại, có thể cần 12 - 18 tháng tới để thấy chúng trên mainnet.

Optimism

Với tầm nhìn của họ về L2 MEV, revenue của Optimism sẽ đến từ 2 nguồn:

• Một phần phí giao dịch của người dùng.
• Một phần từ MEVA revenue. Optimism tin rằng, doanh thu từ MEVA có thể nhiều hơn cả revenue thu được từ phí giao dịch.

Trong trường hợp hiện tại, Optimism họ đang setup gas price 0.001 Gwei nên l2_execution_fee gần như bằng không. Bên cạnh đó, các khoản thu từ đấu giá MEV cũng không khả dụng ở thời điểm hiện tại.

Vì vậy, revenue chính của Optimism đến từ một phần phí giao dịch, trong docs chính thức của Optimism có ghi multiplier_rate được sử dụng 1.5. Trên lý thuyết, Optimism đang thu 33% trên tổng số phí giao dịch người dùng trả khi hoạt động trên Optimism.

Tuy nhiên trong thực tế, multiplier_rate mà Optimism sử dụng không cố định ở 1.5, có lúc nó là 1.2 và hiện tại đang đặt ở 1.0 (điều này không được phản ánh trực tiếp trong docs chính thức của Optimism). Với việc setup multiplier_rate ở mức 1.0, Optimism đang không charge fee người dùng trên platform của họ.

Arbitrum

Arbitrum có tầm nhìn triển khai "fair sequence" trong tương lai và cố gắng hạn chế tác động của MEV tới hệ thống. Vì vậy, định hướng revenue của platform sẽ chủ yếu đến từ phí giao dịch của người dùng.

Tương đối khác với Optimism, gas price tối thiểu trên Arbitrum được setup bằng gas price Ethereum chia cho 100. Gas price Arbitrum sẽ không bao giờ thấp hơn mức này và nó sẽ tăng trên mức tối thiểu nếu Arbitrum bắt đầu tắc nghẽn. Vì vậy, l2_execution_fee là một khoản thu nhập "tương đối khá" cho giao thức.

Trong docs chính thức của Arbitrum, họ để cập multiplier_rate mà Arbitrum sử dụng được setup ở mức 1.15, với setup này, nếu tổng phí người dùng trả cho một giao dịch trên Arbitrum là $1 thì $0.13 trong đó thuộc về giao thức. Nhìn chung với setup gas price & multiplier_rate hiện tại, Arbitrum revenue chiếm tầm 25% - 35% tổng số phí giao dịch người dùng trả trên Arbitrum.

Nhìn vào mức độ hoạt động tương đối của Optimism & Arbitrum chúng ta có thể ước lượng được phần giá trị kinh tế của hai platform có thể thu nhận được trong thời gian này.

Tuy nhiên cũng cần chú ý một điều, mức độ hoạt động trên cả hai platform gia tăng mạnh gần đây do ảnh hưởng của sự ra mắt của native của Optimism, trong thực tế mức độ hoạt động thực tế của chúng thấp 2 - 3 lần so với con số được biểu hiện ở trên.

Đọc thêm: Tổng quan về hệ thống Rollup Economics.

Mô hình token của Optimistic Rollup

Các Rollup protocol chủ yếu có nhiệm vụ thực thi các giao dịch (update state) trong khi bảo mật và đồng thuận của chúng đạt được ở base layer. Trong đó, quyền lực thực sự nằm ở vai trò sequencer, khi các họ có quyền khai thác MEV và thu một phần phí giao dịch từ người dùng.

Các cơ chế staking/bonding/slashing cần được thêm vào hệ thống để khuyến khích phân cấp và ràng buộc các bên vận hành sequencer hoạt động trung thực dựa trên cơ sở có lợi cho hệ thống, một số cách đã được đề cập ở phía trên bài viết:

• Sequencer auction.
• Sequencer được lựa chọn ngẫu nhiên từ PoS set.
• Sequencer được lựa chọn ngẫu nhiên từ DPoS set.

Quay trở lại với Optimism & Arbitrum, cả hai đều là dự án nổi bật hàng đầu khi nhắc tới Optimistic Rollup. Cách tiếp cận với MEV của hai platform khiến chúng có thể có các thiết kế token models khác nhau trong tương lai. Tuy nhiên, mấu chốt vẫn là việc khuyến khích phân cấp trong việc vận hành sequencer.

Dưới đây là một vài suy nghĩ và những trường hợp sử dụng của Optimism (OP):

• OP token là token quản trị của Optimism DAO và họ quản trị treasury của DAO. Nguồn thu nhập chính của DAO đến từ MEVA.
• Các node operator muốn có cơ hội trở thành sequencer cần staking & bonding một lượng OP nhất định. Những người đủ yêu cầu có thể tham gia MEVA và đặt giá bid để có quyền trở thành sequencer của mạng trong một hoặc một vài epoch, người thắng cuộc có thể khai thác MEV từ mạng và thu lấy một phần phí giao dịch từ người dùng.

Cách tiếp cận của Arbitrum có thể khác biệt:

• Arbitrum sẽ đặt ra một số yêu cầu nhất định để có thể trở thành người vận hành Sequencer (yêu cần phần cứng, bonding token,...), bất cứ ai vượt trên ngưỡng yêu cầu đều có cơ hội trở thành sequencer.
• Holder có thể delegating native token của Arbitrum vào node mà họ tin tưởng. Top 15 hoặc top 20 staked balance có thể trở thành một sequencer của mạng và chia sẻ doanh thu do mạng tạo ra.

Hiện tại, mảng Layer 2 là mảng nhận được sự quan tâm với nhiều cơ hội nhận dược Airdrop token, bạn đừng bỏ qua cơ hội tại đây nhé!

Tổng kết

Optimistic Rollup là một trong những cách mở rộng quy mô off-chain nổi bật hàng đầu trong thị trường tại thời điểm này. Mặc dù Arbitrum & Optimism là hai dự án hàng đầu trong lĩnh vực nhưng chúng ta có thể thấy, chúng chỉ mới ở giai đoạn đầu của sự phát triển và còn rất nhiều điều cần nghiên cứu và thực hiện trong thời gian tới.