Các giải pháp mở rộng Ethereum: Con đường tới tham vọng của Ethereum

Key Insights:

• Sau The Merge, sharding là giải pháp mở rộng on-chain được Ethereum triển khai tiếp theo.
• Thiết kế cũ sharding được thay đổi thành danksharding để phù hợp với định hướng mới. Dự kiện phải mất từ 3-4 năm để danksharding có thể mainnet.
• Rollup là giải pháp mở rộng off-chain nhận được nhiều ủng hộ nhất hiện tại. 

Ethereum và vấn đề mở rộng

Theo thời gian, Ethereum đã chứng minh mình là một nền tảng hợp đồng thông minh (smart contract platform) có nhiều đột phá và thu hút giá trị vượt xa các chain khác. Tuy nhiên, kèm với sự tăng trưởng, Ethereum dần gặp phải các giới hạn từ thiết kế ban đầu của mình. Phí cao, mạng lưới tắc nghẽn là những vấn đề người dùng thường xuyên gặp phải khi giao dịch vào thời gian cao điểm trên Ethereum. 

Vấn đề trên yêu cầu Ethereum đưa ra các giải pháp giúp mở rộng mạng lưới. Ethereum đã nghiên cứu và phát triển nhiều giải pháp với các cách tiếp cận khác nhau, và tất cả đều hướng tới mục tiêu mở rộng mạng lưới. 

Các giải pháp mở rộng Ethereum 

Các giải pháp mở rộng được chia làm hai mảng chính:

• Giải pháp mở rộng on-chain (on-chain scaling)
• Giải pháp mở rộng off-chain (off-chain scaling)

Theo đó, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu từng giải pháp cụ thể bên trong giải pháp on-chain và off-chain, trong đó:

• On-chain scaling bao gồm: Chuyển đổi cơ chế mạng lưới từ PoW thành PoS và Sharding
• Off-chain scaling bao gồm: Optimistic rollups, Zero-knowledge rollups, State channels, Sidechains, Validiums, Plasma.

Giải pháp mở rộng On-chain

Giải pháp mở rộng on-chain là các giải pháp yêu cầu việc thay đổi thiết kế nền tảng của Ethereum. Hai giải pháp chính được Ethereum đồng thuận và triển khai bao gồm chuyển đổi mạng lưới sang cơ chế đồng thuận PoS và sharding. Sau khi chuyển đổi mạng thành công sang cơ chế đồng thuận PoS với sự kiện Ethereum Merge, sharing là giải pháp tiếp theo được Ethereum chú trọng. 

Sharding là kỹ thuật chia nhỏ cơ sở dữ liệu theo chiều ngang, giúp mạng xử lý giao dịch theo từng cụm, giảm khối lượng công việc và tăng hiệu quả xử lý dữ liệu, đồng thời không ảnh hưởng tới sự phi tập trung của mạng lưới.

Tuy nhiên, việc triển khai kỹ thuật này có độ khó cao và tồn tại rất nhiều rủi ro liên quan. Có nhiều cách thiết kế và triển khai sharding khác nhau. Bạn có thể tham khảo thêm bài viết dưới đây để hiểu hơn về các thách thức và rủi ro của công nghệ Sharding.

Tìm hiểu thêm: Công nghệ Sharding là gì?

Giải pháp mở rộng Off-chain

Giải pháp mở rộng off-chain là các giải pháp giúp giảm áp lực xử lý trên blockchain mà không làm thay đổi các thiết kế nền tảng của Ethereum. Trong đó:

• Các giải pháp được thừa hưởng tính bảo mật của Ethereum - gọi là layer 2, gồm có: Optimistic rollups, Zero-knowledge rollups và state channels.
• Các giải pháp khác tách biệt khả năng bảo mật với layer 1, gồm có: sidechains, validiums, plasma. 

Giải pháp Layer 2

Layer 2 là tên gọi của các giải pháp phát triển trên layer 1 và được kế thừa các đặc tính của layer 1 nhằm phục vụ mục đích mở rộng. Với Ethereum, layer 2 cho khả năng xử lý nhiều giao dịch hơn, giảm chi phí nhưng vẫn có độ bảo mật cao từ layer 1 Ethereum. 

Để làm được điều này, khi nhận được giao dịch, các node trên layer 2 sẽ xử lý và gói chúng lại, sau đó gửi vào blockchain layer 1, từ đó giao dịch được thừa hưởng tính bảo mật của layer 1. Quá trình này mang lại nhiều lợi ích, bởi vì: 

• Lượng giao dịch sẽ được chia nhỏ và xử lý trên các layer 2.
• Việc gói giao dịch khiến quá trình xử lý nhiều giao dịch trở thành quá trình xử lý một giao dịch, giúp giảm phí gas và áp lực lên layer 1.
• Giao dịch được đưa lên blockchain layer 1 nên được thừa hưởng tính bảo mật của layer 1.
• Vì các node ở đây không giới hạn và có thể do các cá nhân, tổ chức... vận hành tuỳ thuộc vào mục đích của mình, nên khả năng cao sẽ xuất hiện các blockchain với mục đích chuyên biệt và khả năng hoạt động hiệu quả trên quy mô lớn. 

Tìm hiểu thêm về bối cảnh hiện tại và ưu nhược điểm của các Layer 2 thông qua bài viết sau đây: Layer 2 là gì?

Trên thực tế, cơ chế giao dịch của các giải pháp layer 2 có nhiều thiết kế khác nhau, bao gồm:

• Optimistic rollups.
• Zero-knowledge rollups.
• State channels. 

1. Optimistic rollups

Optimistic rollups hoạt động trong điều kiện mặc định là giao dịch hợp lệ. Các giao dịch khi được đưa lên Ethereum sẽ phải trải qua một thời gian thử thách, bất kỳ máy tính nào cũng có thể thử thách kết quả của giao dịch đó. 

Đây là lý do khi rút tài sản từ layer 2 có thiết kế optimistic rollups như Optimism hay Arbitrum, người dùng phải mất vài ngày để đợi tài sản được chuyển về ví. Tuy nhiên, vấn đề này hiện đã được giải quyết nhờ các dự án cross-chain bridge, hoặc các sàn tập trung - chúng giúp người dùng chuyển tài sản qua lại giữa layer 1 và layer 2 thuận tiện hơn. 

2. Zero-knowledge rollups (Zk rollups)

Zero-knowledge rollups (Zk rollups) hoạt động trên cơ chế các giao dịch được đưa lên Ethereum đều có bằng chứng xác minh (validity proofs). Điều này giúp Zk rollups có thời gian xử lý giao dịch nhanh hơn và không tốn thời gian xác minh. 

Nói cách khác, Zk rollups giống như một phiên bản nâng cấp của Optimistic rollups mà không kèm theo thời gian chờ. Nhược điểm của phương pháp này là có độ khó kỹ thuật cao, hiện tại các layer 2 sử dụng giải pháp Zk rollups vẫn chưa hỗ trợ EVM, do đó gặp khó trong việc tiếp cận tệp người dùng lớn. 

3. State channel

State channel sử dụng hợp đồng multisig (đa chữ ký) cho phép những người tham gia thực hiện giao dịch off-chain nhiều lần, trong khi đó nó chỉ gửi 2 giao dịch đến blockchain gốc (layer 1 blockchain).

Ví dụ: A và B thực hiện giao dịch chuyển tiền cho nhau. Cả A và B sẽ phải khoá một lượng ETH vào ví multisig để mở channel, sau đó cả hai có quyền thực hiện bao nhiêu giao dịch tuỳ ý. Sau khi kết thúc, cả hai đóng channel và nhận lại số tiền đã bị khoá trước đó. 

Channel có khả năng tăng tốc độ xử lý giao dịch lên nhiều lần. Tuy nhiên, khi tham gia vào channel, số lượng người tham gia phải được biết trước và số tiền giao dịch phải được khoá vào một ví multisig, điều này khiến việc áp dụng channel không phù hợp với các smart contract có tính chất chung chung.

State channel có 1 nhánh nhỏ là payment channel. Payment channel là giải pháp đang được Bitcoin sử dụng cho Lightning Network, giúp xử lý được nhiều giao dịch hơn. 

Các giải pháp khác

Sidechain

Sidechain là một blockchain riêng biệt chạy song song và hoạt động độc lập với Ethereum mainnet. Các sidechain sử dụng các mô hình đồng thuận và thông số block riêng. Việc này giúp các giao dịch được xử lý nhanh và hiệu quả hơn, tuy nhiên chúng không được thừa hưởng tính bảo mật của layer 1. Các sidechain thường cung cấp khả năng tương tác với Ethereum mainnet thông qua một bridge hai chiều. 

Plasma

Plasma là một blockchain riêng biệt, hoạt động độc lập nhưng vẫn có khả năng tương tác với Ethereum mainnet. Plasma sử dụng cơ chế bảo mật giống như của Optimistic rollups nên thời gian chờ để đưa giao dịch lên layer 1 sẽ kéo dài. 

Validium

Validium sử dụng cơ chế bảo mật giống của Zk rollups, nhưng dữ liệu của giao dịch không được lưu trữ trên layer 1 Ethereum. Điều này khiến Validium không được kế thừa tính bảo mật của Ethereum.

Tổng kết, sharding là giải pháp mở rộng on-chain tiếp theo được Ethereum triển khai. Đối với các giải pháp mở rộng off-chain, Rollup nói chung và Zk Rollup nói riêng là giải pháp mở rộng tiềm năng nhất nếu xét về mặt kỹ thuật. Tuy nhiên yếu tố kỹ thuật chỉ đóng vai trò một phần trong sự phát triển của các blockchain. Tốc độ phát triển, số lượng dự án mới, hiệu ứng mạng lưới cũng có vai trò quan trọng không kém. 

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ đánh giá bối cảnh hiện tại của các giải pháp mở rộng Ethereum. 

Bối cảnh hiện tại của các giải pháp mở rộng Ethereum

Ethereum đã có những thay đổi trong định hướng phát triển của mình. Theo đó, thiết kế sharding cũ được thay đổi thành danksharding để phù hợp với bối cảnh của thị trường. Với độ khó kỹ thuật cao và nhiều bước cần hoàn thành, dự kiến để danksharing mainnet phải mất đến 3-4 năm nữa (2025-2026), thậm chí có thể lâu hơn nếu xét tới “truyền thống” trì hoãn kế hoạch nhiều lần của Ethereum. 

Các giải pháp layer 2 đang phát triển rất nhanh về số lượng người dùng và giá trị tài sản thu hút. Nổi bật trong đó là các giải pháp Rollups với khả năng kế thừa bảo mật của Ethereum, tốc độ xử lý giao dịch nhanh, chi phí rẻ và hỗ trợ các loại hình smart contract có tính chất chung chung.

Trong tình hình đó, Ethereum đã đề xuất EIP- 4488, giúp giảm chi phí giao dịch của giải pháp Rollup. Đây là một giải pháp đơn giản, có thể triển khai trong thời gian ngắn và dự kiến sẽ ra mắt trong 6 tháng tới - cùng thời điểm với Shanghai update.

Tìm hiểu thêm: Danksharding, Proto-Danksharding, EIP-4488 là gì?

Có thể thấy, về mặt kỹ thuật, Rollup là giải pháp tiềm năng nhất hiện nay. Về hiệu ứng mạng lưới, các dự án sử dụng giải pháp Rollup cũng đang thu hút nhiều giá trị nhất và các giải pháp Rollup cũng được nhiều người ủng hộ nhất trong tầm nhìn phát triển của Ethereum. 

Con đường đạt tới tham vọng của Ethereum

Với việc danksharding vẫn đang ở giai đoạn ý tưởng cộng thêm tình hình hiện tại, khả năng cao thời gian tới, thị trường sẽ là sân chơi của Rollup. Chỉ tính riêng các dự án layer 2 được công bố, hiện tại chúng ta cũng đã có tới hàng chục dự án khác nhau.

Cuộc đua giữa các giải pháp Rollup sẽ ngày càng sôi động khi giải pháp ZkEVM của ZkSync được ra mắt và đánh dấu một bước phát triển lớn cho giải pháp ZkRollup. Dự kiến ZkEVM sẽ ra mắt trong cuối năm nay. 

Việc có nhiều giải pháp mở rộng khác nhau không phải là điều bất lợi cho Ethereum, thay vào đó, chúng giúp giảm áp lực chung lên phần còn lại của mạng lưới và giúp giảm khả năng mạng bị tấn công cục bộ. Các dự án có thể chọn giải pháp phù hợp với mục tiêu phát triển của mình, ví dụ một chain muốn làm game và đặt ưu tiên về độ ổn định và chi phí hơn là tính bảo mật, có thể không sử dụng giải pháp Rollup, mà sử dụng giải pháp Validium như ImmutableX. 

Có thể thấy, con đường để Ethereum đạt tới tham vọng mở rộng mạng lưới đến toàn thế giới vẫn còn rất xa và bất kỳ điều gì cũng có thể xảy ra trên hành trình này. 

Lời kết 

Trong ngắn hạn, Rollup là giải pháp có ưu thế nhất trong các giải pháp mở rộng Ethereum. Trong dài hạn, các giải pháp khác đều cần thiết để giúp Ethereum đạt tới tham vọng toàn cầu của mình.