Tổng quan

Trong chủ đề về blockchain Modular và Monolithic mà GFS Blockchain đã đề cập trước đây, chúng ta đã mổ xẻ về bộ ba bất khả thi của blockchain và cách giải quyết vấn đề này.

Blockchain Modular có khả năng sẽ là một xu hướng tất yếu mà các blockchain hướng đến để mở toang những giới hạn hiện có, đang cản trở cho sự phát triển của công nghệ blockchain. Ethereum, một blockchain Layer 1 lớn thứ 2 thị trường sau Bitcoin cũng đang gặp phải vấn đề về giải quyết bộ ba bất khả thi của blockchain.

Để giải quyết vấn đề này, Ethereum quyết định nâng cấp từ Ethereum lên Etherum 2.0. Nhưng trong lúc đó, cũng có hàng loạt giải pháp Layer 2 của Ethereum ra đời cũng để gỡ nút thắt của Ethereum.

Vậy, Layer 2 có còn cần thiết khi Ethereum hoàn thành nâng cấp ETH 2.0?

GFS sẽ trả lời tất tần tật về vấn đề này trong bài nghiên cứu bên dưới, mời các bạn cùng đọc nhé.

*** Tìm hiểu thêm về Modular và Monolithic Blockchain -> Xem tại đây

Đầu tiên, chúng ta cùng sơ lược lại các khái niệm cơ bản nhé

Khái niệm cơ bản

Layer 1 là gì?

Layer 1 là lớp blockchain cơ sở, có thể hình dung Layer 1 như là nền móng để các Dapp xây dựng các ứng dụng trên đó. Các blockchain layer 1 như Ethereum, Bitcoin… Ngoài việc là nền tảng cho các ứng dụng, thì Layer 1 cũng hoạt động như lớp dữ liệu có sẵn cho các blockchain Layer 2. 

Ethereum (1.0) là gì?

Ethereum là 1 blockchain layer 1, theo cơ chế POW (Proof Of Work), bao gồm:

• Một mạng lưới các nhà khai thác nút để bảo mật và xác thực mạng
• Mạng lưới các nhà sản xuất khối
• Bản thân blockchain và lịch sử của dữ liệu giao dịch
• Cơ chế đồng thuận cho mạng

Vấn đề của Ethereum 1.0

Hiện trạng hiện tại của Ethereum 1.0 gặp phải là thường xuyên rơi vào tình trạng nghẽn mạng, chi phí giao dịch cao dù là mạng lưới an toàn nhất.

Vấn đề của Ethereum đó là việc mở rộng (nhanh hơn, rẻ hơn nhưng vẫn an toàn) gặp phải cản trở của Blockchain Trilemama – bộ ba bất khả thi “Phi tập trung – Bảo mật – Khả năng mở rộng”, nghĩa là phải hy sinh ít nhất 1 yếu tố để đạt các yếu tố còn lại.

Để giải quyết các bất cập hiện tại, Ethereum đã sử dụng mô hình kiến trúc Modular để giải quyết bộ ba bất khả thi trên ETH 1.0 và 2.0.

Các giải pháp mở rộng Layer 2 hiện tại với ETH 1.0

Layer 2 (L2) là một thuật ngữ chung để mô tả các giải pháp mở rộng quy mô Ethereum ngoài chuỗi, có nghĩa là các giao dịch và tính toán xảy ra ngoài chuỗi chính Ethereum (ETH 1.0), giữ cho lớp chuỗi chính không bị tắc nghẽn.

Các giải pháp mở rộng ETH L2 hiện có bao gồm:

• Các giải pháp Rollup trong đó có nhiều loại như Loopring, Zksync, Optimism và Arbitrum.
• Các giải pháp Validium như Starkware và zkPorter.
• Các giải pháp Sidechain như xDai và Skale Network.
• Các giải pháp State Channel như Celer.
• Và các giải pháp Plasma như Polygon và OMG Network.

Mỗi giải pháp mở rộng quy mô này bao gồm các tối ưu hóa và cân bằng độc đáo của riêng chúng và có thể được kết hợp với nhau. Trong khi một số giải pháp dành riêng cho ứng dụng, chẳng hạn như cho các kênh thanh toán, những giải pháp khác có thể sử dụng được cho bất kỳ thực thi hợp đồng nào.

Rollup cung cấp giải pháp hoàn chỉnh nhất so với chuỗi Plasma hoặc State Channel, bảo mật tốt hơn so với Sidechain, có thể dựa vào cơ chế đồng thuận độc lập.

Layer 2 sẽ hoạt động như thế nào

Như đã đề cập ở trên, L2 là một thuật ngữ chung cho các giải pháp mở rộng quy mô Ethereum, xử lý các giao dịch off-chain, trong khi vẫn tận dụng được khả năng bảo mật phi tập trung mạnh mẽ của Ethereum. L2 là một blockchain riêng biệt mở rộng Ethereum. Nó hoạt động như thế nào?

Một blockchain L2 thường xuyên giao tiếp với Ethereum (bằng cách gửi các gói giao dịch) để đảm bảo nó có các đảm bảo về bảo mật và phân quyền tương tự. Tất cả điều này không yêu cầu thay đổi đối với giao thức L1 (Ethereum). Điều này cho phép L1 xử lý bảo mật, tính khả dụng của dữ liệu và phân quyền, trong khi L2 xử lý việc mở rộng quy mô. L2 loại bỏ gánh nặng giao dịch khỏi L1 và đăng các bằng chứng cuối cùng trở lại L1. Bằng cách loại bỏ tải giao dịch này khỏi L1, L1 trở nên ít tắc nghẽn hơn và mọi thứ trở nên dễ mở rộng hơn.

Rollup hiện là giải pháp L2 được Vitalik Buterin đánh giá cao nhất, phù hợp nhất và sẽ là trọng tâm trong tương lai của ETH 2.0

Bằng cách sử dụng Rollup, người dùng có thể giảm phí gas lên tới 100 lần so với L1.

Rollup đóng gói hàng trăm giao dịch thành một giao dịch duy nhất trên L1. Điều này giúp phân bổ phí giao dịch L1 cho tất cả mọi người trong Rollup, làm cho nó rẻ hơn cho mỗi người dùng. Các giao dịch Rollup được thực hiện bên ngoài L1 nhưng dữ liệu giao dịch được đăng lên L1. Bằng cách đăng dữ liệu giao dịch lên L1, các giao dịch Rollup cũng kế thừa tính bảo mật của Ethereum. Có hai cách tiếp cận khác nhau để tổng hợp: Optimistic rollup và ZK rollup – chúng khác nhau chủ yếu về cách dữ liệu giao dịch này được đăng lên L1.

ETH2.0 là gì?

Ethereum 2.0 (Eth2) là một bản nâng cấp lớn cho mạng chính Ethereum hiện tại, được thiết kế để tăng tốc việc sử dụng và chấp nhận Ethereum bằng cách cải thiện hiệu suất của nó.

ETH 2.0 sử dụng kiến trúc Modular với mô hình Sharding để giải quyết bộ ba bất khả thi của Blockchain: bảo mật, khả năng mở rộng mạng lưới, tính phân tán.

ETH 2.0 sẽ ra mắt trong nhiều giai đoạn, giai đoạn đầu tiên, được gọi là Beacon Chain (Giai đoạn 0), đã hoạt động vào tháng 12 năm 2020. Beacon Chain giới thiệu tính năng Staking cho Ethereum, một tính năng của sự chuyển đổi sang cơ chế đồng thuận PoS.

Giai đoạn thứ hai của ETH 2.0 được gọi là The Merge và dự kiến ​​vào quý 2 năm 2022, và nó sẽ hợp nhất Beacon Chain với Ethereum Mainnet và đánh dấu bước chuyển chính thức từ PoW sang PoS (hiện tại đang trễ so với kế hoạch).

Trong giai đoạn này, mạng Ethereum ở trạng thái hiện tại sẽ được chuyển qua Ethereum 2.0.

Giai đoạn cuối cùng là Giai đoạn 2.0 hoặc Shard Chain, đưa giao dịch thực hiện vào các Shard Chain, dự kiến ​​trong năm 2023, sẽ đóng vai trò mở rộng quy mô bằng cách giới thiệu Sharding để xếp tất cả các hoạt động trên 64 chuỗi mới thay vì một chuỗi khối duy nhất, cuối cùng là tăng thông lượng giao dịch trên lớp cơ sở một cách đáng kể.

Để hiểu thêm về ETH 2.0 chúng ta cần nắm cơ bản về mô hình Sharding.

*** Tìm hiểu thêm về ETH 2.0 -> Xem tại đây

Vậy Sharding là gì?

Sharding là quá trình chia nhỏ cơ sở dữ liệu theo chiều ngang để dàn trải tải. Trong bối cảnh Ethereum, sharding sẽ giảm tắc nghẽn mạng và tăng giao dịch mỗi giây bằng cách tạo chuỗi mới, được gọi là “Shard”. Điều này cũng sẽ giảm tải cho mỗi trình xác thực, người dùng sẽ không còn bị yêu cầu xử lý toàn bộ tất cả các giao dịch trên toàn mạng.

Shard Chain v1: Tính khả dụng của dữ liệu

Khi Shard chain đầu tiên được vận chuyển, chúng sẽ chỉ cung cấp thêm dữ liệu cho mạng. Họ sẽ không xử lý các giao dịch hoặc hợp đồng thông minh. Nhưng chúng vẫn sẽ cung cấp những cải tiến đáng kinh ngạc cho các giao dịch mỗi giây khi được kết hợp với Rollup.

Như nói ở trên, Rollup là một giải pháp Layer 2 có nhiều ưu điểm và được ưa chuộng hiện nay. Chúng cho phép các Dapp đóng gói nhiều giao dịch thành một giao dịch ngoài chuỗi, tạo bằng chứng mật mã và sau đó gửi nó đến chuỗi chính. Điều này làm giảm dữ liệu cần thiết cho một giao dịch. Kết hợp điều này với tất cả dữ liệu bổ sung được cung cấp bởi các “Shard” và ta sẽ có 100.000 giao dịch mỗi giây.

Shard Chain v2: Thực thi mã

Trong giai đoạn 2 của Sharding, các Shard sẽ được phép lưu trữ và thực thi mã cũng như xử lý các giao dịch, vì mỗi Shard sẽ chứa một bộ hợp đồng thông minh và số dư tài khoản duy nhất của nó. Giao tiếp giữa các Shard sẽ cho phép thực hiện các giao dịch giữa các Shard.

Chúng ta đã nói về các vướng mắc của ETH 1.0, cũng đã thảo luận về giải pháp mở rộng L2 và cũng thấy rằng ETH 2.0 được kỳ vọng sẽ giải quyết được nhiều vấn đề về khả năng mở rộng mà các giải pháp mở rộng L2 đang bắt đầu giải quyết. Và giờ trọng tâm vấn đề chúng ta sẽ trả lời câu hỏi sau:

Layer 2 có còn cần thiết khi Ethereum hoàn thành ETH 2.0

Vitalik Buterin, khi nói chuyện với Bankless podcast về ETH 2.0 đã đề cập rằng: Phần lớn các Shard sẽ làm kho dữ liệu, chỉ một vài Shard thêm khả năng xử lý các hợp đồng thông minh. Điều này có thể tăng tốc độ phân phối.

Có nghĩa là, L2 vẫn là mảnh ghép quan trọng của Ethereum 2.0 để:

Giúp mạng rẻ hơn

Kể cả khi Ethereum hoàn thành ETH 2.0 thì nhu cầu dùng mạng càng cao hay số lượng giao dịch càng lớn thì giá gas phải trả càng cao. Tuy nhiên, các giải pháp L2 đóng gói các giao dịch và xác minh trên chuỗi chính, vì thế càng nhiều giao dịch trên L2 thì chi phí giao dịch càng rẻ lại do chi phí theo lô được chia đều ra cho các giao dịch đơn lẻ.

=> Để dễ hình dung chúng ta lấy ví dụ như thế này: hãy tưởng tượng, giải pháp L2 như Rollup là 1 chuyến tàu vận chuyển dữ liệu đến ga cuối là ETH 2.0, mỗi giao dịch trên L2 như là 1 hành khách. Chi phí vận hành cho 1 chuyến tàu gần như cố định. Nếu cả 1 chuyến tàu chỉ 1 hành khách, dĩ nhiên chi phí 1 hành khách để đến ga cuối sẽ rất cao. Tuy nhiên, nếu có rất nhiều hành khách, càng nhiều hành khách lên tàu, với chi phí vận hành chuyến tàu thay đổi không đáng kể, thì mỗi hành khách sẽ trả phí đi tàu sẽ ít lại. Mỗi giao dịch trên giải pháp Rollup sẽ tương tự như những người khách đi tàu, càng nhiều người dùng chi phí lại càng rẻ.

Giúp ETH 2.0 mở rộng

Vì đa phần các Shard chỉ xác minh và lưu dữ liệu, do vậy các L2 sẽ là nơi các Dapp xây dựng trên đó. Hàng trăm giao dịch thực hiện trên L2 sẽ được đóng gói và gởi đến mạng chính để xác minh và lưu trữ theo cộng nghệ sharding của ETH 2.0, giúp giảm tải một lần nữa cho các Shard và giúp mạng lưới tăng tốc độ nhanh hơn nữa, có khả năng lên đến 100.000 giao dịch mỗi giây.

=> Hãy tưởng tượng ETH 2.0 là tuyến đường sắt với 64 đường ray là 64 Shard, các L2 như là các chuyến tàu, chở khách trên 64 đường ray này. 64 đường ray này cho phép các chuyến tàu chạy song song cùng lúc. Các bạn dễ dàng hình dung được rằng, lượng hành khách trong cùng 1 lúc sẽ lớn như thế nào:

64 chuyến tàu * mỗi chuyến tàu có hàng ngàn hành khách

thì lượng hành khách đi cùng lúc sẽ cực kỳ lớn và đương nhiên tốc độ các chuyến tàu này sẽ nhanh hơn rất nhiều so với 1 đường ray mà có nhiều chuyến tàu (như ETH 1.0) vì phải chạy lần lượt từng chuyến tàu nên trong cùng thời điểm, và khó có thể tăng lượng hành khách lên một cách thoải mái (đương nhiên đoàn tàu không thể nối toa quá nhiều vì tàu không chạy nổi).

Đó là cách mà giải pháp L2 cộng hưởng với ETH2.0 cùng công nghệ Sharding sẽ mở rộng Ethereum và giúp Ethereum nhanh hơn là thế.

L2 không chỉ được thiết kế riêng cho Ethereum

Mà còn cung cấp dịch vụ cho nhiều chuối khối Layer 1 khác. Chính vì vậy, Layer 2 cũng là mảnh ghép giúp cho ETH 2.0 có thể tương tác crosschain liền mạch với các Layer 1 khác.

=> Chúng ta tiếp tục ví dụ ở trên, mỗi L2 như chuyến tàu. Chúng ta hãy tưởng tượng Ga Sài Gòn là Ethereum, và chúng ta có đường sắt trên cao vận chuyển hành khách đến khắp các nơi trong thành phố Hồ Chí Minh đến ga cuối là Ga Sài Gòn. Nhưng các chuyến tàu này, ngoài chức năng     đó, còn vận chuyển hành khách đến các ga khác như Ga Hà Nội. Nếu tưởng tượng ga Hà Nội là Near Protocol, thì ta thấy rằng, L2 cũng đã tương tác crosschain với Ga Sài Gòn là Ethereum.

Giúp ETH 2.0 tăng tính phi tập trung

Như nói ở trên, các Shard sẽ có nhiệm vụ chính là xác minh và lưu dữ liệu còn L2 sẽ đóng gói hàng trăm giao dịch để gởi về mạng chính để xử lý, nghĩa là Sharding sẽ hoạt động đồng bộ với các L2 như Rollup bằng cách chia nhỏ gánh nặng xử lý lượng lớn dữ liệu cần thiết. Các trình xác thực sẽ không còn bắt buộc phải tự lưu trữ tất cả dữ liệu này nữa mà thay vào đó, có thể sử dụng các kỹ thuật dữ liệu để xác nhận rằng toàn bộ dữ liệu đã được cung cấp bởi mạng. Điều này làm giảm đáng kể chi phí lưu trữ dữ liệu trên L1 bằng cách giảm yêu cầu phần cứng, cuối cùng sẽ cho phép bạn chạy Ethereum trên máy tính xách tay hoặc điện thoại cá nhân. Vì vậy, nhiều người sẽ có thể tham gia hoặc điều hành, trong việc phân mảnh Ethereum. Điều này sẽ tăng tính bảo mật vì mạng càng phi tập trung thì diện tích bề mặt tấn công càng nhỏ.

TỔNG KẾT

Với việc sử dụng mô hình kiến trúc Modular mà cụ thể là Sharding, chúng ta đã làm rõ được vai trò thực sự của L2 trong mối tương quan với Ethereum 2.0. Mảnh ghép L2 đem lại khả năng mở rộng vô tận cho Ethereum trong khi vẫn giữ tính bảo mật – phi tập trung. Khi Ethereum 2.0 hoàn thành, nhờ vào L2 mà chúng ta có thể sử dụng các ứng dụng với chi phí cực kỳ thấp, cực kỳ nhanh và cực kỳ an toàn. Có lẽ, với lượng người dùng nhiều nhất, dòng tiền lớn nhất và số DApp lớn nhất, Ethereum 2.0 và các giải pháp L2 được kỳ vọng sẽ đưa hàng tỷ người dùng vào Web 3.0 cùng với Ethereum.