Tiêu đề ban đầu:A beginner's guide to understanding the layers of blockchain technology

Tác giả gốc:cointelegraph

Tác giả gốc: H.Forest Ventures

Lý do được đề xuất:

Lý do được đề xuất:

Các chuỗi khối có các kiến ​​trúc phân lớp khác nhau để tạo điều kiện thuận lợi cho cách xác thực giao dịch độc đáo này. Do đó, đối với các nhà nghiên cứu và những người đam mê blockchain, việc hiểu được phân lớp của blockchain là cơ sở cho các nghiên cứu nâng cao trong ngành.

tiêu đề cấp đầu tiên

Hiểu các lớp khác nhau của chuỗi khối

Nếu bạn đã nghiên cứu về tiền điện tử hoặc chuỗi khối theo bất kỳ cách nào, thì có lẽ bạn đã bắt gặp các thuật ngữ như giao thức lớp một và lớp hai. Bạn có tò mò về những lớp này là gì và tại sao chúng tồn tại không? Hãy để chúng tôi thảo luận về kiến ​​trúc lớp blockchain trong bài viết này.

Công nghệ sổ cái phân tán (DLT) lưu trữ thông tin được xác minh bằng mật mã giữa một nhóm người dùng đã đồng ý thông qua một giao thức mạng được xác định trước mà không có sự giám sát của cơ quan trung ương. Kết hợp các công nghệ này lại với nhau có thể thúc đẩy lòng tin giữa những người hoặc các bên, những người nếu không sẽ không có động cơ để làm như vậy. Chúng cho phép các mạng blockchain trao đổi giá trị và dữ liệu một cách an toàn giữa những người dùng.

Do thiếu cơ quan trung ương nên blockchain phải rất an toàn. Chúng cũng phải cực kỳ có khả năng mở rộng để xử lý dữ liệu ngày càng tăng của người dùng, giao dịch và các dữ liệu khác. Các lớp được sinh ra do nhu cầu về khả năng mở rộng trong khi vẫn duy trì bảo mật hàng đầu.

tiêu đề cấp đầu tiên

Khả năng mở rộng chuỗi khối là gì?

Thuật ngữ "nhân rộng" trong công nghệ chuỗi khối đề cập đến sự gia tăng thông lượng hệ thống, được đo bằng giao dịch mỗi giây. Với việc áp dụng rộng rãi tiền điện tử trong cuộc sống hàng ngày, lớp chuỗi khối hiện cần thiết để cải thiện an ninh mạng, lưu giữ hồ sơ và các chức năng khác.

Blockchain là lớp đầu tiên của một hệ sinh thái phi tập trung. Tầng thứ hai là tích hợp của bên thứ ba được sử dụng cùng với tầng thứ nhất để tăng số lượng nút và do đó tăng thông lượng hệ thống. Có nhiều công nghệ chuỗi khối lớp thứ hai hiện đang được triển khai. Hợp đồng thông minh được sử dụng trong các giải pháp này để tự động hóa các giao dịch.

Khi bitcoin trở thành một lực lượng quan trọng hơn trong thế giới kinh doanh, các nhà phát triển chuỗi khối đang cố gắng mở rộng phạm vi quản trị chuỗi khối. Họ hy vọng sẽ giảm thời gian xử lý và cải thiện TPS bằng cách phát triển lớp blockchain và tối ưu hóa khả năng mở rộng của lớp thứ hai.

tiêu đề cấp đầu tiên

Bộ ba bất khả thi blockchain (trilemma)

Bộ ba bất khả thi của chuỗi khối đề cập đến quan điểm phổ biến rằng một mạng phi tập trung chỉ có thể cung cấp hai trong số ba lợi ích tại bất kỳ thời điểm nào, về phân cấp, bảo mật và khả năng mở rộng.

Các nhà khoa học máy tính đã nghĩ ra định lý Tính nhất quán, Tính khả dụng và Dung sai Phân vùng (CAP) vào những năm 1980 để thể hiện có lẽ là khó khăn quan trọng nhất trong số những khó khăn này. Định lý CAP nói rằng lưu trữ dữ liệu phi tập trung, chẳng hạn như chuỗi khối, chỉ có thể đáp ứng đồng thời hai trong số ba đảm bảo trên.

Trong bối cảnh của mạng phân tán hiện tại, định lý này đã phát triển thành bộ ba bất khả thi của chuỗi khối. Quan điểm phổ biến là cơ sở hạ tầng chuỗi khối công cộng phải hy sinh tính bảo mật, phân cấp hoặc khả năng mở rộng.

• Do đó, điểm mấu chốt của công nghệ chuỗi khối là tạo ra một mạng có bảo mật không thể xuyên thủng trên một mạng phi tập trung rộng rãi, đồng thời xử lý thông lượng giao dịch ở quy mô Internet.

• Trước khi đi sâu vào động lực của bộ ba bất khả thi, hãy xác định khả năng mở rộng, bảo mật và phân cấp theo các thuật ngữ chung:

• Bảo mật đề cập đến khả năng bảo vệ dữ liệu trên chuỗi khối khỏi các cuộc tấn công khác nhau và khả năng bảo vệ chuỗi khối chống lại chi tiêu gấp đôi.

Phân cấp là một loại dự phòng mạng nhằm đảm bảo rằng mạng không bị kiểm soát bởi ít thực thể hơn.

Sự tương tác giữa khả năng mở rộng, bảo mật và phân quyền.

hình ảnh

Bây giờ, giả sử rằng cả hai chuỗi khối bằng chứng công việc đều có cùng mức độ phân cấp và coi bảo mật là tỷ lệ băm của chuỗi khối. Thời gian xác nhận giảm khi tỷ lệ băm tăng, trong khi khả năng mở rộng tăng khi bảo mật tăng. Do đó, khả năng mở rộng và bảo mật tương xứng với sự phân cấp liên tục.

hình ảnh

Do đó, chuỗi khối không thể được tối ưu hóa cho cả ba chức năng mong muốn cùng một lúc, buộc nó phải đánh đổi. Ethereum này là ví dụ mới nhất của bộ ba bất khả thi. Mùa hè này chứng kiến ​​sự gia tăng trong việc sử dụng nền tảng Ethereum do sự gia tăng của các ứng dụng tài chính phi tập trung (DeFi). Ethereum chỉ có thể phát triển cho đến nay.

Do nhu cầu gia tăng, phí giao dịch đã tăng đến mức một số người không thể tham gia vào chuỗi khối. Phí Ethereum tăng lên là một ví dụ về bộ ba bất khả thi vì chúng ta có thể thấy rằng Ethereum không thể mở rộng quy mô mà không phải hy sinh bảo mật hoặc phân cấp.

Trọng tâm của Ethereum là phân quyền và bảo mật, số lượng giao dịch mỗi giây bị hạn chế (khả năng mở rộng). Người dùng trả phí cao hơn để khuyến khích những người khai thác ưu tiên giao dịch của họ. Tương tự như vậy, tính phi tập trung và bảo mật được ưu tiên hơn khả năng mở rộng của Bitcoin.

Ai cũng biết rằng khả năng mở rộng của các chuỗi khối như Bitcoin và Ethereum hiện đang bị hạn chế. Do đó, một cộng đồng toàn cầu gồm các công ty khởi nghiệp, tập đoàn và nhà công nghệ đang điên cuồng nghiên cứu các giải pháp lớp 1 và lớp 2 để giải quyết bộ ba bất khả thi của chuỗi khối.

Các nhà phát triển đang tiếp cận vấn đề này từ nhiều góc độ khác nhau. Bitcoin Cash (BCH) đã tăng kích thước khối để cải thiện khả năng mở rộng của Bitcoin, tuy nhiên, không có bằng chứng nào cho thấy nó đang trở nên phổ biến hơn.

Bitcoin đang tìm cách giải quyết vấn đề này bằng cách thêm một lớp lên trên lớp blockchain hiện có. Theo ý tưởng đằng sau các giải pháp mở rộng quy mô, các giải pháp lớp thứ hai kết hợp một số lượng lớn các giao dịch và chỉ thỉnh thoảng truy vấn chuỗi khối lớp cơ sở. Ethereum đang thực hiện một cách tiếp cận kết hợp để mở rộng quy mô chuỗi khối lớp cơ sở thông qua phân đoạn và cộng đồng đang mong đợi một số giải pháp lớp thứ hai để tăng thêm thông lượng.

tiêu đề cấp đầu tiên

Trong một mạng lưới kiến ​​trúc chuỗi khối phân tán, mỗi người tham gia mạng duy trì, ủy quyền và cập nhật các mục mới. Một tập hợp các khối với các giao dịch theo thứ tự cụ thể đại diện cho cấu trúc của công nghệ chuỗi khối. Các danh sách này có thể được lưu dưới dạng tệp phẳng (định dạng txt) hoặc cơ sở dữ liệu đơn giản. Kiến trúc chuỗi khối có thể là công khai, tư nhân hoặc tập đoàn.

Kiến trúc lớp của chuỗi khối được chia thành sáu lớp.

hình ảnh

lớp cơ sở hạ tầng phần cứng

Nội dung của chuỗi khối được lưu trữ trên các máy chủ trong một trung tâm dữ liệu ở đâu đó trên hành tinh đáng yêu này. Máy khách yêu cầu nội dung hoặc dữ liệu từ máy chủ ứng dụng trong khi duyệt web hoặc sử dụng bất kỳ ứng dụng nào, đây được gọi là kiến ​​trúc máy khách-máy chủ.

Giờ đây, khách hàng có thể kết nối và chia sẻ dữ liệu với các khách hàng ngang hàng. Mạng ngang hàng (P2P) là một nhóm lớn các máy tính chia sẻ dữ liệu. Chuỗi khối là một mạng máy tính ngang hàng tính toán, xác minh và ghi lại các giao dịch một cách có trật tự trên một sổ cái chung. Kết quả là, một cơ sở dữ liệu phân tán được tạo, lưu trữ tất cả dữ liệu, giao dịch và dữ liệu liên quan khác. Các nút là các máy tính trong mạng P2P.

lớp dữ liệu

Cấu trúc dữ liệu của chuỗi khối được biểu diễn dưới dạng danh sách các chuỗi khối trong đó các giao dịch được sắp xếp. Cấu trúc dữ liệu của chuỗi khối bao gồm hai yếu tố cơ bản: con trỏ và danh sách liên kết. Danh sách được liên kết là danh sách các khối được liên kết có chứa dữ liệu và con trỏ tới khối trước đó.

Một con trỏ là một biến đề cập đến vị trí của một biến khác và một danh sách được liên kết chứa dữ liệu và một con trỏ tới khối trước đó. Cây Merkle là cây nhị phân gồm các giá trị băm. Mỗi khối chứa thông tin như hàm băm gốc của cây Merkle và hàm băm của khối trước đó, dấu thời gian, nonce, số phiên bản khối và mục tiêu độ khó hiện tại.

Để bảo vệ tính bảo mật và tính toàn vẹn của dữ liệu chứa trong chuỗi khối, các giao dịch cần được ký điện tử. Khóa riêng được sử dụng để ký các giao dịch và bất kỳ ai có khóa chung đều có thể xác minh người ký. Chữ ký số phát hiện thao tác thông tin. Vì dữ liệu được mã hóa cũng được ký, chữ ký số đảm bảo nhận dạng. Kết quả là, mọi thao tác sẽ làm mất hiệu lực chữ ký.

lớp mạng

Không thể tìm thấy dữ liệu vì nó được mã hóa. Ngay cả khi bị bắt, nó không còn có thể bị giả mạo. Danh tính của người gửi hoặc chủ sở hữu cũng được bảo vệ bằng chữ ký điện tử. Do đó, chữ ký được kết nối hợp pháp với chủ sở hữu của nó và không thể bị bỏ qua.

Lớp mạng, thường được gọi là lớp P2P, chịu trách nhiệm liên lạc giữa các nút. Khám phá, giao dịch và lan truyền khối đều được xử lý bởi lớp mạng. Lớp lan truyền là tên gọi khác của lớp này.

lớp đồng thuận

Lớp đồng thuận rất quan trọng đối với sự tồn tại của nền tảng blockchain. Lớp đồng thuận là lớp cần thiết và quan trọng nhất trong bất kỳ chuỗi khối nào, có thể là Ethereum, Hyperledger hoặc các chuỗi khối khác. Lớp đồng thuận chịu trách nhiệm xác thực các khối, sắp xếp chúng và đảm bảo mọi người đều đồng ý.

lớp ứng dụng

hình ảnh

lớp ứng dụng

Mạng chuỗi khối đóng vai trò là công nghệ phụ trợ cho các ứng dụng này và chúng giao tiếp với nó thông qua các API. Hợp đồng thông minh, quy tắc cơ bản và mã chuỗi đều là một phần của lớp thực thi.

Mặc dù một giao dịch chuyển từ lớp ứng dụng sang lớp thực thi, nhưng nó được xác thực và thực thi ở lớp ngữ nghĩa. Các ứng dụng đưa ra các hướng dẫn cho lớp thực thi, lớp này thực hiện các giao dịch và đảm bảo tính hữu hạn của chuỗi khối.

tiêu đề cấp đầu tiên

Giải thích về lớp chuỗi khối

lớp 0

Lớp 0 của chuỗi khối bao gồm các thành phần giúp biến chuỗi khối thành hiện thực. Đây là công nghệ cho phép Bitcoin, Ethereum và các mạng chuỗi khối khác hoạt động. Các thành phần Cấp 0 bao gồm Internet, phần cứng và khả năng kết nối sẽ cho phép Cấp 1 hoạt động trơn tru.

cấp một

Đây là lớp cơ sở, có tính bảo mật dựa trên tính bất biến của nó. Mạng Ethereum hoặc Lớp 1 là những gì mọi người đang ám chỉ khi họ nói Ethereum. Lớp này chịu trách nhiệm về quy trình đồng thuận, ngôn ngữ lập trình, thời gian tạo khối, giải quyết tranh chấp cũng như các quy tắc và tham số duy trì chức năng cơ bản của mạng chuỗi khối. Nó còn được gọi là lớp thực hiện. Bitcoin là một ví dụ về chuỗi khối lớp 1.

Câu hỏi cấp độ 1

Các giải pháp mở rộng này, khi được sử dụng cùng nhau, sẽ tăng thông lượng của mạng. Tuy nhiên, khi số lượng người dùng blockchain tăng lên, lớp đầu tiên dường như là không đủ. Quy trình đồng thuận bằng chứng công việc lỗi thời và vụng về vẫn được sử dụng trên các chuỗi khối lớp 1.

Mặc dù phương pháp này an toàn hơn các phương pháp khác, nhưng nó bị giới hạn bởi tốc độ. Những người khai thác cần sử dụng sức mạnh tính toán để giải các thuật toán mật mã. Do đó, cần nhiều sức mạnh tính toán và thời gian hơn trong thời gian dài. Hơn nữa, khi số lượng người dùng tăng lên, khối lượng công việc của chuỗi khối lớp 1 cũng tăng theo. Kết quả là tốc độ xử lý và dung lượng chậm hơn.

giải pháp khả thi

Proof of Authority là một sự đồng thuận khác mà Ethereum 2.0 sẽ áp dụng. Phương pháp đồng thuận này xác thực các khối dữ liệu giao dịch mới đối với tài sản thế chấp của những người tham gia mạng, dẫn đến một chương trình hiệu quả hơn.

Sharding là một giải pháp mở rộng quy mô cho gánh nặng của các vấn đề chuỗi khối lớp một. Nói một cách đơn giản, sharding chia nhiệm vụ xác thực và xác thực giao dịch thành các phần nhỏ hơn, dễ quản lý hơn. Do đó, khối lượng công việc có thể được phân phối trên mạng để sử dụng sức mạnh tính toán của nhiều nút hơn. Vì mạng xử lý song song các phân đoạn này nên nhiều giao dịch có thể được xử lý tuần tự và đồng thời.

Tầng hai

Các mạng lớp phủ trên cùng của lớp cơ sở được gọi là giải pháp L2. Giao thức tận dụng lớp thứ hai để tăng khả năng mở rộng bằng cách loại bỏ một số tương tác khỏi lớp cơ sở. Do đó, các hợp đồng thông minh trên giao thức chuỗi khối chính chỉ xử lý tiền gửi và rút tiền, đồng thời đảm bảo tuân thủ các giao dịch ngoài chuỗi. Lightning Network của Bitcoin là một ví dụ về chuỗi khối lớp thứ hai.

Vì vậy, sự khác biệt giữa chuỗi khối lớp 1 và lớp 2 là gì? Blockchain là lớp đầu tiên của một hệ sinh thái phi tập trung. Tầng thứ hai là tích hợp của bên thứ ba được sử dụng cùng với tầng thứ nhất để tăng số lượng nút và do đó tăng thông lượng hệ thống. Có nhiều công nghệ chuỗi khối lớp thứ hai hiện đang được triển khai.

Giải pháp mở rộng lớp 2

Các giao thức lớp 2 đã bùng nổ về mức độ phổ biến trong những năm gần đây, đặc biệt khi chúng đã được chứng minh là giải pháp hiệu quả nhất cho vấn đề mở rộng quy mô của mạng PoW. Các phần sau đây giải thích các giải pháp mở rộng lớp thứ hai khác nhau.

chuỗi khối lồng nhau

Các chuỗi khối lớp thứ hai lồng nhau chạy chồng lên nhau. Về cơ bản, lớp đầu tiên thiết lập cài đặt trong khi lớp thứ hai thực hiện lập trình. Trên một chuỗi chính duy nhất, có thể có nhiều lớp chuỗi khối. Hãy nghĩ về nó như một cấu trúc kinh doanh điển hình.

Thay vì để một người (ví dụ: người quản lý) làm tất cả công việc, ban quản lý ủy thác nhiệm vụ cho cấp dưới, những người này sau đó sẽ báo cáo lại cho ban quản lý khi hoàn thành. Do đó, khối lượng công việc của quản trị viên giảm đi trong khi khả năng mở rộng được tăng lên. Ví dụ: dự án OMG Plasma hoạt động như một chuỗi khối thứ cấp cho giao thức chính của Ethereum, cho phép các giao dịch rẻ hơn và nhanh hơn.

kênh nhà nước

Thay vào đó, nó là một tài nguyên liền kề với mạng được bảo mật thông qua các cơ chế hợp đồng thông minh hoặc đa chữ ký. Khi một giao dịch hoặc lô giao dịch hoàn thành trên kênh trạng thái, "trạng thái" cuối cùng của "kênh" và tất cả các chuyển đổi vốn có của nó sẽ được xuất bản lên chuỗi khối cơ bản.

chuỗi bên

Ví dụ về các kênh trạng thái bao gồm Mạng Lightning của Bitcoin và Mạng Raiden của Ethereum. Trong một bộ ba bất khả thi, các kênh trạng thái từ bỏ một số phân quyền để đổi lấy khả năng mở rộng cao hơn.

chuỗi bên

Sidechains là chuỗi giao dịch chạy dọc theo chuỗi khối và được sử dụng cho các giao dịch số lượng lớn. Chuỗi bên có các phương thức đồng thuận có thể điều chỉnh tốc độ và khả năng mở rộng, đồng thời mã thông báo tiện ích thường được sử dụng như một phần của cơ chế truyền dữ liệu giữa chuỗi bên và chuỗi chính. Chức năng chính của chuỗi chính là cung cấp bảo mật chung và giải quyết tranh chấp.

bản tóm tắt

Rollup là một giải pháp mở rộng quy mô chuỗi khối lớp 2 thực hiện các giao dịch bên ngoài mạng lớp 1 và sau đó tải dữ liệu từ các giao dịch lên chuỗi khối lớp 2. Lớp đầu tiên có thể giữ cho phần tóm tắt an toàn vì dữ liệu nằm trên lớp cơ sở.

hình ảnh

tầng thứ ba

Lớp ứng dụng thường được gọi là Lớp 3 hoặc L3. Các mục L3 đóng vai trò là giao diện người dùng trong khi che giấu các khía cạnh kỹ thuật của kênh liên lạc. Các ứng dụng L3 cung cấp khả năng ứng dụng chuỗi khối trong thế giới thực, như được giải thích trong Cấu trúc phân lớp của Kiến trúc chuỗi khối.

Các vấn đề gặp phải khi lưu trữ dữ liệu phân tán dẫn đến các chuỗi khối được chuyển sang các chuỗi khối. Để hiểu rõ hơn về những khó khăn này và các vấn đề liên quan, thuật ngữ "bộ ba bất khả thi blockchain" đã được đặt ra để nhóm chúng lại. Mặc dù thuật ngữ "bộ ba bất khả thi" vẫn tồn tại, nhưng bộ ba bất khả thi trong blockchain chỉ là một phỏng đoán. Giả thuyết này có thể chính xác dựa trên dữ liệu trước đó, nhưng nó chưa được chứng minh hay bác bỏ. Mặc dù các giải pháp lớp 1 và lớp 2 đã có một số thành công, nhưng vẫn cần phải nghiên cứu thêm.

Tóm lại là

tiêu đề cấp đầu tiên

Tóm lại là

Một trong những lý do khiến các doanh nghiệp blockchain khó có thể áp dụng tiền điện tử chính thống ngay bây giờ là khả năng mở rộng. Khi nhu cầu về tiền điện tử tăng lên, áp lực mở rộng quy mô các giao thức chuỗi khối cũng tăng theo. Bởi vì cả hai cấp độ chuỗi khối đều có những hạn chế riêng, nên giải pháp cuối cùng sẽ là phát triển một hệ thống có thể giải quyết bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng.

Lớp đầu tiên rất quan trọng vì nó là nền tảng của hệ thống phi tập trung. Vấn đề về khả năng mở rộng của chuỗi khối cơ bản được giải quyết thông qua giao thức lớp thứ hai. Thật không may, hầu hết các giao thức Lớp 3 (DApps) hiện chỉ hoạt động trên Lớp 1, bỏ qua Lớp 2. Không có gì ngạc nhiên khi những hệ thống này không hoạt động tốt như chúng tôi mong muốn.

Các ứng dụng lớp 3 rất quan trọng vì chúng giúp phát triển các trường hợp sử dụng chuỗi khối trong thế giới thực. Tuy nhiên, chúng sẽ không thu được nhiều giá trị như các chuỗi khối cơ bản của chúng so với các mạng truyền thống.

Ghi chú của người dịch:

Nói sâu hơn, cấu trúc chuỗi khối có tổng cộng 5 lớp, đó là lớp dữ liệu, lớp mạng, lớp đồng thuận, lớp khuyến khích và lớp ứng dụng. Với sự gia tăng nhanh chóng của các hợp đồng thông minh trên Ethereum, hệ thống chuỗi khối đã thiết lập một cấu trúc mới: nghĩa là, một lớp hợp đồng được thêm vào giữa lớp khuyến khích và lớp ứng dụng. Tuy nhiên, do bộ ba bất khả thi của blockchain, khả năng mở rộng luôn là một vấn đề không thể vượt qua. Khi ngày càng có nhiều người dùng tham gia chuỗi khối, nhiều lớp hơn có thể được đưa vào cấu trúc.@Forest_Ventures

Theo chúng tôi:H.Forest

Twitter của chúng tôi: