Khả năng mở rộng của chuỗi blockchain đặc biệt "Triple Paradox"

Pan Xizhi, Phòng R&D Sản phẩm của JD Zhilian Cloud

chữ

• Pan Xizhi, Phòng R&D Sản phẩm của JD Zhilian Cloud

• Với sự ra đời của Bitcoin, công nghệ chuỗi khối đã được ngày càng nhiều người công nhận trong 10 năm qua, chuỗi khối đã xây dựng nền tảng mạng giá trị trong thời đại kinh tế kỹ thuật số. Trong số các vấn đề kỹ thuật như mô hình kinh tế, cơ chế đồng thuận và mật mã đằng sau chuỗi công khai blockchain, vấn đề “bộ ba bất khả thi” (hay còn gọi là vấn đề “tam giác bất khả thi”) luôn nóng bỏng. chuỗi công khai blockchain, ba đặc điểm "phân cấp", "bảo mật" và "khả năng mở rộng" không thể kết hợp tốt với nhau.

• "Phân cấp" có nghĩa là bất kỳ ai cũng có thể tham gia sản xuất và xác minh hệ thống chuỗi khối với tư cách là một nút. Càng nhiều nút thì mức độ phân cấp càng cao. Đây cũng là đặc điểm cốt lõi giúp phân biệt chuỗi khối với các hệ thống Internet truyền thống.

"Bảo mật" là mức chi phí phải trả để có được quyền kiểm soát hệ thống chuỗi khối, chi phí càng cao thì tính bảo mật càng cao, đây cũng là cơ sở để hệ thống chuỗi khối cho phép những người tham gia hình thành "sự đồng thuận".

"Khả năng mở rộng" đề cập đến khả năng xử lý thông tin giao dịch của hệ thống chuỗi khối, phần lớn phụ thuộc vào hiệu suất xử lý giao dịch, tức là TPS (số lượng giao dịch được xử lý mỗi giây). Thực tế đã chứng minh rằng khả năng mở rộng là chìa khóa của chuỗi khối ngày nay. trở ngại lớn nhất (chẳng hạn như Bitcoin) mà hệ thống không thể được áp dụng cho các tình huống ứng dụng thực tế, lý do chính cho kết quả này là mỗi giao dịch phải được đồng ý trên tất cả các nút và chi phí mà mỗi nút phải trả để tham gia vào hệ thống chuỗi khối.

Trên thực tế, trong "bộ ba bất khả thi", ba đặc điểm có lộ trình phát triển công nghệ độc lập của riêng chúng và hy sinh một đặc điểm không có nghĩa là có thể cải thiện đặc điểm khác mà chỉ trong các điều kiện kỹ thuật hiện có, Nếu một hệ thống chuỗi khối muốn tối đa hóa sự tích hợp của ba đặc điểm này, thường sẽ có sự đánh đổi, hơn nữa, nếu bỏ qua “phân quyền” và “bảo mật” trong “bộ ba”, thì không có cách nào để nói về “Blockchain” và “hệ thống” , vì vậy chúng tôi đã thấy rằng trong nhiều năm qua, khi các hệ thống chuỗi khối công khai khác nhau cố gắng vượt qua vấn đề "bộ ba bất khả thi", ưu tiên phổ biến nhất là tối ưu hóa hệ thống bằng cách cải thiện hiệu suất TPS.

Trước khi nói về khả năng mở rộng, trước tiên hãy hiểu khái niệm về chỉ số cốt lõi "TPS" trong khả năng mở rộng:

TPS (Transaction Per Second) đề cập đến số lượng giao dịch trung bình được hệ thống xử lý mỗi giây. Đối với hệ thống chuỗi công khai chuỗi khối, TPS là một chỉ số quan trọng để đo lường hiệu suất hệ thống; số lượng giao dịch chia cho số giây trong khoảng thời gian này là một giá trị trung bình. Giá trị trung bình này không có nghĩa là hệ thống sẽ xử lý cùng một lượng giao dịch mỗi giây. Số lượng giao dịch thực tế được hệ thống xử lý trong mỗi khoảng thời gian là cao hay thấp. Thấp, lấy Bitcoin làm ví dụ, vì khoảng thời gian giữa hai khối Bitcoin là 10 phút (600 giây), nếu có 2400 giao dịch trong khối được đóng gói trong thời gian này, thì TPS của Bitcoin là 2400/600 = 4, vâng, trên thực tế, TPS của Bitcoin chỉ khoảng 4.Mô tả hình ảnh）

Biểu đồ số lượng giao dịch lịch sử bitcoin (hình trên là từ JD Zhilian Cloud

Dịch vụ dữ liệu chuỗi khối BDS

Để so sánh, đây là một số tham chiếu dữ liệu dành cho bạn: Visa là khoảng 1600TPS (giá trị cao nhất là 56000TPS), hoạt động cao nhất của Netlink Double 11 là khoảng 100.000TPS, hệ thống chuỗi khối chính hiện tại Ethereum hiện là khoảng 20TPS và khu vực tập trung The hệ thống chuỗi khối XRP chỉ khoảng 1500TPS.

Về lý thuyết, khi băng thông là vô hạn, độ trễ truyền dữ liệu là vô cùng nhỏ và sức mạnh tính toán là vô cùng mạnh, thì hiệu quả của sự đồng thuận dữ liệu trong hệ thống chuỗi khối có thể cao vô cùng và TPS cũng có thể cao vô cùng; nhưng trong thực tế, sự tham gia Băng thông và sức mạnh xử lý máy tính của hầu hết người dùng hệ thống blockchain là rất hạn chế, vì vậy, đối với các nhà thiết kế hệ thống chuỗi công khai blockchain, cần giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng của mạng lưới người dùng trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất tối ưu của mạng. , đã trở thành một thách thức rất lớn.

Trong những năm gần đây, nhiều bên tham gia dự án chuỗi công khai đã tìm ra những cách mới để cải thiện TPS của hệ thống và một số thuật ngữ chuyên môn liên quan đã xuất hiện trong ngành, chẳng hạn như POW, POS, chuỗi chéo, sharding, DAG, nhóm đồng thuận không đồng bộ, Zero- bằng chứng kiến ​​​​thức, vv

Mô tả hình ảnh

Bài báo về Nhóm đồng thuận không đồng bộ tại NSDI

Trong số các công nghệ này, các cách chính hiện tại để cải thiện khả năng mở rộng của hệ thống chuỗi khối công khai (chủ yếu để cải thiện TPS) đại khái như sau: một là thay đổi cơ chế đồng thuận, hai là thay thế mạng DAG và thứ ba là để áp dụng công nghệ chuỗi chéo, thứ tư là sử dụng công nghệ phân mảnh.

1. Thay đổi cơ chế đồng thuận: Ngoài cơ chế đồng thuận POW (Proof-of-Work bằng chứng công việc) được sử dụng bởi Bitcoin, những cơ chế phổ biến hơn trong ngành là POS (Proof-of-Stake Proof of Interest), DPoS ( Bằng chứng cổ phần được ủy quyền) Bằng chứng vốn chủ sở hữu được ủy quyền), Algorand (nâng cấp POS, bằng chứng vốn chủ sở hữu thuần túy), PBFT (Khả năng chịu lỗi Byzantine thực tế, thuật toán chịu lỗi Byzantine thực tế), v.v., nếu bạn tính nhiều "phiên bản nâng cấp" và "phiên bản cải tiến" khác nhau ", Có ít nhất Hàng trăm cơ chế đồng thuận có thể được tìm thấy, nhưng sự xuất hiện của các cơ chế đồng thuận này chủ yếu là để cải thiện tình trạng thiếu TPS do POW được sử dụng bởi Bitcoin. Trong quá trình cải thiện, mỗi cơ chế đồng thuận cũng đã áp dụng nhiều Đánh đổi và thỏa hiệp.

Dựa trên điều này, PoS, Algorand và các cơ chế đồng thuận khác vi phạm hoàn toàn mục đích ban đầu của Pow đã xuất hiện. Các cơ chế đồng thuận này nhằm mục đích lật đổ khái niệm "khai thác" của cơ chế PoW và quảng bá cho người dùng rằng "những lợi ích được đầu tư lớn nhất trong hệ thống sẽ không gây hại cho hệ thống." "khái niệm đồng thuận (tương tự như cơ chế cổ đông trong các doanh nghiệp truyền thống), bởi vì các cơ chế này ít nhiều hy sinh tính phi tập trung, nên về cơ bản người dùng không cần khai thác và không có quá trình tính toán hàm băm nặng nề, vì vậy hệ thống có thể được sử dụng rất nhanh Người dùng tham gia vào nó và tạo ra các khối có kích thước lớn hơn PoW, vì vậy hiệu suất TPS của nó đương nhiên cao hơn nhiều so với PoW (một số dự án chuỗi công khai tuyên bố đạt hàng triệu hoặc hàng chục triệu TPS).

2. Thay thế mạng DAG: Cấu trúc cơ bản của blockchain là kết nối các khối dưới dạng chuỗi, tuy nhiên, DAG (Directed Acyclic Graph) thay thế cấu trúc chuỗi bằng cấu trúc mạng và hủy bỏ khu vực giao dịch. được thay thế bằng cách kết nối từng giao dịch với nhiều giao dịch khác (giao dịch sau xác minh giao dịch trước đó) và mỗi giao dịch xác minh lẫn nhau để đạt được sự đồng thuận, để cải thiện hiệu quả xác minh tổng thể của DAG theo khối lượng giao dịch và cuối cùng đạt được Mục đích của việc cải thiện TPS.

Mô tả hình ảnh

Tuy nhiên, ưu điểm và nhược điểm của DAG cũng rất rõ ràng, trước tiên hãy nói về ưu điểm, có hai ưu điểm chính của DAG, một là trong điều kiện băng thông hạn chế, DAG có thể ghi nhiều dữ liệu hơn theo cách không đồng bộ và đồng thời, do đó cải thiện TPS.Cấu trúc DAG tránh lãng phí sức mạnh tính toán khi sức mạnh tính toán của cấu trúc chuỗi truyền thống quá lớn và các vấn đề về phân nhánh dễ dàng;nhược điểm chính của DAG là hai, một là thời gian xác nhận của giao dịch cuối cùng không thể kiểm soát được (dựa vào xác nhận mới. Sự thiếu ổn định do xác nhận cũ gây ra) và thứ hai là về mặt bảo mật, nó chưa trải qua quá trình xác minh quy mô lớn tương tự như Bitcoin đã trải qua.

3. Công nghệ chuỗi chéo được áp dụng. Chuỗi chéo được chia thành hai cách: chuỗi đa chuỗi và chuỗi bên. Đa chuỗi, như tên của nó, là sử dụng nhiều chuỗi song song để thực hiện các giao dịch. So với chuỗi đơn Phương thức -chain, TPS của nhiều chuỗi song song phải lớn hơn phương thức chuỗi đơn, nhưng với sự gia tăng khối lượng giao dịch, nhu cầu liên lạc của dữ liệu chuỗi chéo sẽ tăng lên bất cứ lúc nào, một quỹ có thể được chuyển trên nhiều chuỗi và một tài khoản cũng có thể tạo ra các giao dịch trên nhiều chuỗi, điều này sẽ mang lại. Do đó, khi triển khai tính song song của nhiều chuỗi, việc tính toán TPS thường là một sự tích lũy đơn giản. Với sự trưởng thành của các công nghệ xuyên chuỗi như máy tiên tri, đa chuỗi chắc chắn sẽ có triển vọng phát triển lớn.

Mô tả hình ảnh

Công nghệ chuỗi bên còn được gọi là "kênh trạng thái ngoài chuỗi", là xây dựng kênh giao dịch ngoại tuyến tạm thời giữa người dùng, tất cả các giao dịch trung gian diễn ra ngoài chuỗi và chỉ trạng thái cuối cùng được xác minh trên chuỗi khối chính, để giải quyết áp lực TPS do các giao dịch thường xuyên của cùng một cặp người dùng mang lại cho hệ thống chuỗi khối và gián tiếp cải thiện khả năng mở rộng của hệ thống chuỗi khối. Ví dụ, hai thương nhân giao dịch với nhau nhiều lần trong ngày, nhưng đến cuối ngày, họ thấy rằng hai bên đã giao dịch hơn 1.000 lần, nhưng số tiền giao dịch tình cờ được bù trừ bằng 0. Đây là ứng dụng phù hợp nhất của công nghệ chuỗi bên. Nó là viết tắt của Lightning Network của Project Bitcoin và Raiden của Ethereum. Tuy nhiên, cần phải nhấn mạnh rằng mặc dù chuỗi bên giúp giảm áp lực lên hệ thống chuỗi khối, nhưng lượng TPS của nó không nên được tính vào TPS của hệ thống chuỗi khối.

4. Sử dụng công nghệ sharding, công nghệ sharding là giải phóng từng phân đoạn sau khi mỗi khối giao dịch được phân tách thành mạng chuỗi khối và mỗi phân đoạn ở trạng thái song song, do đó mỗi nút không phải tải xuống tất cả dữ liệu giao dịch, do đó cải thiện đáng kể tốc độ xử lý của hệ thống blockchain. Cần lưu ý rằng sự khác biệt lớn nhất giữa công nghệ sharding và công nghệ chuỗi chéo là tất cả các phân đoạn vẫn dựa trên cùng một chuỗi, do đó, việc phối hợp hiệu quả giữa các phân đoạn khác nhau để duy trì trật tự và tính chính xác của sự đồng thuận là vô cùng khó khăn.

Mô tả hình ảnh

Sơ đồ so sánh phân mảnh cơ sở dữ liệu và chuỗi khối