1kx: Kết quả cuối cùng của việc mở rộng blockchain là giảm thiểu sự tin cậy và mở rộng theo chiều ngang
Tác giả gốc: weidai.eth
Tổng hợp gốc: Luffy, Tin tức tầm nhìn xa
Ethereum là một máy tính thế giới không cần cấp phép, tại thời điểm viết bài, có độ bảo mật kinh tế cao nhất và hoạt động như một sổ cái thanh toán cho một loạt tài sản, ứng dụng và dịch vụ. Ethereum cũng có những hạn chế: không gian khối là nguồn tài nguyên khan hiếm và đắt tiền trên mạng chính Ethereum. Việc mở rộng L2 được coi là giải pháp tốt nhất cho vấn đề này, trong những năm gần đây có rất nhiều dự án tham gia vào lĩnh vực này, trong đó phần lớn là Rollup. Tuy nhiên, Rollup, theo nghĩa chặt chẽ của thuật ngữ này (dữ liệu nằm trên Ethereum L1), không đạt được khả năng mở rộng không giới hạn của Ethereum và giới hạn trên của nó là xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây.
Đầu tiên xin hiểu 2 khái niệm:
Giảm thiểu độ tin cậy: Nếu chức năng của hệ thống L2 không yêu cầu các bộ phận đáng tin cậy bên ngoài L1 cơ bản, thì (một tính năng của) hệ thống là giảm thiểu độ tin cậy.
Khả năng mở rộng theo chiều ngang: Một hệ thống có khả năng mở rộng theo chiều ngang nếu có thể thêm các phiên bản mà không tạo ra nút thắt cổ chai toàn cầu.
Trong bài viết này, chúng tôi lập luận rằng các hệ thống giảm thiểu độ tin cậy và có thể mở rộng theo chiều ngang là cách hứa hẹn nhất để mở rộng quy mô ứng dụng blockchain, nhưng hướng này hiện chưa được khám phá. Chúng tôi phát triển lập luận của mình bằng cách khám phá ba câu hỏi:
Tại sao các ứng dụng nên được giảm thiểu độ tin cậy?
Tại sao phải xây dựng một hệ thống có quy mô theo chiều ngang?
Làm cách nào chúng ta có thể tăng cường giảm thiểu sự tin cậy và khả năng mở rộng theo chiều ngang?
Tuyên bố từ chối trách nhiệm: Mặc dù bài viết này tập trung vào Ethereum với tư cách là L1 cơ bản, nhưng phần lớn những gì chúng tôi thảo luận ở đây cũng áp dụng cho các lớp thanh toán phi tập trung khác ngoài Ethereum.
Tại sao các ứng dụng nên được giảm thiểu độ tin cậy?
Các ứng dụng có thể kết nối với Ethereum một cách đáng tin cậy và chúng có thể ghi và đọc dữ liệu trên chuỗi khối Ethereum, nhưng cần phải tin tưởng rằng logic nghiệp vụ sẽ được thực thi chính xác. Các sàn giao dịch tập trung như Binance và Coinbase là những ví dụ tuyệt vời về các ứng dụng đáng tin cậy. Kết nối với Ethereum có nghĩa là các ứng dụng có thể tận dụng mạng lưới thanh toán toàn cầu với nhiều tài sản.
Có những rủi ro đáng kể liên quan đến các dịch vụ ngoài chuỗi đáng tin cậy. Sự sụp đổ của các sàn giao dịch và dịch vụ lớn vào năm 2022 (chẳng hạn như FTX và C) là một câu chuyện cảnh báo hay về những gì sẽ xảy ra khi các dịch vụ đáng tin cậy hoạt động sai và không hoạt động.
Mặt khác, các ứng dụng giảm thiểu độ tin cậy có thể ghi và đọc từ Ethereum theo cách có thể xác minh được, chẳng hạn như các ứng dụng hợp đồng thông minh như Uniswap, Rollups như A.bitrum hoặc zkSync và các bộ đồng xử lý như Lagrange và Axiom. Nói rộng ra, vì các ứng dụng được bảo mật bởi mạng Ethereum và nhiều chức năng hơn được gán cho L1 nên độ tin cậy sẽ bị loại bỏ. Kết quả là, các dịch vụ tài chính được giảm thiểu sự tin cậy có thể được cung cấp mà không có rủi ro đối tác hoặc người giám sát.
Bằng cách thuê ngoài chức năng cho L1, các ứng dụng và dịch vụ sẽ đạt được ba thuộc tính chính:
Tính sống động (và thứ tự): Các giao dịch do người dùng gửi phải được đưa vào (được thực hiện và giải quyết) một cách kịp thời.
Hiệu lực: Giao dịch được xử lý theo các quy tắc được chỉ định trước.
Tính khả dụng của dữ liệu (và trạng thái): Người dùng có thể truy cập dữ liệu lịch sử cũng như trạng thái ứng dụng hiện tại.
Đối với mỗi thuộc tính trên, chúng ta có thể nghĩ đến những giả định về độ tin cậy nào là bắt buộc; cụ thể là liệu Ethereum L1 có cung cấp thuộc tính đó hay không hoặc liệu có cần có sự tin tưởng từ bên ngoài hay không. Bảng dưới đây phân loại các ví dụ kiến trúc khác nhau.
Tại sao phải xây dựng một hệ thống có quy mô theo chiều ngang?
Chia tỷ lệ theo chiều ngang đề cập đến việc chia tỷ lệ bằng cách thêm các phiên bản độc lập hoặc song song vào hệ thống, chẳng hạn như ứng dụng hoặc bản tổng hợp. Điều này đòi hỏi không có tắc nghẽn toàn cầu trong hệ thống. Mở rộng quy mô theo chiều ngang có thể đạt được sự tăng trưởng theo cấp số nhân về thông lượng hệ thống.
Chia tỷ lệ theo chiều dọc đề cập đến việc mở rộng quy mô bằng cách tăng thông lượng của toàn bộ hệ thống (chẳng hạn như Ethereum L1 hoặc lớp sẵn có của dữ liệu). Việc chia tỷ lệ theo chiều dọc thường được yêu cầu khi tỷ lệ theo chiều ngang gặp phải các tắc nghẽn như trên các tài nguyên được chia sẻ.
Tuyên bố 1: Bản tổng hợp không thể mở rộng quy mô theo chiều ngang vì chúng có thể gặp phải tắc nghẽn về tính khả dụng của dữ liệu (DA). Các giải pháp DA mở rộng theo chiều dọc đòi hỏi sự thỏa hiệp trong phân cấp.
Tính khả dụng của dữ liệu (DA) vẫn là một nút thắt cổ chai đối với Rollup. Hiện tại, mục tiêu dung lượng tối đa cho mỗi khối L1 là 1 MB (85 KB/s). Về lâu dài, EIP-4844 sẽ cung cấp thêm khoảng 2 MB (171 KB/s) dung lượng trống. Thông qua Danksharding, Ethereum L1 cuối cùng có thể hỗ trợ băng thông DA lên tới 1,3 MB/s. Ethereum L1 DA là tài nguyên mà nhiều ứng dụng và dịch vụ cạnh tranh. Do đó, mặc dù sử dụng L1 làm DA mang lại sự bảo mật tốt nhất nhưng nó lại trở thành điểm nghẽn về khả năng mở rộng tiềm năng của hệ thống. Các hệ thống sử dụng L1 làm DA không (nói chung) mở rộng quy mô theo chiều ngang và chịu sự bất lợi về quy mô. Các lớp DA thay thế, chẳng hạn như Celestia hoặc EigenDA, cũng có giới hạn băng thông (mặc dù các lớp lớn hơn, lần lượt là 6,67 MB/s và 15 MB/s). Nhưng điều này phải trả giá bằng việc chuyển các giả định về độ tin cậy từ Ethereum sang mạng khác (thường ít phi tập trung hơn), ảnh hưởng đến an ninh.
Tuyên bố 2: Cách duy nhất để mở rộng quy mô dịch vụ được giảm thiểu độ tin cậy theo chiều ngang là đạt được (gần) dữ liệu L1 cận biên bằng 0 trên mỗi giao dịch. Hai phương pháp được biết đến là tổng hợp chênh lệch trạng thái (SDR) và tính hợp lệ.
State Difference Rollup (SDR) là một bản tổng hợp công bố những khác biệt về trạng thái trong một loạt giao dịch tổng hợp tới Ethereum L1. Đối với EVM, khi lô giao dịch trở nên lớn hơn, mỗi dữ liệu giao dịch được xuất bản lên L1 sẽ đạt đến một hằng số, nhỏ hơn nhiều so với dữ liệu giao dịch của Tổng hợp.
Ví dụ: trong một sự kiện kiểm tra căng thẳng với lượng lớn dòng chữ, zkSync đã thấy dữ liệu cuộc gọi giảm xuống còn 10 byte cho mỗi giao dịch. Để so sánh, các bản tổng hợp như Arbitrum, Optimism và Polygon zkEVM có dung lượng khoảng 100 byte cho mỗi giao dịch đối với lưu lượng truy cập bình thường.
validium là một hệ thống xuất bản các bằng chứng hợp lệ về việc chuyển đổi trạng thái sang Ethereum mà không có dữ liệu hoặc trạng thái giao dịch liên quan. Validium có khả năng mở rộng theo chiều ngang cao ngay cả trong điều kiện lưu lượng truy cập thấp. Và các validium khác nhau có thể chia sẻ lớp giải quyết.
Ngoài khả năng mở rộng theo chiều ngang, validium có thể cung cấp quyền riêng tư trên chuỗi (từ những người quan sát công khai). Validium với quyền riêng tư DA có dữ liệu tập trung và được kiểm soát cũng như trạng thái sẵn có, nghĩa là người dùng phải xác thực trước khi truy cập dữ liệu và nhà điều hành có thể triển khai các biện pháp bảo mật tốt. Điều này mang lại trải nghiệm người dùng tương tự như các dịch vụ tài chính hoặc web truyền thống: hoạt động của người dùng không chịu sự giám sát của công chúng nhưng có một người giám sát đáng tin cậy đối với dữ liệu người dùng, trong trường hợp này là nhà điều hành Validium.
Thế còn máy phân loại tập trung và máy phân loại phi tập trung thì sao? Để duy trì khả năng mở rộng theo chiều ngang của hệ thống, các bộ phân loại độc lập (tập trung hoặc phi tập trung) là rất quan trọng. Điều đáng chú ý là mặc dù các hệ thống sử dụng bộ sắp xếp dùng chung có thể kết hợp được về mặt nguyên tử nhưng chúng không mở rộng theo chiều ngang vì bộ sắp xếp có thể trở thành nút cổ chai khi có nhiều hệ thống hơn được thêm vào.
Còn khả năng tương tác thì sao? Nếu tất cả các hệ thống có thể mở rộng theo chiều ngang đều nằm trên cùng một hệ thống xử lý L1, thì chúng có thể tương tác với nhau mà không cần thêm sự tin cậy vì các thông báo có thể được gửi từ hệ thống này sang hệ thống khác thông qua lớp xử lý chung. Có sự cân bằng giữa chi phí vận hành và độ trễ gửi tin nhắn (điều này có thể được giải quyết ở lớp ứng dụng).
Giảm thiểu độ tin cậy cho các hệ thống có thể mở rộng theo chiều ngang
Chúng ta có thể giảm thiểu hơn nữa các yêu cầu về độ tin cậy đối với tính trực tiếp, thứ tự và tính khả dụng của dữ liệu trong các hệ thống có thể mở rộng theo chiều ngang không?
Đáng chú ý, chúng tôi biết cách cứu vãn tính khả dụng và tính khả dụng của dữ liệu không đáng tin cậy với chi phí phải trả là khả năng mở rộng theo chiều ngang. Ví dụ: giao dịch L2 có thể được bắt đầu từ L1 để đảm bảo tính bao gồm. Volition có thể cung cấp cho người dùng trạng thái L1 chọn tham gia.
Một giải pháp khác đơn giản là phân cấp (nhưng không dựa vào L1). Bằng cách sử dụng một trình sắp xếp chuỗi phi tập trung (chẳng hạn như Hệ thống Espresso hoặc Astria), thay vì sử dụng một trình sắp xếp chuỗi duy nhất, hệ thống có thể trở nên phi tập trung hơn, giảm thiểu độ tin cậy cần thiết cho tính trực tiếp, đặt hàng và tính khả dụng của dữ liệu. Có những hạn chế khi làm như vậy so với các giải pháp của một nhà điều hành: (1) hiệu suất có thể bị giới hạn bởi hiệu suất của hệ thống phân tán, (2) đối với các xác thực có DA bảo mật nếu mạng tuần tự phi tập trung không được phép, bảo vệ quyền riêng tư mặc định sẽ bị mất.
Chúng ta có thể giảm sự phụ thuộc vào niềm tin nhiều hơn bao nhiêu vào hiệu lực của một nhà cung cấp dịch vụ hoặc SDR? Có một số hướng ở đây.
Hướng 1: Tính sẵn có của dữ liệu được giảm thiểu độ tin cậy trong các tính hợp lệ. Plasma giải quyết vấn đề về trạng thái sẵn có ở một mức độ nhất định, vấn đề rút tiền của một số mô hình trạng thái cụ thể (bao gồm mô hình trạng thái UTXO) hoặc yêu cầu người dùng trực tuyến thường xuyên (Plasma Free).
Hướng 2: Xác thực trước có trách nhiệm đối với SDR và hợp lệ. Mục tiêu ở đây là cung cấp cho người dùng khả năng xác nhận trước nhanh chóng các giao dịch bao gồm trình sắp xếp thứ tự và sẽ cho phép người dùng thách thức và áp đặt các hình phạt đặt cược đối với trình sắp xếp thứ tự nếu lời hứa đưa vào không được thực hiện. Thách thức ở đây là chứng minh rằng giao dịch không được đưa vào, điều này có thể yêu cầu người dùng cung cấp dữ liệu bổ sung mà trình sắp xếp thứ tự có thể giữ lại một cách đơn giản. Do đó, thật hợp lý khi giả định rằng ít nhất chúng tôi yêu cầu SDR hoặc validium thuê một ủy ban về tính khả dụng của dữ liệu đối với dữ liệu cuộc gọi hoặc lịch sử giao dịch hoàn chỉnh của nó và ủy ban có thể cung cấp bằng chứng về việc không ngăn chặn (các giao dịch được xác nhận trước) theo yêu cầu của người dùng.
Hướng 3: Phục hồi nhanh các lỗi đang hoạt động. Các hệ thống điều hành riêng lẻ có thể gặp phải các lỗi hoạt động (chẳng hạn như Arbitrum bị ngừng hoạt động trong sự kiện Ghi chú). Chúng ta có thể thiết kế một hệ thống không bị gián đoạn dịch vụ trong những tình huống tương tự không? Theo một nghĩa nào đó, L2 cho phép tự đặt hàng và đề xuất trạng thái mang lại sự đảm bảo chống lại các lỗi tồn tại lâu dài. Các hệ thống một người vận hành có khả năng phục hồi tốt hơn trước các sự cố hoạt động ngắn hạn hiện chưa được khám phá. Một giải pháp tiềm năng ở đây là áp đặt trách nhiệm pháp lý thông qua việc hạn chế các lỗi đang hoạt động. Một giải pháp khả thi khác là chỉ cần rút ngắn thời gian trì hoãn trước khi tiếp quản (hiện được ấn định là khoảng một tuần).
Tóm lại là
Mở rộng quy mô sổ cái thanh toán toàn cầu trong khi vẫn giữ mức độ tin cậy ở mức tối thiểu là một vấn đề khó khăn. Trong thế giới tổng hợp và tính khả dụng của dữ liệu ngày nay, không có sự phân biệt rõ ràng giữa tỷ lệ dọc và tỷ lệ ngang. Để thực sự mở rộng các hệ thống giảm thiểu độ tin cậy đến mọi nơi trên hành tinh, chúng ta cần xây dựng các hệ thống giảm thiểu độ tin cậy và có thể mở rộng theo chiều ngang.
Rất cám ơn Vitalik Buterin và Terry Chung về phản hồi và thảo luận cũng như Diana Biggs về nhận xét biên tập.
