KHẢ NĂNG MỞ RỘNG TRONG BLOCKCHAIN CÓ NGHĨA LÀ GÌ VÀ TẠI SAO NÓ LẠI LÀ MỘT THÁCH THỨC?

Mở rộng quy mô Blockchain là gì?

Mở rộng quy mô trong bối cảnh blockchain đề cập đến khả năng của một mạng lưới blockchain trong việc xử lý số lượng giao dịch ngày càng tăng hoặc lượng người dùng ngày càng tăng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất, bảo mật hoặc tính phi tập trung của nó. Mục tiêu cơ bản của việc mở rộng quy mô là tăng thông lượng (giao dịch mỗi giây), giảm độ trễ và kiểm soát chi phí liên quan đến việc sử dụng mạng, đặc biệt là khi việc áp dụng ngày càng tăng.

Ví dụ, Bitcoin, mạng lưới blockchain ban đầu, có thể xử lý khoảng 7 giao dịch mỗi giây (TPS), trong khi Ethereum, nền tảng hợp đồng thông minh hàng đầu, xử lý khoảng 15–30 TPS. Ngược lại, các hệ thống thanh toán truyền thống như Visa có thể xử lý hơn 24.000 TPS. Sự khác biệt lớn này cho thấy thách thức về khả năng mở rộng mà công nghệ blockchain đang phải đối mặt.

Có hai loại phương pháp mở rộng quy mô chính:

• Mở rộng quy mô trên chuỗi: Thực hiện các thay đổi đối với giao thức blockchain chính để cho phép nhiều giao dịch hơn mỗi giây. Điều này có thể bao gồm việc tăng kích thước khối, giảm thời gian khối hoặc thay đổi các thuật toán đồng thuận.
• Mở rộng ngoài chuỗi: Chuyển giao việc xử lý giao dịch sang các hệ thống phụ trợ hoặc các lớp thứ cấp tương tác với blockchain chính nhưng hoạt động độc lập để tăng thông lượng tổng thể.

Việc mở rộng hiệu quả sẽ duy trì tính bảo mật và tính phi tập trung của blockchain. Tuy nhiên, điều này đặt ra một thách thức kỹ thuật đáng kể, vì những thay đổi ở một khía cạnh có thể ảnh hưởng đến các khía cạnh khác, dẫn đến cái gọi là "bộ ba khả năng mở rộng".

Bộ ba khả năng mở rộng

Bộ ba khả năng mở rộng, được đặt ra bởi Vitalik Buterin, người đồng sáng lập Ethereum, cho rằng các hệ thống blockchain chỉ có thể đạt được tối đa hai trong ba đặc tính sau cùng một lúc:

• Phi tập trung: Sự tham gia bình đẳng từ các nút độc lập mà không phụ thuộc vào các cơ quan quản lý trung ương.
• Bảo mật: Bảo vệ khỏi các cuộc tấn công hoặc thao túng.
• Khả năng mở rộng: Khả năng xử lý khối lượng giao dịch lớn một cách hiệu quả.

Khó khăn nằm ở việc tối ưu hóa cả ba. Việc tăng thông lượng có thể liên quan đến các khối lớn hơn, mang lại lợi ích cho khả năng mở rộng, nhưng điều này thường đòi hỏi nhiều sức mạnh tính toán hơn, tập trung hóa sự tham gia của các nút và làm suy yếu tính phi tập trung. Tương tự, việc bổ sung các bước đồng thuận có thể tăng cường bảo mật nhưng lại tiềm ẩn nguy cơ làm giảm khả năng mở rộng.

Khi việc áp dụng blockchain ngày càng tăng trên khắp các ngành công nghiệp - từ tài chính đến chuỗi cung ứng - việc giải quyết vấn đề về khả năng mở rộng là vô cùng quan trọng. Các nhà phát triển và nhà nghiên cứu đang tích cực khám phá các phương pháp sáng tạo để mở rộng mạng lưới blockchain mà vẫn giữ được các giá trị cốt lõi của họ.

Tại sao việc mở rộng quy mô Blockchain lại khó khăn đến vậy?

Việc mở rộng quy mô mạng lưới blockchain vốn đã khó khăn do những lựa chọn thiết kế cơ bản ưu tiên tính phi tập trung và bảo mật. Những nguyên tắc thiết kế này, mang lại một số lợi ích lớn nhất của blockchain—chẳng hạn như tính bất biến và tính không cần tin cậy—cũng tạo ra những hạn chế về tốc độ xử lý và lưu trữ dữ liệu.

1. Cơ chế đồng thuận

Trọng tâm của bất kỳ mạng lưới blockchain nào là cơ chế đồng thuận, hay phương thức mà những người tham gia đồng ý về trạng thái của sổ cái. Các cơ chế phổ biến như Bằng chứng công việc (PoW) và Bằng chứng cổ phần (PoS) yêu cầu tính toán chuyên sâu hoặc xác thực phân tán để đảm bảo tất cả các giao dịch đều hợp lệ.

Mặc dù các cơ chế này bảo vệ chống lại gian lận và giả mạo, nhưng chúng cũng gây ra độ trễ. Trong trường hợp của Bitcoin, thời gian khối trung bình là 10 phút, hạn chế tốc độ hoàn tất giao dịch. Việc tăng kích thước khối để đóng gói nhiều giao dịch hơn có thể hữu ích, nhưng nó cũng gây áp lực lên các nút với lượng dữ liệu lớn hơn, làm giảm sự tham gia và có khả năng tập trung hóa quyền kiểm soát.

2. Lan truyền mạng

Một rào cản khác là thời gian cần thiết để lan truyền các khối mới trên toàn bộ mạng. Trong các hệ thống phi tập trung, các nút phải giao tiếp trên các vùng địa lý phân tán. Các khối lớn hơn mất nhiều thời gian hơn để lan truyền, làm tăng nguy cơ các khối mồ côi và các vấn đề đồng thuận, làm giảm độ tin cậy và hiệu quả.

3. Lưu trữ dữ liệu và Yêu cầu về Nút

Dữ liệu blockchain được lưu trữ dự phòng trên mỗi nút đầy đủ. Khi blockchain phát triển, các yêu cầu về lưu trữ và băng thông để vận hành một nút cũng tăng theo. Nếu không cân bằng cẩn thận, điều này sẽ dẫn đến việc ít cá nhân có thể vận hành các nút hơn, một lần nữa làm giảm tính phi tập trung. Ví dụ, Ethereum đã đưa ra đề xuất "thuê nhà nước" để giải quyết các vấn đề lưu trữ dữ liệu quá mức cản trở khả năng mở rộng.

4. Khả năng tương thích ngược và phân nhánh

Việc triển khai các cải tiến về khả năng mở rộng thường đòi hỏi phải thay đổi giao thức cốt lõi của blockchain. Những thay đổi này thường dẫn đến các "phân nhánh cứng", chia tách chuỗi và hệ sinh thái hiện có. Điều này có thể gây ra sự nhầm lẫn, phân mảnh và mất đi sự đồng thuận của cộng đồng. Việc duy trì khả năng tương thích ngược trong khi triển khai các nâng cấp có khả năng mở rộng vẫn là một thách thức đáng kể.

5. Lỗ hổng bảo mật

Các nỗ lực mở rộng quy mô có thể vô tình tạo ra các hướng tấn công bổ sung. Ví dụ: các giải pháp lớp 2 như chuỗi phụ và chuỗi cuộn hoạt động một phần ngoài chuỗi và có thể thừa hưởng các giả định bảo mật yếu hơn so với chuỗi chính. Việc đảm bảo khả năng mở rộng rộng hơn mà không làm cho hệ thống dễ bị tổn thương hơn là mối quan tâm thường trực của các nhà phát triển.

Tóm lại, mỗi nỗ lực mở rộng quy mô một giải pháp blockchain đều phải cân nhắc một mạng lưới các lựa chọn đánh đổi. Cho dù thông qua việc tối ưu hóa giao thức hay các giải pháp ngoài chuỗi, các nhà phát triển phải bảo tồn các trụ cột của blockchain - bảo mật và phi tập trung - đồng thời cải thiện hiệu suất trong môi trường phân tán toàn cầu. Không có giải pháp duy nhất nào phù hợp với tất cả các mạng, do đó có sự đa dạng về chiến lược trên các nền tảng khác nhau.

Giải pháp cho Khả năng Mở rộng Blockchain

Với những thách thức đã nêu, các nhà phát triển đã áp dụng nhiều phương pháp tiếp cận đa chiều để mở rộng mạng lưới blockchain. Các giải pháp này tập trung vào các điểm yếu như khối lượng giao dịch, hiệu quả đồng thuận và lưu trữ dữ liệu. Chúng được phân loại rộng rãi thành các phương pháp mở rộng trên chuỗi và ngoài chuỗi, cũng như các mô hình kết hợp.

1. Giải pháp Lớp 2

• Kênh Trạng thái: Các kênh này cho phép hai bên giao dịch ngoài chuỗi và chỉ cam kết kết quả cuối cùng cho chuỗi chính, giảm đáng kể tình trạng tắc nghẽn. Ví dụ bao gồm Mạng Lightning của Bitcoin và Mạng Raiden của Ethereum.
• Plasma và Rollup: Chuỗi Plasma hoạt động như các chuỗi con bán tự chủ, đóng gói các giao dịch trước khi giải quyết chúng trên chuỗi chính. Rollup (lạc quan hoặc không kiến ​​thức) nén dữ liệu giao dịch và xử lý ngoài chuỗi trong khi lưu trữ bằng chứng trên chuỗi. Điều này duy trì tính bảo mật và cải thiện thông lượng.

Các tùy chọn Lớp 2 ngày càng được ưa chuộng vì chúng cho phép tăng đáng kể dung lượng giao dịch mà không cần thay đổi giao thức cơ sở.

2. Phân mảnh

Phân mảnh liên quan đến việc chia blockchain thành các phần nhỏ hơn, hay còn gọi là "shard", mỗi phần có khả năng xử lý các giao dịch và hợp đồng thông minh của riêng nó. Được điều phối bởi chuỗi chính, các mảnh có thể mở rộng tuyến tính theo quy mô mạng. Ethereum 2.0 hình dung phân mảnh như một tính năng mở rộng trung tâm; tuy nhiên, việc triển khai rất phức tạp và liên tục.

3. Các Cơ chế Đồng thuận Thay thế

Một số blockchain mới hơn áp dụng các mô hình đồng thuận vốn mang lại khả năng mở rộng tốt hơn:

• Bằng chứng Cổ phần Ủy quyền (DPoS): Được EOS và Tron sử dụng, DPoS dựa trên một tập hợp hạn chế các trình xác thực, giúp tăng tốc độ giao dịch mặc dù giảm tính phi tập trung.
• Bằng chứng Lịch sử (PoH): Được Solana sử dụng, PoH cho phép sắp xếp các giao dịch nhanh chóng, nâng cao thông lượng.

Các cơ chế này cố gắng cân bằng giữa bảo mật và khả năng mở rộng, mặc dù mỗi cơ chế đều có những hạn chế và rủi ro tập trung riêng.

4. Cắt tỉa Blockchain và Hiệu quả Lưu trữ

Các kho lưu trữ blockchain đầy đủ rất lớn, đòi hỏi dung lượng lưu trữ cao. Các kỹ thuật cắt tỉa—loại bỏ dữ liệu không cần thiết hoặc dữ liệu lịch sử—nhằm mục đích giúp các nút dễ dàng tham gia hơn. Một số blockchain cũng khám phá các mô hình máy khách không trạng thái, trong đó chỉ cần dữ liệu trạng thái hiện tại để xác thực, giúp giảm tải tổng thể.

5. Khả năng tương tác và Chuỗi phụ

Bằng cách tận dụng các chuỗi phụ—các chuỗi khối song song được liên kết với chuỗi chính—khối lượng giao dịch có thể được phân bổ. Ví dụ: Polygon cung cấp các chuỗi phụ tương thích với Ethereum giúp giảm tải tính toán và lưu trữ. Các giao thức tương tác như Polkadot và Cosmos tạo điều kiện thuận lợi cho các giao dịch chuỗi chéo, tạo ra một hệ sinh thái đa chuỗi có khả năng mở rộng.

6. Kết luận và Con đường phía trước

Không có giải pháp đơn lẻ nào giải quyết được khả năng mở rộng của blockchain. Tiến trình là một quá trình lặp đi lặp lại và thường đòi hỏi sự đánh đổi. Các nền tảng hàng đầu như Ethereum đang dần triển khai phân mảnh và cuộn lại, trong khi các blockchain thay thế đang khám phá các kiến ​​trúc mới. Trong khi đó, các nhà nghiên cứu vẫn đang tiếp tục khám phá những đổi mới, từ sổ cái dựa trên DAG đến xác thực giao dịch được hỗ trợ bởi AI.

Cuối cùng, khả năng mở rộng hiệu quả của blockchain sẽ quyết định mức độ ứng dụng rộng rãi của chúng trong thương mại, tài chính toàn cầu và hơn thế nữa. Khả năng mở rộng vẫn là một rào cản kỹ thuật, đồng thời là cơ hội để định hình lại cơ sở hạ tầng kỹ thuật số bằng các hệ thống phi tập trung.