Giải thích sâu về mô-đun hóa: Giải pháp có thể cắm vào để khắc phục nút thắt hiệu suất Blockchain

Blockchain đơn thể nổi tiếng với tính toàn diện, tự chịu trách nhiệm cho các khía cạnh khác nhau của mạng, từ lưu trữ dữ liệu đến xác minh giao dịch, v.v. Trong khi đó, blockchain mô-đun thông qua việc tách các chức năng khác nhau của blockchain thành các mô-đun độc lập, có thể cung cấp hỗ trợ hiệu suất và trải nghiệm người dùng mượt mà cho các chức năng cụ thể, giải quyết vấn đề "tam giác không thể" đến một mức độ nhất định.

Ethereum, như là nền tảng Blockchain đầu tiên hỗ trợ hợp đồng thông minh, đã cung cấp một mảnh đất màu mỡ cho thiết kế mô-đun. Với sự phát triển của công nghệ Blockchain, hệ sinh thái Bitcoin cũng bắt đầu khám phá khả năng mô-đun, thông qua việc thêm các mô-đun mới để đạt được các chức năng cao cấp hơn, chẳng hạn như cải thiện bảo mật riêng tư, xử lý giao dịch hiệu quả hơn hoặc tăng cường chức năng hợp đồng thông minh.

Công nghệ mô-đun đại diện cho một tư duy sản phẩm có thể cắm và gỡ bỏ "hồn nhiên" hơn, trong tương lai sẽ xuất hiện các giải pháp Blockchain linh hoạt và tùy chỉnh hơn, các dịch vụ và chức năng có thể dễ dàng được cắm và gỡ ra như những viên gạch Lego. Sự linh hoạt này cho phép các nhà phát triển nhanh chóng xây dựng và triển khai các giải pháp Blockchain dựa trên nhu cầu của các tình huống ứng dụng cụ thể.

Blockchain đơn thể và Blockchain mô-đun

Khi chúng ta thảo luận về blockchain mô-đun, trước tiên phải hiểu khái niệm blockchain đơn thể (Monolithic Blockchain). Các chuỗi đơn thể, như Bitcoin, Ethereum, nổi tiếng với tính toàn diện của chúng, độc lập đảm nhận mọi khía cạnh của mạng, từ lưu trữ dữ liệu đến xác minh giao dịch, rồi đến thực thi hợp đồng thông minh. Trong quá trình này, chuỗi đơn thể đóng vai trò là một người đa năng (generalist), có liên quan đến tất cả các khâu.

Lấy Ethereum làm ví dụ, một chuỗi khối đơn thể trưởng thành thường có thể được chia thành bốn kiến trúc chính:

• Lớp thực thi (Execution Layer)
• Lớp thanh toán (Settlement Layer)
• Lớp khả dụng dữ liệu/ DA Lớp (Lớp Khả Dụng Dữ Liệu)
• Lớp đồng thuận (Consensus Layer)

Thông qua sự so sánh này, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về cách các kiến trúc khác nhau của Blockchain phối hợp làm việc. Blockchain đơn thể là việc tập trung tất cả các chức năng vào cùng một chuỗi, trong khi Blockchain mô-đun (Modular Blockchain) là một kiến trúc Blockchain mới, phân chia hệ thống Blockchain thành nhiều thành phần hoặc tầng chuyên biệt, mỗi thành phần chịu trách nhiệm xử lý các nhiệm vụ cụ thể như đồng thuận, khả năng sẵn có của dữ liệu, thực thi và thanh toán.

Blockchain mô-đun giống như một nhóm chuyên gia, tập trung vào việc khai thác sâu và đổi mới công nghệ trong từng lĩnh vực của họ. Sự tập trung này cho phép blockchain mô-đun cung cấp hiệu suất và trải nghiệm người dùng xuất sắc trong các chức năng cụ thể, ví dụ, chúng có thể cung cấp tốc độ xử lý giao dịch nhanh hơn với chi phí thấp hơn.

Về kiến trúc nút, chuỗi đơn thể phụ thuộc vào nút đầy đủ, những nút này phải tải xuống và xử lý bản sao dữ liệu toàn bộ blockchain. Điều này không chỉ đặt ra yêu cầu cao hơn về tài nguyên lưu trữ và tính toán mà còn hạn chế tốc độ mở rộng của mạng. Ngược lại, blockchain mô-đun áp dụng thiết kế nút nhẹ, chỉ cần xử lý thông tin tiêu đề khối, từ đó nâng cao đáng kể tốc độ giao dịch và hiệu quả mạng.

Một lợi thế nổi bật của Blockchain mô-đun là tính linh hoạt và khả năng hợp tác của nó. Chúng có khả năng thuê ngoài các chức năng không cốt lõi cho các chuyên gia khác, tạo ra một hiệu ứng phối hợp, đạt được sự cải thiện đáng kể về hiệu suất tổng thể. Triết lý thiết kế này tương tự như các khối Lego, cho phép các nhà phát triển tự do kết hợp các mô-đun khác nhau dựa trên nhu cầu của dự án, tạo ra các giải pháp đa dạng.

Mặc dù chuỗi đơn thể hiện lợi thế về kiểm soát toàn cầu, độ an toàn và tính ổn định, nhưng chúng cũng phải đối mặt với thách thức về khả năng mở rộng, độ khó trong việc nâng cấp và thích ứng với nhu cầu mới. Blockchain mô-đun nổi bật nhờ tính linh hoạt và khả năng tùy biến cao, đơn giản hóa quá trình tạo và tối ưu hóa blockchain mới.

Tuy nhiên, blockchain mô-đun cũng phải đối mặt với những thách thức riêng. Kiến trúc phức tạp của nó làm tăng khối lượng công việc của các nhà phát triển trong việc thiết kế, phát triển và bảo trì. Là một công nghệ mới nổi, blockchain mô-đun vẫn chưa trải qua các thử nghiệm an ninh toàn diện và thử thách từ sự biến động của thị trường, do đó, tính ổn định và an ninh lâu dài của nó vẫn cần được xác minh thêm.

! Giải thích chuyên sâu về mô-đun hóa: Giải pháp có thể cắm được cho nút thắt hiệu suất blockchain

Blockchain mô-đun giải quyết "Tam giác không thể"

Tại sao công nghệ blockchain mô-đun lại nhận được sự quan tâm rộng rãi và được dự đoán là "xu hướng tương lai"? Điều này liên quan chặt chẽ đến lý thuyết "tam giác không thể" nổi tiếng trong lĩnh vực blockchain.

"Tam giác không thể" của Blockchain đề cập đến việc một mạng lưới blockchain khó có thể đạt được trạng thái tối ưu đồng thời về ba thuộc tính cốt lõi: an ninh, tính phi tập trung và khả năng mở rộng.

• Khả năng mở rộng tập trung vào khả năng của mạng trong việc xử lý một lượng giao dịch lớn, cũng như khả năng duy trì hoạt động hiệu quả và chi phí thấp khi số lượng người dùng và giao dịch gia tăng. Thông thường, điều này được đo bằng TPS (số giao dịch mỗi giây) và độ trễ (thời gian xác nhận giao dịch).
• An ninh liên quan đến chi phí và độ khó bảo vệ mạng blockchain khỏi các cuộc tấn công. Ví dụ, cơ chế POW của Bitcoin yêu cầu kẻ tấn công phải kiểm soát hơn 51% sức mạnh tính toán của toàn mạng, trong khi cơ chế POS của Ethereum cần sự thông đồng của hơn ⅓ các nút.
• Tính phi tập trung mô tả việc hoạt động của mạng không phụ thuộc vào một nút trung tâm duy nhất, mà phân bố trên nhiều nút khác nhau, càng nhiều nút và phân bố địa lý càng rộng, mức độ phi tập trung của mạng càng cao.

Điểm cốt lõi của "Tam giác không thể" là một hệ thống blockchain rất khó có thể tối ưu hóa trên cả ba đặc điểm này. Ví dụ: trong số nhiều public chain, Bitcoin và Ethereum nổi bật về tính phi tập trung và an toàn nhờ vào sự phân bố nút rộng rãi và số lượng nút dồi dào.

Tuy nhiên, chúng đã hy sinh một mức độ nào đó về khả năng mở rộng, dẫn đến tốc độ giao dịch chậm và phí giao dịch cao: thời gian tạo khối của Bitcoin khoảng 10 phút, TPS của Ethereum khoảng 13, và trong thời điểm khối lượng giao dịch tăng vọt, phí giao dịch của Ethereum có thể lên tới hàng trăm đô la.

Chính trong bối cảnh như vậy, công nghệ blockchain mô-đun đã ra đời, nó giải quyết các thách thức về khả năng mở rộng và chi phí giao dịch của blockchain công khai truyền thống bằng cách phân bổ các chức năng khác nhau cho các mô-đun chuyên biệt. Ví dụ, mạng Lightning của Bitcoin và công nghệ Rollup của Ethereum đều là biểu hiện của tư tưởng mô-đun.

Lợi ích của blockchain mô-đun nằm ở kiến trúc phân lớp của nó, cho phép mỗi lớp được tối ưu hóa cho các nhu cầu cụ thể. Lớp dữ liệu có thể tập trung vào việc lưu trữ và xác thực dữ liệu, trong khi lớp thực thi có thể xử lý logic hợp đồng thông minh. Sự tách biệt này không chỉ nâng cao hiệu suất và hiệu quả mà còn thúc đẩy khả năng tương tác giữa các blockchain khác nhau, tạo nền tảng cho việc xây dựng một hệ sinh thái mở và kết nối.

Tóm lại, công nghệ blockchain mô-đun cung cấp một phương pháp mới để giải quyết những hạn chế của chuỗi công khai truyền thống. Nó đạt được khả năng mở rộng cao hơn và chi phí giao dịch thấp hơn mà vẫn duy trì tính phi tập trung và an toàn, có ý nghĩa sâu sắc đối với việc ứng dụng rộng rãi và phát triển lâu dài của công nghệ blockchain.

Phân loại Blockchain mô-đun

Blockchain mô-đun có thể được phân loại thành các loại khác nhau dựa trên đặc điểm kiến trúc của nó. Trong số các loại này, lớp khả dụng dữ liệu và lớp đồng thuận thường được thiết kế như một thực thể thống nhất do sự phụ thuộc chặt chẽ của chúng với nhau. Điều này là do, khi các nút nhận dữ liệu giao dịch, chúng thường cũng xác định thứ tự của giao dịch, đây là cốt lõi của tính an toàn và không thể thay đổi của blockchain.

Dựa trên nguyên tắc thiết kế này, chúng ta có thể hiểu các dự án blockchain mô-đun từ ba khía cạnh: tầng thực thi, tầng khả năng dữ liệu và tầng đồng thuận, tầng thanh toán.

Lớp thực thi

Công nghệ Layer 2, như một sự mở rộng của lớp thực thi trong cấu trúc blockchain, là một biểu hiện của khái niệm blockchain mô-đun. Nó nhằm nâng cao khả năng mở rộng của chuỗi chính thông qua việc xây dựng các mạng, hệ thống hoặc công nghệ bên ngoài chuỗi dưới blockchain nền tảng.

Giải pháp Layer 2 cho phép xử lý giao dịch nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn, đồng thời giữ lại tính bảo mật và phi tập trung của blockchain nền tảng. Theo bảng điều khiển dune do @0xning thực hiện, có thể thấy tỷ lệ gas tiêu thụ cho xác minh và thanh toán Layer 2 trên hệ sinh thái Ethereum trung bình thấp hơn 10%, tiết kiệm đáng kể chi phí giao dịch cho người dùng.

Công nghệ Rollup là giải pháp phổ biến nhất hiện nay của Layer 2, với ý tưởng cốt lõi là "thực hiện ngoài chuỗi, xác minh trên chuỗi", thực hiện các công việc tính toán ngoài chuỗi và sau đó tải dữ liệu calldata trở lại mainnet.

Thực thi ngoài chuỗi

Trong mô hình Rollup, giao dịch được thực hiện ngoại tuyến, trong khi blockchain cơ sở chỉ chịu trách nhiệm xác minh chứng minh giao dịch trong hợp đồng thông minh và lưu trữ dữ liệu giao dịch gốc. Thiết kế này giảm đáng kể gánh nặng tính toán cho chuỗi chính, giảm yêu cầu lưu trữ, từ đó cho phép xử lý giao dịch hiệu quả hơn.

Để giảm chi phí thêm nữa, Rollup đã áp dụng công nghệ đóng gói giao dịch. Có thể so sánh nó với việc gom hàng trong logistics, việc gửi từng món hàng riêng lẻ sẽ phát sinh phí vận chuyển cao. Công nghệ Rollup thông qua việc đóng gói nhiều giao dịch lại với nhau, chỉ cần một lần "vận chuyển", từ đó giảm mạnh chi phí cho mỗi giao dịch.

Xác minh trên Blockchain

Xác minh trên chuỗi là chìa khóa cho tính bảo mật của mạng Layer 2. Các mạng Layer 2 phải cung cấp chứng minh mã hóa để giải quyết những khác biệt tiềm ẩn trên blockchain cơ sở. Hiện tại, hai cơ chế chứng minh chính là chứng minh sai lệch và chứng minh tính hợp lệ, chúng lần lượt hỗ trợ cho Optimistic Rollups và ZK Rollups.

Chứng minh lỗi của Optimistic Rollups

Optimistic Rollups áp dụng một giả định lạc quan rằng tất cả các giao dịch mặc định là hợp lệ, trừ khi có bằng chứng rõ ràng cho thấy có lỗi. Mô hình này phụ thuộc vào bằng chứng lỗi trong thời gian thách thức (bằng chứng gian lận), bất kỳ người tham gia mạng nào cũng có thể gửi bằng chứng để thách thức trạng thái của hợp đồng thông minh, đảm bảo tính công bằng và minh bạch của mạng.

Theo dữ liệu từ L2BEAT, hiện tại có 16 Layer 2 sử dụng cơ chế Optimistic Rollups, chẳng hạn như: Arbitrum, OP, Base, Blast, v.v.

Chứng minh tính hợp lệ của ZK Rollups

Khác với Optimistic Rollups, ZK Rollups áp dụng một phương pháp thận trọng hơn, yêu cầu tất cả các giao dịch phải trải qua chứng minh tính hợp lệ trước khi được chấp nhận. Cơ chế chứng minh này tương tự như một quy trình xác minh, đảm bảo rằng mỗi giao dịch và tính toán trong mạng Layer 2 đều chính xác.

Nói ngắn gọn, chứng minh tính hợp lệ là nền tảng của ZK-Rollups, yêu cầu mỗi lô giao dịch phải kèm theo chứng minh tương ứng, từ đó đảm bảo rằng các hợp đồng thông minh trên chuỗi khối cơ sở có thể xác minh và phê duyệt sự thay đổi trạng thái. Đối với các nút xác minh, ZK Rollups cung cấp một cơ chế thanh toán không sai sót, vì mỗi giao dịch phải trải qua quá trình xác minh tính hợp lệ nghiêm ngặt.

Theo dữ liệu của L2BEAT, hiện tại có 11 Layer 2 sử dụng cơ chế ZK Rollups, như: Linea, Starknet, zkSync, v.v.

Tầng khả dụng dữ liệu và tầng đồng thuận

Celestia là một tiên phong trong lĩnh vực blockchain mô-đun, bản chất của nó là một lớp khả dụng dữ liệu, cung cấp nền tảng vững chắc cho việc phát triển dApps và Rollup. Bằng cách triển khai trên lớp khả dụng dữ liệu và lớp đồng thuận của Celestia, các nhà phát triển ứng dụng có thể tập trung vào việc tối ưu hóa logic thực thi, trong khi để Celestia xử lý sự phức tạp của khả dụng dữ liệu và cơ chế đồng thuận.

Kiến trúc của Celestia cung cấp các giải pháp đa dạng cho việc mở rộng mô-đun, cấu trúc của nó chủ yếu bao gồm ba loại sau:

• Rollup chủ quyền: Celestia cung cấp lớp khả dụng dữ liệu và lớp đồng thuận, trong khi lớp thanh toán và lớp thực thi được đảm nhận bởi các chủ quyền riêng.