Blockchain mô-đun: Giải pháp kỹ thuật hóa để Ethereum trở thành "máy tính thế giới"
Tuyển chọn TechFlowTuyển chọn TechFlow
Blockchain mô-đun: Giải pháp kỹ thuật hóa để Ethereum trở thành "máy tính thế giới"
Nhìn vào xu hướng phát triển của Crypto tại thời điểm năm 2022, việc xây dựng một chuỗi công khai L1 mới vào lúc này khó tránh khỏi cảm giác gượng ép, trong khi câu chuyện về blockchain mô-đun hóa là điều không thể bỏ qua.
Chuyên sâu báo cáo Web3Bài viết: 0x1
Xu hướng phân mảnh trong blockchain
Nhìn vào xu hướng phát triển của Crypto ở thời điểm năm 2022, việc xây dựng một blockchain công cộng L1 mới lúc này dường như khá gượng ép, câu chuyện về blockchain mô-đun là điều không thể bỏ qua.
Sau The Merge, lộ trình phát triển của Ethereum ngày càng nghiêng về hướng blockchain mô-đun (Modular Blockchain).
Sự khác biệt chính giữa blockchain mô-đun và blockchain đơn khối (Monolithic Blockchain) nằm ở chỗ: blockchain đơn khối thực hiện đồng thời bốn chức năng gồm thực thi, thanh toán, đồng thuận và khả năng sẵn có dữ liệu trên một lớp đồng thuận cơ bản duy nhất; trong khi đó blockchain mô-đun chia các chức năng này thành nhiều mô-đun riêng biệt để xử lý.
Thực tế, không chỉ riêng Ethereum đang lên kế hoạch cho kiến trúc mô-đun:
- Tư tưởng về blockchain mô-đun được đề xuất sớm nhất bởi Celestia, hiện đang xây dựng một lớp khả năng sẵn có dữ liệu cho Rollup trong hệ sinh thái Cosmos;
- Tezos cũng đang theo đuổi lộ trình lấy Rollup làm trung tâm;
- NEAR cũng đang thiết kế phân mảnh khả năng sẵn có dữ liệu.
Bài viết này tập trung thảo luận về xu hướng mô-đun hóa của Ethereum.
Tình trạng tắc nghẽn hiện tại của Ethereum đã phản ánh nhược điểm của blockchain đơn khối — khả năng mở rộng kém, không tùy chỉnh được, chi phí cao.
Vấn đề với blockchain đơn khối là: tại lớp đồng thuận phải thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau, nhưng nếu chỉ tối ưu hóa một chức năng thì hiệu suất tổng thể của blockchain cũng không cải thiện đáng kể.
Nói hình tượng, blockchain đơn khối giống như một chiếc thùng gỗ gồm 4 tấm ván, dung lượng (hiệu suất) của nó phụ thuộc vào tấm ngắn nhất – chỉ cần một thuộc tính yếu kém sẽ kéo cả hệ thống xuống, trong khi “tam giác bất khả thi blockchain” lại giới hạn khả năng tất cả các thuộc tính cùng đạt mức tối ưu. Do đó, việc đơn thuần mở rộng quy mô dựa trên tư tưởng blockchain đơn khối không thể giải quyết được khó khăn của Ethereum.
Mở rộng hỗn hợp mô-đun: layer1 (phân mảnh dữ liệu) + layer2 (rollups)
Thực ra, bản chất của blockchain mô-đun chính là một phương án mở rộng hỗn hợp. Tại Hội nghị Toàn cầu về Blockchain lần thứ sáu, chủ đề bài phát biểu của Vitalik là "Sự trỗi dậy của hệ sinh thái giao thức lớp hai Ethereum", ông nhấn mạnh rằng hệ sinh thái Ethereum không đơn thuần chỉ mở rộng ở Layer1 hay Layer2 mà áp dụng cách tiếp cận kết hợp cả hai.
Bản chất của blockchain mô-đun cũng tương tự như mô hình mở rộng kết hợp giữa layer1 và layer2.
Kiến trúc mô-đun của Ethereum
Thiết kế kiến trúc mô-đun của Ethereum chủ yếu được chia thành bốn tầng: tầng thực thi, tầng thanh toán, tầng đồng thuận và tầng khả năng sẵn có dữ liệu.
Hiện nay, trong nhiều trường hợp ngành công nghiệp thường gộp chung tầng thực thi và tầng thanh toán thành "tầng thực thi", đồng thời gộp tầng đồng thuận và tầng khả năng sẵn có dữ liệu thành "tầng đồng thuận".
Tầng thực thi (Execution Layer): chịu trách nhiệm xử lý giao dịch trên chuỗi, thực hiện lệnh và xác minh chuyển khoản cũng như thực thi hợp đồng thông minh, chủ yếu dựa trên Rollup. Khi blockchain mô-đun phát triển đến một giai đoạn nhất định, người dùng thường tương tác với blockchain thông qua tầng thực thi, bao gồm ký giao dịch, triển khai hợp đồng thông minh và chuyển tài sản. Tầng thực thi giải quyết vấn đề khả năng mở rộng của blockchain.
Tầng thanh toán (Settlement Layer): dùng để xác minh kết quả thực thi từ các tầng thực thi như Rollup, giải quyết tranh chấp và đưa ra cam kết trạng thái.
Tầng đồng thuận (Consensus Layer): thông qua mạng các nút đầy đủ tải xuống và thực thi nội dung khối, đạt được sự đồng thuận về tính hợp lệ của quá trình chuyển đổi trạng thái, cung cấp sắp xếp thứ tự và tính xác định cuối cùng, đồng thời xác nhận việc tạo khối bằng cơ chế PoS.
Tầng khả năng sẵn có dữ liệu (Data Availability Layer): đảm bảo dữ liệu giao dịch có thể được sử dụng (lưu trữ an toàn và có thể kiểm chứng, truy cập). Dữ liệu cần thiết để xác minh tính hợp lệ của việc chuyển đổi trạng thái phải được công bố và lưu trữ ở tầng này; trong trường hợp xảy ra sự cố nhà đề xuất khối độc hại giữ lại dữ liệu giao dịch, dữ liệu tại tầng khả năng sẵn có có thể được dùng để xác minh.
Ở giai đoạn ngắn và trung hạn có thể dự đoán sau The Merge, tầng thanh toán, tầng đồng thuận và tầng khả năng sẵn có dữ liệu của Ethereum là thống nhất.
Trong tương lai, Danksharding sẽ biến phân mảnh dữ liệu (Data Sharding) của Ethereum L1 thành một động cơ khả năng sẵn có dữ liệu, chuỗi beacon làm nhiệm vụ đồng thuận, mạng lưới chính Ethereum trước đây trở thành một tầng thực thi, còn nhiều tầng thực thi khác sẽ là các Rollup L2.
Hơn nữa, trên nền tảng L2 hiện tại, ngành công nghiệp đã bắt đầu khám phá L3 tùy chỉnh như một sự mở rộng thêm của tầng thực thi.
Nếu nói rằng Ethereum hiện tại mới chỉ là một "máy tính toàn cầu" về mặt lý thuyết, thì blockchain mô-đun chính là giải pháp kỹ thuật giúp Ethereum thực sự trở thành "máy tính toàn cầu".
Kế hoạch tiếp theo của Ethereum
Ai cũng biết rằng The Merge liên quan đến việc chuyển đổi từ PoW sang PoS, hợp nhất Beacon Chain với chuỗi chính Ethereum ban đầu.
Ngoài The Merge, Ethereum thực tế còn đang đồng thời thúc đẩy song song các nâng cấp The Surge, The Verge, The Purge, The Splurge.
Thứ tự triển khai các nâng cấp này vẫn chưa chắc chắn, vì chúng là các quá trình độc lập, tiến hành song song.
- The Surge liên quan đến việc giới thiệu phân mảnh, cho phép mạng Ethereum đạt được mở rộng quy mô lớn thông qua phân mảnh.
- The Verge liên quan đến Verkle Trees, nhằm tối ưu hóa việc lưu trữ trên Ethereum và giúp giảm kích thước nút. Nâng cấp này sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa lưu trữ thông qua Verkle Trees – một dạng bằng chứng toán học nâng cấp từ Merkle Trees. Bằng cách giảm lượng dữ liệu mà các bộ xác thực cần lưu trữ trên máy tính cá nhân để vận hành, kích thước nút sẽ thu nhỏ lại, cho phép nhiều người dùng hơn trở thành bộ xác thực. Điều này sẽ thúc đẩy tính phi tập trung hóa mạng lưới, tăng cường bảo mật.
- The Purge sẽ giảm dung lượng ổ cứng mà các bộ xác thực cần, nhờ loại bỏ dữ liệu lịch sử và nợ kỹ thuật. Điều này đồng nghĩa với việc đơn giản hóa lưu trữ, từ đó giảm tắc nghẽn mạng.
- The Splurge là loạt tinh chỉnh nhỏ đối với mạng Ethereum, bao gồm nhiều nâng cấp nhỏ lẻ, giúp hoạt động của mạng Ethereum mượt mà hơn.
Vitalik cho biết, sau khi hoàn thành năm giai đoạn then chốt trên, Ethereum có thể đạt tới 100.000 TPS, thực sự trở thành "máy tính toàn cầu" như ông từng hình dung ban đầu.
Dù tên gọi của năm giai đoạn song song này mang vần điệu, nhưng vẫn khá khó hiểu để nắm rõ kế hoạch cụ thể của Ethereum trong vài năm tới. Nếu tách riêng những nâng cấp then chốt và cụ thể hơn để bàn sâu, ta có thể nhìn rõ hơn xu hướng mô-đun hóa của Ethereum:
1. Proto-danksharding (EIP-4844)
Proto-danksharding là một đề xuất nhằm hiện thực hóa phần lớn logic và quy tắc cơ bản cấu thành nên đặc tả đầy đủ của Danksharding (ví dụ: định dạng giao dịch, quy tắc xác minh), tuy nhiên ở giai đoạn này chưa thực hiện phân mảnh nào cả. Trong giai đoạn Proto-danksharding, tất cả các bộ xác thực và người dùng vẫn phải trực tiếp xác minh tính sẵn có đầy đủ của dữ liệu.
Đặc trưng chính mà Proto-danksharding giới thiệu là kiểu giao dịch mới, gọi là “giao dịch mang blob”. Giao dịch mang blob tương tự như giao dịch thông thường, điểm khác biệt chủ yếu là nó còn mang thêm một dữ liệu phụ gọi là blob. Blob khoảng 128KB, rẻ hơn rất nhiều so với Calldata kích thước tương đương. Tuy nhiên, EVM không thể truy cập dữ liệu blob, EVM chỉ có thể xem cam kết (commitment) của blob.
Hiện tại, kích thước khối của Ethereum do giới hạn Gas quyết định. Sau khi triển khai EIP-4844, số lượng blob sẽ trở thành một chiều đo lường kích thước khối khác. Blob là cấu trúc dữ liệu nhị phân, kích thước khoảng 128KB. Ethereum giới hạn số lượng blob mỗi khối, mục tiêu là 8 blob, tối đa 16 blob, do đó mỗi khối sẽ thêm dung lượng lưu trữ 1–2MB (128*8 đến 128*16).
Blob chủ yếu dùng để lưu trữ dữ liệu của Layer2, trước đây dữ liệu Layer2 được lưu thông qua Calldata. Sau khi giới thiệu blob, không gian lưu trữ trong khối sẽ tăng đáng kể. Tuy nhiên, do dữ liệu blob khá lớn, nếu mỗi khối thêm 1MB blob, thì chỉ sau một tháng blockchain Ethereum sẽ tăng thêm hàng terabyte dữ liệu. Để giải quyết vấn đề tăng trưởng dữ liệu nhanh chóng, dữ liệu blob sẽ được lưu trữ ngoại tuyến và tự động xóa sau 30 ngày.
Do dữ liệu blob không cạnh tranh với lượng gas sử dụng trong giao dịch Ethereum hiện tại, nên hiệu ứng mở rộng quy mô vẫn rất đáng kể. Nếu muốn hiểu đơn giản đề xuất EIP-4844 của Proto-Danksharding, có thể coi như —— Ethereum layer1 giữ nguyên kích thước khối 1MB, đồng thời mở rộng thêm không gian lưu trữ thông qua việc lưu trữ tạm thời (30 ngày), ngoại tuyến dữ liệu Layer2 dưới dạng blob để đạt hiệu quả mở rộng.
2. Danksharding
Danksharding là thiết kế phân mảnh mới được đề xuất cho Ethereum. Trước đây kế hoạch phân mảnh là phân mảnh trạng thái (State Sharding), nhưng sau khi quyết định theo lộ trình lấy Rollup làm trung tâm và thực hiện phương án mở rộng hỗn hợp mô-đun layer1 (data sharding) + layer2 (rollups), giờ đây thay vào đó là phân mảnh dữ liệu (Data Sharding). Phân mảnh dữ liệu về bản chất là tư tưởng blockchain mô-đun: chia Ethereum thành nhiều phân mảnh dữ liệu, mỗi phân mảnh nối với một hoặc nhiều Rollup; Rollup đóng vai trò là tầng thực thi, Ethereum là tầng đồng thuận và tầng khả năng sẵn có dữ liệu.
Cơ chế cốt lõi mà Danksharding giới thiệu gồm: PBS và DAS.
PBS (Phân tách người đề xuất và người xây dựng - Proposer Builder Separation) nghĩa là tách biệt giữa người đề xuất khối (Proposer) và người xây dựng khối (Builder) trong quá trình tạo khối. Proposer đề xuất khối, Builder đấu giá quyền sắp xếp giao dịch và tính toán tiêu đề khối, Proposer sau đó đóng gói giao dịch dựa trên kết quả của Builder và ghi tiêu đề khối vào khối để hoàn tất việc tạo khối. Trước PBS, người đề xuất khối (trước Merge là Miner, sau Merge là Validator) có thể xem các giao dịch trong mempool và áp dụng chiến lược để tận dụng MEV nhằm tối đa hóa lợi nhuận đào mỏ. Việc áp dụng PBS kết hợp đấu giá quyền sắp xếp của Builder có thể phần nào giải quyết vấn đề MEV, cuối cùng lợi nhuận MEV sẽ được chia sẻ giữa toàn bộ các bộ xác thực. Ngoài ra, PBS còn giúp giải quyết vấn đề đồng bộ giữa phân mảnh và chuỗi beacon, cũng như vấn đề kiểm duyệt trên mạng Ethereum.
DAS (Lấy mẫu khả năng sẵn có dữ liệu - Data Availability Sampling) là phương pháp hiệu quả để giải quyết tình trạng bùng nổ trạng thái blockchain. Cho phép các nút xác thực kiểm tra tính sẵn có của khối, nhờ DAS, các client nhẹ có thể xác minh một khối đã được công bố hay chưa bằng cách chỉ tải về một số phần dữ liệu ngẫu nhiên. Vì DAS cho phép xác minh song song dữ liệu khối, nên ngay cả khi số lượng phân mảnh dữ liệu (Data Sharding) trong tương lai rất lớn, gánh nặng trên từng nút xác thực cũng không tăng, ngược lại còn khuyến khích thêm nhiều nút xác thực tham gia, từ đó đảm bảo tính phi tập trung hóa đầy đủ.
Cuối cùng, Danksharding có thể thông qua PBS để đạt được việc tạo khối tập trung hóa, thông qua DAS để đạt được xác thực phi tập trung hóa, đồng thời có khả năng chống kiểm duyệt nhất định, từ đó đảm bảo Ethereum trở thành một tầng đồng thuận và tầng khả năng sẵn có dữ liệu có thể mở rộng, có thể tiếp nhận nhiều Rollup hơn từ tầng thực thi. (Lưu ý: tạo khối tập trung, xác thực phi tập trung cũng là viễn cảnh Vitalik đề ra trong Endgame về tương lai phát triển của Ethereum.)
Tổng kết
Tôi luôn cảm thấy đội ngũ sáng lập Ethereum rất giàu lý tưởng, có rất nhiều chi tiết khiến tôi tin rằng họ sẽ luôn giữ vững lý tưởng ban đầu và kiên trì tiến bước.
Trong các lần nâng cấp của Ethereum, có ba lần khiến tôi ấn tượng sâu sắc: hard fork Byzantine tại độ cao khối 4,37 triệu, hard fork Constantinople tại độ cao khối 7,28 triệu, và nâng cấp mạng Istanbul tại độ cao khối 9,069 triệu.
Rất thú vị là Byzantine, Constantinople và Istanbul là cùng một thành phố. Thành phố này nằm giữa châu Âu và châu Á, phía bắc giáp vịnh Vàng, phía nam giáp biển Marmara, phía đông đối diện bán đảo Tiểu Á qua biển, chỉ duy nhất phía tây nối liền đất liền. Napoleon từng ca ngợi thành phố này: “Nếu thế giới là một quốc gia, thủ đô chắc chắn phải là Istanbul”. Thành phố cổ xưa này nhờ Ethereum mà gắn kết một cách kỳ diệu với thế giới blockchain, và việc đặt tên ba lần nâng cấp này cũng truyền tải một thông điệp —— Ethereum luôn kiên định, nhất quán.
Có thể con đường blockchain mô-đun của Ethereum sẽ không diễn ra thật nhanh, nhưng điều chắc chắn là, dù là các chủ đề lớn như The Merge, The Surge, The Verge, The Purge, The Splurge – năm giai đoạn hướng tới mục tiêu 100.000 TPS, hay các nâng cấp then chốt cụ thể như Proto-danksharding, Danksharding, thì mục đích cuối cùng đều là thúc đẩy Ethereum hiện thực hóa sứ mệnh ban đầu trở thành “máy tính toàn cầu”.
Chào mừng tham gia cộng đồng chính thức TechFlow
Nhóm Telegram:https://t.me/TechFlowDaily
Tài khoản Twitter chính thức:https://x.com/TechFlowPost
Tài khoản Twitter tiếng Anh:https://x.com/BlockFlow_News
