Tóm lược
Các blockchain chỉ có thể xử lý một số lượng giao dịch hạn chế mỗi giây. Ví dụ, mạng Bitcoin có thể xử lý khoảng bảy giao dịch mỗi giây. Nếu công nghệ blockchain được áp dụng trên toàn cầu, nó sẽ phải xử lý rất nhiều dữ liệu và phải có tốc độ nhanh hơn, để nhiều người có thể sử dụng mạng mà không cảm thấy quá chậm hay tốn kém. Tuy nhiên, thiết kế cơ bản của nhiều mạng phi tập trung khiến cho việc tăng khả năng mở rộng đi kèm sự suy yếu về tính phi tập trung hoặc bảo mật. Đây là những gì được gọi là bộ ba vấn đề nan giải trong blockchain (blockchain trilemma). Các nhà phát triển đang tìm cách giải quyết vấn đề này bằng cách thử nghiệm các cơ chế đồng thuận khác nhau và đưa ra các giải pháp mở rộng, chẳng hạn như sharding (phân đoạn), các sidechain (chuỗi bên cạnh) và các kênh trạng thái.
Giới thiệu
Theo thuật ngữ cơ bản, blockchain là một cơ sở dữ liệu kỹ thuật số phân tán. Các khối dữ liệu được sắp xếp theo thứ tự thời gian. Các khối được liên kết và bảo mật bằng các bằng chứng mật mã. Việc triển khai công nghệ này trên các ngành công nghiệp khác nhau đã và đang thay đổi cách chúng ta làm việc và sinh sống.
Với sự phi tập trung và an toàn của blockchain, chúng ta kỳ vọng không cần phải dựa vào các bên thứ ba để mạng hoặc thị trường hoạt động. Tuy nhiên, các chuyên gia thường đồng ý rằng nếu công nghệ này được áp dụng rộng rãi hơn thì có một vấn đề cốt lõi cần được giải quyết. Vấn đề này được gọi là "bộ ba vấn đề trong blockchain (blockchain trilemma)”.
Thuật ngữ này đã được phổ biến bởi nhà đồng sáng lập Ethereum, Vitalik Buterin. Trước tiên, bạn cần biết ba thuộc tính cơ bản của một blockchain: sự phi tập trung, bảo mật, và khả năng mở rộng. Bộ ba vấn đề đề cập đến việc thật khó để các blockchain có thể tối ưu cả 3 thuộc tính này cùng một lúc. Một thuộc tính tăng lên thường dẫn đến một thuộc tính khác suy yếu.
Bài viết này sẽ xem xét cả ba thuộc tính trong bộ ba và giải thích chi tiết hơn từng thuộc tính. Chúng ta cũng thảo luận sâu hơn về từng thuộc tính và cách chúng kết hợp với nhau. Qua đó, bạn sẽ hiểu rõ hơn về cách thức và lý do tồn tại của những thuộc tính trong blockchain. Bài viết này cũng sẽ nêu bật một số giải pháp đã được các nhà phát triển đề xuất để giải quyết các vấn đề này.
Sự phi tập trung là gì?
Bitcoin và các mạng blockchain tương tự được thiết kế theo cách phi tập trung. Toàn bộ cấu trúc hoạt động mà không cần một cá nhân hoặc tổ chức nào chịu trách nhiệm. Đúng hơn, đó là mô hình phi tập trung. Lớp mạng cũng được mở cho bất kỳ ai muốn tham gia. Do đó, quyền kiểm soát được phân phối hoàn toàn thay vì chỉ được nắm giữ bởi một thực thể duy nhất. Mọi người đều có quyền truy cập vào cùng một dữ liệu. Nếu ai đó cố gắng gian lận hệ thống bằng cách thay đổi hồ sơ theo hướng có lợi cho họ, thì những người tham gia còn lại sẽ từ chối dữ liệu bị lỗi.
Điều này có thể khá kỹ thuật, nhưng hãy lấy mạng Bitcoin làm ví dụ. Không có bên thứ ba kiểm soát mạng Bitcoin. So sánh điều này với các ngân hàng trong hệ thống tài chính. Các ngân hàng đứng ở giữa và tạo ra sự tin tưởng giữa những người giao dịch, đồng thời đảm bảo tất cả các hồ sơ được lưu giữ chính xác. Tuy nhiên, blockchain Bitcoin chia sẻ tất cả dữ liệu đó với mọi người trên mạng để họ có thể kiểm tra và xác nhận dữ liệu trước khi nó được thêm vào cơ sở dữ liệu kỹ thuật số. Kết quả là một hệ thống có thể tồn tại mà không cần đến bên thứ ba.
Sự phi tập trung còn là nền tảng của một thứ được gọi là Web3. Chúng ta đang có Web2— internet của hiện tại. Web2 có đầy đủ các trang web và ứng dụng do các công ty kiểm soát, nhưng có nội dung do người dùng tạo ra. Web3 là bước tiếp theo. Nó là một internet nơi công nghệ blockchain mang tới sự phi tập trung, cho phép mọi người kiểm soát dữ liệu và cuộc sống trực tuyến của riêng họ.
Tuy nhiên, một điều cần lưu ý là do cách thức hoạt động của các hệ thống phân tán này — cần nhiều người tham gia đồng ý về tính hợp lệ của bất kỳ dữ liệu thời gian giao dịch nào , do đó thông tin cần được chia sẻ và xử lý có thể bị chậm. Vì vậy, các blockchain cần phải mở rộng quy mô, có nghĩa là có chúng cần có khả năng xử lý nhiều dữ liệu với tốc độ nhanh hơn. Chúng ta sẽ quay lại ý này khi thảo luận về khả năng mở rộng.
Ngoài ra, giấc mơ phi tập trung chỉ thành hiện thực nếu các blockchain về cơ bản giữ được tính bảo mật. Nếu một blockchain thiếu bảo mật, thì một tác nhân xấu có thể kiểm soát và thay đổi dữ liệu theo hướng có lợi cho họ. Điều này dẫn đến phần thứ hai của bộ ba vấn đề: tính bảo mật.
Bảo mật trong blockchain là gì?
Không quan trọng một blockchain phi tập trung như thế nào nếu nó thiếu tính bảo mật. Một mạng blockchain tốt phải có khả năng chống lại các cuộc tấn công từ các thực thể độc hại. Các hệ thống tập trung có được tính bảo mật vì thực tế chúng là các hệ thống đã đóng. Người kiểm soát dữ liệu cũng là người đảm bảo dữ liệu không bị can thiệp. Nhưng làm thế nào điều này đạt được trong một hệ thống phi tập trung, nơi mọi người đều có thể tham gia?
Đó là một chủ đề phức tạp, nhưng chúng ta có thể quay lại xem Bitcoin như một ví dụ về tính bảo mật trong blockchain phi tập trung. Blockchain Bitcoin sử dụng sự kết hợp mật mã và cơ chế đồng thuận mạng được gọi là Proof of Work (PoW). Về mặt mật mã, mỗi khối có một loại chữ ký số (hoặc chuỗi băm). Mỗi khối dữ liệu được kết nối theo cách không thể bị giả mạo vì bất kỳ thay đổi nào sẽ làm thay đổi chuỗi băm của khối. Mọi nỗ lực thay đổi dữ liệu sẽ nhanh chóng được xác định bởi phần còn lại của mạng.
Cơ chế đồng thuận PoW là một phần khác của câu đố. Nó giúp bảo mật sổ cái của tiền mã hoá. Bản thân việc hiểu cơ chế Proof of Work là cả một bài viết, nhưng đối với mục đích của chúng ta, bạn chỉ cần lưu ý rằng mỗi thành viên của mạng lưới chỉ có thể xác minh các giao dịch mới và thêm chúng vào sổ cái thông qua một hoạt động được gọi là đào. Điều này liên quan đến việc sử dụng sức mạnh tính toán để giải một câu đố toán học. Một phần của quy trình yêu cầu các máy tính này thực hiện nhiều hàm băm. Điều này dẫn đến vấn đề về khả năng mở rộng, vì cơ chế PoW an toàn nhưng tương đối chậm.
Cũng lưu ý rằng, mạng càng có nhiều người tham gia (node) thì mạng càng an toàn. Số lượng các bên càng nhiều, thì một kẻ xấu càng khó nắm quyền kiểm soát hệ thống. Điều này liên quan đến một khái niệm được gọi là cuộc tấn công 51%. Tổng quan: nếu một thực thể (hoặc một nhóm tác nhân xấu) có thể kiểm soát hơn 50% tổng tỷ lệ băm mạng của blockchain, thì họ sẽ có thể ghi đè sự đồng thuận và thay đổi dữ liệu của chuỗi để có lợi cho chính họ, chẳng hạn như chi tiêu gấp đôi các token.
Nói tóm lại, bảo mật là một yêu cầu cơ bản để một blockchain thành công bởi vì nếu không có nó, những kẻ tấn công có thể chiếm quyền kiểm soát chuỗi, khiến blockchain trở nên vô dụng.
Khả năng mở rộng là gì?
Khả năng mở rộng đề cập đến mục tiêu xây dựng một blockchain có thể hỗ trợ ngày càng nhiều giao dịch mỗi giây. Quy mô này là bắt buộc nếu công nghệ blockchain phục vụ một xã hội rộng lớn hơn và có thể là hàng tỷ người dùng. Nhưng đây là điều mà rất nhiều blockchain vẫn đang gặp khó.
Điều này là do tính phi tập trung và bảo mật là những điều rất cơ bản đối với blockchain nên chúng có xu hướng được tập trung vào đầu tiên. Phi tập trung là trọng tâm của các đặc tính và mục tiêu của blockchain đến nỗi nó nằm ở trung tâm của hầu hết các blockchain được công nhận. Bảo mật, như chúng ta đã thảo luận, là yêu cầu cốt lõi để một blockchain trở nên thành công và hữu ích.
Tuy nhiên, bằng cách ưu tiên sự phi tập trung và tính bảo mật, khả năng mở rộng trở thành một thách thức. Số lượng giao dịch mà một chuỗi có thể xử lý có thể bị hạn chế nghiêm trọng. Một hệ thống thanh toán tập trung như Visa tuyên bố rằng nó có thể xử lý 24.000 giao dịch mỗi giây. Điều này là do mạng lưới thiết kế dạng đóng và không cần sự cân nhắc như các node công khai để đạt sự đồng thuận. So sánh điều này với một số blockchain nổi tiếng nhất.
Một bài báo vào năm 2022 được Bloomberg viết, kết luận: “Tính đến tháng 9, Bitcoin không thể xử lý hơn bảy giao dịch mỗi giây và Ethereum, mạng phổ biến thứ hai, bị giới hạn ở khoảng 15 giao dịch mỗi giây — khoảng cách còn xa tít tắp so với các sàn giao dịch thông thường.”
Như đã đề cập, tốc độ giao dịch blockchain này bị giới hạn do cách thông tin cần được xử lý bởi những người tham gia khác nhau tạo nên mạng phi tập trung và bản chất của chính cơ chế đồng thuận PoW. Nếu ngày càng có nhiều người trong xã hội bắt đầu sử dụng công nghệ blockchain, mạng lưới sẽ trở nên tắc nghẽn do số lượng giao dịch mà blockchain có thể xử lý bị hạn chế.
Nguyên nhân ba vấn đề trong blockchain tồn tại
Giải pháp cơ bản và rõ ràng nhất cho vấn đề nêu trên là giảm số lượng người tham gia xác nhận và thêm vào dữ liệu mạng để đổi lấy quy mô và tốc độ lớn hơn. Nhưng làm như vậy sẽ dẫn đến tính phi tập trung bị suy yếu bởi quyền kiểm soát dần được giao cho một số ít người tham gia hơn. Điều đó cũng sẽ dẫn đến sự suy yếu về bảo mật vì ít người tham gia vận hành đồng nghĩa với khả năng mạng bị tấn công cao hơn.
Vì vậy, đây là vấn đề nan giải: với sự kết nối giữa các thuộc tính phi tập trung và bảo mật, thiết kế cơ bản về cách hoạt động của blockchain khiến blockchain khó mở rộng quy mô. Nếu một thuộc tính tăng lên, bạn sẽ làm suy yếu một thuộc tính khác. Làm cách nào để bạn đẩy khả năng mở rộng mà không làm hỏng sự phi tập trung, bảo mật hoặc cả hai?
Giải quyết bộ ba vấn đề nan giải trong blockchain
Không có một giải pháp vàng nào cho các vấn đề nan giải này. Nhưng với tầm quan trọng của nó, đã có một số cách tiếp cận khác nhau trong cộng đồng với những kết quả thú vị. Hãy cùng điểm qua những giải pháp phổ biến nhất để có cái nhìn sâu sắc hơn trong lĩnh vực này:
1. Sharding
Đây là một phương pháp nhằm chia các blockchain (hoặc các loại cơ sở dữ liệu khác) thành các blockchain được phân vùng, nhỏ hơn để quản lý các phân đoạn dữ liệu cụ thể. Thiết lập này giúp giảm bớt căng thẳng cho một chuỗi duy nhất xử lý tất cả các giao dịch và tương tác trên mạng. Mỗi blockchain được phân vùng được gọi là một phân đoạn (shard) và có sổ cái riêng của nó. Các phân đoạn này sau đó có thể xử lý các giao dịch của riêng chúng, nhưng có một blockchain beacon (chuỗi báo hiệu) hoặc chuỗi chính quản lý các tương tác giữa các phân đoạn. Điều này làm cho phân đoạn trở thành một giải pháp nâng cấp khả năng mở rộng các mạng Layer 1, vì nó là một sự thay đổi đối với mạng chính của một blockchain.
2. Các cơ chế đồng thuận khác
Một trong những lý do khiến bộ ba vấn đề tồn tại trong mạng Bitcoin là do cách thức hoạt động của PoW để đảm bảo tính bảo mật. Nhu cầu về các công cụ thợ đào, các thuật toán tiền mã hóa và một lượng lớn sức mạnh tính toán phi tập trung tạo ra một hệ thống an toàn, nhưng chậm chạp. Vì vậy, việc tìm một cách khác để đảm bảo sự đồng thuận là một trong những cách tiếp cận để giải quyết vấn đề nan giải. Đây là một trong những lý do đằng sau việc Ethereum chuyển từ PoW sang Proof of Stake (PoS).
Trong blockchain PoS, những người tham gia xác thực giao dịch phải stake (khóa) các token của họ. Từ đó, không cần các máy đào chuyên dụng cao. Việc thêm nhiều trình xác thực vào mạng rẻ, đơn giản và dễ tiếp cận hơn. PoS chỉ là một trong nhiều cách tiếp cận khác nhau đối với các cơ chế đồng thuận có tính đến khả năng mở rộng.
3. Giải pháp Layer 2
Cả hai cơ chế đồng thuận và sharding đều được xem là những giải pháp Layer-1. Vì các giải pháp này đều có lối tiếp cận từ thiết kế cơ bản bên dưới mạng. Nhưng các nhà phát triển khác đang tìm cách giải quyết các vấn đề nan giải này theo một cách khác - các giải pháp xây dựng dựa trên cấu trúc mạng hiện có. Nói cách khác, họ nghĩ rằng câu trả lời nằm ở lớp thứ hai, hay còn gọi là Layer 2. Ví dụ về các giải pháp này bao gồm các sidechain và các kênh trạng thái.
Một sidechain về cơ bản là một blockchain riêng biệt được kết nối với chuỗi chính. Nó được thiết lập theo cách mà nội dung có thể lưu chuyển tự do giữa hai bên. Quan trọng là sidechain có thể hoạt động theo các quy tắc khác nhau, cho phép tốc độ và quy mô lớn hơn. Tương tự, các kênh trạng thái là một cách khác để loại bỏ các giao dịch khỏi chuỗi chính và giảm bớt áp lực lên Layer 1. Một kênh trạng thái sử dụng hợp đồng thông minh, thay vì một chuỗi riêng biệt, để cho phép người dùng tương tác với nhau mà không cần xuất bản giao dịch của họ lên blockchain. Blockchain chỉ ghi lại điểm bắt đầu và kết thúc của kênh.
Tổng kết
Vấn đề nan giải về khả năng mở rộng nằm trong cách blockchain phát huy tiềm năng của nó như một công nghệ thay đổi thế giới. Nếu các mạng blockchain chỉ có thể xử lý một số lượng nhỏ giao dịch mỗi giây để duy trì sự phi tập trung và bảo mật, thì sẽ rất khó để công nghệ này được áp dụng hàng loạt. Tuy nhiên, các giải pháp hiện được đưa ra bởi các nhà phát triển cho thấy công nghệ blockchain sẽ chỉ được phát triển hơn nữa và các mạng này cũng có thể xử lý nhiều dữ liệu hơn trong tương lai.