Sự mở rộng mạng lưới của Blockchain luôn là vấn đề được quan tâm của thị trường crypto. Ngày hôm nay, Fiahub sẽ cùng bạn tìm hiểu về Sharding – một giải pháp mở rộng mạng lưới Blockchain được ứng dụng hiện nay.
Nội dung bài viết
1. Khái niệm
Sharding là một khái niệm khá phổ biến trong lĩnh vực khoa học máy tính, được hiểu là quá trình phân đoạn cơ sở dữ liệu theo chiều ngang, đồng thời xử lý dữ liệu nhanh chóng và lưu trữ trên nhiều nơi để có thể truyền tải.
Công nghệ Sharding được ứng dụng trong Blockchain như một hình thức chia nhỏ mạng lưới thành nhiều mảnh; mỗi mảnh sẽ bao gồm trạng thái độc lập của riêng nó, cùng hợp đồng thông minh và dữ liệu về tài khoản. Tất cả chúng đều độc lập với dữ liệu của các mảnh khác. Nhờ đó mà các gánh nặng tính toán trên mỗi node sẽ giảm đi, mạng lưới cũng từ đó thực thi được khối lượng giao dịch nhanh hơn trước.
Người tạo ra công nghệ Sharding là Vitalik Buterin – nhà sáng lập Ethereum, và nó được xem là tương lai cho việc mở rộng quy mô trên mạng lưới Ethereum. Hiện nay, mạng lưới Ethereum sở hữu TPS khá khiêm tốn và trung bình khoảng 15 TPS. Khi mạng lưới Ethereum ngày càng phát triển, số lượng người dùng tham gia cũng tăng theo thì số lượng giao dịch thực hiện được mỗi giây ở mức 15 sẽ gây ra nghẽn mạng và chi phí cao, người dùng mất nhiều thời gian chờ đợi.
2. Những vấn đề gì Sharding giải quyết?
Blockchain có 3 đặc tính được gọi là “tam giác bất khả thi” khi mà chỉ có 2 trong số chúng đạt được, là:
– Khả năng mở rộng: chuỗi có thể tiến hành nhiều giao dịch hơn so với khả năng xác minh của một nút như thường lệ
– Tính phi tập trung: chuỗi có thể không cần bất kỳ sự phụ thuộc tin cậy vào nhóm nhỏ những tác nhân tập trung nào và vẫn chạy được
– Tính bảo mật: chuỗi có thể chống lại một phần trăm lớn tỷ lệ các nút tham gia muốn tấn công vào mạng lưới.
Tuy nhiên, các giải pháp hiện nay mới chỉ đáp ứng ⅔ đặc tính nêu trên:
– Những Blockchain truyền thống như Ethereum (trước khi ứng dụng Sharding và PoS), Bitcoin hay Litecoin thường phụ thuộc vào việc người dùng tham gia chạy một nút hoàn chỉnh, xác mình giao dịch nên có khả năng bảo mật và phân quyền, tuy nhiên thiếu khả năng mở rộng.
– Những Blockchain có TPS cao thì số lượng nút nhỏ chỉ từ 10 đến 100, có thể duy trì sự đồng thuận lẫn nhau, người dùng phải tin tưởng vào hầu hết các nút này. Khả năng mở rộng và an toàn là có nhưng thiếu tính phi tập trung.
– Hệ sinh thái Multi-chain sẽ gồm nhiều ứng dụng khác nhau và những giao thức cross-chain sẽ giúp chúng trao đổi lẫn nhau. Nhờ đó mà mạng lưới có thể mở rộng và đảm bảo tính phi tập trung; nhưng lại thiếu tính an toàn. Các tin tặc có thể tấn công dưới 1% toàn bộ hệ sinh thái là có thể phá vỡ chuỗi, gây ra những thiệt hại dây chuyền vô cùng lớn.
3. Công nghệ Sharding hoạt động như thế nào
Sharding được tạo ra nhằm khắc phục những nhược điểm trên, thông qua các hoạt động như sau:
– Sharding gồm việc phân đoạn một cơ sở dữ liệu lớn thành những cơ sở dữ liệu nhỏ hơn có cùng định dạng. Thường thì Blockchain gồm rất nhiều nút và mỗi nút này lại đóng một phần quan trọng của mạng lưới, từ đó chia sẻ các nguồn lực tính toán cho khối Blockchain. Hiện nay thì Ethereum đang có hơn 8,200 nút với cơ chế hoạt động duy trì liên tục cho mạng lưới Ethereum vốn đang sử dụng một mô hình xử lý theo dạng mỗi nốt trong mạng lưới đều xử lý mọi hoạt động.
– Công nghệ Sharding sẽ tiến hành dịch chuyển mô hình hoạt động trên thành mô hình xử lý song song, mọi giao dịch được thực hiện song song và đồng thời trên các nút; từ đó mà mạng lưới phân tán khối lượng công việc, giúp thông lượng giao dịch tăng. Thêm nữa, những nút trong mạng lưới sẽ chỉ tiến hành những hoạt động nhất định chứ không gồm toàn bộ các hoạt động như mô hình xử lý cũ.
– Sharding thường tiến hành trên mạng lưới sử dụng cơ chế đồng thuận PoS – Proof of Stake và những nút sẽ thực hiện giao dịch dựa vào số lượng token mà họ stake. Sharding sẽ phân bổ cho người stake xử lý các mảnh khác nhau và những giao dịch trên mạng lưới.
– Sharding rất khó cho phép mạng lưới ứng dụng cơ chế đồng thuận Proof of Work; bởi các nút trong mạng sẽ gặp khó khăn khi tiến hành xác thực giao dịch với lượng thông tin chỉ có trên 1 mảnh thay vì toàn mạng lưới. Những nút trên Proof of Work sẽ là một nút toàn diện, lưu trữ những bản ghi lịch sử dữ liệu của Blockchain. Nhờ đó mà cần một lượng lớn sức mạng tính toán, dung lượng lưu trữ, khiến việc mở rộng quy mô và xử lý bị hạn chế. Sharding sẽ giúp các nút thay vì lưu trữ toàn bộ hoạt động mạng lưới thì chỉ cần lưu trữ dữ liệu liên quan đến mảnh của mình.
Những nút sẽ biết dữ liệu giao dịch này đã thực hiện hay chưa bằng quá trình Shard Sharing. Quá trình này là việc thông tin mỗi mảnh chia sẻ cho các nút, và người tham gia có thể thấy các giao dịch dù không cần xử lý hay lưu trữ toàn bộ thông tin.
4. Ưu nhược điểm của công nghệ Sharding
Ưu điểm:
- Tăng khả năng mở rộng của Blockchain
- Giảm thiểu gánh nặng của việc lưu trữ và xử lý giao dịch cho các nút
- Hoạt động tốt với các Blockchain ứng dụng cơ chế đồng thuận Proof of Stake
Nhược điểm:
- Phức tạp hoá cho các ứng dụng và cơ sở dữ liệu nếu thực hiện Sharding không đúng cách
- Hạn chế khi ứng dụng cho cơ chế đồng thuận Proof of Work
- Vấn đề về quyền riêng tư và bảo mật gây nhiều quan tâm
Ngoài Sharding, cũng có nhiều cơ chế và giải pháp ứng dụng cho Layer-2. Những giải pháp này chủ yếu xoay quanh việc xử lý các giao dịch ngoài chuỗi, tách biệt với cơ sở của mạng lưới nhưng vẫn ứng dụng mô hình bảo mật phi tập trung của Blockchain chính. Những giải pháp này gồm State Channels hay Rollups; ngoài ra là các cơ chế bảo mật tách biệt với mạng lưới cơ sở như Plasma hay Sidechain.
5. Kết luận
Vậy là chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về Sharding – một ứng dụng mới cho việc mở rộng Blockchain hiện nay. Ethereum đã và đang lên kế hoạch tích hợp Sharding vào Ethereum 2.0. Bản cập nhật The Beacon Chain của Ethereum đã hoàn thành với khả năng ứng dụng cơ chế đồng thuận PoS; dự kiến năm nay sẽ công bố bản cập nhật The Merge với nền tảng Sharding được ứng dụng để nâng cao hiệu quả của Blockchain, tăng khả năng mở rộng của chuỗi và giúp người dùng có trải nghiệm tốt hơn trong tương lai.
Cảm ơn sự theo dõi và đón đọc của các bạn. Mong rằng bài viết đã cung cấp cho các bạn những kiến thức hữu ích về công nghệ Sharding. Cùng chờ đón tương lai của Sharding và Blockchain nhé.
Đừng quên đón đọc những bài viết tiếp theo trên blog của Fiahub. Mọi thắc mắc về thị trường crypto, vui lòng liên hệ đội ngũ Support của Fiahub 24/7.
Freelancer Marketing và Content Creator với gần 10 năm kinh nghiệm; trong đó có khoảng hơn 3 năm làm việc trong mảng Blockchain với vai trò Dịch Thuật và Copywriter.
Với kiến thức sâu rộng cùng khả năng diễn giải để những thuật ngữ công nghệ khó hiểu trở nên gần gũi hơn với người đọc. Lê Hoàng đảm nhiệm những bài viết trong chuyên mục "Từ Điển Crypto" và "Hướng Dẫn Người Mới" tại Fiahub Blog
