Nội dung bài viết
Blockchain Layer 2 là gì?
Layer 2 được xây dựng dựa trên blockchain (thường được gọi là mạng Layer 1) giúp mở rộng khả năng của mạng lớp cơ sở bên dưới. Layer 2 có thể hỗ trợ bất kỳ blockchain nào trong việc cải tiến thông lượng giao dịch cao hơn.
Để được xem như một Layer 2, mạng/hệ thống hoặc công nghệ này cần kế thừa tính bảo mật của Blockchain mà nó được xây dựng trên đó. Dữ liệu giao dịch, dưới một số hình thức, phải được xác minh và xác nhận bởi mạng blockchain cơ bản thay vì một tập hợp các nút riêng biệt. Ví dụ: sidechain thường không được coi là Layer 2 vì chúng thường triển khai các cơ chế đồng thuận và trình xác thực của riêng mình, dẫn đến một bộ đảm bảo bảo mật khác với chuỗi lớp cơ sở.
Đối với các Blockchain hy sinh khả năng mở rộng để đạt được sự phân cấp và bảo mật cao hơn, Layer 2 cho phép thông lượng giao dịch lớn hơn, điều này có thể dẫn đến mức phí thấp hơn. Layer 2 có thể được coi là một giải pháp cho vấn đề về khả năng mở rộng, cho phép thực thi nhanh chóng và có thể mở rộng mà không ảnh hưởng đến tính phân quyền hoặc bảo mật.
Sự cần thiết của Layer 2
Kể từ khi công nghệ Blockchain xuất hiện vào năm 2008, hàng nghìn nhà nghiên cứu và nhà phát triển đã làm việc để giải quyết những hạn chế cấp bách về khả năng mở rộng nhằm đưa nó vào ứng dụng rộng rãi. Những hạn chế này trước đây đã dẫn đến mức phí cao và thời gian thực hiện chậm, làm giảm khả năng hoạt động của các Blockchain trên quy mô lớn.
Được tạo ra bởi người đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin, bộ ba bất khả thi này chỉ ra Blockchain không có khả năng mở rộng quy mô một cách hiệu quả trong khi vẫn giữ cho mạng cơ bản vừa an toàn vừa phi tập trung. Thay vào đó, phải có sự cân bằng giữa ba tính năng này – mạng blockchain ngày nay có thể đáp ứng hai trong ba điều kiện, nhưng không phải cả ba điều kiện cùng một lúc.
Layer 2 là một công nghệ mới nổi được xây dựng trên tiền đề về giới hạn của Blockchain do đảm nhiệm quá nhiều thứ. Điều này xảy ra bởi Blockchain đáp ứng được 03 chức năng cốt lõi: thực thi, tính sẵn có của dữ liệu và sự đồng thuận.
- Thực thi – xử lý và thông lượng giao dịch. Được đo bằng số lượng tính toán (trong đó giao dịch là tập hợp con) mỗi giây mà blockchain có thể xử lý.
- Tính khả dụng của dữ liệu – yêu cầu lưu trữ đối với các nút và trình xác thực trên mạng đối với các giao dịch, trạng thái và dữ liệu khác. Được đo bằng các thuật ngữ lưu trữ tiêu chuẩn như megabyte, gigabyte…
- Sự đồng thuận – thỏa thuận rộng rãi giữa các nút và người xác thực về trạng thái của mạng và thứ tự giao dịch. Được đo lường theo khía cạnh phân cấp và thời gian đến khi hoàn tất hoặc thời gian cần thiết để tất cả các nút đồng ý về một thay đổi trạng thái cụ thể.
Blockchain Layer 2 hoạt động như thế nào?
Ở cấp độ cao, Layer 2 thường có hai phần: Mạng xử lý các giao dịch và hợp đồng thông minh trên Blockchain cơ bản, thông qua việc gắn kết nó với Blockchain cơ bản từ đó mà giải quyết mọi tranh chấp và đạt được sự đồng thuận về trạng thái của mạng Layer 2.
Blockchain Layer 2 là nơi diễn ra các giao dịch và tính toán nhanh chóng với rất nhiều cách khác nhau để đạt được thông lượng này. Tuy nhiên, mẫu số chung giữa các Layer 2 là khi tìm cách giải quyết trên chuỗi cơ sở, Layer 2 phải cung cấp một số loại “bằng chứng” mật mã và có thể xác minh được tính toàn vẹn của trạng thái được đề xuất thay đổi, hoặc là của đề xuất trước đó.
Tương tự, việc triển khai hợp đồng thông minh cơ bản có thể khác nhau giữa các Layer 2, nhưng các chức năng cốt lõi của hợp đồng thông minh luôn là:
- Giữ và giải phóng tiền được chuyển sang Layer 2
- Nhận một số loại bằng chứng USDyer 2 tạo ra, xác thực nó, giải quyết tranh chấp và sau đó hoàn tất giao dịch
Một cách hay để khái niệm hóa hai động lực này là lấy 02 ví dụ về việc triển khai Layer 2 hiện nay – kênh thanh toán và tổng hợp.
Kênh thanh toán
Kênh thanh toán cho phép chuyển Token trên chuỗi off-chain giữa hai hoặc nhiều người dùng bằng cách cấp vốn trước cho thanh khoản vào kênh.
Alice và Bob tạo một kênh thanh toán bằng cách khóa các quỹ tập thể trong một hợp đồng thông minh và đồng ý (thông qua chữ ký mật mã) mỗi người có bao nhiêu quyền truy cập. Ví dụ: nếu cả hai đều khóa 50 USD với tổng số tiền là 100 USD, rất có thể họ sẽ đồng ý rằng mỗi người sẽ sử dụng 50 USD cho mỗi người trong kênh thanh toán.
Sau khi kênh thanh toán được thiết lập, Alice và Bob có thể tự do giao dịch off-chain thông qua các tin nhắn đã ký mà không cần gửi giao dịch tới Blockchain cơ bản. Alice có thể trả tiền cho Bob và ngược lại ngay lập tức mà không mất phí. Khi giao tiếp qua kênh thanh toán hai chiều, giao dịch của Alice và Bob không được đăng lên blockchain cơ bản; chỉ khi họ quyết định đóng kênh thì kết quả cuối cùng mới được truyền đến và giải quyết trên blockchain.
Kết quả cuối cùng của hệ thống này là Bob và Alice chỉ cần thanh toán cho hai giao dịch trực tuyến để mở và đóng kênh thanh toán. Khi kênh thanh toán mở, hàng triệu giao dịch chuyển tiền trực tiếp ngang hàng có thể được thực hiện không mất phí và tốc độ nhanh chóng.
Rollups
Optimistic và Zero-Knowledge Rollups cung cấp thông lượng cao hơn và chi phí thấp hơn bằng cách thực hiện các thay đổi trạng thái hợp đồng thông minh off-chain và chứng minh chúng on-chain. Khả năng mở rộng với Rollups đạt được thông qua 03 phương pháp sau.
- Rollups tiến hành các giao dịch off-chain, yêu cầu Blockchain cơ sở chỉ cần thực hiện các bằng chứng nhỏ để xác minh hoạt động mạng và lưu trữ dữ liệu giao dịch thô.
- Tập hợp dữ liệu giao dịch theo nhóm lại với nhau khi được gửi lên blockchain để chi phí gas trên chuỗi được phân phối trên một số giao dịch.
- Rollups chỉ yêu cầu tối thiểu một trình xác thực trung thực để chứng minh tính hợp lệ của các giao dịch đối với Blockchain lớp cơ sở, cho phép các bộ trình xác thực nhỏ hơn và tăng yêu cầu phần cứng mà không ảnh hưởng đáng kể đến bảo mật.
Thực thi off-chain
Một tính năng chính của Rollup là thực hiện các giao dịch off-chain. Điều này có nghĩa là Blockchain Layer 2 xử lý các giao dịch, cho dù với người dùng khác hay với hợp đồng thông minh, thay cho Blockchain cơ sở. Kết hợp với bộ trình xác thực nhỏ hơn cùng phần cứng tốt hơn, điều này mang lại thông lượng cao hơn nhiều khi giao dịch trên Layer 2 so với các Blockchain cơ sở.
Blockchain cơ sở chỉ cần thực thi các bằng chứng được gửi đến hợp đồng thông minh để xác minh hoạt động trên Blockchain Layer 2 (trong trường hợp Optimistic Rollups, chỉ khi có tranh chấp) và lưu trữ dữ liệu giao dịch thô, chưa được thực hiện dưới dạng calldata. Nói một cách đơn giản, điều này có nghĩa là blockchain cần thực hiện ít công việc hơn và lưu trữ ít dữ liệu hơn cho các giao dịch diễn ra trên Layer 2, từ đó tổng chi phí cho mỗi giao dịch thấp hơn.
Giao dịch hàng loạt
Một cách khác để giảm chi phí là giao dịch hàng loạt. Trên blockchain, mỗi giao dịch là 01 gift packing và được phân phối trong 01 hộp riêng biệt. Điều này làm cho việc vận chuyển trở nên tốn kém vì bạn phải trả phí vận chuyển mỗi lần muốn gửi. Với Rollups, bạn đóng gói nhiều gift vào một hộp lớn hơn với khoảng thời gian ít thường xuyên hơn và chia phí vận chuyển lớn hơn cho nhiều gift.
Về mặt kỹ thuật, việc tổng hợp dữ liệu giao dịch thô dưới dạng calldata giúp các giao dịch Rollups không cần phải được xác minh giống như các giao dịch trên chuỗi. Dữ liệu giao dịch theo đợt chỉ đơn giản là một cách để lưu trữ dữ liệu trên chuỗi cơ sở để, nếu cần, người xác thực hoặc người tham gia Rollups có thể tạo lại trạng thái của Blockchain Layer 2 bất kỳ lúc nào. Tuy nhiên, logic cốt lõi vẫn giống nhau – một giao dịch theo đợt trên chuỗi chính lưu trữ dữ liệu liên quan đến nhiều giao dịch tổng hợp.
Đây là một cách rõ ràng và đơn giản để giảm phí giao dịch, vốn hạn chế khả năng mở rộng trên blockchain và kết hợp với nén dữ liệu, mang lại những cải tiến đáng kể về chi phí thực hiện so với giao dịch trên blockchain cơ sở.
Cả giao dịch hàng loạt ZK-Rollups và Optimistic Rollups đều theo cách tương tự.
Ít người xác thực hơn
Như đã đề cập trước đó, Layer 2 vốn có sự đảm bảo an ninh và phân cấp của Blockchain cơ bản ban đầu. Điều này được trình bày chi tiết bên dưới, nhưng ý tưởng cốt lõi là Layer 2 phải cung cấp một dạng bằng chứng cho blockchain cơ bản của mình về tính hợp lệ của những thay đổi trạng thái được đề xuất.
Điều này giúp cho các Rollups cần ít trình xác thực hơn khi xử lý tất cả các giao dịch trên Blockchain Layer 2. Trình xác thực có thể là các thực thể được cấp phép và thường có phần cứng phức tạp hơn nhiều để tính toán các giao dịch nhanh hơn với chi phí thấp hơn. Lý do điều này có thể xảy ra là do những người xác thực không đưa ra sự đồng thuận – điều đó xảy ra thông qua hợp đồng thông minh trên chuỗi cơ sở và hợp đồng thông minh cần có bằng chứng.
Bảo mật Layer 2: Tầm quan trọng của bằng chứng (proof)
Khái niệm proof là nền tảng cho Layer 2 trong việc kế thừa sự đảm bảo an ninh của chuỗi cơ sở.
Bằng chứng mật mã hoạt động với nội dung khách quan hơn nhiều so với những gì được chấp nhận tại cuộc sống đời thực. Việc chứng minh điều gì đó bằng mật mã mang lại sự đảm bảo khách quan, có thể kiểm chứng và chống giả mạo. Nếu bằng chứng có hiệu quả, nó được đảm bảo là đúng. Trong trường hợp các kênh thanh toán, chữ ký mật mã trên các giao dịch cung cấp sự thật xác thực mà hợp đồng thông minh cần để giải quyết mọi tranh chấp.
Mỗi Layer 2 đều dựa vào một số dạng bằng chứng mật mã để giải quyết các xung đột trên chuỗi cơ sở. Bằng chứng nổi bật nhất hiện nay là Fault Proofs và Validity Proofs (còn được gọi là Zero-Knowledge Proofs), nền tảng cho các Optimistic và ZK-Rollups hiện nay.
Tin nhắn đã ký trên kênh thanh toán
Giả sử khi đóng kênh thanh toán, Bob hoặc Alice có hành động ác ý và cố gắng lấy tiền không phải của họ. Một trong hai người có thể thực hiện việc này bằng cách cung cấp cho hợp đồng thông minh một bản sao đã lỗi thời từ “sổ cái” của kênh thanh toán.
Yếu tố thiết kế chính của kênh thanh toán là các giao dịch phải luôn được ký bằng mật mã. Điều này trở thành một dạng bằng chứng tương thích với hợp đồng thông minh cơ bản để giải quyết tranh chấp. Ví dụ: nếu Alice đề xuất một bản sao sổ cái đã lỗi thời mang lại cho cô ấy nhiều tiền hơn mức cô ấy đáng lẽ phải nhận, thì Bob có thể tranh chấp giao dịch thanh toán và cung cấp một bản sao mới hơn của sổ cái. Số tiền chính xác sau đó có thể được xác định bằng hợp đồng thông minh. Alice cũng sẽ phải trả giá cho hành vi không trung thực của mình.
Quá trình xét duyệt chính xác của hợp đồng thông minh cơ bản là điều khiến các kênh thanh toán trở thành Layer 2. Sau khi kênh thanh toán được mở, cả Bob và Alice đều phải ký mã hóa mọi giao dịch họ thực hiện và lưu trữ bản sao chữ ký của người kia.
Đây là bằng chứng về các hoạt động trong kênh thanh toán, nhưng chỉ có bằng chứng thôi thì chưa đủ. Cần phải thực thi sự thật, giống như thẩm phán đưa ra quyết định sau khi bằng chứng được cung cấp và bồi thẩm đoàn đã đưa ra phán quyết. Trong trường hợp này, hợp đồng thông minh sẽ thực thi phán quyết và giải quyết tài khoản bằng cách trả lại số tiền chính xác cho ví của từng người tham gia trên chuỗi cơ sở.
Đây chính là ý nghĩa của việc kế thừa tính phân quyền và đảm bảo an ninh của Blockchain cơ bản. Kênh thanh toán xử lý phần lớn việc tính toán và thực thi off-chain, nhưng trong trường hợp cần có sự đồng thuận để giải quyết kênh, lớp đồng thuận mạnh mẽ của blockchain cơ bản sẽ đưa ra quyết định cuối cùng.
Optimistic Rollup Fault Proofs
Fault Proof (bằng chứng lỗi) có bản chất đơn giản. Layer 2 sử dụng bằng chứng lỗi giả định tất cả các giao dịch đều hợp lệ theo mặc định. Tuy nhiên, có một khoảng thời gian tranh chấp mà bất kỳ người tham gia mạng nào cũng có thể tạo ra tranh chấp và cung cấp bằng chứng cho hợp đồng thông minh rằng dữ liệu giao dịch và thay đổi trạng thái được đề xuất là sai. Khi bằng chứng lỗi được công bố, giao dịch tổng hợp sẽ được thực hiện lại một phần hoặc toàn bộ trên chuỗi và thay đổi trạng thái kết quả sẽ được so sánh với yêu cầu ban đầu. Nếu việc thực hiện lại dẫn đến một kết quả khác thì xác nhận quyền sở hữu ban đầu được coi là không hợp lệ và được hoàn lại.
Hệ thống này được sử dụng bởi các Optimistic. Optimistic xuất phát từ quan điểm triết học về khả năng chống lỗi: Hợp đồng thông minh Optimistic giả định rằng tất cả các giao dịch đều hợp lệ cho đến khi được chứng minh là khác (vô tội cho đến khi được chứng minh là có tội). Trở lại ví dụ về người xác thực không trung thực, bất kỳ người tham gia mạng nào cũng chỉ cần đề xuất bằng chứng lỗi hợp lệ cho hợp đồng thông minh trong thời gian tranh chấp để hành động của người xác thực bị vô hiệu hóa trước khi giao dịch được hoàn tất.
Validity Proofs ZK-Rollup
Validity Proofs (bằng chứng về tính hợp lệ) có thể được coi là có quan điểm triết học trái ngược với bằng chứng lỗi, trong đó tất cả tính toán và thực hiện đều đang bị nghi ngờ và phải được chứng minh là đúng.
Nói một cách đơn giản, bằng chứng xác thực chứng minh rằng điều gì là đúng. Trong trường hợp ZK-Rollup, điều này nhất thiết đề cập đến các giao dịch và tính toán diễn ra trên Blockchain Layer 2. Do đó, hợp đồng thông minh on-chain tương ứng có thể xác minh bằng chứng hợp lệ của Layer 2 để phê duyệt các thay đổi trạng thái. Trong bối cảnh của các trình xác thực, một ZK-Rollup đầy đủ chức năng có hiệu quả khiến các giao dịch bị lỗi/độc hại không thể được giải quyết trên chuỗi cơ sở, vì mỗi giao dịch phải có bằng chứng xác thực tương ứng.
Mở rộng quy mô Blockchain
Các kênh thanh toán, Rollups và Layer 2 theo nghĩa rộng hơn đều là các phương pháp tiếp cận vấn đề về khả năng mở rộng blockchain theo cách bền vững và có định hướng lâu dài – hỗ trợ cả việc áp dụng ngày càng tăng các ứng dụng Web3 và nâng cao trải nghiệm người dùng.
Là một công nghệ mới và liên tục phát triển, hầu hết các thành phần cơ sở hạ tầng Web3, bao gồm Blockchain cơ sở và Layer 2, vẫn chưa đạt đến điểm uốn để biết rõ cách tiếp cận nào phù hợp nhất với nhu cầu của thị trường. Tuy nhiên, hàng nghìn nhà phát triển và nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục làm việc không mệt mỏi để tìm ra giải pháp khả thi thông qua hệ sinh thái mở rộng của mạng blockchain, giải pháp DAG và Layer 2 tồn tại ngày nay nhằm đưa những hứa hẹn của Web3 lên hàng đầu trong xã hội.
Các giải pháp mở rộng chính trên Layer-2 của Ethereum
State Channel
State Channels là một loại giải pháp mở rộng quy mô Layer-2 cho phép người dùng tương tác trực tiếp với nhau ngoài chuỗi theo cách an toàn và hiệu quả, với blockchain chỉ được sử dụng để ghi lại trạng thái cuối cùng của các tương tác của họ. Phương pháp này rất hiệu quả vì nó giảm thiểu nhu cầu giao dịch trên chuỗi, do đó giảm tắc nghẽn và phí trên chuỗi chính.
State Channel hoạt động như thế nào?
- Mở kênh: Hai hoặc nhiều bên đồng ý mở kênh trạng thái bằng cách gửi trạng thái ban đầu tới blockchain. Hành động này yêu cầu giao dịch trên chuỗi.
- Tương tác ngoài chuỗi: Sau khi kênh mở, các bên có thể thực hiện bất kỳ số lượng giao dịch nào giữa họ ngoài chuỗi. Các giao dịch này không được gửi tới blockchain chính, cho phép thanh toán ngay lập tức và phí giao dịch tối thiểu.
- Đóng kênh: Kênh có thể được đóng bởi bất kỳ bên tham gia nào. Đóng kênh liên quan đến việc gửi trạng thái cuối cùng của tất cả các giao dịch ngoài chuỗi tới blockchain chính. Trạng thái cuối cùng này sau đó được ghi lại trên chuỗi, chỉ yêu cầu một giao dịch bất kể số lượng giao dịch ngoài chuỗi được thực hiện.
Plasma
Plasma là giải pháp mở rộng quy mô Layer-2 được xây dựng trên mạng Ethereum, giúp xử lý khối lượng lớn giao dịch ngoài chuỗi chính. Nó tạo thành một loạt các Blockchain nhỏ hơn, độc lập được gọi là “chuỗi Plasma” hoặc “chuỗi con”.
Vitalik Buterin và Joseph Poon, một người ủng hộ Lightning Network, đã đề xuất khuôn khổ Plasma vào tháng 8 năm 2017 như một giải pháp mở rộng quy mô cho thách thức về khả năng mở rộng quy mô của Ethereum. Mục tiêu chính của nó là tăng hiệu quả chung của mạng bằng cách chuyển phần lớn khối lượng công việc xử lý của nó khỏi mạng chính sang các chuỗi con.
Plasma hoạt động như thế nào?
Plasma hoạt động bằng cách sử dụng hợp đồng thông minh và Merkle Trees, cho phép tạo ra một mạng lưới các chuỗi con – chỉ đơn giản là các bản sao nhỏ hơn của Blockchain Ethereum (mainchain). Về mặt kỹ thuật, các chuỗi con (sidechain) là các hợp đồng thông minh có thể tùy chỉnh, có thể thích ứng với các trường hợp sử dụng khác nhau. Các chuỗi Plasma này hoạt động như các Blockchain riêng biệt, mỗi chuỗi có các quy tắc và cơ chế xác thực khối riêng. Tuy nhiên, các sidechain vẫn được neo vào mainchain
Sau khi xử lý dữ liệu và các tác vụ tính toán đã được phân bổ cho các chuỗi con, nó sẽ phân phối lại chúng cho các chuỗi con. Sau đó, các chuỗi nhỏ hơn này được xử lý độc lập và kết quả được phát trở lại chuỗi chính. Và vì mỗi chuỗi con xử lý các giao dịch một cách độc lập nên đạt được mức độ khả năng mở rộng cao hơn.
Validium
Validium là giải pháp mở rộng quy mô Layer-2 tận dụng Zero Knowledge Proofs để xác minh các giao dịch ngoài chuỗi. Mục tiêu chính của giải pháp là tăng cường khả năng mở rộng, quyền riêng tư và bảo mật của mạng Ethereum.
Cốt lõi của giải pháp là các chuỗi phụ hoặc giải pháp Layer-2 được liên kết với nhưng xử lý các giao dịch riêng biệt với chuỗi chính Ethereum. Theo cách này, chúng di chuyển các giao dịch ra khỏi chuỗi và giúp giảm bớt áp lực giao dịch trên mạng Ethereum.
Do đó, người dùng có thể tận hưởng thời gian xác nhận nhanh hơn trong khi di chuyển nhiều khối lượng hơn. Hơn nữa, Validium giảm đáng kể phí gas do giảm chi phí tính toán, vì không cần phải xác minh từng giao dịch riêng lẻ.
Validium hoạt động như thế nào?
Validium gom các giao dịch sidechain thành từng đợt và tạo zk-proof cho từng đợt. ZK-Proofs đảm bảo tính hợp lệ của các giao dịch và chuỗi ngoài chuỗi đã được cập nhật chính xác.
Mỗi sidechain đều có một trình xác thực chịu trách nhiệm tổng hợp các giao dịch và tạo ZK-Proofs, sau đó được gửi đến mạng chính Ethereum để xác minh.
Nếu bằng chứng hợp lệ, trình xác thực sẽ cập nhật bản ghi mạng chính để phản ánh những thay đổi đã xảy ra trong sidechain.
Rollup
Rollup là giải pháp mở rộng Layer-2. Ở cấp độ cơ bản nhất, giải pháp Rollup Layer-2 chịu trách nhiệm “cuộn” các giao dịch bằng cách gom chúng lại trước khi xuất bản chúng lên chuỗi Layer-1, thường là thông qua mạng lưới trình tự. Cơ chế này có thể bao gồm hàng nghìn giao dịch trong một lần rollup.
Cảm ơn sự theo dõi và đón đọc của các bạn. Hy vọng bài viết đã giúp mọi người hiểu hơn về Blockchain Layer 2. Đừng quên, mọi thắc mắc về thị trường tiền kỹ thuật số 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
