TL;DR

Blockchain chỉ có thể xử lý một số lượng giao dịch giới hạn 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 có thể xử lý nhiều dữ liệu hơn và với tốc độ nhanh hơn, để nhiều người có thể sử dụng mạng hơn mà không khiến mạng trở nên quá chậm hoặc tốn kém khi sử dụng. Tuy nhiên, thiết kế cơ bản của nhiều mạng phi tập trung có nghĩa là khả năng mở rộng ngày càng tăng có xu hướng làm suy yếu tính phân quyền hoặc bảo mật. Đây được gọi là bộ ba bất khả thi của blockchain. Các nhà phát triển đang tìm cách giải quyết vấn đề này đang thử nghiệm các cơ chế đồng thuận và giải pháp khả năng mở rộng khác nhau, chẳng hạn như shending, sidechain và các kênh trạng thái.

Giới thiệu

Về 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 bằng chứng mật mã. Việc triển khai công nghệ này trên các ngành khác nhau đang thay đổi cách chúng ta làm việc và sinh sống.

Ý tưởng là các chuỗi khối phi tập trung và an toàn sẽ tạo ra một thế giới nơi chúng ta không cần phải phụ thuộc vào 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 được đề cập được gọi là “bộ ba bất khả thi trên blockchain”.

Thuật ngữ này được phổ biến bởi người đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin. Để hiểu rõ, bạn cần phải biết ba yếu tố khác nhau cần có trong một blockchain: phân cấp, bảo mật và khả năng mở rộng. Bộ ba bất khả thi của blockchain đề cập đến ý tưởng rằng các blockchain khó có thể đạt được mức tối ưu của cả ba thuộc tính cùng một lúc. Tăng cái này thường dẫn đến sự suy yếu của cái khác.

Bài viết này sẽ xem xét cả ba yếu tố trong bộ ba bất khả thi và giải thích chi tiết hơn về từng yếu tố. Thảo luận sâu hơn về từng vấn đề và cách chúng khớp với nhau sẽ giúp hiểu rõ hơn về cách thức và lý do tại sao bộ ba bất khả thi về blockchain tồn tại. Bài viết này cũng sẽ nêu bật một số giải pháp đã được các nhà phát triển đề xuất.

Phân cấp là gì?

Bitcoin và các mạng blockchain tương tự được phân cấp theo thiết kế. Toàn bộ cơ cấu không có một cá nhân hay tổ chức nào chịu trách nhiệm. Đúng hơn là nó được phân cấp. Lớp mạng được mở cho bất kỳ ai muốn tham gia. Kết quả là, quyền kiểm soát được phân phối hoàn toàn thay vì được nắm giữ bởi một thực thể duy nhất. Mọi người đều có quyền truy cập vào cùng một dữ liệu. Nếu bất kỳ ai 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. So sánh điều này với sự cần thiết của các ngân hàng trong hệ thống tài chính. Các ngân hàng thực thi niềm tin giữa những người giao dịch và đảm bảo tất cả hồ sơ được lưu giữ chính xác. Tuy nhiên, chuỗi khối Bitcoin chia sẻ tất cả dữ liệu đó với mọi người trên mạng để có thể kiểm tra và xác nhận dữ liệu đó trước khi 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.

Phân cấp cung cấp khả năng của cái được gọi là Web3. Hiện tại chúng ta có Web2 — Internet ngày nay. Nó 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. Một mạng internet nơi công nghệ blockchain phi tập trung cho phép mọi người kiểm soát dữ liệu và cuộc sống trực tuyến của chính họ.

Tuy nhiên, có một điều cần lưu ý là do cách thức hoạt động của các hệ thống phân tán này — với nhu cầu có nhiều người tham gia đồng ý về tính hợp lệ của bất kỳ dữ liệu nào — thời gian giao dịch có thể bị chậm do cách chia sẻ thông tin và xử lý. Và do đó, blockchain cần phải mở rộng quy mô, nghĩa là có khả năng xử lý nhiều dữ liệu hơn với tốc độ nhanh hơn. Chúng ta sẽ quay lại điểm này khi thảo luận về khả năng mở rộng.

Ngoài ra, giấc mơ phi tập trung chỉ thành công nếu các chuỗi khối cơ bản được an toàn. Nếu một blockchain thiếu bảo mật thì kẻ xấu có thể kiểm soát và thay đổi dữ liệu theo hướng có lợi cho chúng. Điều này dẫn đến phần thứ hai của bộ ba bất khả thi: bảo mật.

Bảo mật blockchain là gì?

Việc blockchain phi tập trung như thế nào không quan trọng 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 từ việc hệ thống được đóng lại. Bất cứ ai nắm quyền kiểm soát đều có thể đảm bảo dữ liệu không bị can thiệp. Nhưng làm thế nào đạt được điều này trong một hệ thống phi tập trung mà bất cứ ai cũng có thể tham gia?

Đó là một chủ đề phức tạp, nhưng chúng ta có thể quay lại Bitcoin như một ví dụ về bảo mật blockchain phi tập trung. Chuỗi khối Bitcoin sử dụng kết hợp mật mã và cơ chế đồng thuận mạng được gọi là Bằng chứng công việc (PoW). Về mặt mật mã, mỗi khối có một loại chữ ký số (hoặc hàm băm). Mỗi khối dữ liệu được kết nối theo cách không thể bị giả mạo vì bất kỳ thay đổi nào cũng sẽ làm thay đổi hàm băm của khối. Mọi nỗ lực thay đổi dữ liệu sẽ nhanh chóng được phần còn lại của mạng xác định.

Cơ chế đồng thuận PoW là một phần khác của câu đố. Nó giúp bảo mật sổ cái của tiền điện tử. Bản thân việc hiểu Bằng chứng công việc là cả một bài viết, nhưng vì mục đích của chúng tôi, hãy lưu ý rằng các thành viên của mạng chỉ có thể xác minh các giao dịch mới và thêm chúng vào sổ cái thông qua một hoạt động được gọi là khai thác. 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 chức năng 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 càng có nhiều người tham gia (nút) trong mạng thì mạng càng an toàn hơn. Số lượng các bên càng nhiều thì càng khó để một kẻ xấu nắm quyền kiểm soát hệ thống. Điều này liên quan đến cái được gọi là cuộc tấn công 51%. Về tổng quan: nếu một thực thể (hoặc nhóm tác nhân xấu) có thể kiểm soát hơn 50% tổng tốc độ băm mạng của blockchain, thì họ sẽ có thể ghi đè sự đồng thuận và thay đổi dữ liệu của chuỗi để mang lại lợi ích cho chính họ, chẳng hạn như chi tiêu gấp đôi mã thông báo.

Nói tóm lại, bảo mật là yêu cầu cơ bản để blockchain thành công bởi vì nếu không có nó, kẻ tấn công có thể chiếm quyền kiểm soát chuỗi, khiến nó 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. Cần phải có quy mô nếu công nghệ blockchain muốn phục vụ xã hội rộng lớn hơn và có thể là hàng tỷ người dùng. Nhưng đây là nơi mà rất nhiều blockchain vẫn đang gặp khó khăn.

Điều này là do tính phân quyền và bảo mật rất cơ bản đối với blockchain nên chúng có xu hướng được tập trung vào đầu tiên. Phân cấp là trọng tâm của các đặc tính và mục tiêu của blockchain đến mức 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 blockchain thành công và hữu ích.

Tuy nhiên, bằng cách ưu tiên phân cấp và 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 hỗ trợ 24.000 giao dịch mỗi giây. Điều này là do mạng bị đóng và không có sự cân nhắc như các nút công khai và sự đồng thuận. So sánh điều này với một số blockchain nổi tiếng nhất.

Theo Bloomberg vào năm 2022: “Tính đến tháng 9, Bitcoin không thể xử lý nhiều hơn bảy giao dịch mỗi giây và Ethereum, mạng phổ biến thứ hai, bị giới hạn ở khoảng 15 giao dịch mỗi giây – cả đời so với các sàn giao dịch thông thường”.

Như đã đề cập, tốc độ giao dịch blockchain này bị hạn chế do cách xử lý thông tin của những người tham gia khác nhau tạo nên mạng phi tập trung và bản chất của cơ chế đồng thuận PoW. Nếu ngày càng nhiều người trong xã hội bắt đầu sử dụng công nghệ blockchain, mạng lưới sẽ bị tắc nghẽn do số lượng giao dịch mà họ có thể xử lý bị hạn chế.

Tại sao bộ ba bất khả thi 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 sự suy yếu của sự phân cấp với quyền kiểm soát được trao cho số lượng người tham gia ít hơn. Và nó cũng sẽ dẫn đến sự suy yếu về an ninh vì ít người chơi hơn đồng nghĩa với nguy cơ bị tấn công cao hơn.

Vì vậy, đây là bộ ba bất khả thi: với mối liên hệ giữa các thuộc tính mong muốn của phân cấp và bảo mật, thiết kế cơ bản về cách thức hoạt động của blockchain khiến nó khó mở rộng quy mô. Tăng cái này, và bạn làm suy yếu cái khác. Làm thế nào để bạn thúc đẩy khả năng mở rộng mà không làm tổn hại đến tính phân cấp, bảo mật hoặc cả hai?

Giải quyết bộ ba bất khả thi của blockchain

Không có một giải pháp vàng nào cho bộ ba bất khả thi. Nhưng do tầm quan trọng của việc giải quyết vấn đề này, đã có một số cách tiếp cận khác nhau trong cộng đồng với những kết quả thú vị. Chúng ta hãy xem qua tổng quan về một số phát triển phổ biến nhất để giúp bạn hiểu về những gì đang xảy ra trong không gian:

1. Phân mảnh

Đây là phương pháp chia chuỗi khối (hoặc các loại cơ sở dữ liệu khác) thành các chuỗi khối nhỏ hơn, được phân vùng 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 phân đoạn và có sổ cái cụ thể. Sau đó, các phân đoạn này có thể xử lý các giao dịch của riêng chúng, nhưng chuỗi khối báo hiệu hoặc chuỗi chính sẽ quản lý các tương tác giữa các phân đoạn. Điều này làm cho việc bảo vệ trở thành một bản nâng cấp khả năng mở rộng mạng Lớp 1, vì đây là một thay đổi đối với mạng chính của chuỗi khối.

2. Cơ chế đồng thuận khác nhau

Một trong những lý do khiến bộ ba bất khả thi tồn tại trong mạng Bitcoin là do cách thức hoạt động của PoW để đảm bảo an ninh. Nhu cầu về thợ mỏ, thuật toán tiền điện tử và lượng sức mạnh tính toán phi tập trung khổng lồ dẫn đến một hệ thống an toàn nhưng chậm. Tìm một cách khác để đảm bảo sự đồng thuận là một cách tiếp cận để giải quyết bộ ba bất khả thi. Đây là một trong những lý do đằng sau việc Ethereum chuyển từ PoW sang Proof of Stake (PoS).

Trong chuỗi khối PoS, những người tham gia xác thực giao dịch phải đặt cược (khóa) mã thông báo của họ. Không cần máy khai thác chuyên dụng cao. Việc thêm nhiều trình xác thực hơn vào mạng sẽ đơn giản hơn và dễ truy cập 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 lớp 2

Cả sharding và các cơ chế đồng thuận khác nhau đều được gọi là giải pháp Lớp 1. Họ tìm cách thay đổi thiết kế cơ bản của mạng cơ bản. Nhưng các nhà phát triển khác đang tìm cách giải quyết bộ ba bất khả thi đang nghiên cứu các giải pháp xây dựng dựa trên cấu trúc mạng hiện có. Nói cách khác, họ nghĩ câu trả lời nằm ở lớp thứ hai hoặc Lớp 2. Ví dụ về điều này bao gồm các sidechain và kênh trạng thái.

Sidechain về cơ bản là một blockchain riêng biệt được kết nối với chuỗi chính. Nó được thiết lập theo cách mà tài sản có thể lưu chuyển tự do giữa hai bên. Điều quan trọng là sidechain có thể hoạt động theo các quy tắc khác nhau, cho phép đạt được 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 cho Lớp 1. 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.

Bớt tư tưởng

Bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng cản trở blockchain phát huy tiềm năng của nó như một công nghệ thay đổi thế giới. Nếu mạng blockchain chỉ có thể xử lý một số lượng nhỏ giao dịch mỗi giây để duy trì tính phân cấp và bảo mật thì sẽ khó đạt được việc áp dụng đại trà. Tuy nhiên, các giải pháp hiện được các nhà phát triển đưa ra nhằm giải quyết vấn đề này cho thấy những tiến bộ công nghệ mà blockchain đã đạt được sẽ chỉ tiếp tục và các mạng này có thể xử lý được nhiều dữ liệu hơn trong tương lai.