Giải pháp mở rộng blockchain đơn giản và dễ hiểu

Tiêu đề gốc: "Một giải pháp hoàn chỉnh cho kế hoạch mở rộng blockchain có thể hiểu được trong nháy mắt"

Tác giả gốc: Chasey, nhà nghiên cứu Buidler DAO

Mọi blockchain đều phải đối mặt với sự phân cấp, bảo mật và khả năng mở rộng. Trong số đó, phân cấp là ưu điểm lớn nhất của công nghệ blockchain và cần được ưu tiên đảm bảo; và nếu muốn xây dựng một hệ sinh thái lâu dài và bền vững thì bảo mật cũng là yếu tố phải đạt đến mức cao nhất. Điều này đã dẫn đến khả năng mở rộng thấp hiện nay của chuỗi công cộng.

Làm thế nào để cải thiện thông lượng = mở rộng blockchain đồng thời cân bằng giữa phân cấp và bảo mật là một vấn đề cấp bách cần giải quyết. Trong những năm gần đây, ETH2.0, với tư cách là tầm nhìn mở rộng của Ethereum, đã tiếp tục thu hút sự chú ý và rất được mong đợi trên toàn thế giới ngay cả sau khi trải qua nhiều lần trì hoãn. Từ đó cũng có thể thấy rằng việc mở rộng đã trở thành nhu cầu nhóm của người dùng chuỗi công cộng và thông lượng cũng là một trong những chỉ số không thể thiếu khi phân tích và định giá một blockchain. Bài viết này nhằm cung cấp một bức tranh tổng thể về kế hoạch mở rộng blockchain hiện tại và giúp người đọc hiểu rõ hơn các khái niệm cơ bản của kế hoạch mở rộng.

Tại sao cần mở rộng

Trước khi bắt đầu thảo luận về kế hoạch mở rộng cụ thể, trước tiên chúng ta hãy phân loại vai trò và sự cần thiết của sự bành trướng .

Các nút trên blockchain được chia thành các nút đầy đủ và các nút nhẹ. Để đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu giao dịch, nút đầy đủ cần lưu trữ dữ liệu giao dịch của toàn bộ chuỗi khối; trong khi nút nhẹ chỉ cần lưu trữ Tiêu đề khối và xác minh giao dịch bằng cách yêu cầu Phần thân tương ứng từ nút đầy đủ . Số lượng nút càng lớn thì khả năng phân cấp của chuỗi càng mạnh và khối lượng công việc cần xử lý để đạt được sự đồng thuận càng lớn và tác động tiêu cực đến thông lượng càng lớn. Ngoài ra, như trong hình, giới hạn trên của kích thước khối của Bitcoin là 1MB và Ethereum cũng đã đặt Gas Limit (để ngăn chặn các cuộc tấn công DDoS), dẫn đến giới hạn trên của kích thước khối được kiểm soát ở mức khoảng 130KB.

Hình ảnh Nguồn: Ghế xếp

Do kích thước khối hạn chế, thợ mỏ không thể đặt tất cả giao dịch vào cùng một khối để đóng gói, vì vậy chúng tôi có xu hướng sắp xếp các giao dịch theo lợi nhuận kỳ vọng (Gas Price) và đóng gói có chọn lọc theo mức giá từ cao xuống thấp để đảm bảo lợi nhuận cao nhất. Điều này dẫn đến sự chậm trễ giao dịch kéo dài để giá xăng thấp hơn. Như được hiển thị trong biểu đồ bên dưới, khoảng 170.000 giao dịch đang chờ được xác minh trên Ethereum mỗi phút.

Hình ảnh Nguồn: Etherscan

Hiện tại, thông lượng của Bitcoin thấp tới mức 7TPS (Giao dịch mỗi giây) và thông lượng của Ethereum cũng bị giới hạn ở 15 ~ 20TPS. Để dễ hiểu, chúng tôi so sánh nó với thông lượng của các giao dịch trực tuyến truyền thống: Tốc độ xử lý giao dịch của PayPal là khoảng 200TPS, trong khi VISA là khoảng 1700TPS, đó là một khoảng cách khá lớn.

Ngoài ra, dữ liệu giao dịch ngày càng tăng cũng làm tăng dung lượng lưu trữ cần thiết để duy trì blockchain . Áp lực đến rồi đây. Hiện tại, dung lượng lưu trữ của Bitcoin đã vượt 400GB, tăng 17,4% so với cùng kỳ; trong khi Ethereum là gần 900GB, tốc độ tăng trưởng trung bình là 64,30%.

Hình ảnh Nguồn: Blockchair

Như trong hình, nó xảy ra mỗi ngày Số lượng giao dịch trên Ethereum vượt quá 1.250.000 và với sự phổ biến dần dần của hệ sinh thái chuỗi công cộng, con số này sẽ ngày càng lớn hơn trong tương lai và áp lực về thông lượng cũng sẽ tăng lên, vì vậy việc mở rộng là cấp thiết.

Hình ảnh Nguồn: YChart

Sau khi đọc phần này, chúng ta đã hiểu tầm quan trọng của việc mở rộng. Đã đến lúc xem xét những phương pháp nào có thể được sử dụng để đạt được sự mở rộng.

Phân loại kế hoạch mở rộng

Hình dưới đây là minh họa từ Sổ tay Nghiên cứu Công nghệ Blockchain (2020). Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào phần "Hiệu suất ghi" của hình và giải thích các giải pháp mở rộng hiện tại từ cả góc độ trên chuỗi và ngoài chuỗi.

Hình ảnh Nguồn: Sổ tay Nghiên cứu Công nghệ Blockchain (2020)

Kế hoạch mở rộng trên chuỗi

Kế hoạch mở rộng trên chuỗi đề cập đến kế hoạch thay đổi thiết kế của chuỗi ban đầu để đạt được hiệu quả mở rộng. Công nghệ chuỗi khối có thể được chia thành sáu cấu trúc phân cấp: lớp đồng thuận, lớp mạng, lớp dữ liệu, lớp khuyến khích, lớp hợp đồng và lớp ứng dụng. Ba yếu tố đầu tiên là nền tảng cơ bản của blockchain và mục tiêu của kế hoạch mở rộng trên chuỗi.

1. Lớp đồng thuận = BFT;Satoshi Nakamoto;Kết hợp

Cơ chế đồng thuận đề cập đến tính sẵn có của dữ liệu bởi mỗi nút trong chuỗi khối và quá trình đạt được sự đồng thuận về tính nhất quán của trạng thái sổ cái. Do cơ chế đồng thuận xác định hoàn toàn toàn bộ quá trình từ tải dữ liệu đến đóng gói và sản xuất khối nên hiệu quả xác minh nút của các giao dịch phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế của cơ chế đồng thuận. Các cơ chế đồng thuận chính thống hiện nay có thể được chia thành đồng thuận BFT, đồng thuận Nakamoto và đồng thuận lai.

Sự đồng thuận giống như BFT

Khi nói đến tính toán BFT (Byzantine Fault-Tolerant), trước tiên chúng ta cần nói đến bài toán tổng quát của Byzantine vốn đã phổ biến: Đế quốc Byzantine (Đế quốc Đông La Mã) đã Trong cuộc chiến này, họ đã cố gắng gửi 10 đội quân riêng biệt để bao vây kẻ thù có thể chống chọi tới 5 đội quân Byzantine. Do các quân đội ở xa nên tướng của mỗi quân đội cần đạt được sự thống nhất hành động bằng cách gửi tín hiệu tấn công/rút lui cho các quân đội khác (tự tính, nếu nhận được 6 tín hiệu tấn công trở lên thì tấn công, nếu không thì rút lui).

Vấn đề lớn nhất mà các tướng lĩnh phải đối mặt là: Lỡ trong quân có kẻ phản bội, cố tình gửi tín hiệu sai thì sao? Trong blockchain, vấn đề này tương tự như: Mỗi nút trong blockchain đạt được sự đồng thuận bằng cách gửi thông tin đến các nút khác. Chúng ta nên làm gì nếu một nút phản bội (nút Byzantine) xuất hiện trong mạng và gửi thông tin sai? ?

Đồng thuận BFT nổi tiếng nhất là PBFT. Nếu quan tâm, bạn có thể kiểm tra tài liệu tham khảo [ 17], cách diễn đạt rất đơn giản và dễ hiểu nên tôi sẽ không đi sâu vào chi tiết ở đây. Để sử dụng kiểu đồng thuận này, cần đảm bảo rằng mỗi nút hoạt động bình thường sử dụng cùng một số ngẫu nhiên và thuật toán khối để tính toán và tạo khối. Khi sổ cái gốc giống nhau thì kết quả tính toán giống nhau, sổ cái được tạo ra không thể bị giả mạo và được công khai vĩnh viễn. Vì mỗi nút cần đồng bộ hóa sự đồng thuận với tất cả các nút khác nên khi số lượng nút nhỏ có thể đạt được thông lượng cực cao mà vẫn đảm bảo tính bảo mật. Khi số lượng nút tăng lên, lượng dữ liệu cần xử lý cũng sẽ tăng theo . , khiến tốc độ xử lý giao dịch giảm đáng kể.

Sự đồng thuận của Satoshi

Sự đồng thuận của Nakamoto chủ yếu bao gồm Bằng chứng công việc và Bằng chứng cổ phần. Trong phần này, chúng ta sẽ thảo luận về hiệu suất thông lượng của từng cơ chế đồng thuận cùng với biến thể DPoS của PoS.

PoW: Sức mạnh tính toán quyết định quyền kế toán (cũng như quyền biểu quyết) và không cần thiết lập cơ chế ủy quyền cho các nút . Về mặt thông lượng, vấn đề lớn nhất của nó là việc tạo khối chậm do độ khó cao; và để đảm bảo tính nhất quán của sổ cái, cần phải cố tình đặt độ trễ đóng gói. Sự chậm trễ ở đây đề cập đến thực tế là sau khi người khai thác đóng gói khối, họ cần thực hiện thêm ít nhất một khối bằng chứng về khối lượng công việc trước khi có thể xác nhận khối ứng viên.

PoS: Việc nắm giữ tiền tệ có được quyền kế toán và quyền biểu quyết (riêng biệt) và các nút đóng gói gói ứng cử viên Sau khi khối được phát sóng, các nút biểu quyết sẽ bỏ phiếu trên các khối ứng cử viên để quyết định có thêm chúng vào chuỗi khối hay không. So với PoW, PoS hy sinh một số tính bảo mật do đưa vào cơ chế bỏ phiếu; về thông lượng, do tốc độ đóng gói nhanh và không có thời gian chờ đợi nên độ trễ cực kỳ thấp.

DPoS: Nắm giữ tiền tệ có quyền biểu quyết và bầu ra một ban giám đốc chịu trách nhiệm kế toán. Nó hy sinh một số tính năng phân cấp trên PoS và có thông lượng cao hơn PoS.

Đồng thuận lai

Như tên cho thấy, sự đồng thuận kết hợp đề cập đến sự đồng thuận kết hợp ưu điểm của các cơ chế đồng thuận khác nhau. Ví dụ: sử dụng PoW trên chuỗi chính để đảm bảo an ninh trong khi sử dụng PoS trên chuỗi bên để đảm bảo thông lượng; kết hợp PoS và PBFT để giảm số lượng nút xuống một giá trị không đổi, do đó tăng thông lượng trở lại, v.v.

2. Lớp dữ liệu = mở rộng khối; giảm dữ liệu; DAG

Ngoài cơ chế đồng thuận, số lượng giao dịch có thể được đóng gói trong mỗi khối cũng liên quan đến thông lượng giao dịch có liên quan chặt chẽ với nhau. Chúng tôi có thể cải thiện thông lượng blockchain bằng cách mở rộng dung lượng khối và giảm dữ liệu giao dịch hoặc sử dụng trực tiếp cấu trúc dữ liệu DAG để xử lý giao dịch.

Nới lỏng/xóa bỏ giới hạn kích thước khối

Việc mở rộng dung lượng khối sẽ cho phép đóng gói nhiều dữ liệu giao dịch hơn trong mỗi khối, nhưng nó cũng sẽ làm tăng thời gian phát khối và tăng độ trễ mạng. Điều này làm tăng nguy cơ cứng nĩa.

Giảm dữ liệu được lưu trữ trong khối

Trong số các kế hoạch như vậy, kế hoạch nổi tiếng hơn là Segwit Segregated Witness: phần chữ ký của thông tin khối và dữ liệu dùng để tính ID giao dịch được quản lý riêng biệt, do đó nén 60% thông tin giao dịch. Nó hiệu quả hơn khi là một giải pháp phụ trợ để giảm bớt các vấn đề về năng lực, nhưng nó không thể giải quyết được vấn đề cốt yếu.

DAG (Đồ thị tuần hoàn có hướng)

Như được hiển thị trong hình bên dưới, blockchain áp dụng cấu trúc chuỗi và tiêu đề khối của nó chỉ có thể chứa giá trị băm của một khối; tiêu đề khối theo cấu trúc DAG có thể chứa giá trị băm của nhiều khối. ; Các khối mới trong blockchain sẽ được thêm vào cuối chuỗi và không thể tiếp tục từ giữa chuỗi; DAG có thể được tiếp tục từ các khối trước đó.

Nguồn: Blog tiếng Nga

Blockchain là kế toán đồng bộ và các nút cần ghi lại cùng một thông tin cùng một lúc; DAG là kế toán không đồng bộ và các nút khác nhau có thể ghi lại thông tin khác nhau cùng một lúc. Do đó, DAG có thể đóng gói nhiều giao dịch hơn trên mỗi đơn vị thời gian và TPS cực kỳ cao. Hiện tại có hai giao thức dựa trên DAG chính: SPECTRE và PHANTOM.

Giao thức SPECTER chống lại các cuộc tấn công thông qua biểu quyết

Như hình bên dưới, khi nội dung ghi ở khối X và khối Y xung đột thì khối ghi sau khối 6~8 sẽ ghi thông tin tương tự X là khối X; khối 9~11 sẽ ghi cùng thông tin Y như khối Y; khối 12 có thể truy ngược lại khối Ghi kết quả tương tự như vòng biểu quyết trước đó (trong đường chấm), nghĩa là , 1~5 chọn bỏ phiếu cho khối X. Vì các khối độc hại sẽ không được liên kết với các khối trung thực cho đến khi cuộc tấn công bắt đầu, nên khi sử dụng giao thức SPECTRE, miễn là có nhiều nút trung thực hơn, các giao dịch xung đột có thể bị loại trừ. Vấn đề là nó chỉ áp dụng cho các giao dịch thông thường, vì không có cách nào để sắp xếp tuyến tính tất cả các giao dịch theo thời gian nên hợp đồng thông minh không thể chạy được. Giao thức PHANTOM có thể giải quyết vấn đề này.

Hình ảnh Nguồn: Tổng quan về SPECTER

PHANTOM Trước tiên, giao thức sẽ chọn các khối trung thực thông qua bỏ phiếu và thực hiện sắp xếp cấu trúc liên kết của các khối trung thực

Trước khi hiểu phương pháp sàng lọc của nó, trước tiên bạn cần hiểu hệ số phân nhánh k = số lượng phân nhánh có thể xảy ra (ví dụ: phân nhánh không được phép trong chuỗi khối, vì vậy k bằng 0) và thuật toán GHOSTDAG = thông qua truy xuất nguồn gốc Đối với các khối lịch sử, chuỗi dài nhất được chọn làm chuỗi chính để tạo thành tập hợp con S. Theo mặc định, các khối trong bộ này đều là các khối trung thực. Sau đó, với mỗi khối, kiểm tra xem giao của khối không liên quan đến nó và tập con S có nhỏ hơn hoặc bằng k hay không, nếu nhỏ hơn hoặc bằng k thì được đánh giá là khối trung thực và được thêm vào tập con S.

Nguồn: Tổng quan về PHANTOM

Hình sau (k=3) là một ví dụ: Giả sử bây giờ chúng ta cần xác định tính xác thực của khối I. Các khối dẫn xuất từ khối I lần lượt là các khối K, M và O. , P, R, các khối có thể được truy nguyên qua khối I lần lượt là các khối C, D và khối ban đầu. Lúc này, các khối không liên quan gì đến khối I là các khối B, E, F, H, J, L, N, Q, S, T và U. Trong số đó có các khối giao nhau với tập con S .B, F, J đều bằng k nên khối I được đánh giá là khối trung thực.

Hình ảnh Nguồn: PHANTOM: Giao thức BlockDAG có thể mở rộng

Sắp xếp theo Sử dụng sắp xếp tôpô: đầu tiên chọn khối không có khối có thể theo dõi làm khối 0 ban đầu, sau đó tiếp tục chọn khối không có khối có thể theo dõi làm khối 1 trong số các khối ngoại trừ khối 0, v.v.

Hình ảnh Nguồn: Blog của Kappo

Hiện đang sử dụng DAG Cấu trúc có mức độ tập trung dự án cao nên chúng tôi sẽ không thảo luận sâu hơn ở đây. Các gia đình quan tâm đến DAG có thể tìm kiếm DAGLabs để tìm hiểu.

3. Lớp mạng = phân mảnh

Sharding đề cập đến việc chia sổ cái thành nhiều phần, được thực hiện bởi các nhóm nút khác nhau. Bằng cách triển khai phân đoạn trạng thái, mỗi nút cần xử lý ít dữ liệu giao dịch hơn, điều này không chỉ cải thiện tốc độ xử lý giao dịch mà còn giảm yêu cầu về hiệu suất cho các nút, hạ thấp ngưỡng tham gia khai thác và tăng cường phân cấp.

Nguồn: Tại sao sharding lại tuyệt vời: làm sáng tỏ các đặc tính kỹ thuật

Sharding 1.0

Ý tưởng ban đầu cho phân đoạn trạng thái là: thêm n=64 đốm màu phân đoạn dữ liệu vào chuỗi báo hiệu và n nút xác minh phát các đốm màu phân đoạn dữ liệu của riêng chúng trong mỗi chu kỳ (kỷ nguyên) và được kiểm soát bởi Ủy ban xác nhận tính xác thực và tính sẵn có của dữ liệu, đồng thời blob hoàn chỉnh sẽ được thêm vào chuỗi thực thi. Cơ chế phân phối lại các trình xác thực tương ứng với từng chuỗi phân đoạn trong mỗi kỷ nguyên dẫn đến vấn đề đồng bộ hóa dữ liệu không kịp thời sau khi chuyển đổi chuỗi phân đoạn sẽ gây ra sự chậm trễ.

Ngoài ra, phương pháp này còn gặp phải bốn vấn đề: Không có gì đảm bảo rằng tất cả các giao dịch cần thiết cho sharding đều được ghi trong mỗi khối trên beacon chain. không thể thực hiện kiểm tra toàn cầu trên tất cả các phân đoạn; việc xác minh các nút có thể gây ra lỗi hoạt động; kết hợp với PoS, miễn là có đủ tiền và đủ nút được kiểm soát thì ủy ban sẽ dễ dàng kiểm soát hơn. Trong bối cảnh tỷ lệ phát hành ETH giảm và xác minh tập trung, cơ chế này mang lại cơ hội cho MEV.

DankSharding

Để tránh rủi ro trong Sharding1.0, DankSharding đề xuất hai điểm chính: tất cả các đốm màu sẽ được thêm vào khối báo hiệu; mỗi thành viên ủy ban sẽ chỉ chịu trách nhiệm về một tập hợp con của dữ liệu được xử lý và tất cả dữ liệu đèn hiệu và dữ liệu phân đoạn có thể được kiểm tra cùng nhau.

Cụ thể, cơ chế cốt lõi của Danksharding được chia làm 3 phần:

Lấy mẫu tính khả dụng của dữ liệu: Bộ mã hóa sử dụng mã hóa RS để truyền dự phòng nhằm giảm áp lực xác minh lên nút và cũng sử dụng KZG cam kết đa thức để đảm bảo rằng mã hóa là chính xác. Trên hết, mã RS được mở rộng thêm hai bit bằng cách phân mảnh lại các mảnh khối dữ liệu và sắp xếp lại giữa các mảnh khối dữ liệu khác nhau, do đó hạ thấp ngưỡng tái tạo dữ liệu nút đầy đủ và do đó giảm mức độ tập trung. ;

Tách biệt nhà sản xuất khối và nhà đóng gói: Chia tất cả các nút thành nhà sản xuất khối và nhà đóng gói Có hai vai trò. -Nhà sản xuất khối cấu hình có trách nhiệm lựa chọn nhà đóng gói theo phương thức phi tập trung và nhận được sự đấu thầu của nhà đóng gói.Nhà đóng gói cấu hình cao và hiệu suất cao có được quyền đóng gói và kế toán thông qua đấu thầu, từ đó giải quyết vấn đề phân phối giá trị của MEV;

Danh sách chống kiểm duyệt: Nhà sản xuất khối chỉ định danh sách giao dịch hợp pháp và nhà đóng gói chứng minh rằng anh ta đã nhìn thấy danh sách và các Giao dịch trong gói sẽ được bao gồm trong gói để ngăn chặn các nhà đóng gói cố tình bỏ qua các giao dịch hợp pháp.

Proto-Danksharding/EIP-4844

Cơ chế của DankSharding khó thực hiện, EIP-4844 xuất hiện như một giải pháp theo từng giai đoạn. EIP-4844 giới thiệu các đốm màu nhạy cảm với thời gian, tương tự như ổ cứng di động, sau khi được ghi vào mạng chính, đốm màu chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian và sau đó bị phá hủy. Trong thiết kế của EIP-4844, cam kết đa thức KZG cũng được đưa ra để đảm bảo khả năng tương thích về phía trước khi triển khai DankSharding tiếp theo.

Kế hoạch mở rộng ngoài chuỗi

Ngoài chuỗi kế hoạch mở rộng, đề cập đến việc giảm áp lực xử lý của mạng chính bằng cách xử lý các giao dịch bên ngoài mạng chính mà không thay đổi cấu trúc chuỗi ban đầu. Có ba loại chính: kênh trạng thái, tính toán ngoài chuỗi và đa chuỗi. Để dễ hiểu, chúng tôi đưa tất cả các chuỗi bên và chuỗi con vào giải pháp đa chuỗi.

Kênh trạng thái

Kênh trạng thái đề cập đến việc khóa một phần trạng thái blockchain giữa những người tham gia cụ thể thông qua đa chữ ký và các phương thức khác (Kênh mở) -> Đối với quá trình chuyển đổi trạng thái xảy ra trong kênh, với sự đồng ý của tất cả người tham gia, trạng thái sẽ được cập nhật ngoài chuỗi -> Xác nhận trạng thái cuối cùng và phát nó lên chuỗi chính. Vì chỉ có trạng thái cuối cùng cần được phát sóng nên việc sử dụng các kênh trạng thái để xử lý các giao dịch chung tầm thường có thể giảm số lượng giao dịch được phát trên chuỗi chính một cách hiệu quả và giảm độ trễ giao dịch. Ngoài ra, mỗi người tham gia có thể tương tác với những người tham gia khác chưa mở kênh thông qua người trung gian: có một kênh giữa Alice và Bob, và có một kênh giữa Bob và Carol, khi đó Alice có thể liên lạc với Bob thông qua người trung gian mà không cần mở kênh khác. Carol tương tác. Các kênh trạng thái có độ minh bạch thấp và thường chỉ phù hợp với các giao dịch thường xuyên xảy ra giữa những người tham gia cụ thể.

Nguồn hình ảnh: EthHub

2. Điện toán ngoài chuỗi

Điện toán ngoài chuỗi nhằm mục đích cải thiện thông lượng trên chuỗi bằng cách di chuyển tất cả các chức năng ngoài xác minh ra ngoài chuỗi. Nó chủ yếu cần đảm bảo an ninh và quyền riêng tư. Các phương thức hoạt động cụ thể có thể được chia thành bốn loại: điện toán ngoài chuỗi có thể kiểm chứng, điện toán ngoài chuỗi "nội bộ", điện toán đa bên an toàn ngoài chuỗi và điện toán ngoài chuỗi theo hướng khuyến khích .

Nguồn hình ảnh: Hệ thống danh tiếng dựa trên Blockchain: Những thách thức triển khai và giảm thiểu

Tính toán ngoài chuỗi có thể kiểm chứng: zk-SNARK, Bulletproofs, zk-STARKs

Người kiểm chứng ngoài chuỗi tải kết quả tính toán ngoài chuỗi lên chuỗi và được xác minh bởi người xác minh trên chuỗi.

Điện toán ngoài chuỗi loại "Enclave": Enigma, Ekiden

Tạo Môi trường thực thi đáng tin cậy (TEE) trên nút blockchain và đặt trước giao diện dữ liệu để tính toán. TEE hoạt động như một hộp đen, có thể bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu một cách hiệu quả đồng thời thực hiện các hoạt động dữ liệu văn bản gốc và nâng cao hiệu quả tính toán.

Tính toán đa bên an toàn ngoài chuỗi

Chia dữ liệu và phân phối đến từng nút. Các nút tính toán các thay đổi trạng thái dựa trên trạng thái hiện tại của chuỗi khối và dữ liệu chúng thu được rồi kết hợp dữ liệu được tính toán bởi mỗi nút, nghĩa là có sẵn dữ liệu tính toán đầy đủ. Các nút cần tính toán ít dữ liệu hơn và hiệu quả hơn.

Điện toán ngoài chuỗi có động cơ khuyến khích

Người giải quyết tính toán dữ liệu giao dịch và cam kết gửi tiền trong khi công bố kết quả; người xác minh kiểm tra kết quả của người giải quyết. Nếu phát hiện ra lỗi, khoản tiền gửi có thể được cầm cố và trọng tài trực tuyến bắt đầu. Bên đúng sẽ nhận được phí xử lý đã trả bởi người dùng. .

 3. Liên kết ngoài = chuỗi bên; Cuộn lên

Liên kết ngoài đề cập đến việc tạo một blockchain mới bên ngoài chuỗi chính và chuyển một phần xử lý giao dịch (như tính toán, Lưu trữ) được chuyển đến chuỗi khối mới để thực thi và kết quả được truyền đến chuỗi chính, từ đó cải thiện hiệu quả xử lý của chuỗi chính.

Chuỗi bên

Chuỗi bên hoàn toàn Một blockchain độc lập với chuỗi chính sử dụng phương pháp khóa + đúc/hủy để chiếu tài sản từ chuỗi chính sang chuỗi bên và hoàn thành toàn bộ quá trình xử lý và lưu trữ giao dịch trên chuỗi bên. Tính bảo mật của chuỗi bên hoàn toàn dựa vào các nút và cơ chế đồng thuận của chính nó. Nó được chia thành hai loại: chuỗi bên neo và chuỗi bên liên kết (thêm địa chỉ đa chữ ký giữa chuỗi chính và chuỗi bên để xác minh giao dịch nhằm giảm độ trễ).

Nguồn: EthHub

Tổng hợp

Sự khác biệt giữa Rollup và side chain là nó chỉ xử lý các giao dịch trên chuỗi con và dữ liệu vẫn được lưu trữ trên mạng chính , vì vậy nó có thể được nâng cấp Tận hưởng hiệu quả xử lý giao dịch đồng thời tận hưởng sự bảo mật dữ liệu của mạng chính. Bản tổng hợp có thể được chia thành bốn loại tùy theo tính sẵn có của dữ liệu và phương thức xác minh giao dịch:

Bằng chứng gian lận ( báo cáo giao dịch không hợp lệ ) + DA ngoài chuỗi (bảo mật -, hiệu ứng mở rộng +) = Plasma

Plasma cần phải Tạo một hợp đồng thông minh trên chuỗi chính viết các quy tắc chuyển đổi trạng thái băm chuỗi con để kết nối chuỗi chính và các chuỗi con (và chuỗi cháu, chuỗi cháu chắt...). sang kênh trạng thái. Bằng cách giảm chuỗi chính. Các giao dịch cần được xử lý và lưu lại để cải thiện thông lượng, nhưng những gì được thiết lập bên ngoài chuỗi chính không phải là kênh giữa những người tham gia cụ thể, mà là một blockchain mới được chia sẻ với cơ chế đồng thuận độc lập. -chain cần phải được tải lên chuỗi chính thường xuyên. Hợp đồng thông minh gửi cập nhật trạng thái và trạng thái khối được ghi vào chuỗi chính sau khi vượt qua thành công giai đoạn thử thách 7 ngày (bằng chứng lạc quan, để đảm bảo an ninh giao dịch) .

Nó kết hợp các ưu điểm của kênh trạng thái và chuỗi bên: ở chế độ kênh trạng thái, nếu bạn cần thêm người tham gia mới, bạn cần mở lại kênh mới trên chuỗi, trong khi ở chế độ chế độ kênh trạng thái, nếu bạn cần thêm người tham gia mới thì cần mở lại kênh mới trên chuỗi. Không bắt buộc trong Plasma, kênh trạng thái cần có sự đồng ý của tất cả người tham gia khi đồng bộ trạng thái với chuỗi chính, nhưng Plasma thì không ; kênh trạng thái chỉ giữ lại trạng thái cuối cùng và các bản ghi chuyển đổi trạng thái của Plasma được ghi lại đầy đủ trên chuỗi con; trên chuỗi bên Các chuyển đổi trạng thái sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái trên chuỗi chính, do đó tính bảo mật của tài sản của nó phụ thuộc vào bên chính chuỗi, nhưng Plasma thì không và tính bảo mật của nó phụ thuộc vào chuỗi chính.

Vấn đề chính mà cơ chế Plasma gặp phải là các nút chuỗi con cần phải giữ lại một lượng lớn số lượng giao dịch trên Dữ liệu chuỗi con; nút phải trực tuyến.

Nguồn hình ảnh: Plasma: Một khuôn khổ sáng tạo để mở rộng quy mô Ethereum

Bằng chứng hợp lệ (giao dịch suy luận hợp lệ) + DA trên chuỗi (bảo mật +, hiệu ứng mở rộng -) = ZK- Rollup

zkRollup có thể cải thiện một cách hiệu quả các vấn đề mà Plasma gặp phải. Vì cả zkRollup và Validium trong phần này đều sử dụng bằng chứng không có kiến thức làm cơ chế xác minh nên chúng tôi sẽ mô tả ngắn gọn khái niệm bằng chứng không có kiến thức trong phần này: Bằng chứng không có kiến thức đề cập đến khi chứng minh cho người khác rằng một mệnh đề nào đó là đúng, ngoại trừ Không có thông tin nào khác được cung cấp để hỗ trợ cho mệnh đề ngoại trừ việc nó đúng. Ví dụ: A dùng bằng chứng không có kiến thức để chứng minh cho B thấy mình là người trưởng thành, lúc này B sẽ không biết ngày sinh của A mà chỉ biết A đã trưởng thành. Trong zkRollup, zkSNARK được sử dụng để xác minh một số lượng lớn giao dịch. Sau khi xác định tính hợp lệ của các giao dịch này, bạn chỉ cần tải lên bằng chứng không có kiến thức chứng minh rằng các giao dịch này hợp lệ với mạng chính. Điều này nén đáng kể lượng dữ liệu và cho phép dữ liệu giao dịch được ghi vào mạng chính.

zkRollup cũng phải đối mặt với một số vấn đề: khó tính toán bằng chứng không có kiến thức; tính phổ biến Kém

Bằng chứng về tính hợp lệ (giao dịch suy luận là hợp lệ) + DA ngoài chuỗi (bảo mật-, Hiệu ứng mở rộng+) = Validium

Validium cũng sử dụng bằng chứng không có kiến thức để đảm bảo tính hợp lệ của thông tin giao dịch và tính sẵn có của dữ liệu ngoài chuỗi. Sự khác biệt duy nhất so với zkRollup là tính khả dụng của dữ liệu được đặt ngoài chuỗi, điều này cho phép Validium có thông lượng cao hơn, nhưng hậu quả là trình quản lý tính khả dụng của dữ liệu sẽ sửa đổi một chút trạng thái Merklized, khiến người dùng không thể chuyển tiền. . Như trong hình bên dưới, nếu d3 bị sửa đổi, chủ sở hữu của d1 sẽ không thể lấy được thông tin của nút m và m là điều kiện cần để chứng minh quyền sở hữu tài khoản của mình. Sau sự xuất hiện của zkRollup, Validium về cơ bản đã mất hoàn toàn khả năng cạnh tranh.

Nguồn ảnh: Validium And Lớp 2

Bằng chứng gian lận (báo cáo giao dịch không hợp lệ) + DA trên chuỗi (bảo mật +, hiệu ứng mở rộng -) = Optimistic Rollup

Optimistic Rollup là Phiên bản nâng cấp của Plasma cũng có thể giải quyết vấn đề về tính linh hoạt của zkRollup. Thông tin giao dịch do nút mặc định của nó gửi là chính xác, sau khi gửi thông tin giao dịch lên mạng chính, sẽ có thời gian thẩm vấn 7 ngày để những người khác kiểm tra tính chính xác của giao dịch. Sự khác biệt so với Plasma là dữ liệu giao dịch được ghi vào chuỗi; sự khác biệt so với zkRollup là bằng chứng không có kiến thức không được sử dụng. Trong khi vô hiệu hóa hai loại tổng hợp còn lại, Optimistic Rollup cũng hy sinh một phần thông lượng.

Nguồn: ethereum.org

Tóm tắt và triển vọng trong tương lai

Bởi vì về sự tồn tại của tam giác bất khả thi, chắc chắn sẽ không có kế hoạch mở rộng hoàn hảo và chi phí của mỗi kế hoạch cần phải được cân nhắc.  Cá nhân tôi nghĩ rằng vì việc mở rộng trên chuỗi đòi hỏi chi phí cao hơn (bao gồm cả hard fork và các khó khăn về kỹ thuật) nên khó đạt được hơn. Trong trường hợp bình thường, các giải pháp mở rộng ngoài chuỗi vẫn sẽ là giải pháp chính.

Trong số các giải pháp mở rộng ngoài chuỗi hiện tại, Rollups duy trì lợi thế nhờ tính bảo mật của nó. Tuy nhiên, mặc dù thông lượng của L1 có thể được giải phóng đáng kể thông qua Rollups, tốc độ truyền dữ liệu đóng gói L2 trở lại L1 vẫn bị giới hạn bởi kích thước khối của Ethereum. Hiện tại, một khối Ethereum được lưu trữ với dung lượng khoảng 100kb và dữ liệu được đóng gói bởi Rollups có thể được xử lý trong một phút là dưới 500kb. Ngoài việc nhận dữ liệu được đóng gói, mạng chính cũng cần xử lý thông tin giao dịch ban đầu trên L1, điều này cùng nhau dẫn đến nút thắt về thông lượng trong các giải pháp mở rộng ngoài chuỗi.

Nhưng may mắn thay, các giải pháp khác nhau có thể được kết hợp: trong giải pháp trên chuỗi, ý tưởng về DankSharding có thể đạt được một cách chính xác bằng cách sử dụng xác minh lấy mẫu và RS Mã hóa giúp giảm đáng kể khối lượng công việc của nút xác minh và lượng dữ liệu được tải xuống, giải quyết vấn đề về tốc độ xử lý giao dịch. Dự kiến sẽ bổ sung cho Rollup sau khi triển khai. Nếu việc triển khai sharding được lấy làm tiền đề chính thì trong số các bản tổng hợp hiện tại, chi phí của Optimistic Rollup chủ yếu là chi phí ghi vào mạng chính và nó phù hợp nhất cho ProtoDanksharding, có thể giảm chi phí này. cá nhân tôi nghĩ rằng trong tương lai gần Inside (nếu EIP-4844 được cài đặt thành công), Optimistic Rollup off-chain + ProtoDankSharding on-chain sẽ là lựa chọn tốt nhất.

Liên kết gốc

Chào mừng bạn tham gia cộng đồng chính thức của BlockBeats:

Nhóm Telegram đăng ký: https://t.me/theblockbeats

Nhóm Telegram thảo luận: https://t.me/BlockBeats_App

Tài khoản Twitter chính thức: https://twitter.com/BlockBeatsAsia