Có giải pháp nào tốt hơn để mở rộng blockchain không?

Kể từ năm nay, nhiều dự án Web3 dựa trên công nghệ blockchain đã bùng nổ, nhiều ứng dụng do X đại diện để kiếm tiền và bộ sưu tập kỹ thuật số đã làm bùng nổ thị trường và thu hút một lượng lớn người dùng từ các ngành truyền thống. và tài trợ để tham gia vào ngành Web3.

Tuy nhiên, khi khối lượng giao dịch của các ứng dụng lớp trên tăng dần, tác động lên các khối cơ bản. Các yêu cầu về hiệu suất của hệ thống dây chuyền ngày càng khắt khe hơn. Do đó, nếu không có sự hỗ trợ hiệu năng cơ bản mạnh mẽ, các ứng dụng Web3 lớp trên này sẽ nhanh chóng gặp phải tình trạng tắc nghẽn tăng trưởng. Và điều này một lần nữa dẫn đến vấn đề mở rộng đã gây khó khăn cho ngành công nghiệp blockchain trong một thời gian dài.

Đúng vậy, kể từ khi ngành công nghiệp blockchain ra đời, việc mở rộng gần như đi kèm với toàn bộ ngành . Những vấn đề cốt lõi vượt thời gian. Tuy nhiên, sau nhiều năm phát triển, ngoại trừ giải pháp thỏa hiệp là hy sinh tính phân quyền để lấy hiệu suất và công nghệ mở rộng ngoài chuỗi do Rollup đại diện, hiệu suất cơ bản của blockchain dường như vẫn chưa được cải thiện đáng kể.

Vậy đâu là những điểm nghẽn chính hạn chế việc cải thiện hiệu suất của toàn bộ hệ thống blockchain? có chỗ để tiếp tục tối ưu hóa? Để trả lời những câu hỏi này, trước tiên chúng ta phải nói về các đặc điểm cơ bản của hệ thống blockchain.

Đặc điểm của hệ thống blockchain

Ý nghĩa cơ bản của sự tồn tại của hệ thống blockchain là cung cấp cho người dùng một nền tảng cộng tác đáng tin cậy, do đó, hệ thống blockchain còn được gọi là "cỗ máy đáng tin cậy". Mục tiêu cơ bản nhất này xác định rằng hệ thống blockchain phải đáp ứng các đặc điểm cơ bản sau.

1. Có thể kiểm chứng được

Trước hết, niềm tin không được tạo ra một cách tự nhiên. Lý do tại sao người dùng có thể tin tưởng vào dữ liệu được lưu trữ trong blockchain không chỉ vì nó không thể bị giả mạo, nhưng quan trọng hơn là có thể Verification hiệu quả, đây chính là khả năng xác minh của hệ thống blockchain.

Các hệ thống blockchain điển hình như Bitcoin và Ethereum, các giao dịch được lưu trữ trong chuỗi của chúng Dữ liệu tồn tại ở nhiều dạng khác nhau cấu trúc “cây”. Nếu bạn đã từng thử đọc các tài liệu kỹ thuật liên quan thì chắc chắn bạn sẽ có ấn tượng về những cái tên như Merkle Tree (số Merkle), hay Merkle Patricia trie (người đọc không cần phải hiểu những thuật ngữ kỹ thuật này ở đây, miễn là họ có ấn tượng về tên), sơ đồ nguyên lý của nó như sau). Lý do tại sao blockchain thường sử dụng loại cấu trúc “cây” này để lưu trữ dữ liệu thực chất là để đáp ứng yêu cầu cơ bản về khả năng xác minh dữ liệu.

Mặc dù trên lý thuyết, bất kỳ người dùng nào cũng có thể xác minh bất cứ điều gì họ muốn xác minh miễn là họ tải xuống tất cả dữ liệu của hệ thống blockchain và thực hiện lại tất cả các giao dịch dữ liệu, nhưng mô hình này rõ ràng là cực kỳ kém hiệu quả và không thể đáp ứng nhu cầu xác minh giao dịch thường xuyên của người dùng blockchain.

Ưu điểm của cấu trúc cây là hệ thống chỉ cần cung cấp thông tin về một số khóa các nút, có thể chứng minh sự tồn tại của giao dịch. Để đưa ra một ví dụ không phù hợp, giống như địa chỉ cư trú cũng sử dụng cấu trúc cây, tính hợp lệ của địa chỉ có thể được xác minh miễn là nó được xác nhận bởi một số nút chính như tỉnh, thành phố và quận. tương đối Hiệu quả tìm kiếm rõ ràng được cải thiện rất nhiều so với kiểu truyền tải.

Loại cấu trúc dữ liệu có thể kiểm chứng này đã trở thành thứ bắt buộc phải có đối với các hệ thống lưu trữ blockchain. các đặc điểm.

2. Nhiều phiên bản

Blockchain là một hệ thống sống và dữ liệu được lưu trữ trong hệ thống sẽ thay đổi bất cứ lúc nào do hoạt động của người dùng. Mọi thứ từ số dư tài khoản của mỗi người đến trạng thái mới nhất của hợp đồng thông minh đều đang thay đổi khi chuỗi khối tiếp tục mở rộng.

Tất cả các phiên bản trạng thái khác nhau này phải được lưu trữ hoàn toàn trong bộ lưu trữ blockchain Trong hệ thống, đây là cái mà chúng tôi gọi là "nhiều phiên bản".

3. Tiếp tục tăng trưởng

Dữ liệu lịch sử của hệ thống blockchain sẽ tiếp tục phát triển khi thời gian chạy tăng lên, còn được gọi là vụ nổ trạng thái trong lĩnh vực chuỗi công cộng. Khi blockchain tiếp tục đóng gói và lưu trữ các giao dịch mới, dung lượng lưu trữ của toàn bộ nút đầy đủ sẽ tăng lên nhanh chóng.

Hiện tại, tình trạng này không rõ ràng ở Bitcoin. Xét cho cùng, mỗi khối Bitcoin về cơ bản chỉ có thông tin chuyển giao tương đối đơn giản được lưu trữ. Nhưng đối với các chuỗi công khai hợp đồng thông minh như Ethereum, vì cần lưu trữ nhiều mã hợp đồng thông minh hơn nên tốc độ tăng trưởng của dữ liệu lịch sử sẽ nhanh hơn.

Đối với các chuỗi công khai hiệu suất cao và thậm chí cả chuỗi liên minh có TPS cao hơn Ethereum, tốc độ mở rộng dữ liệu lịch sử của nó sẽ nhanh hơn. Tuy nhiên, việc tăng dung lượng lưu trữ chắc chắn sẽ dẫn đến giảm hiệu quả hoạt động của toàn hệ thống. Sau đây là sơ đồ về tác động của việc tăng dung lượng lưu trữ đến hiệu suất blockchain.

Có thể thấy rằng cả hiệu suất giao dịch (TPS) và hiệu suất lưu trữ sẽ tiếp tục tăng trưởng khi blockchain tiếp tục phát triển phát triển và phân hủy nhanh chóng.

Tại sao việc lưu trữ dữ liệu đơn giản lại trở thành vấn đề lớn đối với các hệ thống blockchain?

Như có thể thấy từ biểu đồ suy giảm hiệu suất ở trên, đối với nhiều hệ thống blockchain điển hình, miễn là khi quy mô lưu trữ vượt quá một mức nhất định, hiệu suất tổng thể hoặc TPS của nó sẽ bị suy giảm hiệu suất đáng kể.

Lý do tại sao người dùng Bitcoin và Ethereum hiện tại rõ ràng không cảm nhận được vấn đề này, thứ nhất, nó phải tuân theo các thuật toán đồng thuận như PoW và một lý do lớn khác là dung lượng lưu trữ của nó chưa đạt đến nút cổ chai hiệu suất và hiệu ứng suy giảm của nó vẫn chưa xuất hiện rõ ràng.

Tuy nhiên, thách thức cực độ của Double Eleven đã thúc đẩy Ali phát triển khu định cư hiệu quả nhất thế giới Giống như hệ thống, nút thắt hiệu suất blockchain do lưu trữ gây ra lần đầu tiên xuất hiện trong lĩnh vực chuỗi liên minh hiệu quả hơn.

Vậy chuỗi liên minh có thể sử dụng công nghệ truyền thống để giải quyết vấn đề này không? Không, như chúng tôi đã đề cập ở trên, việc lưu trữ dữ liệu blockchain phải đáp ứng các đặc điểm như khả năng xác minh, do đó, vấn đề này không thể giải quyết trực tiếp bằng công nghệ cơ sở dữ liệu truyền thống.

So với hệ thống lưu trữ máy tính truyền thống, hệ thống lưu trữ blockchain cần phải đối mặt với nhiều thách thức hơn. Hình ảnh trên là bản phân tích những thách thức chính trong việc giải quyết các tắc nghẽn lưu trữ của nhóm Alibaba Ant Chain. Trong số đó, những thách thức liên quan đến hiệu suất, chi phí và quy mô là tương đối dễ hiểu, ở đây chúng tôi giải thích ngắn gọn về hai vấn đề đầu tiên, đó là "khuếch đại đọc và ghi" và "địa phương dữ liệu".

Như đã đề cập ở trên, hệ thống blockchain sử dụng cây để đáp ứng các yêu cầu có thể kiểm chứng của dữ liệu. kết cấu. Đặc điểm của lưu trữ cây là khi dung lượng lưu trữ dữ liệu tăng lên thì số lớp cây cũng sẽ tăng lên.

Hãy tưởng tượng một nhóm khởi nghiệp chỉ có sáu hoặc bảy người, có thể chỉ có một ông chủ và một người quản lý. Ở cấp độ quản lý, khi tìm kiếm ai đó, tất cả những gì bạn phải làm là hét lên trong văn phòng. Đối với một công ty lớn như Alibaba, để quản lý hàng trăm nghìn nhân viên, việc có một chuỗi cấp bậc nội bộ trên 20 cấp là không quá đáng. Lúc này, nếu muốn ngẫu nhiên xác minh năng lực kinh doanh của một nhân viên trong một nhà máy lớn như vậy, tốc độ tìm kiếm và xác minh rõ ràng sẽ giảm đi rất nhiều.

Sự giảm hiệu quả lưu trữ này do sự gia tăng số lớp là hệ thống lưu trữ blockchain được đề cập ở trên. thử thách đầu tiên: khuếch đại đọc và ghi.

"Vị trí dữ liệu" thứ hai cũng là một vấn đề lưu trữ duy nhất của blockchain. Chúng tôi biết rằng để đạt được đặc điểm khó giả mạo của dữ liệu hệ thống blockchain, tất cả dữ liệu trên chuỗi sẽ được băm và dữ liệu cũng như hàm băm sẽ được lưu trữ cùng một lúc.

Nhưng chính sự ngẫu nhiên này lại mang đến rất nhiều khó khăn cho việc lưu trữ và truy vấn dữ liệu. Khó khăn lớn. Cũng giống như nếu các từ trong từ điển được sắp xếp theo thứ tự bính âm thì bạn có thể nhanh chóng xác định được vị trí gần đúng khi truy vấn, nâng cao hiệu quả tìm kiếm. Nhưng nếu các từ trong từ điển được sắp xếp theo giá trị băm ngẫu nhiên của từng từ thì độ khó truy vấn rõ ràng sẽ tăng lên rất nhiều.

"Vị trí dữ liệu" này do tính ngẫu nhiên của việc băm đã được cải thiện đáng kể. Khó khăn trong việc lưu trữ đĩa và truy vấn làm giảm hiệu suất lưu trữ của hệ thống blockchain.

Cách hệ thống Letus của Ant Chain vượt qua nút thắt cổ chai lưu trữ trên blockchain

Trên thực tế, nhiều đội đã thực hiện một số cải tiến trong cả lĩnh vực chuỗi liên minh và lĩnh vực chuỗi công cộng liên quan đến các vấn đề trên.

Ví dụ: HyperLedger trong lĩnh vực chuỗi liên minh chọn làm suy yếu khả năng xác minh ở một mức độ nhất định, nhưng Ý tưởng này chỉ nhằm mục đích đánh đổi và đánh đổi giữa các tính năng khác nhau và về cơ bản không giải quyết được vấn đề. Định hướng R&D của nhóm Ant Chain là cải thiện hiệu quả lưu trữ mà không ảnh hưởng đến các thuộc tính chính như bảo mật, khả năng xác minh và tính toàn vẹn dữ liệu.

Vậy hệ thống Letus mới ra mắt của Ant Chain giải quyết những vấn đề này như thế nào?

1. Hợp nhất cây trạng thái và cơ sở dữ liệu

Chúng ta đã biết rằng blockchain sử dụng cấu trúc lưu trữ dạng cây để đáp ứng các yêu cầu có thể kiểm chứng, nhưng trên thực tế cái gọi là "cây" cũng chỉ là một khái niệm trừu tượng. ý tưởng . Những gì thực sự được lưu vào đĩa cứng cuối cùng chắc chắn sẽ không phải là một biểu đồ dạng cây mà là một nhóm dữ liệu được sắp xếp gọn gàng. Điều này đòi hỏi phải sắp xếp lại nhiều “cây” khác nhau, sử dụng phần mềm cơ sở dữ liệu để sắp xếp chúng theo những quy tắc nhất định và cuối cùng là lưu trữ chúng trên đĩa cứng.

Hãy lấy quy trình lưu trữ của Ethereum làm ví dụ. Sơ đồ dưới đây về quá trình lưu trữ dữ liệu của Ethereum hơi phức tạp, người đọc không cần xem chi tiết cụ thể mà chỉ cần biết rằng việc lưu trữ Ethereum cũng thay đổi từ nhiều cấu trúc “cây” trừu tượng khác nhau (ở trên cùng) , và cuối cùng trở nên nhất quán với định dạng cơ sở dữ liệu, chỉ cần sắp xếp dữ liệu (phía dưới) rồi lưu vào ổ cứng.

Có, mặc dù chúng tôi nói rằng blockchain không phải là một cơ sở dữ liệu đơn giản, nhưng khi dữ liệu blockchain cuối cùng được lưu trữ trên ổ cứng của nút, nó vẫn yêu cầu phần mềm cơ sở dữ liệu để sắp xếp và cuối cùng là lưu nó.

Hệ thống Letus của Ant Chain nhằm nâng cao hiệu quả lưu trữ đã tạo nên bước đột phá trong tích hợp có thể kiểm chứng Cấu trúc "cây" được tích hợp trực tiếp với hệ thống cơ sở dữ liệu cấp thấp hơn, tương đương với việc hợp nhất cấu trúc ba lớp trong hình trên thành một lớp. Bằng cách này, cấu trúc dữ liệu có thể xác minh và bộ lưu trữ cơ bản có thể được tối ưu hóa sâu sắc bằng cách sử dụng các đặc điểm riêng của chúng, từ đó nâng cao hiệu quả lưu trữ và xác minh.

2. Thay đổi phương thức lưu trữ

Trong cấu trúc cây blockchain truyền thống, chỉ cần dữ liệu dưới cùng (nút lá) có sự thay đổi dữ liệu thì dữ liệu của từng nút liên quan phía trên nó sẽ có giá trị băm sẽ thay đổi và cần được lưu trữ lại.

Do "khuyếch đại đọc và viết" nên Ant Chain ngày càng có nhiều cấp độ cây hơn nên Để tránh phải lưu trữ lại giá trị băm của tất cả các lớp mỗi khi dữ liệu được sửa đổi và giảm áp lực lên hệ thống lưu trữ, Letus áp dụng một ý tưởng mới về lưu trữ gia tăng. Nghĩa là, tất cả bộ nhớ gia tăng trước tiên được giữ lại dưới dạng chỉ mục gia tăng (như được hiển thị ở bên phải của hình bên dưới).

Điều này không chỉ giải quyết vấn đề tăng lớp (khuếch đại đọc và ghi) khi dữ liệu tăng lên, Nó cũng làm giảm số lần sửa đổi thường xuyên đối với hàm băm nút cây. Miễn là khả năng xác minh của những thông tin gia tăng này được đảm bảo, hiệu suất lưu trữ của hệ thống có thể được cải thiện đáng kể.

Đối với vấn đề về vị trí dữ liệu được đề cập ở trên, LETUS giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng số khối (được sắp xếp) làm phiên bản, triển khai các chỉ mục được sắp xếp và các công nghệ khác, đồng thời sử dụng các khóa chỉ mục dựa trên số phiên bản để thay thế khóa Chỉ mục ngẫu nhiên băm. mặt khác, dữ liệu được ghi theo thứ tự số khối, mặt khác việc lưu trữ và truy vấn dữ liệu được thực hiện thông qua các chỉ mục có thứ tự (như B-tree), nhờ đó tránh được việc sắp xếp dữ liệu ngẫu nhiên và cải thiện tính cục bộ của dữ liệu. .

Ngoài ra, hệ thống Letus còn triển khai các tính năng như lưu trữ theo tầng kiểm soát nhiệt độ thông minh, ranh giới dựa trên Nhiều cải tiến công nghệ, chẳng hạn như cắt xén hàng loạt các bản quét, giảm chi phí và cải thiện đời sống kinh doanh, nhưng do hạn chế về không gian, chúng tôi sẽ không đi vào chi tiết ở đây.

Bài học rút ra từ giải pháp lưu trữ của Ant Chain là gì

Các giải pháp mở rộng hiện đang phổ biến trong lĩnh vực chuỗi công cộng, ngoài công nghệ mở rộng ngoài chuỗi (như Rollup), về cơ bản đều nằm trong lĩnh vực mở rộng của chính chuỗi công khai.Bước vào giai đoạn thắt cổ chai. Hầu hết cái gọi là chuỗi công cộng hiệu suất cao trên thị trường thực sự không giải quyết được cơ bản các vấn đề về hiệu suất của blockchain mà chỉ thực hiện sự đánh đổi giữa bảo mật, phân cấp và hiệu suất.

Điều này đã dẫn đến nhiều dự án chuỗi công cộng hiệu suất cao trên thị trường và nhiều dự án khác của họ cải thiện hiệu suất có được bằng cách từ bỏ các đặc điểm của phân cấp. Đây cũng là lý do tại sao các giải pháp chuỗi công cộng hiệu suất cao này khó học hỏi từ Ethereum. Suy cho cùng, Ethereum luôn hy vọng giữ chi phí phần cứng của các nút không cao hơn 2.500 USD để duy trì tính chất phi tập trung của hệ thống ở mức tốt nhất. mức độ.

Tuy nhiên, giải pháp của hệ thống Ant Chain Letus không an toàn hoặc không thể kiểm chứng được, thậm chí Make bất kỳ sự đánh đổi nào về tính toàn vẹn dữ liệu. Kiểu đổi mới này thực sự mang tính tiến bộ hơn đối với toàn bộ ngành.

Là một người đã nghiên cứu chuỗi công cộng trong một thời gian dài, cá nhân tôi thích một hệ sinh thái chuỗi công cộng cởi mở hơn về mặt giá trị. Thật vậy, người ta rất ít chú ý đến tiến bộ công nghệ của ngành chuỗi liên minh.

Tuy nhiên, sau khi tìm hiểu về những cải tiến mới được thực hiện bởi các đối tác trong chuỗi liên minh do Ant Chain đại diện, After đổi mới công nghệ, tôi chợt phát hiện ra rằng ngành công nghiệp chuỗi liên minh chưa bao giờ được xây dựng sau những cánh cửa đóng kín. Mặc dù họ hiếm khi bình luận công khai về công nghệ chuỗi công cộng do tuân thủ hoặc các cân nhắc khác, nhưng nhóm của họ chưa bao giờ ngừng nghiên cứu những tiến bộ công nghệ trong lĩnh vực chuỗi công cộng và đang tích cực khám phá các giải pháp tốt hơn theo cách riêng của mình.

Những công nghệ mới được phát triển này không chỉ có thể áp dụng cho lĩnh vực chuỗi liên minh mà còn cho toàn bộ chuỗi công cộng. phát triển có giá trị tham khảo mạnh mẽ. Mặc dù trong những năm gần đây chúng ta luôn chế giễu rằng Web3 khó xảy ra ở Trung Quốc, nhưng trên thực tế, lĩnh vực công nghệ blockchain của Trung Quốc vẫn chưa thực sự bước vào giai đoạn mà hàng nghìn người đang phát triển mạnh mẽ. Với tiền đề là tuân thủ, nhóm kỹ thuật do Ant Chain đại diện vẫn đang khám phá và cải tiến công nghệ cơ bản của blockchain. Trong tương lai gần, thậm chí không loại trừ khả năng những công nghệ này có thể phản hồi và xuất khẩu công nghệ cho ngành công nghiệp chuỗi công cộng.

Tất nhiên, có lẽ cũng là do ngành chuỗi liên minh có màu To B quá đậm khiến nó ít chú ý đến việc giao tiếp với người dùng thông thường (dù sao cũng không có Token phát hành công khai nên không cần để cường điệu hóa chính nó). Hy vọng rằng trong tương lai, các đội trong lĩnh vực chuỗi liên minh có thể tiết lộ thêm thông tin để nhiều người có thể hiểu được những tiến bộ mới nhất của đội ngũ kỹ thuật giỏi nhất trong nước trong lĩnh vực blockchain.

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