Hiểu vấn đề trilemma của chuỗi khối thực tế

Tam đặc tính của nghịch lý

Có những thách thức không thể tránh khỏi trong việc thúc đẩy việc áp dụng công nghệ blockchain trên toàn cầu. Đó là khó khăn trong việc đạt được sự cân bằng đồng thời giữa ba đặc tính cơ bản: bảo mật, phân quyền và khả năng mở rộng. Đây là vấn đề được gọi là trilemma, chỉ ra mâu thuẫn cấu trúc rằng khi tăng cường một đặc tính thì một đặc tính khác chắc chắn sẽ yếu đi.

Để blockchain hoạt động thực sự, cần phải tăng đáng kể số lượng giao dịch mà mạng có thể xử lý mỗi giây (TPS). Tuy nhiên, nhiều blockchain công khai hiện tại có xu hướng giảm tính phân quyền và bảo mật khi cố gắng tăng khả năng mở rộng. Đối với tình huống dở khóc dở cười này, nhiều phương pháp kỹ thuật khác nhau đã được thử nghiệm trong toàn ngành.

Bản chất của mạng phi tập trung

Blockchain là một cơ sở dữ liệu kỹ thuật số phân tán, nói một cách ngắn gọn. Các khối dữ liệu được tổ chức theo trình tự thời gian và được liên kết bằng chứng minh mật mã.

Lợi ích lớn nhất của việc phân quyền là loại bỏ việc quản lý tập trung bởi các công ty hoặc cá nhân cụ thể. Tất cả người tham gia trong mạng đều có thể truy cập vào cùng một sổ cái, và việc kiểm tra và ngăn chặn sự giả mạo của các bản ghi giao dịch có thể được thực hiện tập thể. Việc Bitcoin đạt được hệ thống thanh toán không cần ngân hàng trung ương chính là nhờ vào tính phân quyền này.

Tuy nhiên, vì cần có nhiều người tham gia đạt được sự đồng thuận, tốc độ xử lý sẽ chậm hơn so với các hệ thống tập trung. Đây là một trong những hạn chế về khả năng mở rộng và là một trong những nguyên nhân gốc rễ của trilemma.

Đảm bảo an ninh và sự đánh đổi tốc độ xử lý

Bảo mật blockchain được thực hiện thông qua sự kết hợp của công nghệ mã hóa và cơ chế đồng thuận. Với Proof of Work (PoW) mà Bitcoin áp dụng, các thợ mỏ xác thực giao dịch bằng cách giải các bài toán toán học phức tạp. Cơ chế tốn nhiều tài nguyên tính toán này làm cho chi phí tấn công vào mạng lưới trở nên cực kỳ cao, đảm bảo an ninh.

Tuy nhiên, thiết kế bảo mật này đã giới hạn khả năng xử lý của Bitcoin ở mức khoảng 5 TPS. Trong khi đó, lớp cơ sở của Ethereum cũng chỉ dừng lại ở mức khoảng 18 TPS. Việc vượt qua những hạn chế này trong khi vẫn giữ được bảo mật và tính phân tán sẽ là chìa khóa để giải quyết trilemma.

Về lý thuyết, nếu một chủ thể nắm giữ hơn 50% sức mạnh tính toán của mạng, thì có thể xảy ra tấn công 51% và các hành vi gian lận như thanh toán kép có khả năng xảy ra nhiều hơn. Để ngăn chặn điều này, cần có sự phân tán đủ, nhưng càng tăng cường sự phân tán thì thời gian để hình thành đồng thuận càng lâu, dẫn đến vòng lặp xấu làm giảm khả năng mở rộng.

Tình hình và thách thức của khả năng mở rộng

Các hệ thống thanh toán tập trung như Visa có thể xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây. Điều này khả thi nhờ vào môi trường khép kín có quy định, nơi một số lượng nhỏ nút đưa ra quyết định.

Ngược lại, trên blockchain công cộng, tất cả các validator đều phải xác minh giao dịch. Quy trình xác minh phân tán này an toàn nhưng làm hạn chế đáng kể khả năng xử lý. Nếu việc sử dụng mạng tăng lên mà không chú ý đến khả năng mở rộng, sự tắc nghẽn và sự gia tăng phí giao dịch là điều không thể tránh khỏi.

Việc chuyển sang Chứng minh cổ phần (PoS) cũng sẽ là một cải thiện phần nào, nhưng vẫn cần có sự đồng thuận từ các nút phân tán trên toàn thế giới, và nó chưa phải là giải pháp căn bản.

Cách tiếp cận đa diện để giải quyết trilemma

Ngành công nghiệp đang theo đuổi nhiều phương pháp kỹ thuật song song, và một số phương pháp thực sự đã đạt được những kết quả hứa hẹn.

Phân tán tải trọng bằng Sharding

Sharding là cơ chế phân chia blockchain thành nhiều phân đoạn nhỏ độc lập (shards), mỗi phân đoạn xử lý giao dịch theo cách song song. Mô hình Nightshade 2.0 của NEAR protocol có nhiều shards song song đang mở rộng mạng một cách động, với 8 shards hoạt động vào năm 2025, đạt thời gian xác nhận giao dịch khoảng 600 mili giây.

Sự áp dụng các cơ chế đồng thuận đa dạng

Các nỗ lực đang được thực hiện để điều chỉnh sự cân bằng các đặc điểm của trilemma thông qua thiết kế đồng thuận khác nhau. Với PoS, chỉ cần đặt cược token là có thể trở thành validator, do đó rào cản tham gia thấp và tính phân tán tăng lên.

Chứng minh quyền lực (PoA) là phương pháp ưu tiên khả năng mở rộng bằng cách tập trung quyền hạn vào những người xác thực đáng tin cậy. Chuỗi thông minh BNB đã áp dụng Chứng minh quyền lực đã đặt cược (PoSA), kết hợp các yếu tố PoS và PoA, để đạt được thiết kế cân bằng. Mạng Conflux đang thử nghiệm một cách tiếp cận khác bằng cách kết hợp các yếu tố chứng minh công việc với cấu trúc đồ thị không tuần hoàn có định hướng (DAG).

mở rộng quy mô từng bước bằng Layer 2

Giải pháp ngắn hạn thực tiễn nhất là giải pháp Layer 2. Thay vì thay đổi chuỗi chính, nó xây dựng trên đó để xử lý giao dịch ngoại chuỗi.

Công nghệ roll-up nén nhiều giao dịch thành một chứng minh duy nhất để gửi đến chuỗi chính. Các roll-up lạc quan như Arbitrum và Scroll đạt được tốc độ cao hơn trong khi lưu trữ tất cả chi tiết giao dịch, trong khi các roll-up không kiến thức xác minh tính hợp lệ bằng chứng mật mã. Ethereum đã tiến hóa thành một cấu trúc tập trung vào roll-up, điều này đã cải thiện đáng kể khả năng mở rộng của hệ sinh thái DeFi.

Kênh trạng thái là cơ chế ghi lại trạng thái chỉ tại thời điểm bắt đầu và kết thúc giao dịch trên blockchain, cho phép các bên tham gia tự do thực hiện giao dịch ngoài chuỗi. Mạng Lightning của Bitcoin áp dụng phương pháp này, thực hiện phần lớn quy trình ở chế độ ngoài chuỗi trong khi thực hiện thanh toán cuối cùng trên lớp cơ sở, từ đó đạt được thanh toán nhanh chóng và chi phí thấp.

Khả năng giải quyết trilemma và hình ảnh tương lai

Hiện tại, không có blockchain nào hoàn toàn “giải quyết” được trilemma. Tuy nhiên, lộ trình tập trung vào rollup của Ethereum và các blockchain mô-đun hiệu suất cao đang nổi lên cho thấy một lộ trình thực tiễn.

Các đổi mới công nghệ này đang tiến gần đến việc cải thiện khả năng mở rộng mà không làm tổn hại đến tính bảo mật và phân cấp, và thời đại mà các ứng dụng quy mô toàn cầu có thể hoạt động trên blockchain sắp đến.