Tóm tắt

Số lượng giao dịch mà một blockchain có thể xử lý mỗi giây là có giới hạn. Ví dụ, mạng Bitcoin chỉ có thể xử lý khoảng bảy giao dịch mỗi giây. Khi công nghệ blockchain được áp dụng rộng rãi, khả năng xử lý dữ liệu và tốc độ sẽ được cải thiện đáng kể, và việc tăng số lượng người dùng sẽ không làm chậm mạng hoặc tăng phí. Tuy nhiên, các nguyên tắc thiết kế cơ bản của nhiều mạng phi tập trung thường tập trung vào việc tăng khả năng mở rộng, nhưng lại làm suy yếu tính phi tập trung hoặc bảo mật. Đây chính là cái gọi là "tam nan blockchain." Các nhà phát triển đang thử nghiệm các cơ chế đồng thuận khác nhau cũng như các giải pháp mở rộng như phân mảnh (sharding), sidechain và kênh trạng thái (state channels) với hy vọng giải quyết vấn đề này.

Giới thiệu

Nói ngắn gọn, blockchain là một cơ sở dữ liệu kỹ thuật số phân tán. Các khối dữ liệu được tổ chức theo trình tự thời gian. Mỗi khối được liên kết thông qua các bằng chứng mã hóa và được bảo mật. Công nghệ này đã được triển khai trong nhiều ngành công nghiệp và đang thay đổi cách chúng ta làm việc và sinh hoạt.

Ý tưởng này cho rằng, với sự ra đời của các blockchain phi tập trung và bảo mật, con người có thể duy trì hoạt động của thế giới mà không cần dựa vào các mạng lưới hoặc thị trường bên thứ ba. Tuy nhiên, các chuyên gia đều đồng ý rằng để công nghệ này đạt được sự áp dụng rộng rãi, trước tiên phải giải quyết một vấn đề cốt lõi: "tam nan blockchain" đang được thảo luận nhiều.

Người đồng sáng lập Ethereum, Vitalik Buterin, đã phổ biến thuật ngữ này. Để hiểu khái niệm này, trước tiên cần biết ba yếu tố chính của blockchain: tính phi tập trung, bảo mật và khả năng mở rộng. "Tam nan blockchain" đề cập đến việc blockchain khó có thể đạt được cả ba thuộc tính này ở mức tối ưu cùng một lúc. Việc tăng cường một thuộc tính thường làm suy yếu thuộc tính khác.

Bài viết này sẽ nghiên cứu ba yếu tố của tam nan và giải thích chi tiết từng yếu tố. Thảo luận sâu về từng yếu tố và mối quan hệ giữa chúng sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức và lý do tồn tại của tam nan blockchain. Bài viết cũng sẽ đề cập đến một số giải pháp do các nhà phát triển đề xuất.

Tính Phi Tập Trung là gì?

Theo thiết kế, Bitcoin và các mạng blockchain tương tự đều có tính phi tập trung. Kiến trúc tổng thể của các mạng này không thuộc quyền quản lý của cá nhân hay tổ chức đơn lẻ mà được phân tán. Lớp mạng mở cho tất cả người tham gia. Do đó, quyền kiểm soát hoàn toàn phân tán chứ không nằm trong tay một thực thể duy nhất. Mọi người đều có thể truy cập cùng một dữ liệu. Nếu ai đó cố ý sửa đổi hồ sơ để gian lận hệ thống, những người tham gia khác có thể bác bỏ dữ liệu sai.

Quá trình này khá phức tạp về mặt kỹ thuật. Hãy lấy mạng Bitcoin làm ví dụ, nơi không có sự kiểm soát của bên thứ ba. Chúng ta có thể so sánh điều này với sự phụ thuộc vào ngân hàng trong hệ thống tài chính. Ngân hàng tăng cường niềm tin giữa các bên giao dịch và đảm bảo mọi hồ sơ được lưu trữ chính xác. Tuy nhiên, blockchain Bitcoin chia sẻ dữ liệu với tất cả mọi người trong mạng để đảm bảo dữ liệu được xác minh trước khi thêm vào cơ sở dữ liệu kỹ thuật số. Điều này tạo ra một hệ thống hoạt động mà không cần sự can thiệp của bên thứ ba.

Tính phi tập trung tạo điều kiện cho cái gọi là Web3. Internet hiện tại của chúng ta đang ở giai đoạn Web2. Trong Web2, các trang web và ứng dụng đều do các công ty lớn kiểm soát, nhưng nội dung do người dùng tạo ra. Web3 là bước phát triển tiếp theo. Trong Internet Web3, con người sử dụng công nghệ blockchain phi tập trung để kiểm soát dữ liệu và cuộc sống trực tuyến của mình.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cách hoạt động của các hệ thống phân tán này đòi hỏi một số lượng lớn người tham gia phải đồng ý về tính hợp lệ của tất cả dữ liệu. Điều này đòi hỏi chia sẻ và xử lý thông tin, có thể làm chậm thời gian giao dịch. Do đó, blockchain cần mở rộng—tức là xử lý nhiều dữ liệu hơn với tốc độ nhanh hơn. Chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về điều này khi thảo luận về khả năng mở rộng.

Hơn nữa, để đạt được tính phi tập trung, trước tiên phải đảm bảo tính bảo mật của blockchain cơ sở. Nếu blockchain thiếu bảo mật, các phần tử xấu có thể lợi dụng để sửa đổi dữ liệu. Điều này dẫn đến phần thứ hai của tam nan: bảo mật.

Bảo Mật Blockchain là gì?

Nếu thiếu bảo mật, blockchain dù có phi tập trung đến đâu cũng vô ích. Một mạng blockchain mạnh mẽ phải có khả năng chống lại các cuộc tấn công từ các thực thể độc hại. Hệ thống tập trung là hệ thống đóng, do đó có thể đảm bảo bảo mật. Người kiểm soát có thể đảm bảo dữ liệu không bị xâm phạm. Nhưng làm thế nào để đạt được bảo mật trong một hệ thống phi tập trung mà bất kỳ ai cũng có thể tham gia?

Đây là một chủ đề phức tạp. Hãy quay lại với Bitcoin như một ví dụ về bảo mật blockchain phi tập trung. Blockchain Bitcoin kết hợp mật mã học với cơ chế đồng thuận mạng gọi là "Proof of Work (PoW)." Về mặt mật mã, mỗi khối có một chữ ký số, hay còn gọi là "hash." Bất kỳ thay đổi nào cũng làm thay đổi hash của khối, vì vậy mỗi khối dữ liệu được liên kết một cách không thể thay đổi. Mọi nỗ lực thay đổi dữ liệu đều bị phần còn lại của mạng phát hiện nhanh chóng.

Cơ chế đồng thuận Proof of Work cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sổ cái tiền mã hóa. Hiểu về PoW đã là một việc phức tạp, nhưng với mục đích của bài viết này, chỉ cần biết rằng các thành viên mạng chỉ có thể xác thực giao dịch mới và thêm chúng vào sổ cái thông qua hoạt động "đào." Quá trình này liên quan đến việc sử dụng sức mạnh tính toán để giải các bài toán phức tạp. Máy tính phải thực hiện rất nhiều hàm hash trong quá trình tính toán. Mặc dù PoW bảo mật, nhưng nó tương đối chậm, dẫn đến vấn đề về khả năng mở rộng.

Ngoài ra, cần lưu ý rằng càng nhiều người tham gia (node) trong mạng, mạng càng an toàn. Số lượng người tham gia càng lớn, các phần tử xấu càng khó kiểm soát hệ thống. Điều này liên quan đến cái gọi là "tấn công 51%." Ý tưởng chung là nếu một thực thể đơn lẻ (hoặc một nhóm phần tử xấu) kiểm soát hơn 50% hash rate của blockchain, họ có thể lật đổ đồng thuận và sửa đổi dữ liệu trên chuỗi, chẳng hạn như tiêu cùng một đồng tiền hai lần (double-spending).

Nói ngắn gọn, bảo mật là nền tảng cho sự thành công của blockchain. Nếu không có bảo mật, kẻ tấn công có thể kiểm soát tùy ý, khiến blockchain trở nên vô giá trị.

Khả Năng Mở Rộng là gì?

Khả năng mở rộng là mục tiêu xây dựng blockchain để tăng số lượng giao dịch xử lý mỗi giây. Để công nghệ blockchain phục vụ xã hội rộng lớn hơn hoặc hàng tỷ người dùng, việc mở rộng là cần thiết. Tuy nhiên, đây chính là điểm yếu của nhiều blockchain hiện nay.

Lý do nằm ở bản chất cơ bản của tính phi tập trung và bảo mật, luôn được ưu tiên hàng đầu. Tính phi tập trung là cốt lõi của triết lý và mục tiêu blockchain. Hầu hết các blockchain nổi tiếng đều tuân thủ nguyên tắc này. Như đã đề cập trước đó, bảo mật là yêu cầu cốt lõi cho sự thành công và giá trị của blockchain.

Tuy nhiên, việc ưu tiên tính phi tập trung và bảo mật khiến khả năng mở rộng trở thành thách thức. Số lượng giao dịch mà một chuỗi đơn lẻ có thể xử lý bị hạn chế nghiêm trọng. Các hệ thống thanh toán tập trung như Visa tuyên bố có thể xử lý 24.000 giao dịch mỗi giây vì mạng của họ đóng và không bị ảnh hưởng bởi các node công khai và cơ chế đồng thuận. Hãy so sánh với một số blockchain nổi tiếng.

Theo báo cáo của Bloomberg năm 2022: "Tính đến tháng 9, Bitcoin khó có thể xử lý hơn bảy giao dịch mỗi giây, trong khi mạng Ethereum phổ biến thứ hai bị giới hạn ở khoảng 15 giao dịch mỗi giây. So với các nền tảng giao dịch truyền thống, điều này chậm một cách đáng thất vọng."

Như đã đề cập trước đó, tốc độ giao dịch của các blockchain này bị hạn chế do cách thức xử lý thông tin cần thiết của người tham gia trong mạng phi tập trung và bản chất của cơ chế đồng thuận Proof of Work. Nếu ngày càng nhiều người sử dụng công nghệ blockchain, khả năng xử lý giao dịch hạn chế sẽ dẫn đến tắc nghẽn mạng.

Tại sao Tam Nan Blockchain Tồn Tại?

Giải pháp cơ bản rõ ràng nhất cho vấn đề trên là giảm số lượng người tham gia xác nhận và thêm dữ liệu mạng để mở rộng và tăng tốc mạng. Tuy nhiên, điều này sẽ làm giảm tính phi tập trung bằng cách trao quyền kiểm soát cho ít người tham gia hơn. Ít người tham gia cũng làm tăng khả năng bị tấn công và suy yếu bảo mật.

Do đó, tam nan xuất hiện: trong thiết kế cơ bản của cách thức hoạt động blockchain, hai thuộc tính cần thiết là tính phi tập trung và bảo mật liên kết chặt chẽ với nhau, khiến khả năng mở rộng khó đạt được. Ba thuộc tính này có mối quan hệ đánh đổi. Làm thế nào để thúc đẩy khả năng mở rộng mà không ảnh hưởng đến tính phi tập trung, bảo mật hoặc cả hai?

Giải Pháp cho Tam Nan Blockchain

Không có giải pháp nào phù hợp với mọi trường hợp cho tam nan. Do tầm quan trọng của vấn đề này, cộng đồng đã đề xuất nhiều giải pháp khác nhau với kết quả đầy hứa hẹn. Hãy điểm qua một số phát triển phổ biến để hiểu rõ hơn về những tiến bộ mới nhất trong lĩnh vực này.

1. Phân Mảnh (Sharding)
   Đây là phương pháp chia nhỏ blockchain hoặc các loại cơ sở dữ liệu khác thành các phân vùng nhỏ hơn, mỗi phân vùng quản lý một đoạn dữ liệu cụ thể. Cách thiết lập này giảm áp lực xử lý tất cả giao dịch và tương tác mạng trên một chuỗi đơn lẻ. Mỗi blockchain phân vùng được gọi là "shard" và có sổ cái riêng. Các shard sau đó có thể tự xử lý giao dịch, nhưng tương tác giữa các shard được quản lý bởi chuỗi beacon hoặc chuỗi chính. Điều này thay đổi mạng chính của blockchain, biến phân mảnh thành bản nâng cấp mở rộng Layer 1.

2. Các Cơ Chế Đồng Thuận Khác Nhau
   Một lý do chính dẫn đến tam nan trong mạng Bitcoin là cách thức Proof of Work đảm bảo bảo mật. Để đạt được bảo mật hệ thống, cần có thợ đào, thuật toán tiền mã hóa và sức mạnh tính toán phi tập trung khổng lồ, nhưng điều này cũng làm hệ thống chậm lại. Tìm kiếm các phương pháp khác để đảm bảo đồng thuận cũng là một cách giải quyết tam nan. Đây là lý do chính khiến Ethereum chuyển từ Proof of Work sang Proof of Stake (PoS).

Trong blockchain Proof of Stake, người tham gia phải stake (khóa) token của mình để tham gia xác thực giao dịch nhưng không cần thiết bị đào chuyên dụng. Việc thêm nhiều người xác thực vào mạng trở nên đơn giản và thuận tiện hơn. Proof of Stake chỉ là một trong nhiều phương pháp giải quyết vấn đề mở rộng.

3. Giải Pháp Layer-2
   Phân mảnh và các cơ chế đồng thuận khác nhau là các giải pháp Layer-1 nhằm thay đổi thiết kế cơ bản của mạng cơ sở. Tuy nhiên, các nhà phát triển khác đang nghiên cứu các giải pháp xây dựng trên cấu trúc mạng hiện có để giải quyết tam nan. Nói cách khác, họ tin rằng giải pháp nằm ở mạng lớp hai, hay "Layer 2." Ví dụ bao gồm sidechain và kênh trạng thái.

Sidechain về cơ bản là các blockchain độc lập được kết nối với chuỗi chính. Cách thiết lập này cho phép tài sản di chuyển tự do giữa hai chuỗi. Quan trọng là, sidechain có thể hoạt động theo các quy tắc khác nhau, giúp tăng tốc độ và mở rộng. Tương tự, kênh trạng thái là cách khác để loại bỏ giao dịch khỏi chuỗi chính, giảm tải cho Layer 1. Thay vì sử dụng một chuỗi riêng biệt, kênh trạng thái sử dụng hợp đồng thông minh, cho phép người dùng tương tác mà không cần công bố giao dịch trên blockchain. Blockchain chỉ ghi lại thời điểm mở và đóng kênh.

Kết Luận

Tam nan blockchain cản trở tiềm năng thay đổi thế giới của công nghệ blockchain. Nếu các mạng blockchain chỉ có thể xử lý một số lượng nhỏ giao dịch mỗi giây để duy trì tính phi tập trung và bảo mật, việc đạt được áp dụng rộng rãi sẽ rất khó khăn. Tuy nhiên, dựa trên các giải pháp mới nhất mà các nhà phát triển đề xuất để giải quyết vấn đề này, các mạng blockchain chỉ có thể đạt được bước nhảy vọt về khả năng xử lý dữ liệu trong tương lai bằng cách tiếp tục thúc đẩy tiến bộ công nghệ hiện tại.