Blockchain scaling là một khái niệm quan trọng trong công nghệ blockchain, liên quan đến việc tăng cường khả năng xử lý giao dịch của mạng blockchain. Khi mạng lưới blockchain phát triển, khả năng xử lý giao dịch của nó có thể bị hạn chế, gây ra tắc nghẽn và chi phí giao dịch cao. Các giải pháp blockchain scaling như sharding, rollups, và sidechains đang được phát triển để cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng của các blockchain, giúp ứng dụng công nghệ này vào các lĩnh vực như tài chính, logistics, và nhiều ngành công nghiệp khác. Bài viết này Tin Tức Công Nghệ 360 sẽ tìm hiểu rõ hơn về Blockchain scaling là gì và những giải pháp mở rộng trong Blockchain.
Mục lục
Blockchain scaling là gì?
Blockchain scaling là khả năng mở rộng của một mạng lưới blockchain, hay còn gọi là khả năng mở rộng blockchain (blockchain scalability). Mục tiêu của blockchain scaling là tăng thông lượng giao dịch (TPS – transactions per second) để đáp ứng với nhu cầu giao dịch ngày càng cao mà không làm giảm tính bảo mật, tốc độ xử lý hay sự phi tập trung của mạng. Việc mở rộng này giúp mạng blockchain hoạt động hiệu quả hơn, xử lý lượng giao dịch lớn hơn mà vẫn giữ vững các đặc tính cốt lõi của nó.
Vì sao cần phải mở rộng blockchain?
Blockchain cần mở rộng để có thể đáp ứng với sự gia tăng mạnh mẽ về nhu cầu giao dịch trong tương lai mà không làm giảm tính bảo mật và sự phi tập trung của mạng lưới. Blockchain scaling là một trong ba vấn đề lớn nhất mà các mạng lưới blockchain phải đối mặt, và nó nằm trong tam giác bất khả thi, hay còn gọi là Scalability Trilemma. Tam giác này chỉ ra rằng bất kỳ blockchain nào cũng chỉ có thể tối ưu hóa hai trong ba yếu tố quan trọng: phi tập trung, mở rộng và bảo mật.
- Phi tập trung: Đây là yếu tố đảm bảo sự phân cấp trong mạng lưới, nghĩa là không có một thực thể duy nhất kiểm soát toàn bộ hệ thống.
- Mở rộng: Đây là khả năng của mạng blockchain trong việc xử lý một số lượng lớn giao dịch trong thời gian ngắn, thường được đo bằng tốc độ xử lý và thông lượng giao dịch (TPS).
- Bảo mật: Liên quan đến khả năng của hệ thống trong việc chống lại các cuộc tấn công và đảm bảo rằng dữ liệu và tài sản trong mạng lưới luôn an toàn.
Khi các mạng blockchain như Bitcoin và Ethereum trở nên phổ biến, chúng gặp phải khó khăn trong việc xử lý một lượng lớn giao dịch trong thời gian ngắn. Điều này dẫn đến phí giao dịch cao và thời gian xác nhận kéo dài, làm giảm hiệu quả và trải nghiệm người dùng. Do đó, việc mở rộng blockchain là cần thiết để mạng có thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng mà không làm giảm chất lượng của hệ thống.
Khi blockchain hướng tới mục tiêu mass adoption (áp dụng rộng rãi), khả năng xử lý giao dịch hiệu quả và đáp ứng đầy đủ nhu cầu của người dùng trở thành một yếu tố quan trọng. Việc mở rộng blockchain giúp đảm bảo rằng các hệ thống có thể duy trì sự phát triển bền vững, hỗ trợ nhiều người dùng hơn mà không gặp phải các vấn đề về tắc nghẽn, đồng thời giữ vững sự bảo mật và phi tập trung của mạng.
Các nỗ lực giải quyết blockchain scaling của Bitcoin
Bitcoin, mạng lưới blockchain đầu tiên được tạo ra vào năm 2007, có mục tiêu chính là phát triển một hệ thống thanh toán ngang hàng P2P an toàn. Ban đầu, kích thước khối của Bitcoin được cố định ở mức 1 MB, và mạng hoạt động ổn định. Tuy nhiên, khi sự phổ biến của Bitcoin tăng lên, giới hạn 1 MB đã không còn đáp ứng đủ nhu cầu giao dịch của người dùng, dẫn đến các nỗ lực mở rộng mạng lưới.
Một trong những giải pháp đầu tiên là tăng kích thước khối (block size). Đề xuất tăng từ 1 MB lên 8 MB đã được đưa ra nhưng không được sự đồng thuận từ cộng đồng, dẫn đến sự phân nhánh của mạng lưới (fork). Một nhóm giữ lại blockchain Bitcoin Core với kích thước khối 1 MB, trong khi nhóm còn lại tạo ra Bitcoin Cash, với kích thước khối tăng lên 8 MB và sau đó lên 32 MB vào năm 2010. Với kích thước khối lớn hơn, Bitcoin Cash có thể xử lý nhiều giao dịch trong cùng một khoảng thời gian.
Một nỗ lực khác để giải quyết vấn đề mở rộng blockchain là Segregated Witness (SegWit), được đề xuất vào năm 2017 bởi nhóm phát triển Bitcoin Core. SegWit là một bản nâng cấp cho mạng Bitcoin, giúp giảm kích thước giao dịch và tăng cường khả năng xử lý giao dịch. Mặc dù SegWit hứa hẹn có thể tăng kích thước khối từ 1 MB lên 4 MB, nhưng điều kiện mạng chỉ cho phép kích thước khối đạt khoảng 2.1 MB. SegWit cũng mở đường cho việc triển khai Layer 2 – giải pháp mở rộng blockchain bên ngoài chuỗi chính. 
Việc phát triển các giải pháp mở rộng blockchain
Blockchain scaling đã trở thành một vấn đề quan trọng trong việc phát triển các mạng lưới blockchain. Sau sự ra đời của Bitcoin, các mạng lưới blockchain gặp phải những vấn đề liên quan đến khả năng mở rộng khi giao dịch tăng lên. Ethereum, với vai trò là blockchain cho mục đích chung, đã mở ra những cải tiến lớn trong cách thức hoạt động của các blockchain và các giải pháp mở rộng.
Sự ra đời của monolithic blockchain và giải pháp on-chain scaling
Năm 2015, Vitalik Buterin đã giới thiệu Ethereum, mở ra một blockchain có thể lập trình với mục đích chung (general-purpose programmable blockchain), giúp giải quyết những vấn đề mà các blockchain trước đó gặp phải. Ethereum không chỉ hỗ trợ các hợp đồng thông minh (smart contracts) mà còn tạo ra một hệ sinh thái dApp (ứng dụng phi tập trung) và EVM (Ethereum Virtual Machine), giúp cải thiện cơ sở hạ tầng mạng lưới.
Ethereum là một blockchain monolithic, nghĩa là nó kết hợp cả bốn lớp chính của kiến trúc blockchain vào một khối thống nhất. Các lớp này bao gồm:
- Execution Layer: Xử lý giao dịch và cập nhật trạng thái.
- Settlement Layer: Xác minh tính hợp lệ và đảm bảo tính cuối cùng của giao dịch.
- Data Availability Layer: Đảm bảo dữ liệu giao dịch có sẵn để các node có thể truy cập.
- Consensus Layer: Đảm bảo tính đồng thuận của mạng.
Tuy nhiên, mặc dù Ethereum có tính bảo mật cao, mô hình monolithic này lại gặp phải vấn đề về hiệu suất. Để giải quyết vấn đề này, các giải pháp mở rộng trên chính Layer 1 đã được thử nghiệm, bao gồm: Tăng kích thước khối (block size), Sharding, cải tiến thuật toán đồng thuận.
Sự hình thành của modular blockchain và giải pháp off-chain scaling
Do các giải pháp trên không đáp ứng đủ kỳ vọng về khả năng mở rộng, các giải pháp Layer 2 đã trở thành trọng tâm. Vitalik Buterin và các nhà phát triển đã tạo ra một lộ trình tập trung vào rollup cho Ethereum, gọi là rollup-centric Ethereum. Trong đó, Ethereum vẫn đảm nhận các tác vụ xử lý settlement, consensus, và data availability, còn phần execution sẽ được thực hiện bởi các hệ thống bên ngoài (rollups).
Điều này dẫn đến sự hình thành của modular blockchain, nơi các thành phần khác nhau của blockchain có thể được xử lý bởi các thực thể ngoài mạng lưới. Đây là sự phân tách các lớp trong kiến trúc blockchain, thay vì một hệ thống monolithic, tạo ra sự linh hoạt hơn trong việc mở rộng mạng lưới.
Một số giải pháp off-chain scaling nổi bật bao gồm:
- Rollup: Bao gồm Optimistic Rollups và Zero Knowledge Rollups.
- Sidechains: Các blockchain phụ được kết nối với blockchain chính để giảm tải.
- State Channels: Cung cấp giao dịch ngoài chuỗi với chi phí thấp và tốc độ nhanh.
- Plasma Chain và Validium Chain: Các giải pháp nâng cao khả năng mở rộng và bảo mật.
Các phương pháp mở rộng blockchain
Blockchain có thể mở rộng theo hai phương pháp chính:
- Vertical Scaling (Mở rộng theo chiều dọc): Đây là phương pháp tăng cường hiệu suất cho các node trong hệ thống nhằm tăng thông lượng giao dịch (TPS). Vertical scaling chủ yếu tập trung vào việc tối ưu phần cứng và tài nguyên phần mềm của một node.
- Horizontal Scaling (Mở rộng theo chiều ngang): Phương pháp này thêm nhiều node vào hệ thống hiện có, giúp phân tán gánh nặng xử lý giao dịch và các hoạt động mạng trên nhiều node. Điều này giúp tăng cường khả năng mở rộng của hệ thống mà không cần phải thay đổi tài nguyên phần cứng quá nhiều.
Kết hợp giữa Vertical và Horizontal Scaling
Cả hai phương pháp mở rộng này đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Việc lựa chọn phương pháp mở rộng nào sẽ phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể của từng dự án. Một số mạng lưới blockchain có thể kết hợp cả hai phương pháp để tối ưu hiệu suất và khả năng mở rộng.
Blockchain scaling là yếu tố quan trọng để đảm bảo sự phát triển bền vững và hiệu quả của công nghệ blockchain trong tương lai. Với nhu cầu giao dịch ngày càng gia tăng, các giải pháp mở rộng như sharding, rollups và sidechains đã và đang được phát triển nhằm cải thiện khả năng xử lý giao dịch mà không làm giảm tính bảo mật và sự phi tập trung của mạng lưới. Việc mở rộng blockchain không chỉ giải quyết vấn đề tắc nghẽn và chi phí giao dịch cao mà còn giúp tăng cường trải nghiệm người dùng trong các ứng dụng thực tế như tài chính, logistics và các ngành công nghiệp khác.
