Giới thiệu

Sự ra đời của Ethereum vào năm 2015 đánh dấu một cột mốc quan trọng trong sự tiến hóa của Công nghệ blockchain, mang lại một nền tảng cho sự đổi mới và các giải pháp phi tập trung. Tuy nhiên, khi sự phổ biến của Ethereum tăng cao, khả năng mở rộng và các phí gas cao đã trở thành những thách thức đáng kể. Mặc dù có những trở ngại này, Ethereum vẫn kiên định trong việc theo đuổi tính mở rộng cực đại mà không đ compromisation về tính phi tập trung hoặc an ninh.

Để khám phá các giải pháp mở rộng của Ethereum và sự cân bằng phức tạp giữa khả năng mở rộng, bảo mật và phi tập trung, điều quan trọng là hiểu rõ về Blockchain Trilemma - một khái niệm cơ bản trong công nghệ blockchain. Bài viết này khám phá cảnh quan đa dạng của các giải pháp mở rộng, bao gồm các phương pháp trên chuỗi và ngoài chuỗi, tập trung vào các giải pháp Roll-up. Bằng cách so sánh Roll-ups lạc quan và Zero-Knowledge, bài viết này nhằm mục đích làm sáng tỏ các sự đánh đổi và lợi ích tinh tế của mỗi phương pháp, đồng thời làm sáng tỏ các tác động của chúng đối với tương lai của Ethereum và hệ sinh thái blockchain rộng lớn.

Tam Bản Blockchain

Ba đặc điểm cốt lõi của blockchain là khả năng mở rộng, bảo mật và phi tập trung.

Bảo mật

Điều này có nghĩa là giữ cho mạng an toàn khỏi các cuộc tấn công và đảm bảo tất cả giao dịch đều an toàn và không thể thay đổi.

Phân quyền

Điều này đề cập đến việc phân bố quyền kiểm soát của mạng để không có một tổ chức duy nhất nắm quá nhiều quyền lực. Điều này liên quan đến việc có một mạng được vận hành bởi nhiều nút, thay vì chỉ một cơ quan trung ương duy nhất.

Khả năng mở rộng

Đây là khả năng của mạng để xử lý một lượng lớn giao dịch một cách nhanh chóng và hiệu quả khi mạng phát triển.

Nguồn:Ethereum

Một blockchain không có khả năng đồng thời hoàn thành tất cả các mục tiêu này được gọi là "Blockchain Trilemma". Tăng cường một thường xuyên có nghĩa là hy sinh những người khác, và bộ ba tiến thoái lưỡng nan này được cho là hạn chế việc áp dụng công nghệ và tiềm năng nghiêm trọng. Để minh họa, mức độ phân cấp lớn hơn (nhiều người phụ trách hơn) có thể dẫn đến các mạng ít khả năng mở rộng hơn với các giao dịch chậm hơn vì nhiều nút phải đồng ý về các giao dịch. Tuy nhiên, khi khả năng mở rộng tăng lên (giao dịch diễn ra nhanh hơn), có thể cần phải giảm "phân cấp" (ít nút kiểm soát hơn), điều này có thể ảnh hưởng đến bảo mật. Các quy định nghiêm ngặt và ít nút hơn có thể khiến các giao dịch trở nên chậm hơn và tập trung hơn, điều này có thể hạn chế khả năng mở rộng và phân cấp của mạng nếu bảo mật được ưu tiên hàng đầu.

Các Giải Pháp Mở Rộng: Trên chuỗi và Ngoài chuỗi

Quá trình tăng cấp trên chuỗt gào mã hóa liên kết bao gộp sửa đồi giao thủc cục lớp 1 của Ethereum, ban đầu dùng để có khả năng mở rộng qua việc chia nhọ blockchain thành các khu vực nhị, có thể xác minh. Bằng cách sử dụng các đính kèm dữ liệu rẻ hơn vào các khớp Ethereum, rollups là kết quả tăng cấp chính.

Các giải pháp mở rộng ngoại chuỗi, trái lại, không phụ thuộc vào lớp 1 của Ethereum và không cần bất kỳ sự thay đổi nào trong giao thức. Chúng đạt được tính mở rộng bằng cách xử lý giao dịch ngoài mạng chính Ethereum, và chúng có tính bảo mật thông qua sự đồng thuận của Ethereum hoặc thông qua các chuỗi độc lập. Các chuỗi phụ, Kênh Trạng thái, Plasma, Validium và Roll-ups là một số trong những giải pháp lớp 2 này.

Giải pháp mở rộng Roll-up

Nguồn:DappRadar

Roll-ups, được bảo vệ bởi Ethereum, tăng cường khả năng mở rộng của Ethereum bằng cách xử lý và xác minh giao dịch ngoại chuỗi, sau đó gửi một bản tóm tắt cô đọng của các giao dịch đó đến mạng chính. Kết quả là, mạng chính Ethereum L1 xử lý ít dữ liệu và tính toán hơn, giúp tăng tốc độ của mạng và giảm chi phí giao dịch.

Nhập và Xuất

Ra và vào là quá trình di chuyển quỹ giữa Ethereum và một giải pháp mở rộng lớp 2 (L2).

• Để sử dụng một giải pháp L2, người dùng cần gửi tiền của họ vào một hợp đồng thông minh trên Ethereum, hợp đồng sẽ khóa chúng cho đến khi được rút ra.
• Để lấy lại quỹ của họ, người dùng cần gửi bằng chứng về số dư của họ trên giải pháp L2 đến hợp đồng thông minh, hợp đồng sẽ chuyển chúng đến địa chỉ Ethereum của họ. Các giải pháp L2 khác nhau có các phương pháp khác nhau để chứng minh và xác minh giao dịch, chẳng hạn như chứng minh không biết hoặc chứng minh gian lận. Các phương pháp này ảnh hưởng đến tốc độ, chi phí và bảo mật của quá trình rời đi và nhập.

Hiểu về Zero-knowledge (ZK) và Optimistic Roll-ups

Zero-knowledge (ZK) và Optimistic Roll-ups là hai danh mục của Giải pháp Mở rộng của Ethereum.

Zero-Knowledge Roll-ups

Zero-knowledge Roll-ups, được biết đến phổ biến với tên gọi ZK roll-ups giả định rằng tất cả các giao dịch đều là sai cho đến khi chứng minh được là hợp lệ thông qua bằng chứng không tiết lộ (ZKPs), một sự tương phản sắc nét so với các đối thủ lạc quan của nó. Ở đây, người xác minh chứng minh rằng một giao dịch là chính xác mà không tiết lộ bất kỳ chi tiết giao dịch nào. Điều này được thực hiện bằng cách đăng bằng chứng về tính hợp lệ lên Ethereum, loại bỏ nhu cầu cho dữ liệu giao dịch trên chuỗi. Các ví dụ về Zero-Knowledge roll-ups bao gồm Starknet, zkSync và Loopring.

Nguồn:Nervos

Các tính năng chính của Zero-Knowledge Roll-ups

Bằng chứng không có kiến thức

Đây là một phương pháp cho phép một ‘người chứng minh’ chứng minh sự thật của một câu lệnh cho một ‘người xác minh’ mà không tiết lộ bất kỳ thông tin nào ngoài việc câu lệnh đó là đúng. Nó đảm bảo sự riêng tư và an ninh trong việc xác thực các yêu cầu mà không tiết lộ dữ liệu cơ bản.

ZK-SNARKs (Chứng minh không thông báo tóm gọn không tương tác của kiến thức)

Một giao thức cho phép xác minh tính toàn vẹn của một tuyên bố mà không cần biết bất cứ điều gì khác về nó. Nó ngắn gọn và không tương tác, có nghĩa là bằng chứng nhỏ và việc xác minh nhanh chóng, chỉ cần một tương tác duy nhất.

ZK-STARKs (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge)

Tương tự như ZK-SNARKs nhưng được thiết kế để có thể mở rộng và minh bạch, giúp chúng nhanh hơn cho các tập dữ liệu lớn và không cần thiết lập tin cậy, mặc dù chúng tạo ra các chứng minh lớn hơn.

Cách Zero-Knowledge Roll-ups Hoạt Động

1. Gửi giao dịch người dùng: Người dùng khởi xướng giao dịch bằng cách ký chúng với khóa riêng của họ. Những giao dịch này được gửi đến các nhà điều hành ZK-rollup.

2. Xử lý của người điều hành: Người điều hành, cả chuỗi hoặc người xác thực, nhận giao dịch của người dùng. Chuỗi thực hiện giao dịch ngoại tuyến, tổng hợp chúng thành các lô và định kỳ gửi các lô này đến blockchain của Ethereum. Người xác thực xử lý giao dịch trong một thiết lập chứng minh cổ phần và đề xuất các lô mới dựa trên kích thước cổ phần.

3. Nén và Nộp theo Lô: Trước khi nộp lên Ethereum, người vận hành nén dữ liệu giao dịch để giảm kích thướcdữ liệu cuộc gọiDữ liệu nén này sau đó được bao gồm trong giao dịch Ethereum và gửi đến hợp đồng thông minh ZK-rollup.

4. Cam kết trên chuỗi: Hợp đồng thông minh của Ethereum nhận dữ liệu theo lô và xác minh tính toàn vẹn của nó. Nó cập nhật cây trạng thái của rollup với các giao dịch mới và lưu trữ gốc Merkle của trạng thái đã cập nhật này.

5. Tạo Chứng minh Không biết: Toán tử ZK-roll-up tạo ra các chứng minh không biết cho mỗi lô. Những chứng minh này chứng minh mật mã về tính đúng đắn của các chuyển đổi trạng thái mà không tiết lộ thông tin nhạy cảm.

6. Nộp Bằng Chứng: Người vận hành nộp các bằng chứng không tiết lộ cho hợp đồng xác minh của Ethereum. Hợp đồng này xác minh các bằng chứng và đảm bảo các chuyển đổi trạng thái được đề xuất là hợp lệ.

7. Cập Nhật State Root: Sau khi xác minh thành công các bằng chứng không có kiến thức, cập nhật hợp đồng thông minh Ethereum trên state root của rollup với Merkle root mới được tính từ lô giao dịch mới nhất.

8. Tương tác Người dùng: Người dùng có thể tương tác với ZK-rollup bằng cách gửi tài sản vào Ethereum, khởi tạo giao dịch và rút tiền. Việc nạp tiền được thực hiện bằng cách gửi tài sản vào hợp đồng rollup, trong khi rút tiền liên quan đến việc gửi yêu cầu với bằng chứng cần thiết đến hợp đồng.

9. Xác minh và Thực thi: Hợp đồng roll-up xác minh các yêu cầu rút tiền, đảm bảo chúng hợp lệ và được hỗ trợ bởi các bằng chứng cần thiết. Sau khi xác minh, hợp đồng thực thi việc rút tiền, chuyển tài sản đến địa chỉ được chỉ định của người dùng trên mainnet của Ethereum.

Ưu điểm của Zero-Knowledge Roll-ups

• Chứng minh tính hợp lệ: ZK roll-ups sử dụng chứng minh tính hợp lệ để xác minh độ chính xác của các giao dịch ngoại chuỗi, ngăn ngừa nhà điều hành thực hiện các chuyển đổi trạng thái không hợp lệ và cung cấp tính hoàn thiện nhanh hơn.
• Nén dữ liệu: ZK roll-ups sử dụng các kỹ thuật nén để giảm lượng dữ liệu được đăng trên chuỗi, từ đó giảm phí cho người dùng và tăng khả năng mở rộng của roll-up.
• Rút tiền tức thì: ZK rollups cho phép người dùng rút tiền từ L2 sang L1 mà không bị trì hoãn, vì giao dịch rút được thực hiện ngay sau khi bằng chứng tính hợp lệ được xác minh trên L1.

Nhược điểm của Zero-knowledge Roll-ups

• Tạo ra và xác minh chứng minh: ZK rollups đòi hỏi mật mã phức tạp và kỹ thuật để tạo ra và xác minh chứng minh tính hợp lệ, điều này có thể tăng chi phí và thách thức cho các nhà điều hành và người dùng rollup.
• Tương thích EVM: ZK rollups không phải lúc nào cũng tương thích với EVM, làm cho việc hỗ trợ hợp đồng thông minh đa mục đích và các ứng dụng và công cụ hiện có trên rollup trở nên khó khăn.
• Rủi ro tập trung: ZK rollups có thể khuyến khích việc kiểm soát tập trung của việc ghi lại bởi một số bên, vì việc tạo ra bằng chứng hợp lệ yêu cầu phần cứng chuyên dụng và chuyên môn.

Các Ứng Dụng của Zero Knowledge Roll-ups

Zero-Knowledge (ZK) roll-ups rất phù hợp cho các trường hợp sử dụng khác nhau, đặc biệt là những trường hợp yêu cầu sự cân bằng giữa quyền riêng tư, khả năng mở rộng và bảo mật. Dưới đây là một số trường hợp sử dụng của việc sử dụng zero knowledge roll-ups.

Xác minh danh tính phi tập trung

ZK-roll-ups có thể xác minh danh tính của một cá nhân mà không tiết lộ thông tin cá nhân nhạy cảm. Tính năng bảo vệ quyền riêng tư này rất quý giá cho việc xác thực an toàn và quản lý người dùng.

Giao dịch Bảo vệ Sự riêng tư

Các nút Blockchain có thể xác thực giao dịch mà không cần truy cập trực tiếp vào dữ liệu giao dịch. ZK-rollups cho phép chuyển khoản bảo mật và hiệu quả trong khi duy trì tính bảo mật.

Hệ thống bỏ phiếu

Hệ thống bỏ phiếu cần đảm bảo sự ẩn danh và tính toàn vẹn trong các cuộc bầu cử trong khi cho phép xác minh kết quả công khai.

Tối Ưu Hóa Roll-ups

Optimistic roll-ups mở rộng Ethereum bằng cách di chuyển giao dịch ra khỏi chuỗi và chỉ đăng dữ liệu trên chuỗi. Họ giả định và tin tưởng rằng các giao dịch ngoại chuỗi là hợp lệ mà không cần kiểm tra chúng. Tuy nhiên, optimistic roll-ups sử dụng chứng minh gian lận để phát hiện lỗi hoặc gian lận trong các giao dịch ngoại chuỗi. Hai loại Optimistic roll-ups phổ biến nhất là Arbitrum và Optimism.

Thời gian thách thức là khoảng thời gian đến sau khi một lô gửi lên được gửi đến mạng Ethereum. Bất kỳ ai cũng có thể tranh cãi về tính hợp lệ của giao dịch lô gửi trong thời gian này. Sau thời gian thách thức, một lô gửi lên được coi là hợp lệ trên Ethereum nếu không bị tranh cãi. Ngược lại, giao thức sẽ thực thi lại các giao dịch và trừ phạt người xếp hàng nếu bằng chứng gian lận thành công.

Nguồn:Nervos.org

Cách thức hoạt động của Optimistic Roll-Ups

1. Gửi giao dịch do người dùng khởi tạo: Trên mạng lưới cuộn lên lạc quan, người dùng bắt đầu giao dịch. Bộ xếp hàng, hoặc người vận hành, nhận giao dịch này.

2. Tổng hợp giao dịch và nộp vào chuỗi khối: Người vận hành tổng hợp tất cả các giao dịch riêng lẻ này vào một khối và giảm kích thước dữ liệu bằng cách nén nó, tạo ra một lô giao dịch được chuẩn bị để xử lý. Tiếp theo, người vận hành gửi lô giao dịch đó đến mạng Ethereum. Dữ liệu giao dịch được đóng gói trong quá trình này và đăng trên Ethereum dưới dạng dữ liệu gọi.

3. Sẵn có dữ liệu trên Ethereum: Ethereum ghi lại dữ liệu giao dịch được đăng/tải lên trong dữ liệu cuộc gọi trên chuỗi khối của mình. Điều này đảm bảo sự sẵn có của dữ liệu giao dịch để tham khảo trong tương lai.

4. Chuyển đổi trạng thái và cam kết: Các nhà xác thực trên mạng lưới cuộn lên lạc quan, cũng được biết đến làbộ xử lý trình tựTrong một số trường hợp, thực hiện các giao dịch bằng cách sử dụng trạng thái hiện tại của chuỗi roll-up được lưu trữ ngoại tuyến. Họ xác minh tính hợp lệ của các giao dịch và cập nhật trạng thái roll-up tương ứng. Sau khi xử lý các giao dịch, người vận hành cam kết đến trạng thái mới của chuỗi roll-up bằng cách tạo ra một gốc trạng thái mới. Gốc này được băm và lưu trữ trên chuỗi làm tham chiếu đến trạng thái mới nhất của roll-up.

5. Phát hiện gian lận và chứng minh gian lận: Người xác minh luôn chú ý đến bất kỳ sự khác biệt nào giữa trạng thái thực thi của họ và trạng thái đề xuất của người điều hành bằng cách theo dõi chuỗi gói gọn. Một người xác minh có thể đưa ra một thách thức để tranh luận về tính hợp lệ của khối gói gọn nếu họ phát hiện ra sự không nhất quán. Trong trường hợp có thách thức, người xác minh có thể cung cấp chứng minh gian lận cho Ethereum, chứng minh bất kỳ sự không nhất quán nào trong khối gói gọn. Những chứng minh này phục vụ như là bằng chứng về hoạt động gian lận và kích hoạt hình phạt đối với người điều hành không trung thực.

6. Trọng tài và Giải quyết: Ethereum là một trọng tài trong quá trình giải quyết tranh chấp. Nó đánh giá các bằng chứng gian lận được cung cấp bởi những người thách thức và áp đặt hình phạt cho người vận hành nếu hành vi gian lận được xác nhận.

7. Sự Chốt Lệnh và Thanh Toán: Khi một khối roll-up được chấp nhận trên Ethereum, nó đạt được tính chất chốt lệnh, nghĩa là các giao dịch bên trong được xem xét đến đã thanh toán và không thể đảo ngược. Sự thanh toán này mang lại sự tự tin cho người dùng về tính toàn vẹn của các giao dịch trên mạng lưới optimistic roll-up.

Ưu điểm của Optimistic Roll-ups

• Tương thích EVM: Optimistic roll-ups có thể hỗ trợ bất kỳ hợp đồng thông minh hoặc giao dịch nào có thể chạy trên Ethereum, giúp họ dễ dàng tích hợp với các ứng dụng phi tập trung và công cụ hiện có.
• Độ trễ thấp: Roll-ups lạc quan cung cấp thời gian xác nhận giao dịch nhanh, vì người dùng không cần phải chờ xác minh chứng minh tính hợp lệ được xác minh trên L1.
• Khả năng xử lý cao: Các rollups lạc quan có thể xử lý hàng ngàn giao dịch mỗi giây bằng cách di chuyển tính toán ra khỏi chuỗi và chỉ đăng dữ liệu giao dịch trên chuỗi

Nhược điểm của Optimistic Roll-ups

• Chứng minh gian lận: Optimistic rollups dựa vào chứng minh gian lận để đảm bảo tính chính xác của các giao dịch ngoại chuỗi, đòi hỏi một thời kỳ thách thức và chi phí gas bổ sung để thực thi trên L1.
• Sẵn có dữ liệu: Optimistic roll-ups phụ thuộc vào sự sẵn có của dữ liệu giao dịch trên L1, có thể bị ảnh hưởng bởi tắc nghẽn mạng hoặc các bên tấn công độc hại.
• Trễ rút tiền: Các roll-ups lạc quan áp đặt một khoảng thời gian chờ đợi để người dùng rút tiền từ L2 sang L1, có thể kéo dài từ vài giờ đến vài ngày tùy thuộc vào thiết kế của roll-up.

Các Trường Hợp Sử Dụng Của Optimistic Roll-ups

Roll-ups lạc quan giải quyết những thách thức về khả năng mở rộng trong các ứng dụng dựa trên Ethereum trong khi vẫn duy trì sự tin cậy và an ninh, khiến chúng trở thành một giải pháp lý tưởng cho các trường hợp sử dụng khác nhau trong các ngành công nghiệp. Các trường hợp này bao gồm;

Tài chính Phi tập trung (DeFi)

Optimistic roll-ups có thể cải thiện đáng kể khả năng xử lý giao dịch cho các nền tảng DeFi, cho phép tương tác nhanh hơn và rẻ hơn với các giao thức như cho vay, giao dịch và nông nghiệp sinh lời.

Trò chơi

Trong ứng dụng game, nơi mà tương tác thời gian thực và xác nhận nhanh chóng của các hành động trong game là rất quan trọng, các optimistic roll-ups cung cấp một cách để xử lý giao dịch ngoài chuỗi trong khi duy trì tính bảo mật thông qua việc đăng dữ liệu trên chuỗi.

Quản lý chuột lượng cung

Optimistic rollups có thể tối ưu hóa quy trình chuỗi cung ứng bằng cách xử lý các giao dịch lớn ngoại chuỗi, giảm tắc nghẽn trên Ethereum mainnet. Điều này đặc biệt hữu ích cho việc theo dõi hàng hóa, xác minh tính xác thực và quản lý hàng tồn kho.

Xác minh danh tính

Xác minh danh tính và quản lý hồ sơ người dùng có thể được hưởng lợi từ việc triển khai roll-ups lạc quan. Bằng cách giảm bớt việc tính toán và lưu trữ trạng thái, các giao thức này có thể tăng cường hiệu quả của các giao dịch liên quan đến danh tính.

So sánh giữa Zero-knowledge (ZK) và Optimistic Roll-ups

Kết luận

Sự so sánh giữa Optimistic và Zero-Knowledge Roll-ups làm nổi bật những cách tiếp cận tinh tế đối với khả năng mở rộng và bảo mật trong hệ sinh thái Ethereum. Trong khi Optimistic Roll-ups ưu tiên tốc độ giao dịch và tính tương thích với cơ sở hạ tầng Ethereum hiện có, Zero-Knowledge Roll-ups xuất sắc trong việc bảo vệ quyền riêng tư và tính nguyên bản mật mã. Cả hai giải pháp đều đại diện cho sự tiến bộ đáng kể trong công nghệ blockchain, cung cấp những lợi ích độc đáo và cân nhắc thích hợp cho các trường hợp sử dụng đa dạng.

Khi Ethereum tiếp tục phát triển, việc áp dụng và tinh chỉnh các giải pháp roll-up này sẽ đóng vai trò then chốt trong việc định hình tương lai của tài chính phi tập trung, mã thông tin không thay thế được và các ứng dụng blockchain khác. Việc chấp nhận sự đa dạng của các giải pháp mở rộng này nhấn mạnh cam kết của Ethereum đối với sự đổi mới và sự kiên cường trong việc vượt qua những thách thức về khả năng mở rộng trong khi giữ vững những nguyên tắc cơ bản về bảo mật và phi tập trung.