Vấn đề về khả năng mở rộng bitcoin
Bitcoin chỉ có thể xử lý 7-10 giao dịch mỗi giây. Để cải thiện khả năng mở rộng, có các nhánh, Segregated Witness (SegWit) và Lightning Network, v.v. Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn những ưu điểm và nhược điểm của các giải pháp nhân rộng này.
Do “Tam giác bất khả thi”, phân cấp, bảo mật và khả năng mở rộng chỉ có thể đạt được hai trong số ba mục tiêu trong ngành công nghiệp chuỗi khối. Bitcoin, tiền điện tử ban đầu, đặt tiêu chuẩn rất cao cho tính phi tập trung và bảo mật, nhưng lại thiếu khả năng mở rộng. Đối với mạng Bitcoin:
Giao dịch mỗi giây (TPS) = Số lượng giao dịch mỗi khối / Thời gian khối
Số giao dịch trên mỗi khối = Kích thước khối / Kích thước giao dịch trung bình
Hiện tại, mạng Bitcoin có kích thước khối là 1 Mb và thời gian tạo khối là khoảng 10 phút và nếu kích thước giao dịch trung bình là 0,25 kb, thì một khối chứa khoảng 4000 giao dịch. Vì vậy, TPS được tính toán là khoảng 7 nghĩa là chỉ có thể xử lý 7 giao dịch mỗi giây, điều này rõ ràng là không đáp ứng được nhu cầu tăng trưởng nhanh.
Để giải quyết vấn đề về khả năng mở rộng của Bitcoin, nhiều giải pháp đã được đề xuất, những giải pháp cơ bản có thể được chia thành hai loại sơ đồ mở rộng Lớp 1 và Lớp 2
Giải pháp mở rộng lớp 1: Fork và SegWit
Lớp 1 đề cập đến chính chuỗi khối Bitcoin, trong khi giải pháp mở rộng Lớp 1 đề cập đến việc sửa đổi bản chất của chính chuỗi khối đó để tăng TPS của nó. Theo công thức, TPS = kích thước khối / (thời gian khối * kích thước giao dịch trung bình), tăng kích thước khối, giảm thời gian khối và nén kích thước giao dịch có thể cải thiện TPS của Bitcoin. Tuy nhiên, do hạn chế về tốc độ truyền dữ liệu trong thế giới vật lý, việc giảm block time sẽ làm giảm tính bảo mật của hệ thống. Đó là lý do tại sao tăng kích thước khối và nén kích thước giao dịch là hai phương pháp được xem xét chủ yếu.
Bitcoin Fork: Tăng kích thước khối
“Tăng quy mô” được cho là cách rõ ràng nhất để tăng TPS của Bitcoin.
Trong lịch sử, nhu cầu tạo khối đã dẫn đến hai nhánh chính của Bitcoin, dẫn đến hai chuỗi khối và mã thông báo mới, BCH và BCHSV. Forking về cơ bản là sao chép một bản sao mã lõi của Bitcoin và thay đổi các phần của nó để tối ưu hóa hiệu suất khi cần, nhưng vẫn có những ưu và nhược điểm đối với phương pháp này cần được cân nhắc.
Bitcoin fork do sự bất đồng của cộng đồng về hướng đi trong tương lai
Vì Bitcoin là một chuỗi khối mã nguồn mở nên nó được phát triển bởi một cộng đồng gồm những người có cùng chí hướng. Khi các thành viên của cộng đồng Bitcoin không đồng ý về định hướng tương lai của Bitcoin, một đợt phân tách có thể xảy ra.
Ví dụ, một số thành viên cộng đồng có thể muốn tăng kích thước khối của Bitcoin để cải thiện khả năng mở rộng và giảm thời gian cũng như chi phí chờ đợi giao dịch. Các thành viên khác có thể tin rằng nên duy trì kích thước khối ban đầu để đảm bảo an ninh mạng hoặc họ có thể có quan điểm khác về thỏa thuận đồng thuận Bitcoin vì lý do kỹ thuật… Sự khác biệt về quan điểm như vậy có thể dẫn đến một đợt phân tách.
BCH được fork vào năm 2017 và BCHSV được fork vào năm 2018 dựa trên BCH
Vào tháng 8 năm 2017, một số công cụ khai thác ủng hộ kích thước khối lớn hơn đã tổng hợp sức mạnh tính toán của họ và phân nhánh chuỗi khối Bitcoin, tạo ra BCH (Bitcoin Cash) và tăng kích thước khối lên 8Mb. Vào tháng 11 năm 2018, dưới ảnh hưởng của các thành viên cấp tiến trong cộng đồng BCH, BCHSV đã được chia nhỏ để hỗ trợ cái gọi là “khối lớn” hoặc thậm chí là “khối không giới hạn”.
Kích thước khối tăng ngưỡng nút, bảo mật không thể được đảm bảo sau khi rẽ nhánh
Tuy nhiên, có nhiều vấn đề chỉ đơn giản là tăng kích thước khối. Khi kích thước của một khối mở rộng, gánh nặng phần cứng trên một nút tăng lên đáng kể và các nút không đủ khả năng mua phần cứng liên quan sẽ dần rời khỏi mạng. Ngoài ra, kích thước khối tăng lên trong khi tốc độ truyền dữ liệu giữa các nút và khả năng xử lý dữ liệu của các nút hầu như không được cải thiện sẽ đe dọa đến tính bảo mật và ổn định của hệ thống Bitcoin. Do đó, giải pháp mở rộng kích thước khối thực sự phải trả giá bằng phân cấp và bảo mật.
Segregated Witness (SegWit): Phân tách các thông báo giao dịch để nén kích thước dữ liệu
Khi Bitcoin được thiết kế lần đầu tiên, Satoshi Nakamoto đã giới hạn kích thước của khối chứa giao dịch ở mức 1Mb, trong đó dữ liệu giao dịch chứa cả thông tin cơ bản về giao dịch và thông tin chữ ký của người giao dịch. Mặt khác, công nghệ SegWit tăng số lượng giao dịch có thể chứa trong một khối lên khoảng 40% bằng cách tách các chữ ký theo kịch bản khỏi thông tin giao dịch và lưu trữ chúng trong tiêu đề khối mà không vi phạm các quy tắc kiểm tra khối.
Được phản ánh trong địa chỉ Bitcoin, những địa chỉ bắt đầu bằng các ký tự như 3 hoặc bc là địa chỉ ví hỗ trợ Segwit, trong khi địa chỉ bắt đầu bằng số 1 là địa chỉ cũ hơn.
Kiểm tra trên Blockchain.com cho các khối được đúc gần đây cho thấy rằng hầu hết các khối mới đều đi kèm với công nghệ Segwit. Nhờ Segwit, kích thước thực tế của các khối này vượt quá 1Mb. Hơn nữa, vào ngày 14 tháng 11 năm 2021, mạng Bitcoin cũng thúc đẩy nâng cấp Taproot hơn nữa trên SegWit, cải thiện hơn nữa tính ổn định, bảo mật và quyền riêng tư của mạng.
Chia tỷ lệ Layer2: Lightning Network
Chia tỷ lệ lớp 2 còn được gọi là mở rộng ngoài chuỗi, là một giải pháp hiệu suất mở rộng bên ngoài mạng chính để cải thiện tốc độ xử lý giao dịch và hiệu quả của mạng Bitcoin bằng cách tạo một lớp khác của mạng.
Các giải pháp Layer2 phổ biến bao gồm Side Chain, Plasma, State Channels, Rollup, v.v. Đối với Bitcoin, giải pháp Lớp 2 nổi bật nhất là Lightning Network, được tạo ra vào năm 2015.
mạng sét
Bitcoin Lightning Network là một hệ thống thanh toán phi tập trung nhằm mục đích thực hiện các giao dịch bitcoin nhanh hơn, an toàn hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Các giao dịch trên Mạng Bitcoin có thể bị chậm vì chúng phải được xác nhận bởi nhiều nút trước khi được ghi lại trên chuỗi khối.
Lightning Network được tạo ra để giải quyết những vấn đề này.
Tích hợp các kênh thanh toán giữa nhiều người dùng và tổng hợp các thông báo giao dịch sẽ được đăng lên mạng chính
Lightning Network về cơ bản thiết lập các kênh thanh toán giữa hai người dùng, cho phép các giao dịch ngoài chuỗi (thường là các khoản thanh toán nhỏ), giúp giảm nhu cầu giao dịch trên mạng chính và cho phép các giao dịch được xử lý nhanh hơn. Các nút Lightning Network có thể kết nối các kênh thanh toán giữa nhiều người dùng trước khi hợp nhất tất cả thông tin kênh thành một giao dịch duy nhất và gửi nó tới mạng chính Bitcoin để ghi lại vĩnh viễn.
Do đó, chỉ giao dịch đầu tiên và cuối cùng trong kênh thanh toán là hợp lệ trên chuỗi khối Bitcoin; tất cả các giao dịch khác giữa hai bên là ngoại tuyến.
Để xây dựng kênh thanh toán, cả hai bên phải gửi một lượng bitcoin nhất định, số tiền này cũng sẽ được lưu trữ trong chuỗi khối bitcoin cho đến khi kênh bị vô hiệu hóa hoặc đóng. Tổng số bitcoin mà cả hai bên có thể giao dịch trong kênh thanh toán này không thể vượt quá số bitcoin đã gửi, nhưng có thể thực hiện số lượng giao dịch không giới hạn mà không mất phí.
Mối quan tâm về Lightning Network: Tốc độ vẫn bị hạn chế bởi mạng chính, bảo mật nút và ngưỡng sử dụng cao
Thoạt nhìn, Lightning Network dường như là một giải pháp tốt cho vấn đề về khả năng mở rộng của Bitcoin. Nó vẫn chưa được áp dụng rộng rãi và có những hạn chế sau:
Tốc độ vẫn bị giới hạn bởi hiệu suất của mạng chính: Tốc độ giao dịch của Lightning Network vẫn bị giới hạn bởi hiệu suất của mạng chính, với tốc độ giao dịch tối đa chỉ vài chục giao dịch mỗi giây.
Mối quan tâm về bảo mật: Vì Lightning Network được phân cấp nên bảo mật của nó phụ thuộc vào bảo mật của từng nút. Nếu có vi phạm an ninh tại một nút, toàn bộ Lightning Network có thể bị ảnh hưởng.
Khó sử dụng: Lightning Network vẫn còn khó sử dụng.
Điểm nổi bật
- Bitcoin tương đối phi tập trung và an toàn nhờ cơ chế đồng thuận PoW; tuy nhiên, điểm yếu chính của nó là thiếu khả năng mở rộng, với tốc độ giao dịch trung bình là 7 giao dịch mỗi giây. Để giải quyết vấn đề này, có một số ý tưởng, chẳng hạn như thay đổi trực tiếp mã lõi của Bitcoin và cải thiện mạng sét bằng cách dựa vào mạng chính.
- Hai nhánh Bitcoin, BCH và BCHSV, đã tăng kích thước khối và tốc độ giao dịch, nhưng với kích thước khối tăng lên, yêu cầu phần cứng nút sẽ tăng lên, ảnh hưởng đến mức độ phân cấp và độ phức tạp của dữ liệu sẽ ảnh hưởng đến bảo mật. Vì vậy, fork vẫn đang hy sinh tính phi tập trung và bảo mật.
- Segwit giảm kích thước dữ liệu bằng cách tách chữ ký và hầu hết các nút Bitcoin đã áp dụng công nghệ này.
- Để tăng tốc độ giao dịch, Lightning Network tạo các kênh thanh toán liên tài khoản hợp nhất nhiều thông báo giao dịch trước khi đăng chúng lên chuỗi chính. Nhưng sự phát triển và tính bảo mật của mạng chính, của các nút tham gia và ngưỡng sử dụng cao tiếp tục hạn chế tốc độ.
Bài học 1:Bắt đầu với Bitcoin
Bài học 2:Bitcoin hoạt động như thế nào
Bài học 3:Khai thác Bitcoin là gì
Bài học 4:Vấn đề về khả năng mở rộng bitcoin
Bài học 5:Sơ lược về lịch sử giá Bitcoin
Bài học 6:Tại sao Bitcoin lại quan trọng
Vấn đề về khả năng mở rộng bitcoin
Bitcoin chỉ có thể xử lý 7-10 giao dịch mỗi giây. Để cải thiện khả năng mở rộng, có các nhánh, Segregated Witness (SegWit) và Lightning Network, v.v. Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn những ưu điểm và nhược điểm của các giải pháp nhân rộng này.
Do “Tam giác bất khả thi”, phân cấp, bảo mật và khả năng mở rộng chỉ có thể đạt được hai trong số ba mục tiêu trong ngành công nghiệp chuỗi khối. Bitcoin, tiền điện tử ban đầu, đặt tiêu chuẩn rất cao cho tính phi tập trung và bảo mật, nhưng lại thiếu khả năng mở rộng. Đối với mạng Bitcoin:
Giao dịch mỗi giây (TPS) = Số lượng giao dịch mỗi khối / Thời gian khối
Số giao dịch trên mỗi khối = Kích thước khối / Kích thước giao dịch trung bình
Hiện tại, mạng Bitcoin có kích thước khối là 1 Mb và thời gian tạo khối là khoảng 10 phút và nếu kích thước giao dịch trung bình là 0,25 kb, thì một khối chứa khoảng 4000 giao dịch. Vì vậy, TPS được tính toán là khoảng 7 nghĩa là chỉ có thể xử lý 7 giao dịch mỗi giây, điều này rõ ràng là không đáp ứng được nhu cầu tăng trưởng nhanh.
Để giải quyết vấn đề về khả năng mở rộng của Bitcoin, nhiều giải pháp đã được đề xuất, những giải pháp cơ bản có thể được chia thành hai loại sơ đồ mở rộng Lớp 1 và Lớp 2
Giải pháp mở rộng lớp 1: Fork và SegWit
Lớp 1 đề cập đến chính chuỗi khối Bitcoin, trong khi giải pháp mở rộng Lớp 1 đề cập đến việc sửa đổi bản chất của chính chuỗi khối đó để tăng TPS của nó. Theo công thức, TPS = kích thước khối / (thời gian khối * kích thước giao dịch trung bình), tăng kích thước khối, giảm thời gian khối và nén kích thước giao dịch có thể cải thiện TPS của Bitcoin. Tuy nhiên, do hạn chế về tốc độ truyền dữ liệu trong thế giới vật lý, việc giảm block time sẽ làm giảm tính bảo mật của hệ thống. Đó là lý do tại sao tăng kích thước khối và nén kích thước giao dịch là hai phương pháp được xem xét chủ yếu.
Bitcoin Fork: Tăng kích thước khối
“Tăng quy mô” được cho là cách rõ ràng nhất để tăng TPS của Bitcoin.
Trong lịch sử, nhu cầu tạo khối đã dẫn đến hai nhánh chính của Bitcoin, dẫn đến hai chuỗi khối và mã thông báo mới, BCH và BCHSV. Forking về cơ bản là sao chép một bản sao mã lõi của Bitcoin và thay đổi các phần của nó để tối ưu hóa hiệu suất khi cần, nhưng vẫn có những ưu và nhược điểm đối với phương pháp này cần được cân nhắc.
Bitcoin fork do sự bất đồng của cộng đồng về hướng đi trong tương lai
Vì Bitcoin là một chuỗi khối mã nguồn mở nên nó được phát triển bởi một cộng đồng gồm những người có cùng chí hướng. Khi các thành viên của cộng đồng Bitcoin không đồng ý về định hướng tương lai của Bitcoin, một đợt phân tách có thể xảy ra.
Ví dụ, một số thành viên cộng đồng có thể muốn tăng kích thước khối của Bitcoin để cải thiện khả năng mở rộng và giảm thời gian cũng như chi phí chờ đợi giao dịch. Các thành viên khác có thể tin rằng nên duy trì kích thước khối ban đầu để đảm bảo an ninh mạng hoặc họ có thể có quan điểm khác về thỏa thuận đồng thuận Bitcoin vì lý do kỹ thuật… Sự khác biệt về quan điểm như vậy có thể dẫn đến một đợt phân tách.
BCH được fork vào năm 2017 và BCHSV được fork vào năm 2018 dựa trên BCH
Vào tháng 8 năm 2017, một số công cụ khai thác ủng hộ kích thước khối lớn hơn đã tổng hợp sức mạnh tính toán của họ và phân nhánh chuỗi khối Bitcoin, tạo ra BCH (Bitcoin Cash) và tăng kích thước khối lên 8Mb. Vào tháng 11 năm 2018, dưới ảnh hưởng của các thành viên cấp tiến trong cộng đồng BCH, BCHSV đã được chia nhỏ để hỗ trợ cái gọi là “khối lớn” hoặc thậm chí là “khối không giới hạn”.
Kích thước khối tăng ngưỡng nút, bảo mật không thể được đảm bảo sau khi rẽ nhánh
Tuy nhiên, có nhiều vấn đề chỉ đơn giản là tăng kích thước khối. Khi kích thước của một khối mở rộng, gánh nặng phần cứng trên một nút tăng lên đáng kể và các nút không đủ khả năng mua phần cứng liên quan sẽ dần rời khỏi mạng. Ngoài ra, kích thước khối tăng lên trong khi tốc độ truyền dữ liệu giữa các nút và khả năng xử lý dữ liệu của các nút hầu như không được cải thiện sẽ đe dọa đến tính bảo mật và ổn định của hệ thống Bitcoin. Do đó, giải pháp mở rộng kích thước khối thực sự phải trả giá bằng phân cấp và bảo mật.
Segregated Witness (SegWit): Phân tách các thông báo giao dịch để nén kích thước dữ liệu
Khi Bitcoin được thiết kế lần đầu tiên, Satoshi Nakamoto đã giới hạn kích thước của khối chứa giao dịch ở mức 1Mb, trong đó dữ liệu giao dịch chứa cả thông tin cơ bản về giao dịch và thông tin chữ ký của người giao dịch. Mặt khác, công nghệ SegWit tăng số lượng giao dịch có thể chứa trong một khối lên khoảng 40% bằng cách tách các chữ ký theo kịch bản khỏi thông tin giao dịch và lưu trữ chúng trong tiêu đề khối mà không vi phạm các quy tắc kiểm tra khối.
Được phản ánh trong địa chỉ Bitcoin, những địa chỉ bắt đầu bằng các ký tự như 3 hoặc bc là địa chỉ ví hỗ trợ Segwit, trong khi địa chỉ bắt đầu bằng số 1 là địa chỉ cũ hơn.
Kiểm tra trên Blockchain.com cho các khối được đúc gần đây cho thấy rằng hầu hết các khối mới đều đi kèm với công nghệ Segwit. Nhờ Segwit, kích thước thực tế của các khối này vượt quá 1Mb. Hơn nữa, vào ngày 14 tháng 11 năm 2021, mạng Bitcoin cũng thúc đẩy nâng cấp Taproot hơn nữa trên SegWit, cải thiện hơn nữa tính ổn định, bảo mật và quyền riêng tư của mạng.
Chia tỷ lệ Layer2: Lightning Network
Chia tỷ lệ lớp 2 còn được gọi là mở rộng ngoài chuỗi, là một giải pháp hiệu suất mở rộng bên ngoài mạng chính để cải thiện tốc độ xử lý giao dịch và hiệu quả của mạng Bitcoin bằng cách tạo một lớp khác của mạng.
Các giải pháp Layer2 phổ biến bao gồm Side Chain, Plasma, State Channels, Rollup, v.v. Đối với Bitcoin, giải pháp Lớp 2 nổi bật nhất là Lightning Network, được tạo ra vào năm 2015.
mạng sét
Bitcoin Lightning Network là một hệ thống thanh toán phi tập trung nhằm mục đích thực hiện các giao dịch bitcoin nhanh hơn, an toàn hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Các giao dịch trên Mạng Bitcoin có thể bị chậm vì chúng phải được xác nhận bởi nhiều nút trước khi được ghi lại trên chuỗi khối.
Lightning Network được tạo ra để giải quyết những vấn đề này.
Tích hợp các kênh thanh toán giữa nhiều người dùng và tổng hợp các thông báo giao dịch sẽ được đăng lên mạng chính
Lightning Network về cơ bản thiết lập các kênh thanh toán giữa hai người dùng, cho phép các giao dịch ngoài chuỗi (thường là các khoản thanh toán nhỏ), giúp giảm nhu cầu giao dịch trên mạng chính và cho phép các giao dịch được xử lý nhanh hơn. Các nút Lightning Network có thể kết nối các kênh thanh toán giữa nhiều người dùng trước khi hợp nhất tất cả thông tin kênh thành một giao dịch duy nhất và gửi nó tới mạng chính Bitcoin để ghi lại vĩnh viễn.
Do đó, chỉ giao dịch đầu tiên và cuối cùng trong kênh thanh toán là hợp lệ trên chuỗi khối Bitcoin; tất cả các giao dịch khác giữa hai bên là ngoại tuyến.
Để xây dựng kênh thanh toán, cả hai bên phải gửi một lượng bitcoin nhất định, số tiền này cũng sẽ được lưu trữ trong chuỗi khối bitcoin cho đến khi kênh bị vô hiệu hóa hoặc đóng. Tổng số bitcoin mà cả hai bên có thể giao dịch trong kênh thanh toán này không thể vượt quá số bitcoin đã gửi, nhưng có thể thực hiện số lượng giao dịch không giới hạn mà không mất phí.
Mối quan tâm về Lightning Network: Tốc độ vẫn bị hạn chế bởi mạng chính, bảo mật nút và ngưỡng sử dụng cao
Thoạt nhìn, Lightning Network dường như là một giải pháp tốt cho vấn đề về khả năng mở rộng của Bitcoin. Nó vẫn chưa được áp dụng rộng rãi và có những hạn chế sau:
Tốc độ vẫn bị giới hạn bởi hiệu suất của mạng chính: Tốc độ giao dịch của Lightning Network vẫn bị giới hạn bởi hiệu suất của mạng chính, với tốc độ giao dịch tối đa chỉ vài chục giao dịch mỗi giây.
Mối quan tâm về bảo mật: Vì Lightning Network được phân cấp nên bảo mật của nó phụ thuộc vào bảo mật của từng nút. Nếu có vi phạm an ninh tại một nút, toàn bộ Lightning Network có thể bị ảnh hưởng.
Khó sử dụng: Lightning Network vẫn còn khó sử dụng.
Điểm nổi bật
- Bitcoin tương đối phi tập trung và an toàn nhờ cơ chế đồng thuận PoW; tuy nhiên, điểm yếu chính của nó là thiếu khả năng mở rộng, với tốc độ giao dịch trung bình là 7 giao dịch mỗi giây. Để giải quyết vấn đề này, có một số ý tưởng, chẳng hạn như thay đổi trực tiếp mã lõi của Bitcoin và cải thiện mạng sét bằng cách dựa vào mạng chính.
- Hai nhánh Bitcoin, BCH và BCHSV, đã tăng kích thước khối và tốc độ giao dịch, nhưng với kích thước khối tăng lên, yêu cầu phần cứng nút sẽ tăng lên, ảnh hưởng đến mức độ phân cấp và độ phức tạp của dữ liệu sẽ ảnh hưởng đến bảo mật. Vì vậy, fork vẫn đang hy sinh tính phi tập trung và bảo mật.
- Segwit giảm kích thước dữ liệu bằng cách tách chữ ký và hầu hết các nút Bitcoin đã áp dụng công nghệ này.
- Để tăng tốc độ giao dịch, Lightning Network tạo các kênh thanh toán liên tài khoản hợp nhất nhiều thông báo giao dịch trước khi đăng chúng lên chuỗi chính. Nhưng sự phát triển và tính bảo mật của mạng chính, của các nút tham gia và ngưỡng sử dụng cao tiếp tục hạn chế tốc độ.