Phân tích sâu về giải pháp mở rộng off-chain: từ kênh trạng thái đến Lighting Network

Phân tích độ sâu mở rộng off-chain

1. Sự cần thiết của việc mở rộng

Tương lai của blockchain là một tầm nhìn vĩ đại: phi tập trung, an toàn và khả năng mở rộng. Nhưng thường thì blockchain chỉ có thể đạt được hai trong số ba điều này, việc đồng thời thỏa mãn cả ba yêu cầu này được gọi là vấn đề tam giác bất khả thi của blockchain. Trong nhiều năm, mọi người đã khám phá cách giải quyết bài toán này, làm thế nào để nâng cao thông lượng và tốc độ giao dịch của blockchain trong khi đảm bảo tính phi tập trung và an toàn, tức là giải quyết vấn đề mở rộng, là một trong những chủ đề nóng được thảo luận trong quá trình phát triển blockchain hiện nay.

Hãy để chúng ta định nghĩa một cách tổng quát về tính phi tập trung, an ninh và khả năng mở rộng của blockchain:

  • Phi tập trung: bất kỳ ai cũng có thể trở thành nút tham gia vào việc sản xuất và xác minh hệ thống blockchain, số lượng nút càng nhiều thì mức độ phi tập trung càng cao, từ đó đảm bảo mạng không bị kiểm soát bởi một nhóm nhỏ các nhà tham gia tập trung lớn.
  • An ninh: Chi phí để kiểm soát hệ thống blockchain càng cao, thì an ninh càng cao, do đó chuỗi có thể chống lại tỷ lệ lớn hơn của các người tham gia tấn công nó.
  • Khả năng mở rộng: khả năng của blockchain để xử lý một lượng lớn giao dịch.

Sự phân tách cứng đáng kể đầu tiên của mạng Bitcoin xuất phát từ vấn đề mở rộng quy mô. Khi số lượng người dùng và khối lượng giao dịch của Bitcoin ngày càng tăng, mạng Bitcoin với giới hạn mỗi khối là 1MB bắt đầu phải đối mặt với vấn đề tắc nghẽn; Từ năm 2015, cộng đồng Bitcoin đã có sự bất đồng về vấn đề mở rộng quy mô, một bên là những người ủng hộ mở rộng khối đại diện cho Bitcoin ABC, bên còn lại là những người ủng hộ khối nhỏ đại diện cho Bitcoin Core, cho rằng cần sử dụng giải pháp Segwit để tối ưu hóa cấu trúc chuỗi chính. Vào ngày 1 tháng 8 năm 2017, Bitcoin ABC đã tự phát triển hệ thống khách hàng lên đến 8MB và bắt đầu hoạt động, dẫn đến sự xuất hiện của sự phân tách cứng đáng kể đầu tiên trong lịch sử Bitcoin, đồng thời cũng từ đó đã ra đời đồng coin mới BCH.

Tương tự, mạng Ethereum cũng chọn hy sinh một phần khả năng mở rộng để đảm bảo an ninh và tính phi tập trung của mạng; mặc dù mạng Ethereum không giới hạn khối lượng giao dịch bằng cách hạn chế kích thước khối như mạng Bitcoin, mà thay vào đó chuyển sang việc đặt giới hạn cho phí nhiên liệu có thể chứa trong một khối, nhưng mục đích đều là để đạt được Trustless Consensus và đảm bảo sự phân phối rộng rãi của các nút ( bất kể hủy bỏ hay tăng giới hạn sẽ loại bỏ nhiều nút nhỏ không đủ băng thông, lưu trữ và tính toán ).

Từ CryptoKitties vào năm 2017, mùa hè DeFi, đến sự trỗi dậy của các ứng dụng trên chuỗi như GameFi và NFT, nhu cầu về độ sâu của thị trường đang ngày càng tăng, nhưng ngay cả Ethereum với khả năng lập trình Turing cũng chỉ có thể xử lý từ 15 đến 45 giao dịch mỗi giây (TPS), dẫn đến việc chi phí giao dịch ngày càng tăng, thời gian thanh toán kéo dài, hầu hết các Dapps khó có thể chịu đựng chi phí vận hành, toàn bộ mạng lưới trở nên chậm chạp và đắt đỏ đối với người dùng, vấn đề mở rộng blockchain cần phải được giải quyết khẩn cấp. Giải pháp mở rộng lý tưởng là: tăng tốc độ giao dịch của mạng lưới blockchain (thời gian hoàn tất ngắn hơn) và thông lượng giao dịch (TPS cao hơn) mà không hy sinh tính phi tập trung và an ninh.

Báo cáo nghiên cứu độ sâu: Phân tích toàn diện về mở rộng off-chain

2. Các loại kế hoạch mở rộng

Chúng tôi dựa vào "Có thay đổi một lớp mạng chính hay không" làm tiêu chuẩn, chia các phương án mở rộng thành hai loại lớn: mở rộng trên chuỗi và mở rộng off-chain.

2.1 Mở rộng trên chuỗi

Khái niệm cốt lõi: giải pháp mở rộng bằng cách thay đổi một lớp giao thức mạng chính, hiện tại giải pháp chính là phân mảnh.

Mở rộng chuỗi có nhiều giải pháp, bài viết này sẽ không đi sâu vào, dưới đây là tóm tắt hai giải pháp:

  • Giải pháp một là mở rộng không gian khối, tức là tăng số lượng giao dịch được đóng gói trong mỗi khối, nhưng điều này sẽ làm tăng yêu cầu đối với thiết bị nút hiệu suất cao, làm tăng ngưỡng tham gia của các nút, giảm mức độ "phi tập trung".
  • Giải pháp thứ hai là phân mảnh, chia sổ cái blockchain thành nhiều phần, không còn mỗi nút tham gia vào tất cả việc ghi chép, mà là các phân mảnh khác nhau tức là các nút khác nhau chịu trách nhiệm ghi chép khác nhau, tính toán song song có thể xử lý nhiều giao dịch cùng một lúc; điều này có thể giảm áp lực tính toán của các nút và ngưỡng gia nhập, cải thiện tốc độ xử lý giao dịch và mức độ phi tập trung; nhưng điều này có nghĩa là sức mạnh tính toán toàn mạng bị phân tán, sẽ làm giảm "an toàn" của toàn bộ mạng.

Việc thay đổi mã của giao thức mạng chính có thể gây ra những ảnh hưởng tiêu cực khó lường, vì bất kỳ lỗ hổng bảo mật nào nhỏ nhất ở tầng dưới đều có thể đe dọa nghiêm trọng đến sự an toàn của toàn bộ mạng, mạng có thể buộc phải tiến hành phân tách hoặc ngừng sửa chữa nâng cấp. Ví dụ, sự cố lạm phát của Zcash vào năm 2018: Mã của Zcash được sửa đổi từ mã phiên bản Bitcoin 0.11.2, vào năm 2018, một kỹ sư phát hiện ra lỗ hổng nghiêm trọng trong mã nguồn, tức là token có thể được phát hành không giới hạn, ngay lập tức đội ngũ đã mất 8 tháng để sửa chữa bí mật, chỉ sau khi sửa xong lỗ hổng thì sự kiện này mới được công khai.

2.2 off-chain mở rộng

Khái niệm cốt lõi: Giải pháp mở rộng không thay đổi giao thức mạng chính lớp một hiện có.

Giải pháp mở rộng off-chain có thể được chia thành Layer2 và các giải pháp khác:

  • Layer2: Bằng cách xây dựng một lớp mạng bổ sung trên mạng chính, chuyển hầu hết việc xử lý giao dịch và tính toán sang lớp này để cải thiện khả năng thông lượng giao dịch và giảm chi phí. Chủ yếu bao gồm kênh trạng thái, Plasma, Rollups, v.v.

  • Các phương án khác: như chuỗi bên và các mạng lưới blockchain độc lập, tương tác chéo với mạng chính.

Báo cáo nghiên cứu độ sâu vạn chữ: Phân tích toàn diện về mở rộng off-chain

3. Giải pháp mở rộng off-chain

3.1 Kênh trạng thái

3.1.1 Tóm tắt

Kênh trạng thái quy định rằng người dùng chỉ cần tương tác với mạng chính khi kênh mở, đóng hoặc giải quyết tranh chấp, và thực hiện tương tác giữa người dùng với người dùng ở chế độ off-chain để giảm thiểu thời gian và chi phí giao dịch của người dùng, đồng thời cho phép số lần giao dịch không bị giới hạn.

Kênh trạng thái là một giao thức P2P đơn giản, phù hợp cho "các ứng dụng dựa trên lượt", chẳng hạn như trò chơi cờ vua hai người. Mỗi kênh được quản lý bởi một hợp đồng thông minh đa ký chạy trên mạng chính, hợp đồng này kiểm soát tài sản được gửi vào kênh, xác thực cập nhật trạng thái và phân xử các tranh chấp giữa các bên tham gia ( dựa trên chứng minh gian lận có chữ ký và dấu thời gian ). Sau khi các bên tham gia triển khai hợp đồng trên mạng blockchain, họ gửi một khoản tiền và khóa lại, sau khi cả hai bên ký xác nhận, kênh chính thức được mở. Kênh cho phép các giao dịch miễn phí không giới hạn giữa các bên tham gia off-chain ( miễn là giá trị ròng chuyển khoản của họ không vượt quá tổng số token đã gửi ). Các bên tham gia lần lượt gửi các cập nhật trạng thái cho nhau, chờ đợi xác nhận chữ ký từ bên kia. Khi bên kia xác nhận chữ ký, cập nhật trạng thái này được coi là hoàn tất. Trong tình huống bình thường, các cập nhật trạng thái được thỏa thuận giữa hai bên sẽ không được tải lên mạng chính, chỉ khi có tranh chấp hoặc đóng kênh, mới phụ thuộc vào mạng chính để xác nhận. Khi cần đóng kênh, bất kỳ bên tham gia nào cũng có thể đưa ra yêu cầu giao dịch trên mạng chính, nếu yêu cầu rút tiền được tất cả mọi người đồng ý ký, thì sẽ được thực hiện ngay lập tức trên chuỗi, tức là hợp đồng thông minh sẽ phân phối số tiền còn lại đã khóa dựa trên số dư của mỗi bên tham gia trong trạng thái cuối cùng của kênh; nếu các bên tham gia khác không ký đồng ý, thì tất cả mọi người cần chờ đợi sự kết thúc của "thời gian thách thức" mới có thể nhận được số tiền còn lại.

Tóm lại, giải pháp kênh trạng thái có thể giảm đáng kể khối lượng tính toán trên mạng chính, nâng cao tốc độ giao dịch và giảm chi phí giao dịch.

Báo cáo nghiên cứu độ sâu vạn chữ: Phân tích toàn diện về mở rộng off-chain

3.1.2 Thời gian

  • 2015/02, Joseph Poon và Thaddeus Dryja đã công bố bản nháp whitepaper về mạng Lightning.
  • Tháng 11 năm 2015, Jeff Coleman lần đầu tiên hệ thống hóa khái niệm Kênh Trạng thái, đề xuất Kênh Thanh toán của Bitcoin là một trường hợp con trong khái niệm Kênh Trạng thái.
  • 2016/01, Joseph Poon và Thaddeus Dryja chính thức phát hành tài liệu trắng "The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments" đề xuất giải pháp mở rộng mạng lưới bitcoin Payment Channel( kênh thanh toán), giải pháp này chỉ được sử dụng để xử lý thanh toán chuyển khoản trên mạng bitcoin.
  • Tháng 11 năm 2017, quy chuẩn thiết kế về State Channel đầu tiên dựa trên khung Payment Channel, Sprites, đã được đề xuất.
  • 2018/06, Counterfactual đã đưa ra một thiết kế Generalized State Channels rất chi tiết, đây là thiết kế đầu tiên hoàn toàn liên quan đến kênh trạng thái.
  • 2018/10, bài viết Generalised State Channel Networks đã đề xuất khái niệm Mạng Kênh Trạng Thái và Kênh Ảo.
  • 2019/02, khái niệm kênh trạng thái được mở rộng đến N-Party Channels, Nitro là giao thức đầu tiên được xây dựng dựa trên ý tưởng này.
  • 2019/10, Pisa đã mở rộng khái niệm Watchtowers để giải quyết vấn đề tất cả người tham gia cần phải trực tuyến liên tục.
  • 2020/03, Hydra đề xuất Kênh Isomorphic Nhanh.

Báo cáo nghiên cứu Độ sâu: Phân tích toàn diện về mở rộng off-chain

3.1.3 Nguyên lý kỹ thuật

Quy trình làm việc cơ bản của kênh trạng thái như sau:

  1. Alice và Bob thông qua việc gửi tiền từ EOA cá nhân của họ vào địa chỉ hợp đồng trên chuỗi, số tiền này được khóa trong hợp đồng cho đến khi kênh đóng và số dư sẽ được trả lại cho người dùng; sau khi hai người ký xác nhận, kênh trạng thái giữa hai người chính thức được mở.

  2. Alice và Bob có thể thực hiện giao dịch không giới hạn số lần qua kênh này lý thuyết là ở độ sâu, các bên tham gia giao tiếp với nhau thông qua các thông điệp ký tên mã hóa ( thay vì giao tiếp với mạng blockchain ). Cả hai người dùng đều cần ký từng giao dịch để ngăn chặn hành vi gian lận double-spending. Thông qua những thông điệp này, họ đề xuất cập nhật trạng thái tài khoản của mình và chấp nhận các cập nhật trạng thái mà bên kia đề xuất.

  3. Nếu Alice muốn đóng kênh kết thúc giao dịch với Bob, Alice cần gửi trạng thái cuối cùng của tài khoản mình đến hợp đồng. Nếu Bob ký tên chấp thuận, hợp đồng sẽ giải phóng số tiền bị khóa và trả lại cho người dùng tương ứng theo trạng thái cuối cùng. Nếu Bob không phản hồi ký tên, hợp đồng sẽ giải phóng số tiền bị khóa và trả lại cho người dùng tương ứng sau khi kết thúc thời gian thách thức.

  4. Nếu Bob không phản hồi chữ ký cập nhật trạng thái mà Alice gửi đến trong lượt của mình, Alice có thể khởi xướng một thử thách bằng cách gửi trạng thái hợp lệ cuối cùng của mình đến hợp đồng, trạng thái hợp lệ này cũng bao gồm chữ ký trước đó của Bob, từ đó chứng minh rằng giao dịch cuối cùng đã nhận được sự chấp thuận của Bob, và trạng thái cuối cùng đã nhận được xác nhận từ Bob. Sau đó, hợp đồng cho phép Bob phản hồi trong một khoảng thời gian bằng cách gửi trạng thái tiếp theo đến hợp đồng; nếu Bob phản hồi, hai người có thể tiếp tục giao dịch trong kênh trạng thái; nếu Bob không phản hồi trong khoảng thời gian đó, hợp đồng tự động đóng kênh trạng thái và trả lại tiền cho Alice.

Báo cáo nghiên cứu độ sâu vạn từ: Phân tích toàn diện về mở rộng off-chain

3.1.4 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

  • Tính tức thời: Giao dịch có thể hoàn thành ngay lập tức, không cần chờ xác nhận khối.
  • Tính riêng tư: chỉ trạng thái cuối cùng sẽ được đưa lên chuỗi, quá trình giữa sẽ không bị lộ.
  • Khả năng mở rộng: có thể hỗ trợ giao dịch off-chain không giới hạn.
  • Chi phí thấp: giao dịch off-chain hầu như không cần phí giao dịch

Nhược điểm:

  • Tính khả dụng: Cần các bên tham gia giữ trực tuyến
  • Hiệu quả sử dụng vốn thấp: Không thể sử dụng vốn trong thời gian bị khóa.
  • Độ sâu: có một ngưỡng nhất định đối với cả nhà phát triển và người dùng
  • Giới hạn tính thanh khoản: Vốn trong kênh có hạn
  • Tính ứng dụng hạn chế: Chủ yếu áp dụng cho hai bên tương tác thường xuyên.

Báo cáo nghiên cứu độ sâu vạn từ: Phân tích toàn diện về mở rộng off-chain

3.1.5 Ứng dụng

Mạng lưới ánh sáng Bitcoin

Tổng quan: Mạng lưới chớp (Lightning Network) là kênh thanh toán nhỏ trên mạng Bitcoin, quá trình tiến hóa công nghệ tổng thể của nó trải qua: kênh thanh toán một chiều được xây dựng từ 2/2 ký quỹ đa chữ ký, sau khi thêm RSMC( Hợp đồng Thời gian Chín có thể thu hồi (Revocable Sequence Maturity Contract) ) có thể xây dựng kênh thanh toán hai chiều, sau đó thêm HTLC( Hợp đồng Khóa Thời gian Băm (Hash Time Lock Contract) ) có thể kết nối kênh thanh toán mở rộng cho nhiều người thanh toán, cuối cùng xây dựng mạng thanh toán tức là mạng lưới chớp. Thực hiện thanh toán nhỏ off-chain.

BTC-0.02%
Xem bản gốc
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
  • Phần thưởng
  • 5
  • Chia sẻ
Bình luận
0/400
BlockImpostervip
· 12giờ trước
off-chain giao dịch划个重点
Xem bản gốcTrả lời0
GasGasGasBrovip
· 12giờ trước
Trắng phí gas yyds!
Xem bản gốcTrả lời0
DaoGovernanceOfficervip
· 12giờ trước
*thở dài* một cái nhìn hời hợt khác về tam giác... nói một cách thực nghiệm, kênh trạng thái đã thất bại chính vì những khuôn khổ đơn giản hóa này.
Xem bản gốcTrả lời0
AirdropHunter007vip
· 12giờ trước
Chuỗi rác đều nói về mở rộng, chi bằng không dùng chuỗi.
Xem bản gốcTrả lời0
Ser_Liquidatedvip
· 12giờ trước
Đừng hỏi tôi có cách gì, vẫn chỉ là off-chain hoàn toàn dựa vào tiền.
Xem bản gốcTrả lời0
Giao dịch tiền điện tử mọi lúc mọi nơi
qrCode
Quét để tải xuống ứng dụng Gate
Cộng đồng
Tiếng Việt
  • 简体中文
  • English
  • Tiếng Việt
  • 繁體中文
  • Español
  • Русский
  • Français (Afrique)
  • Português (Portugal)
  • Bahasa Indonesia
  • 日本語
  • بالعربية
  • Українська
  • Português (Brasil)