Những cuộc bàn tán không hồi kết về khả năng mở rộng của blockchain so với module, việc mở rộng diễn ra theo chiều ngang hay chiều dọc. Một ý tưởng táo bạo là để xây dựng môi trường thực thi chuyên biệt thì cần có các công cụ chuyên biệt cho ứng dụng và trường hợp cụ thể. Việc này cần phân tích và tối ưu hóa sự đồng thuận dựa trên yếu tố về bảo mật cũng như tốc độ cho từng ứng dụng.
Những năm gần đây chứng kiến sự tiến bộ trong cách giải quyết vấn đề theo nhiều phương hướng khác nhau. Một số blockchain Layer-1/ Layer-2 công bố điều chỉnh kiến trúc để cung cấp cơ sở hạ tầng phù hợp cho các blockchain riêng biệt. Chúng ta cùng nhau xem xét các dạng kiến trúc khác nhau để so sánh các cơ chế đồng thuận và khả năng tương tác. Bài viết này đề cập đến 5 kiến trúc multi-chain riêng biệt bao gồm Polkadot , Cosmos , Avalanche , Polygon Supernets và Binance BAS.
Tiêu chuẩn so sánh
Hiện nay các hệ sinh thái multi-chain đang độc lập với nhau, một bộ công cụ dành cho nhà phát triển được chia sẻ đến các trình xác thực. Chúng sẽ có những cách tiếp cận riêng nhưng đa phần được tối ưu hóa cho việc bảo mật, tốc độ và thông lượng. Bài viết dựa trên 5 thông số chính sau đây:
1. Cơ chế đồng thuận
Chưa có một cơ chế đồng thuận nào được xem là tối ưu trên thị trường. Chúng ta sẽ so sánh về loại mô hình đồng thuận cụ thể, cơ chế đồng thuận được chia sẻ hoặc độc lập cho mỗi blockchain và những khuyến khích về token. Các blockchain có thể sử dụng cùng một cơ chế đồng thuận (ví dụ Tendermint BFT), nhưng việc trao thưởng dựa trên những loại token khác nhau, chúng có sự bảo mật cao hơn lớp cơ sở và tính linh hoạt cũng cao hơn.
2. Tình trạng
Có những blockchain duy trì hình thức độc lập và một số đạt được cấp độ tổng thể. Điều đó mang đến tính bảo mật và khả năng tương tác cao hơn nhưng phải đánh đổi về dung lượng và nếu số lượng blockchains module vượt quá quy định, thì quá trình đạt đến tính hoàn thiện sẽ bị chậm lại.
3. Quyền tự chủ của validator
Các nhóm validators đóng vai trò quan trọng trong blockchain, cung cấp lớp đảm bảo an ninh tập trung và cần một số lượng nodes cùng hoạt động. Trạng thái này trở nên lý tưởng khi tập hợp trình xác thực đơn được chia sẻ trên chuỗi. Rủi ro dễ nhận thấy là một nhóm xác thực đơn lẻ với số lượng nhỏ các nodes tập trung.
4. Kiến trúc tương tác
Những blockchains đề cập dưới đây đều đã áp dụng kiến trúc bắt cầu "destroyed forged" hay "locked-forged". Chúng có sự khác biệt về sự định tuyến, các dữ liệu và token có thực sự đi qua nhóm validators hay không, các nhóm validators có liên kết với nhau dù được chia sẻ bởi hệ sinh thái hoặc thuê bên thứ ba hay không? Khả năng tốt nhất là kết nối trực tiếp với một cầu nối với mục đích chung phát hành độc lập.
5. Tốc độ và hiệu suất
Đây là chỉ số được người dùng quan tâm có thể đo được bằng thời gian đạt đến trạng thái cuối cùng và số lượng chuỗi tối đa mà hệ sinh thái có thể hỗ trợ.
Bài viết tổng quan vĩ mô về 5 hệ sinh thái và cùng thảo luận ưu nhược điểm của từng hệ sinh thái.
I. Polkadot Parachain
Tổng quan
Blockchain Polkadot xây dựng khá sớm và hỗ trợ các blockchain riêng biệt cho ứng dụng chia sẻ toàn cầu. Các chuỗi được gọi là parachains chia sẻ tài nguyên tính toán và đồng thuận với các blockchain chuyển tiếp và chức năng chính để duy trì trạng thái thống nhất.
Bộ đồng thuận và trình xác thực
Polkadot sử dụng cơ chế Proof-of-Stake có kiếm trúc như sau:
Nominee
Những người được đề cử chọn các validators đáng tin cậy và stake một lượng DOT cho họ. Từ đó phần thưởng của trình xác thực được chia sẻ cho nhau.
Validator
Tham gia vào quá trình sản xuất block và đồng thuận, validators cần đạt được sự đồng thuận về trạng thái của nhiều chuỗi và các giao dịch đơn lẻ.
Proofreader
Thu thập các giao dịch trên parachain và đề xuất khối giao dịch để làm bằng chứng chuyển đổi trạng thái để chuyển tiếp trình xác thực chuỗi. Họ tích lũy các giao dịch trên parachains của mình, tạo các blocks chưa được niêm phong và việc chuyển đổi trạng thái cho một hoặc nhiều trình xác thực chuyển tiếp. Các block cần đạt được sự đồng thuận từ các trình xác thực.
Các parachains sử dụng nhiều thuật toán đồng thuận như GRANDPA, Tendermint, pBFT,… để đạt được xác minh cấp parachain trước khi giải quyết trên chuỗi chuyển tiếp Polkadot và Kusama. Polkadot có tính năng độc đáo khi tách rời quá trình sản xuất và tính tổng thể của khối.
Cơ chế sản xuất khối: Hệ thống phân bổ ngẫu nhiên mở rộng khối BABE
Dựa trên số lượng staking và chu kỳ ngẫu nhiên của Polkadot, các validators được chọn để thực hiện order và sản xuất khối mới 6 giây/ lần. Có sự cạnh tranh giữa những người được bầu vào cùng vị trí. Trong trường hợp không có trình xác thực nào được chọn, vòng lựa chọn thứ hai sẽ xảy ra. Một thông báo gửi đến các validators khác khi có một khối mới được tạo ra.
Công cụ cuối cùng: Thỏa thuận tiền tố truy xuất dựa trên GOSHT (GRANDPA)
GRANDPA đồng ý trên blockchain hơn là các block, tức là xác nhận một chuỗi có chứa một khối, các khối trước khối đó sẽ được hoàn thiện ngay lập tức với nhau, không giống như quy trình xác nhận từng khối truyền thống.
Polkadot sử dụng phương pháp đồng thuận bảo mật cao nhất để mang đến sự linh hoạt cho các parachains. Polkadot có khoảng 100 validators đang hoạt động (tối đa 1000) và mỗi validator có tối đa 256 đề cử.
Khả năng tương tác
XCM là tiêu chuẩn giao tiếp độc nhất của Polkadot. Các thông điệp truyền tin xuyên chuỗi Polkadot sẽ được truyền qua chuỗi chuyển tiếp do tính bảo mật của nó. Có hai loại thông báo có thể được gửi:
- Thông báo chuyển lên (UMP): Từ một parachain đến một chuỗi chuyển tiếp
- Thông báo chuyển xuống (DMP): Từ chuỗi chuyển tiếp đến các phân đoạn
Tốc độ và hiệu suất
Polkadot ước tính có khoảng 100 parachains được sử dụng để giảm tác động của hạn chế này. Sự hỗ trợ của cộng đồng, đấu giá parachains thông qua staking DOT, khi hết hạn ngạch phải đấu thầu lại với những người tham gia bảo lưu hạn ngạch. Đây là một cơ chế quản trị mặc định dành cho các dự án có nhiều hoạt động và sẽ là rào cản gia nhập đối với các dự án mới tham gia vào hệ sinh thái tương đối cao.
II. Cosmos
Tổng quan
Cosmos SDK là bộ công cụ với sự đồng thuận và thực thi vượt trội cho phép người dùng tạo blockchain PoA/ PoS riêng mình. Cosmos được xây dựng dựa trên các máy ảo hợp đồng thông minh bị hạn chế về tính linh hoạt, chủ quyền và hiệu suất làm việc. Các nhà phát triển ứng dụng có thể linh hoạt khi xây dựng trên lớp đa chuỗi của Cosmos là IBC.
Bộ đồng thuận và trình xác thực
Cosmos SDk cho phép các nhà phát triển chỉ cần xác định trạng thái của ứng dụng và dựa vào lõi Tendermint của Cosmos để thúc đẩy sự đồng thuận và kết nối mạng. Tendermint chạy thuật toán đồng thuận dựa trên BFT để tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển đổi trạng thái và duy trì tính độc lập. Trong blockchain bất kỳ nếu hơn 2/3 số validators chứng minh tính hợp lệ của block thì nó được thông qua.
Tendermint mang đếp lớp chia sẻ thông qua giao diện có tên là ABCI (Application Blockchain Interface). Các giao dịch chuyển đến lõi của Tendermint dưới dạng các byte thông qua ABCI, các validators sắp xếp các byte trước khi chuyển chúng lại trạng thái thông thường để chứng minh tính hợp lệ của giao dịch.
Cosmos hiện có khoảng 150 validators hoạt động theo cơ chế đồ thuận Tendermint. Các trình xác thực duy trì hoạt động với nhau và đôi lúc có sự chồng chéo để đảm bảo dữ liệu truyền nhanh nhất.
Nhìn chung Cosmos không bắt buộc dùng chung một cơ chế đòng thuận, sự khuyến khích được chia sẻ và duy trì sự độc lập cho mỗi dự án trong hệ sinh thái. Việc chồng chéo của các validators xuất hiện nhiều hơn đảm bảo tính năng bảo mật được chia sẻ. Các chuỗi đơn lẻ có thể vay hoặc chia sẻ bảo mật từ trung tâm Cosmos. Validator có thể chạy song song hai nodes, một nằm ở trung tâm và còn lại trên khu vực nhất định. Những token thế chấp ở trung tâm sẽ đóng vai trò là tài sản thế chấp để chia sẻ sự đồng thuận cho hai nơi, tăng tính khả dụng của những chuỗi mới.
Khả năng tương tác
Trung tâm Cosmos kết nối đến các phía trong hệ sinh thái của mình, thông qua Cosmos Hub, các DApps được liên kết với nhau bằng IBC (Inter-Blockchain Communication), người dùng có thể theo dõi trạng thái đồng thuận của blockchain và những bằng chứng xác minh khi cần thiết.
Các validators phải đồng ý về tính hợp lệ của các giao dịch và lock token trên các hợp đồng thông minh. Sau đó trung tâm Cosmos phát hành một bằng chứng để đề xuất mint các token được wrap lại cho các tài sản bị khóa trước đó. Các validators sẽ so khớp dữ liệu trên blockchain chính rồi phê duyệt cho block mới để mint token. Nếu mọi thứ diễn ra không như dự tính thì tài sản bị khóa được trả về địa chỉ ví người gửi.
Tốc độ và hiệu suất
Cosmos có thể xây dựng một số vùng và trung tâm và cần đánh đổi giảm tải một số bảo mật nhất định để đổi lấy sự linh hoạt trong thiết kế.
III. Avalanche
Tổng quan
Hệ sinh thái Avalanche được xác nhận bởi các nodes được gọi là subnet. Các subnets này tự do lựa chọn cơ chế đồng thuận, mỗi blockchain trên subnet chia sẻ tài nguyên tính toán với nhau.
Bộ đồng thuận và trình xác thực
Đồng thuận của Avalanche
Cơ chế đồng thuận của Avalanche xây dựng dựa trên thuật toán snowball, sử dụng lấy dữ liệu ngẫu nhiên lặp lại để đạt được sự đồng thuận. Mỗi node hỏi ngẫu nhiên k nodes lân cận để xác minh giao dịch có đúng không, nó được lặp lại đến khi tìm được x và các nodes trong phạm vi đáng tin cậy. Bước cuối cùng là các subnet đồng ý về tính hợp lệ của giao dịch.
Snowman và Avalanche hoạt động dựa trên PoS đồng thời sử dụng lấy mẫu dữ liệu ngẫu nhiên lặp lại. Avalanche sử dụng kiến trúc DAG trong khi Snowman xây dựng cho các blockchain tuyến tính. Các blockchain trong hệ sinh thái Avalanche được tự do chọn mô hình đồng thuận.
Subnet
Subnet tập hợp các validators cung cấp sự đồng thuận trên một số blockchain thuộc Avalanche. Mỗi blockchain đều có subnet, chúng được xác minh độc lập và trạng thái phi tuyến tính xảy ra giữa các blockchains.
Virtual Machine (VM)
Máy ảo xác định logic của các ứng dụng, Avalanche cung cấp cho mỗi blockchain một bộ mã opcode để xử lý và chuyển đổi trạng thái. Hiện tại có những lựa chọn sau: Subnet EVM (của mạng lưới Ethereum), Avalanche Vm (block DAG), Spaces Vm và Blod VM.
Kiến trúc Avalanche bao gồm:
- P-chain: Hoạt động dựa trên sự đồng thuận của Avalanche với nhiệm vụ tạo trình xác nhận, thêm người ủy quyền và tạo subnet.
- X-chain: Một blockchain DAG dùng để trao đổi tài sản.
- C-Chain: Sử dụng EVM cho các hợp đồng thông minh.
Nhìn chung mỗi blockchain trong hệ sinh thái Ethereum duy trì trạng thái riêng biệt, trong mỗi subnet được hưởng lợi từ việc đảm bảo được chia sẻ đầy đủ.
Khả năng tương tác
Các module trong hệ sinh thái có nhiều trạng thái, việc giao tiếp đa chuỗi và cross-chain subnet được quan tâm hơn cả. Mỗi subnet có một tập hợp trình xác thực cho các blockchains. Ví dụ một tài sản Z được người dùng yêu cầu chuyển từ chuỗi X sang chuỗi C, validators phải đồng ý ghi Z trên chuỗi X và sau đó chuyển Z trên chuỗi C. Nhìn phức tạp nhưng nó được thực hiện tương đối dễ dàng vì sử dụng một bộ trình xác thực tạo sự đồng thuận trên các subnets.
Việc chuyển dữ liệu giữa các subnet khác nhau là một thách thức không bỏ vởi bộ xác thực không giống nhau. Cần sử dụng module để triển khai tính năng bắc cầu giữa nhiều subnets. Điều này phụ thuộc vào người chuyển tiếp của bên thứ ba để giao dịch diễn ra suông sẻ.
Tốc độ và hiệu suất
Avalanche triển khai khả năng phân tán hỗ trợ nhiều blockchains độc lập. Một số chuỗi trong hệ sin hthai1 có đặc tính linh hoạt của cơ chế đồng thuận và bộ xác thực nên rút ngắn được thời gian giao dịch.
IV. Polygon
Tổng quan
Hệ sinh thái Polygon rất quan tâm đến ứng dụng, sử dụng khuôn khổ module gọi là Edge tạo điều kiện cho các mạng độc lập. Các chuỗi hoạt động độc lập, sử dụng tập hợp validators được chia sẻ trong khi vẫn triển khai validators riêng.
Bộ đồng thuận và trình xác thực
Hai loại đồng thuận sử dụng chính trong Polygon:
- IBFT PoA (Istanbul BFT Proof of Authority): Đây là tập hợp trình xác thực cố định, người xác nhận có thể thêm hoặc xóa dựa trên phiếu bầu (trên 51%). Các validators thay phiên nhau đề xuất và xác thực khối mới, phù hợp cho các blockchains có chủ quyền trong khuôn khổ supernet.
- PoS: Hoạt động theo kiến trúc PoS truyền thống, người dùng có thể staking và trở thành validator, khi hoàn thành công việc sẽ nhận thưởng tương xứng. MATIC là tài sản được yêu cầu staking để tham gia sự đồng thuận của supernet.
Kiến trúc supernet khuyến khích phần thưởng bằng MATIC cho khoảng 200 validators tham gia vào module PoS nhằm đảo bảo an ninh chia sẻ. Các dự án phải hy sinh tính linh hoạt của việc thiết kế và sử dụng các tokens gốc liên kết với việc đồng thuận.
Khả năng tương tác
Polygon sử dụng tính phương pháp bắc cầu thông qua ChainBrigde để hình thành không gian giao tiếp giữa các supernet. Sau đây là quy trình chuyển token trong Polygon:
- Token được lock hoặc burn trên blockchain chính.
- Bộ lặp quan sát hành động này và truyền thông tin đến block cuối cùng.
- Token nguồn đại diện được mint trên chuỗi cuối cùng.
- Nếu quá trình này không thực hiện thành công thì token được trả lại cho người dùng.
Tốc độ và hiệu suất
Polygon cung cấp nhiều tính năng bảo mật cho việc chia sẻ, cho phép các supernet duy trì trạng thái riêng để giảm chi phí mà các blockchain khác đang gặp phải, Polygon về mặt lý thuyết có thể xây dựng số lượng supernet không giới hạn.
V. Binance BAS
Tổng quan
BNB Chain xây dựng module Binance Application Sidechains (BAS) cho các blockchain của ứng dụng. Ban đầu BAS chỉ có khoảng 3-7 validators theo cơ chế PoS, hiện nay BAS có bộ xác nhận độc lập của riêng minh. Người dùng dễ dàng liên kết với BNB Chain thông qua công cụ dùng chung cho các nhà phát triển bên ngoài kết nối BAS và BNB Chain.
Bộ đồng thuận và trình xác thực
Tương tự các blockchain khác, việc xác thực dựa trên 2/3 số phiếu bầu. BAS hoạt động khác với Polygon supernet ở chỗ mỗi chuỗi BAS hoạt động với các token và được staking riêng biệt. Đồng thời trạng thái chuyển đổi của mỗi sidechain hoàn toàn độc lập.
Nếu suy xét kỹ thì kiến trúc của Binance khá yếu, mỗi chuỗi có một nhóm nhỏ validators xác thực độc lập và duy trì trạng thái riêng nên khả năng bảo mật cực kỳ hạn chế. Trên thực tế BAS phù hợp cho những nhà phát triển xây dựng dự án chỉ yêu cầu việc đồng thuận thấp.
Khả năng tương tác
BAS yêu cầu bên thứ ba giao tiếp với nhau, ví dụ như sử dụng cầu nối của Celer để kết nối từng BAS, điều đó không thể hấp dẫn bằng việc xây dựng chuỗi khối độc lập. Mặc dù đây không phải ý tưởng tệ nhưng so với các đối thủ cạnh tranh thì tốt hơn là xây dựng kiến trúc độc lập.
Tốc độ và hiệu suất
Các sidechains trên BAS không chia sẻ validators dẫn đến thời gian hoàn thành ngắn và số lượng chuỗi có thể phục vụ khá lớn.
Tổng kết
Nhiều cuộc thảo luận về khả năng mở rộng của các blockchain, nó bị cản trở bởi cơ sở hạ tầng chưa hoàn thiện, họ có gắp đưa việc này vào trực tuyến trong những tháng qua và đang tiếp tục phát triển. Nhìn chung sự cân bằng giữa tốc độ, khả năng tương tác và tính bảo mật rất quan trọng. Blockchain nào đang có nhiều ứng dụng lựa chọn hoạt động cho thấy họ đang cân bằng tốt những điều đó.
