Về giảm thiểu tin cậy và mở rộng quy mô theo chiều ngang

Ethereum là một máy tính thế giới không cần cấp phép sở hữu (được cho là) mức độ bảo mật kinh tế cao nhất tại thời điểm viết bài, đóng vai trò là sổ cái thanh toán cho một số lượng lớn tài sản, ứng dụng và dịch vụ. Ethereum có những hạn chế – không gian khối là tài nguyên khan hiếm và đắt tiền trên lớp Ethereum một (L1). Mở rộng quy mô lớp hai (L2) được coi là giải pháp cho vấn đề này, với nhiều dự án được tung ra thị trường trong những năm gần đây, chủ yếu ở dạng tổng hợp. Tuy nhiên, rollup, theo nghĩa chặt chẽ của thuật ngữ này (có nghĩa là dữ liệu rollup trên Ethereum L1), không cho phép Ethereum mở rộng quy mô vô thời hạn, chỉ cho phép tối đa vài nghìn giao dịch mỗi giây.

Giảm thiểu độ tin cậy – (một tính năng của) hệ thống L2 bị giảm thiểu độ tin cậy nếu nó hoạt động mà không yêu cầu độ tin cậy bên ngoài cơ sở L1.

Chia tỷ lệ theo chiều ngang – một hệ thống có khả năng mở rộng theo chiều ngang nếu có thể thêm phiên bản mà không gây tắc nghẽn toàn cầu.

Trong bài viết này, chúng tôi lập luận rằng các hệ thống có khả năng mở rộng theo chiều ngang và giảm thiểu độ tin cậy là cách hứa hẹn nhất để mở rộng quy mô ứng dụng blockchain, tuy nhiên chúng hiện chưa được khám phá. Chúng tôi trình bày lập luận bằng cách khám phá ba câu hỏi:

1. Tại sao các ứng dụng nên được giảm thiểu độ tin cậy?
2. Tại sao phải xây dựng các hệ thống có khả năng mở rộng theo chiều ngang?
3. Làm cách nào chúng ta có thể tối đa hóa cả việc giảm thiểu độ tin cậy và khả năng mở rộng theo chiều ngang?

(Tuyên bố từ chối trách nhiệm: mặc dù chúng tôi sẽ tập trung vào Ethereum làm L1 cơ sở trong bài viết này, nhưng hầu hết những gì chúng tôi thảo luận ở đây đều áp dụng cho các lớp thanh toán phi tập trung ngoài Ethereum.)

Tại sao các ứng dụng nên được giảm thiểu độ tin cậy?

Các ứng dụng có thể được kết nối với Ethereum một cách đáng tin cậy – chúng có thể ghi và đọc từ chuỗi khối Ethereum nhưng niềm tin được đặt vào các nhà khai thác để thực hiện logic kinh doanh một cách chính xác. Các sàn giao dịch tập trung như Binance và Coinbase là những ví dụ tuyệt vời về các ứng dụng đáng tin cậy. Được kết nối với Ethereum có nghĩa là các ứng dụng có thể khai thác mạng lưới thanh toán toàn cầu với nhiều loại tài sản khác nhau.

Có những rủi ro đáng kể liên quan đến các dịch vụ ngoài chuỗi đáng tin cậy. Sự sụp đổ của các sàn giao dịch và dịch vụ lớn vào năm 2022, chẳng hạn như FTX và C, là một câu chuyện cảnh báo tuyệt vời về những gì sẽ xảy ra khi các dịch vụ đáng tin cậy hoạt động sai và không hoạt động.

Mặt khác, các ứng dụng giảm thiểu độ tin cậy có thể ghi và đọc từ Ethereum một cách có thể xác minh được. Các ví dụ bao gồm các ứng dụng hợp đồng thông minh như Uniswap, các ứng dụng tổng hợp như Arbitrum hoặc zkSync và các bộ đồng xử lý như Lagrange và Axiom. Nói rộng ra, sự tin cậy sẽ bị loại bỏ khi các ứng dụng được mạng Ethereum bảo mật, vì nhiều chức năng hơn (xem bên dưới) được gia công cho L1. Kết quả là, các dịch vụ tài chính giảm thiểu sự tin cậy có thể được cung cấp mà không có rủi ro về đối tác hoặc người giám sát.

Có ba thuộc tính chính mà ứng dụng và dịch vụ có thể có, có thể được gia công cho L1:

1. Tính sống động (và thứ tự): các giao dịch do người dùng gửi phải được đưa vào (được thực hiện và giải quyết) một cách kịp thời.
2. Hiệu lực: giao dịch được xử lý theo các quy tắc được xác định trước.
3. Tính khả dụng của dữ liệu (và trạng thái): dữ liệu lịch sử cũng như trạng thái ứng dụng hiện tại được cung cấp cho người dùng.

Đối với mỗi thuộc tính trên, chúng ta có thể nghĩ giả định về niềm tin cần có là gì; cụ thể là Eth L1 có cung cấp tài sản hay cần có sự tin tưởng từ bên ngoài. Bảng dưới đây phân loại điều này cho các mô hình kiến trúc khác nhau.

Tại sao phải xây dựng các hệ thống có khả năng mở rộng theo chiều ngang?

Chia tỷ lệ theo chiều ngang đề cập đến việc chia tỷ lệ thông qua việc bổ sung các phiên bản độc lập hoặc song song của một hệ thống, ví dụ: ứng dụng hoặc cuộn lại. Điều này đòi hỏi không có nút cổ chai toàn cầu nào hiện diện. Chia tỷ lệ theo chiều ngang cho phép và tạo điều kiện cho sự tăng trưởng theo cấp số nhân.

Chia tỷ lệ theo chiều dọc đề cập đến việc chia tỷ lệ thông qua việc tăng thông lượng của hệ thống nguyên khối, chẳng hạn như Eth L1 hoặc lớp sẵn có của dữ liệu. Khi việc chia tỷ lệ theo chiều ngang gặp phải tình trạng tắc nghẽn trên một tài nguyên được chia sẻ như vậy thì việc chia tỷ lệ theo chiều dọc thường là cần thiết.

Khiếu nại 1: Các bản tổng hợp (dữ liệu giao dịch) không thể mở rộng theo chiều ngang vì chúng có thể bị tắc nghẽn do tính khả dụng của dữ liệu (DA). Các giải pháp DA mở rộng theo chiều dọc đòi hỏi phải thỏa hiệp về phân cấp.

Tính khả dụng của dữ liệu (DA) vẫn là nút thắt cổ chai cho việc tổng hợp. Hiện tại, mỗi khối L1 có mục tiêu kích thước tối đa là ~1 MB (85 KB/s). Với EIP-4844, sẽ có thêm ~2 MB (171 KB/s) được cung cấp (về lâu dài). Với Danksharding, Eth L1 cuối cùng có thể hỗ trợ băng thông DA lên tới 1,3 MB/s. Eth L1 DA là tài nguyên được chia sẻ mà nhiều ứng dụng và dịch vụ cạnh tranh. Do đó, mặc dù sử dụng L1 cho DA mang lại sự bảo mật tốt nhất nhưng nó lại cản trở khả năng mở rộng tiềm năng của các hệ thống đó. Các hệ thống sử dụng L1 cho DA sẽ (thường) không thể mở rộng quy mô theo chiều ngang và có quy mô không kinh tế. Các lớp DA thay thế, chẳng hạn như Celestia hoặc EigenDA, cũng có giới hạn băng thông (mặc dù lớn hơn, tương ứng ở mức 6,67 MB/s và 15 MB/s). Nhưng nó phải trả giá bằng việc chuyển giả định về độ tin cậy từ Ethereum sang mạng khác (thường ít phi tập trung hơn), ảnh hưởng đến an ninh (kinh tế).

Yêu cầu 2: Cách duy nhất để mở rộng quy mô các dịch vụ giảm thiểu độ tin cậy theo chiều ngang là thu được (gần) dữ liệu L1 cận biên bằng 0 trên mỗi giao dịch. Hai cách tiếp cận đã biết là tổng hợp khác biệt trạng thái (SDR) và hợp lệ.

Tổng hợp khác biệt trạng thái (SDR) là các tổng hợp thể hiện sự khác biệt về trạng thái trên một loạt giao dịch tổng hợp tới Ethereum L1. Đối với EVM, khi các lô giao dịch ngày càng lớn hơn, dữ liệu trên mỗi giao dịch được đăng lên L1 sẽ giảm xuống một hằng số nhỏ hơn nhiều so với dữ liệu tổng hợp dữ liệu giao dịch.

Ví dụ: trong sự kiện kiểm tra căng thẳng với lượng lớn dòng chữ, zkSync đã thấy dữ liệu cuộc gọi trên mỗi giao dịch giảm xuống mức thấp nhất là 10 byte cho mỗi giao dịch. Ngược lại, các bản tổng hợp dữ liệu giao dịch như Arbitrum, Optimism và Polygon zkEVM, thường thấy khoảng 100 byte cho mỗi giao dịch đối với lưu lượng truy cập bình thường.

Validium là một hệ thống đăng các bằng chứng hợp lệ về việc chuyển đổi trạng thái sang Ethereum mà không có dữ liệu hoặc trạng thái giao dịch liên quan. Validium có khả năng mở rộng theo chiều ngang cao, ngay cả trong điều kiện lưu lượng truy cập thấp. Điều này đặc biệt đúng vì việc giải quyết các giá trị hợp lệ khác nhau có thể được tổng hợp lại.

Bên cạnh khả năng mở rộng theo chiều ngang, tính hợp lệ cũng có thể cung cấp quyền riêng tư trên chuỗi (từ những người quan sát công khai). Một validium với DA riêng có dữ liệu tập trung và được kiểm soát cũng như trạng thái sẵn có, nghĩa là người dùng phải tự xác thực trước khi truy cập dữ liệu và nhà điều hành có thể thực thi các biện pháp bảo mật tốt. Điều này mang lại mức độ trải nghiệm người dùng tương tự như các dịch vụ tài chính hoặc web truyền thống – các hoạt động của người dùng được ẩn khỏi sự giám sát của công chúng nhưng có một người giám sát đáng tin cậy đối với dữ liệu người dùng, trong trường hợp này là nhà điều hành validium.

Điều gì về trình tự sắp xếp tập trung và phi tập trung? Để giữ cho hệ thống có thể mở rộng theo chiều ngang, điều quan trọng là phải khởi tạo các trình sắp xếp độc lập, tập trung hoặc phi tập trung. Đáng chú ý, mặc dù các hệ thống sử dụng trình sắp xếp được chia sẻ có <a href="https://hackmd.io/@EspressoSystems/SharedSequencing"> khả năng kết hợp nguyên tử nhưng chúng không thể mở rộng theo chiều ngang vì trình sắp xếp có thể trở thành nút cổ chai khi có thêm nhiều hệ thống.

Còn khả năng tương tác thì sao? Các hệ thống có thể mở rộng theo chiều ngang có thể tương tác mà không cần thêm sự tin cậy nếu tất cả chúng đều ổn định ở cùng một L1, vì các thông báo có thể được gửi từ hệ thống này sang hệ thống khác thông qua lớp giải quyết chung. Có sự cân bằng giữa chi phí vận hành và độ trễ nhắn tin (điều này có thể được giải quyết ở lớp ứng dụng).

Giảm thiểu độ tin cậy cho các hệ thống có thể mở rộng theo chiều ngang

Chúng ta có thể giảm thiểu hơn nữa các yêu cầu về độ tin cậy đối với tính sống động, thứ tự và tính khả dụng của dữ liệu trong các hệ thống có thể mở rộng theo chiều ngang không?

Điều đáng lưu ý là, với cái giá phải trả là khả năng mở rộng theo chiều ngang, chúng tôi biết cách cứu vãn tính khả dụng và tính khả dụng của dữ liệu mà không cần phải tin cậy. Ví dụ: giao dịch L2 có thể được bắt đầu từ L1 để đảm bảo bao gồm. Volition có thể cung cấp trạng thái L1 chọn tham gia cho người dùng.

Một giải pháp khác đơn giản là phân cấp (nhưng không dựa vào L1). Thay vì một trình sắp xếp chuỗi duy nhất, các hệ thống có thể trở nên phi tập trung hơn bằng cách sử dụng các trình sắp xếp chuỗi phi tập trung (chẳng hạn như Espresso Systems hoặc Astria), do đó giảm thiểu độ tin cậy cần thiết đối với tính năng hoạt động, đặt hàng và tính khả dụng của dữ liệu. Làm như vậy sẽ đặt ra những hạn chế so với các giải pháp một nhà điều hành: (1) hiệu suất có thể bị giới hạn bởi hiệu suất của hệ thống phân tán và (2) đối với các xác nhận có DA riêng, đảm bảo quyền riêng tư mặc định sẽ bị mất nếu mạng tuần tự phi tập trung không được phép.

Chúng ta có thể giảm thiểu thêm bao nhiêu sự tin cậy đối với các xác nhận của một nhà điều hành hoặc SDR? Có một vài hướng mở ở đây.

Hướng mở 1: Tính khả dụng của dữ liệu được giảm thiểu tin cậy trong các tính hợp lệ. Plasma giải quyết vấn đề về trạng thái sẵn có ở một mức độ nhất định – Nó giải quyết vấn đề chỉ rút tiền đối với một số mô hình trạng thái nhất định (bao gồm mô hình trạng thái UTXO) hoặc yêu cầu người dùng trực tuyến định kỳ (Plasma Free).

Hướng mở 2: Xác nhận trước có trách nhiệm về SDR và validium. Mục tiêu ở đây là cung cấp cho người dùng xác nhận trước nhanh chóng về việc đưa vào giao dịch từ trình sắp xếp trình tự và xác nhận này sẽ cho phép người dùng thách thức và cắt giảm cổ phần kinh tế của trình sắp xếp trình tự nếu lời hứa đưa vào không được thực hiện. Thách thức ở đây là việc chứng minh tính không bao gồm (cần thiết cho việc cắt giảm) có thể yêu cầu dữ liệu bổ sung cho người dùng mà trình sắp xếp chuỗi có thể đơn giản giữ lại. Do đó, thật hợp lý khi giả định rằng ít nhất chúng tôi yêu cầu SDR hoặc validium sử dụng một ủy ban về tính sẵn có của dữ liệu (có thể được cho phép) đối với toàn bộ dữ liệu cuộc gọi hoặc lịch sử giao dịch của nó, cho phép chính ủy ban đó cung cấp bằng chứng về việc không đưa vào (trước giao dịch được xác nhận) theo yêu cầu của người dùng.

Hướng mở 3: Phục hồi nhanh sau những thất bại về sinh lực. Các hệ thống một người vận hành có thể bị lỗi về khả năng hoạt động (ví dụ: Arbitrum đã ngoại tuyến trong sự kiện khắc tên). Chúng ta có thể thiết kế các hệ thống cung cấp sự gián đoạn dịch vụ tối thiểu trong trường hợp này không? Theo một nghĩa nào đó, các L2 cho phép tự sắp xếp theo trình tự và đề xuất trạng thái mang lại sự đảm bảo chống lại các lỗi tồn tại kéo dài. Việc thiết kế các hệ thống một người vận hành có khả năng phục hồi tốt hơn trước các lỗi thời gian hoạt động ngắn hơn hiện chưa được khám phá. Một giải pháp tiềm năng ở đây là quy trách nhiệm cho những thất bại về khả năng hoạt động, bằng cách cung cấp các giải pháp ngăn chặn những thất bại về khả năng hoạt động. Một giải pháp tiềm năng khác là chỉ cần rút ngắn thời gian trì hoãn (hiện được ấn định là khoảng một tuần) trước khi việc tiếp quản có thể diễn ra.

Phần kết luận

Mở rộng quy mô sổ cái thanh toán toàn cầu trong khi duy trì mức độ tin cậy tối thiểu là một vấn đề khó khăn. Ngày nay, vẫn chưa có sự phân biệt rõ ràng giữa chia tỷ lệ theo chiều dọc và tỷ lệ theo chiều ngang trong thế giới tổng hợp và tính khả dụng của dữ liệu. Để thực sự mở rộng quy mô các hệ thống giảm thiểu độ tin cậy cho mọi người trên trái đất, chúng ta cần xây dựng các hệ thống giảm thiểu độ tin cậy và có thể mở rộng theo chiều ngang.

Sự nhìn nhận

Rất cám ơn Vitalik Buterin và Terry Chung vì phản hồi và thảo luận, cũng như Diana Biggs vì những nhận xét biên tập của cô ấy.

声明:

Tuyên bố từ chối trách nhiệm:

1. Bài viết này được in lại từ [Mirror]. Mọi bản quyền đều thuộc về tác giả gốc [1kx]. Nếu có ý kiến phản đối việc tái bản này, vui lòng liên hệ với nhóm Gate Learn , họ sẽ xử lý kịp thời.
2. Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm pháp lý: Các quan điểm và ý kiến trình bày trong bài viết này chỉ là của tác giả và không cấu thành bất kỳ lời khuyên đầu tư nào.
3. Việc dịch bài viết sang các ngôn ngữ khác được thực hiện bởi nhóm Gate Learn. Trừ khi được đề cập, việc sao chép, phân phối hoặc đạo văn các bài viết đã dịch đều bị cấm.