Hướng phát triển của Ethereum: Cơ chế PoS của Beacon Chain hoạt động như thế nào?

【TL; DR】

1. Nền tảng Ethereum đã thông báo gần đây rằng họ sẽ cấm các điều khoản "Ethereum 1.0" (ETH1) và Ethereum 2.0 (ETH2) và sử dụng "Layer điều hành" và "Layer đồng thuận" tương ứng.

2. Slot, epoch và validator là những thuật ngữ chính trong cơ chế PoS của chuỗi beacon.

3. Nếu chuỗi beacon được so sánh với trái tim của thế hệ Ethereum mới, thì slot và epoch sẽ được coi là chu kỳ đập của trái tim.

4. Do thiết kế bảo mật của thuật toán Ethereum, cơ chế đồng thuận PoS này được coi là an toàn.


Vào ngày 25 tháng 1 năm 2021, Vitalik Buterin - người sáng lập Ethereum, đã xuất bản một bài báo với tiêu đề Paths toward single-slot finality trên ethereum.org, giới thiệu các kế hoạch mới nhất của ông về sự phát triển của Ethereum.

Hiểu được con đường phát triển của nó là rất quan trọng để hiểu Ethereum, nhưng vẫn còn một số vấn đề về khái niệm cần được giải quyết trước khi đọc bài báo được phát hành bởi Vitalik Buterin. Sau khi Ethereum được nâng cấp lên cơ chế PoS, nó sẽ tạo và xác nhận các khối của chuỗi beacon như thế nào và nó sẽ đảm bảo tính bảo mật của nó như thế nào là những câu hỏi mà chúng tôi đã nghiên cứu và đưa ra câu trả lời.

Giới thiệu về Đề án nâng cấp Ethereum

Kể từ khi ra mắt thì ứng dụng Ethereum đã có sự phát triển nhanh chóng, khả năng mở rộng đã là một vấn đề khó hiểu đối với Ethereum và người dùng của nó. Là dự án blockchain hợp đồng thông minh phổ biến nhất hiện tại, Ethereum có khối lượng giao dịch rất lớn, điều này thường dẫn đến tắc nghẽn và phí xử lý vẫn cao, điều này ảnh hưởng lớn đến trải nghiệm sử dụng của các nhà giao dịch và việc thúc đẩy các dự án khác nhau. Để giải quyết vấn đề hiệu suất của mạng Ethereum, các khái niệm về Layer 2 và Ethereum 2.0 đã ra đời để mở rộng quy mô Ethereum.

Ethereum 2.0 là phiên bản nâng cấp của Ethereum 1.0, với mã pha là "Serenity". Ethereum 1.0 sử dụng cơ chế đồng thuận PoW, giống như Bitcoin, trong khi Ethereum 2.0 sử dụng cơ chế đồng thuận PoS, tiết kiệm năng lượng và hiệu quả hơn cơ chế PoW. Sau khi nâng cấp, Ethereum sẽ hình thành cấu trúc "beacon chain + shard chain + layer 2". Khối chuỗi beacon sẽ trực tiếp chứa thông tin giao dịch. Trước khi nâng cấp, nội dung trên chuỗi PoW sẽ được chuyển liền mạch sang chuỗi báo hiệu. Quá trình này được gọi là "Hợp nhất". Sau khi hợp nhất, Ethereum sẽ hoàn toàn chuyển sang cơ chế đồng thuận PoS.

Tuy nhiên, Ethereum 1.0 và Ethereum 2.0 không phải là mối quan hệ đơn giản giữa cái sau và cái trước, điều này thường bị những kẻ ngoài vòng pháp luật hiểu nhầm và thậm chí là lừa gạt.

Khi sự hợp nhất đến gần, nền tảng Ethereum cũng đã thông báo gần đây rằng họ sẽ cấm sử dụng các thuật ngữ "Ethereum 1.0" (ETH1) và Ethereum 2.0 (ETH2) và sử dụng "Layer điều hành" và "Layer đồng thuận" tương ứng.

Trong số đó, Layer thực thi lưu trữ tất cả các hợp đồng thông minh và quy tắc mạng trên Ethereum, và Layer đồng thuận chịu trách nhiệm xử lý sự đồng thuận PoS. Sau khi hợp nhất, hai chuỗi sẽ được kết hợp thành một và trở thành một Ethereum hoàn chỉnh trong tương lai.


Quá trình nâng cấp của Ethereum sẽ được hoàn thành từng bước. Vào tháng 12 năm 2020, chuỗi beacon (trước đây được gọi là Ethereum 2.0) dựa trên cơ chế PoS đã được khởi chạy và người dùng đặt ETH vào đó để kiếm thu nhập. Việc nâng cấp Berlin và London vào năm 2021 đã điều chỉnh chuỗi đèn hiệu và đưa ra cơ chế phá hủy phí để tạm thời kiểm soát phí khí đốt. Vào năm 2022, mạng chính Ethereum hiện tại sẽ được hợp nhất với chuỗi beacon, tức là "Layer điều hành" và "Layer đồng thuận" được đề cập ở trên và lịch sử, trạng thái và hợp đồng thông minh của mạng chính ban đầu sẽ được kế thừa hoàn toàn. Sharding có thể xảy ra muộn hơn so với việc sáp nhập và dự kiến sẽ xảy ra vào năm 2022 hoặc 2023.

Điều này chủ yếu là do sự phát triển mạnh mẽ của layer2, giúp giảm bớt áp lực về hiệu suất của Ethereum. Mục đích chính của sharding là cải thiện hơn nữa hiệu suất của Ethereum và giảm tắc nghẽn mạng. Tổng cộng có 64 chuỗi phân đoạn sẽ được khởi chạy vào thời điểm đó.

Để biết giải thích chi tiết về nâng cấp Ethereum, vui lòng tham khảo bài đăng trên blog trước của chúng tôi:
Endgame: Khám phá giải pháp tối ưu của quy mô chuỗi khối với Vitalik Buterin
Liệu Layer 2 và Bản cập nhật Sharding trong tương lai sẽ được kích hoạt vào năm 2022 có phải là Giải pháp cuối cùng của Ethereum để tăng khả năng mở rộng không?

Giới thiệu về Cơ chế PoS của Beacon Chain: Slot, Epoch và Validator

Slot, epoch và validator được đề cập trong bài viết của Vitalik là những thuật ngữ chính trong cơ chế PoS của chuỗi beacon.

Chuỗi Beacon sẽ là cốt lõi của Ethereum trong tương lai. Ngoài việc cung cấp bằng chứng cổ phần (PoS) cho toàn bộ Ethereum và tạo thành một Layer đồng thuận, nó cũng sẽ đóng vai trò đồng bộ hóa với các liên kết chéo chuỗi phân đoạn khác. Sau đó, người dùng có thể đặt cược ETH trên chuỗi beacon, gửi 32eth vào tài khoản hợp đồng ký gửi trên Ethereum 1.0 và trở thành người xác thực Ethereum. Những trình xác thực này là "thợ đào ảo" trên Ethereum, điều này đặc biệt quan trọng đối với khối ngoài Ethereum.

Nếu chúng ta so sánh chuỗi beacon với trái tim của thế hệ Ethereum mới, thì vị trí và kỷ nguyên là chu kỳ đập của trái tim. Mỗi vị trí kéo dài trong 12 giây và mỗi kỷ nguyên bao gồm 32 vị trí (một phiên bản khác của thông số kỹ thuật trước đó nói rằng một vị trí duy nhất tồn tại trong 6 giây và 64 vị trí tạo thành một kỷ nguyên). Tất cả các chuỗi phân đoạn cần được đồng bộ hóa với các khe và kỷ nguyên của chuỗi báo hiệu. Do đó, mỗi kỷ nguyên kéo dài khoảng 6,4 phút.


Trên Ethereum (Ethereum 1.0), hiện đang sử dụng cơ chế PoW, hệ thống tạo ra một khối sau mỗi 15 giây. Trong tương lai Ethereum được nâng cấp, khoảng thời gian giữa mỗi khối là không chắc chắn; tuy nhiên, theo cơ chế PoS, đối với mỗi vị trí, chuỗi beacon sẽ chọn ngẫu nhiên một nút từ trình xác nhận để trở thành người đề xuất khối. Đối với chuỗi phân đoạn, mỗi vị trí cũng sẽ tạo ra một trình đề xuất khối.


Ngoài ra, trong mỗi kỷ nguyên, chuỗi beacon sẽ phân phối đồng đều các trình xác thực cho mỗi vị trí, sau đó chọn ngẫu nhiên các nút mảng (ít nhất 128 trong mỗi nhóm) từ các trình xác thực của mỗi vị trí để trở thành Ủy ban. Các nút của Ủy ban sẽ chịu trách nhiệm chứng thực các khối được tạo bởi chuỗi beacon và chuỗi phân đoạn, được cân bằng số dư của nó, tính hợp lệ của các khối chuỗi báo hiệu và khối phân đoạn được đánh giá bằng cách bỏ phiếu. Nếu Ủy ban đạt được sự đồng thuận về tính hợp lệ của khối, khối sẽ được xác nhận trên chuỗi, một nút sẽ được xuất thành công trong vị trí này, dữ liệu biểu quyết của người xác nhận sẽ được ghi lại trên chuỗi và người xác nhận sẽ được được thưởng.

Ngược lại, nếu không đạt được sự đồng thuận thì slot sẽ trống. Ngoài ra, nếu người đề xuất khối trong vị trí ngoại tuyến, thì cũng sẽ có một vị trí trống. Vì sự tồn tại của các khe trống, khe do khối tạo ra không cố định. Sau toàn bộ kỷ nguyên (tức là 32 vị trí hoặc khoảng 6,4 phút), hệ thống sẽ chọn lại các nút từ trình xác thực, sắp xếp và hình thành lại ủy ban xác thực. Sau khi sharding chính thức ra mắt, mỗi sharding cũng sẽ có người đề xuất khối và ủy ban xác nhận của riêng mình trong từng thời điểm và kỷ nguyên. Sau khi hoàn thành xác thực, các thành viên trên chuỗi phân đoạn cũng cần kết nối đầu chuỗi phân đoạn với chuỗi báo hiệu. Quá trình này được gọi là liên kết chéo hoặc tạo liên kết chéo.


Trong cơ chế đồng thuận PoW hiện tại, mỗi nút cần xác thực và thực hiện từng giao dịch trong mạng, điều này sẽ mang lại chi phí lớn. Nói một cách tương đối, cơ chế đồng thuận PoS chạy nhanh hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn. Ngoài ra, do thiết kế bảo mật của thuật toán Ethereum PoS, cơ chế đồng thuận PoS này rất an toàn. Về mặt lý thuyết, miễn là bất kỳ trình xác thực nào nắm giữ ít hơn 1/3 cổ phần của tất cả các trình xác nhận, điều đó có thể đảm bảo rằng số lượng tin tặc tiềm năng trong mỗi ủy ban ít hơn 1/3 và hệ thống không thể bị tấn công.

Về số lượng nút, vì mỗi ủy ban cần 128 nút để đảm bảo an ninh nên tổng số nút cần đạt 128 * 32 = 4096 để đảm bảo an ninh tốt nhất. Khi tổng số nút lớn hơn 4096 * 2 = 8192, mỗi vị trí có thể được phân bổ cho hai hoặc nhiều ủy ban để xác nhận.


Kết luận

Nâng cấp Ethereum sẽ là một sự kiện lịch sử trong lĩnh vực tiền điện tử. Trong bài viết tiếp theo, chúng ta sẽ tiếp tục thảo luận về hướng phát triển của Ethereum do Vitalik phát hành.
Giữ nguyên!


Tác giả: Edward.H, Nhà nghiên cứu trực thuộc Gate.io
Tuyên bố từ chối trách nhiệm:
* Bài viết này chỉ trình bày quan điểm của những người quan sát và không cấu thành bất kỳ đề xuất đầu tư nào.
* Gate.io bảo lưu mọi quyền đối với bài viết này. Việc đăng lại bài viết sẽ được cho phép với điều kiện tham chiếu Gate.io. Trong tất cả các trường hợp khác, hành động pháp lý sẽ được thực hiện do vi phạm bản quyền.