- Chủ đề
17k Phổ biến
16k Phổ biến
3k Phổ biến
14k Phổ biến
30k Phổ biến
836 Phổ biến
110k Phổ biến
26k Phổ biến
26k Phổ biến
7k Phổ biến
- Ghim
17k Phổ biến
16k Phổ biến
3k Phổ biến
14k Phổ biến
30k Phổ biến
836 Phổ biến
110k Phổ biến
26k Phổ biến
26k Phổ biến
7k Phổ biến
Phân tích toàn bộ giải pháp mở rộng off-chain: kênh trạng thái, Lighting Network và tiến trình phát triển của chúng
Phân tích độ sâu mở rộng off-chain
Tác giả: Ellaine Xu, Hettie Jiang, June Wang, Walon Lin, Yiliu Lin
1. Sự cần thiết của việc mở rộng
Tầm nhìn tương lai của blockchain là 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, được gọi là vấn đề tam giác không thể có của blockchain. Trong nhiều năm, mọi người đã khám phá cách nâng cao thông lượng và tốc độ giao dịch của blockchain mà vẫn đảm bảo tính phi tập trung và an toàn, tức là giải quyết vấn đề mở rộng, đây là một trong những chủ đề nóng hiện nay trong quá trình phát triển của blockchain.
Hãy để chúng ta định nghĩa phi tập trung, tính bảo mật và khả năng mở rộng của blockchain:
Phi tập trung: bất kỳ ai cũng có thể trở thành nút tham gia vào hệ thống blockchain, số lượng nút càng nhiều, mức độ phi tập trung càng cao, đảm bảo mạng không bị kiểm soát bởi một số ít người tham gia.
An ninh: Chi phí để có được quyền kiểm soát hệ thống blockchain càng cao, an ninh càng cao, chuỗi có thể chống lại sự tấn công của một tỷ lệ người tham gia lớn.
Khả năng mở rộng: khả năng của blockchain trong việc xử lý một lượng lớn giao dịch.
Lần phân tách cứng quan trọng đầu tiên của mạng Bitcoin xuất phát từ vấn đề mở rộng. Khi số lượng người dùng Bitcoin và khối lượng giao dịch tăng lên, mạng lưới với giới hạn khối 1MB bắt đầu đối mặt với tình trạng tắc nghẽn. Bắt đầu từ năm 2015, cộng đồng Bitcoin đã có sự bất đồng về vấn đề mở rộng, một bên ủng hộ việc mở rộng khối, trong khi bên kia ủng hộ việc sử dụng Segwit để tối ưu hóa cấu trúc chuỗi chính. Vào ngày 1 tháng 8 năm 2017, bên ủng hộ khối lớn đã tự phát triển hệ thống khách hàng 8MB và bắt đầu hoạt động, dẫn đến lần phân tách cứng quan trọng đầu tiên của Bitcoin, đồng thời tạo ra loại tiền mới BCH.
Tương tự, mạng Ethereum cũng đã hy sinh một phần khả năng mở rộng để bảo đảm tính bảo mật và phi tập trung của mạng, thông qua việc đặt giới hạn cho phí nhiên liệu có thể chứa trong một khối duy nhất nhằm hạn chế khối lượng giao dịch. Mục đích là để đạt được sự đồng thuận không tin cậy và đảm bảo rằng các nút được phân phối rộng rãi.
Từ CryptoKitties năm 2017, mùa hè DeFi, đến sự nổi lên của các ứng dụng on-chain như GameFi và NFT sau này, nhu cầu về khả năng xử lý của thị trường ngày càng tăng, nhưng Ethereum vẫn chỉ có thể xử lý từ 15-45 giao dịch mỗi giây. Điều này dẫn đến việc tăng chi phí giao dịch, thời gian thanh toán kéo dài, phần lớn DApps khó có khả năng chịu đựng chi phí vận hành, toàn bộ mạng trở nên chậm chạp và đắt đỏ đối với người dùng, vấn đề mở rộng blockchain cần được giải quyết khẩn cấp. Giải pháp mở rộng lý tưởng là cải thiện tốc độ và khả năng xử lý của mạng blockchain càng nhiều càng tốt mà không hy sinh tính phi tập trung và an ninh.
2. Các loại phương án mở rộng
Chúng tôi phân chia các phương án mở rộng thành hai loại lớn: mở rộng trên chuỗi và mở rộng off-chain dựa trên tiêu chí "có thay đổi một lớp mạng chính hay không".
2.1 Mở rộng chuỗi
Khái niệm cốt lõi: Giải pháp đạt được hiệu ứng mở rộng bằng cách thay đổi một lớp giao thức mạng chính, hiện tại giải pháp chính là phân mảnh.
Mở rộng trên chuỗi có nhiều giải pháp, bài viết này không mở rộng, chỉ liệt kê ngắn gọn hai loại:
Giải pháp một là mở rộng không gian khối, 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, nâng cao ngưỡng gia nhập nút, giảm mức độ "phi tập trung".
Giải pháp thứ hai là phân đoạn, chia sổ cái blockchain thành nhiều phần khác nhau, mỗi phân đoạn chịu trách nhiệm ghi chép khác nhau, tính toán song song có thể xử lý nhiều giao dịch cùng lúc. Điều này có thể giảm áp lực tính toán của nút và ngưỡng gia nhập, cải thiện tốc độ xử lý giao dịch và mức độ phi tập trung, nhưng sẽ giảm "an toàn" của toàn bộ mạng.
Việc thay đổi giao thức chính của mạng có thể gây ra những tác động tiêu cực khó lường, vì bất kỳ lỗ hổng bảo mật nào nhỏ nhất ở tầng dưới cũng có thể đe dọa nghiêm trọng đến sự an toàn của toàn bộ mạng. Ví dụ, sự cố lỗ hổng lạm phát của Zcash vào năm 2018: mã nguồn của Zcash được sửa đổi dựa trên phiên bản Bitcoin 0.11.2, vào năm 2018 phát hiện ra mã nguồn của nó có lỗ hổng nghiêm trọng, có thể phát hành mã thông báo vô hạn, đội ngũ đã mất 8 tháng để sửa chữa bí mật, sau khi sửa chữa mới công khai sự kiện này.
2.2 off-chain mở rộng
Khái niệm cốt lõi: Giải pháp mở rộng không thay đổi giao thức mạng chính một lớp hiện có.
Giải pháp mở rộng off-chain có thể được chia thành Layer2 và các giải pháp khác:
3. Giải pháp mở rộng off-chain
Kênh trạng thái 3.1
3.1.1 Tóm tắt
Kênh trạng thái quy định chỉ cần người dùng tương tác với mạng chính khi mở, đóng hoặc giải quyết tranh chấp kênh, và thực hiện tương tác giữa người dùng ở độ sâu off-chain, nhằm giảm thời gian và chi phí giao dịch của người dùng, đồng thời đạt được 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 chữ 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 tranh chấp giữa các bên tham gia ( dựa trên bằng chứng gian lận có chữ ký và dấu thời gian ). Sau khi các bên tham gia triển khai hợp đồng trên mạng blockchain, họ gửi tiền và khóa lại, sau khi cả hai bên ký xác nhận, kênh chính thức được mở. Kênh cho phép các bên tham gia thực hiện giao dịch miễn phí không giới hạn số lần off-chain ( miễn là giá trị ròng chuyển nhượng của họ không vượt quá tổng số token đã gửi ). Các bên tham gia lần lượt gửi cập nhật trạng thái cho nhau, chờ xác nhận chữ ký từ bên kia. Khi bên kia ký xác nhận, cập nhật trạng thái này được coi là hoàn tất. Thông thường, các cập nhật trạng thái mà cả hai bên đồng ý sẽ không được tải lên mạng chính, chỉ trong trường hợp có tranh chấp hoặc khi đóng kênh, mới phụ thuộc vào sự xác nhận của mạng chính. 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 ký phê duyệt, thì sẽ được thực hiện ngay lập tức trên chuỗi, tức là hợp đồng thông minh sẽ phân phối số tiền đã khóa còn lại theo số dư của mỗi bên tham gia trong trạng thái cuối cùng của kênh; nếu các bên tham gia khác không ký phê duyệt, thì tất cả mọi người phải chờ kết thúc "thời gian thách thức" để nhận số tiền còn lại.
Tóm lại, giải pháp kênh trạng thái có thể giảm đáng kể khối lượng tính toán của mạng chính, nâng cao tốc độ giao dịch và giảm chi phí giao dịch.
3.1.2 Thời gian
2015/02, Joseph Poon và Thaddeus Dryja phát hành bản thảo whitepaper của mạng lưới ánh sáng.
2015/11, Jeff Coleman lần đầu tiên hệ thống hóa khái niệm State Channel, đề xuất rằng Payment Channel của Bitcoin là một trường hợp con trong khái niệm State Channel.
2016/01, Joseph Poon và Thaddeus Dryja chính thức công bố 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 các khoản thanh toán chuyển khoản trên mạng Bitcoin.
2017/11, thiết kế quy chuẩn về State Channel dựa trên khung Payment Channel đầu tiên có tên là Sprites được đề xuất.
2018/06, Counterfactual đã đưa ra một thiết kế Kênh Trạng Thái Tổng Quát 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 đưa ra 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 để giải quyết vấn đề tất cả các người tham gia cần phải trực tuyến liên tục, đã mở rộng khái niệm Watchtowers.
2020/03, Hydra đã đề xuất Kênh Isomorphic Nhanh.
3.1.3 Nguyên lý kỹ thuật
Hình 1 cho thấy quy trình làm việc trên chuỗi truyền thống: Alice và Bob tương tác với hợp đồng thông minh được triển khai trên mạng chính, người dùng gửi giao dịch lên chuỗi để thay đổi trạng thái của hợp đồng thông minh. Nhược điểm là sẽ mang lại vấn đề về thời gian và chi phí như đã thảo luận ở trên.
Hình 2 cho thấy quy trình làm việc chung mà hầu hết các giao thức kênh trạng thái tuân theo: trong trường hợp lạc quan, Alice và Bob cần thực hiện các thao tác giống như trước, nhưng lần này họ sử dụng kênh trạng thái, thay vì tương tác với hợp đồng trên chuỗi.
Bước đầu tiên, Alice và Bob thực hiện tương tác bằng cách chuyển tiền từ EOA cá nhân vào địa chỉ hợp đồng trên chuỗi (, 1,2), số tiền này được khóa trong hợp đồng cho đến khi kênh đóng lại mới trả lại số dư cho người dùng; sau khi cả hai ký xác nhận, kênh trạng thái giữa hai người chính thức được mở.
Bước thứ hai, Alice và Bob lý thuyết có thể thực hiện giao dịch không giới hạn số lần trên off-chain thông qua kênh này ( đường nét màu xanh ), các bên tham gia giao tiếp với nhau thông qua các tin nhắn ký tên mã hóa ( thay vì giao tiếp với mạng blockchain ). Cả hai người dùng đều cần ký tên cho mỗi giao dịch để ngăn chặn hành vi gian lận chi tiêu gấp đôi. Thông qua các tin nhắn này, họ đề xuất cập nhật trạng thái tài khoản của mình và chấp nhận các cập nhật trạng thái do bên kia đưa ra.
Bước ba, nếu Alice muốn đóng kênh kết thúc giao dịch với Bob, Alice cần gửi trạng thái cuối cùng của tài khoản mình ( tương tác 3) tới hợp đồng, nếu Bob ký tên chấp thuận, hợp đồng sẽ giải phóng số tiền bị khóa theo trạng thái cuối cùng trả lại cho người dùng tương ứng ( tương tác 4,5). Nếu Bob không phản hồi ký tên, hợp đồng sẽ giải phóng số tiền bị khóa trả lại cho người dùng tương ứng sau khi kết thúc thời gian thách thức.
Hình 3 cho thấy quy trình làm việc của kênh trạng thái trong trường hợp bi quan: ban đầu, hai người tham gia gửi tiền ( tương tác 1, 2), sau đó bắt đầu trao đổi cập nhật trạng thái ( đường chấm xanh ). Giả sử vào một thời điểm nào đó, Bob không phản hồi chữ ký cập nhật trạng thái mà Alice gửi đến trong lượt của mình ( tương tác 3), lúc này, Alice có thể khởi động thử thách bằng cách gửi trạng thái hiệu lực cuối cùng của mình tới hợp đồng ( tương tác 4), trạng thái hiệu lực này cũng bao gồm chữ ký trước đó của Bob, do đó chứng minh giao dịch cuối cùng đã nhận được sự chấp thuận của Bob, trạng thái cuối cùng đã nhận được sự xác nhận của Bob. Sau đó, hợp đồng cho phép Bob trong một khoảng thời gian phản hồi bằng cách gửi trạng thái tiếp theo cho 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 sẽ tự động đóng kênh trạng thái và trả lại tiền cho Alice ( tương tác 5).
3.1.4 Ưu nhược điểm
Ưu điểm:
Nhược điểm:
3.1.5 Ứng dụng
Mạng lưới ánh sáng Bitcoin
Tổng quan:
Mạng lưới ánh sáng là kênh thanh toán nhỏ trong mạng lưới Bitcoin, sự tiến hóa công nghệ tổng thể của nó trải qua: kênh thanh toán một chiều được xây dựng bằng ký quỹ 2/2, sau khi thêm RSMC(Hợp đồng Thời gian Đủ điều kiện Có thể thu hồi) có thể xây dựng kênh thanh toán hai chiều, và sau khi thêm HTLC(Hợp đồng Khóa Thời gian Băm) 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 ánh sáng. Thông qua kênh thanh toán nhỏ off-chain, sau đó nhờ vào người trung gian hình thành mạng giao dịch, có thể giải quyết vấn đề mở rộng mạng lưới Bitcoin. Sự sử dụng tổng thể của mạng lưới ánh sáng tuân theo quy trình "gửi tiền(thiết lập kênh)→giao dịch mạng lưới ánh sáng(cập nhật trạng thái kênh)→hoàn tiền/giải quyết(kết thúc kênh)"; lý thuyết mạng lưới ánh sáng có thể xử lý một triệu giao dịch mỗi giây.
Thời gian: