Hệ thống kiến thức cơ bản về mạng lớp hai của Bitcoin

Sự trỗi dậy của các ký tự Bitcoin đã mang lại sức sống mới cho hệ sinh thái Bitcoin, khiến nhiều người quay lại chú ý đến Bitcoin. Một số người cho rằng điều này đã mở ra chiếc hộp Pandora của hệ sinh thái Bitcoin. Trong số nhiều phát triển công nghệ của hệ sinh thái Bitcoin, xây dựng lớp thứ hai là rất quan trọng. Bài viết này dựa trên một số bài viết nổi tiếng và các cuộc trao đổi với nhiều bạn bè, cũng như kinh nghiệm khám phá của đội ngũ trong thiết kế và phát triển sản phẩm Web3, đã tóm tắt kiến thức cơ bản về lớp thứ hai của Bitcoin. Hy vọng có thể đưa ra một vài điểm khởi đầu, thu hút nhiều người hoàn thiện những ý tưởng liên quan, thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực này.

Thế giới blockchain bắt đầu với Bitcoin và kết thúc với hệ sinh thái Bitcoin. Ethereum cũng có thể được coi là một cuộc khám phá công nghệ sidechain của Bitcoin.

Trong bài viết này, khái niệm "xây dựng lớp thứ hai" và "xây dựng mạng lớp thứ hai" được sử dụng chung. Xây dựng lớp thứ hai là một khái niệm rộng hơn, nhưng để phù hợp với cách nói thường dùng trong ngành, cũng sẽ sử dụng "xây dựng mạng lớp thứ hai".

1. Sứ mệnh của Layer2

Để hiểu những vấn đề cơ bản cần giải quyết trong việc xây dựng lớp hai của Bitcoin, chúng ta bắt đầu từ những đặc tính cơ bản của hệ thống blockchain.

1.1 Các đặc tính cơ bản và nhu cầu của blockchain

Chúng tôi sử dụng khái niệm do Vitalik đề xuất: blockchain là một "máy tính thế giới". Hiểu các đặc điểm đa dạng của blockchain từ góc độ này sẽ rõ ràng hơn. Chúng tôi cũng sẽ phân tích khả năng phát triển của "máy tính thế giới" này dựa trên cấu trúc Von Neumann trong máy tính.

Tóm tắt một số đặc điểm cơ bản:

Công khai minh bạch: Đây là đặc điểm lưu trữ dữ liệu và thực thi lệnh của "máy tính thế giới" blockchain, đồng thời cũng là đặc điểm nội tại cần sự tham gia tính toán của nhiều nút phân tán trên toàn cầu. Đặc điểm này đáp ứng quyền biết dữ liệu của người sử dụng, là kết quả chung của yêu cầu hợp tác nội bộ của "máy tính thế giới" và nhu cầu bên ngoài của người sử dụng.

Phi tập trung: Tính năng này là đặc điểm kiến trúc của "máy tính toàn cầu" này, mức độ phi tập trung và khả năng chịu lỗi về lý thuyết đều được hỗ trợ bởi lý thuyết tướng Byzantine. Các hệ thống không phải tướng Byzantine về lý thuyết không phải là hệ thống blockchain, chúng ta sẽ thấy hai trường hợp của các hệ thống không phải blockchain trong xây dựng lớp hai sau này. Mức độ phi tập trung là một chỉ số quan trọng của tính an toàn của blockchain, và cũng là cơ sở của một số đặc điểm.

An toàn: An toàn là sự kết hợp của nhu cầu bên trong phát sinh từ các đặc điểm kiến trúc của "máy tính thế giới" và nhu cầu bên ngoài của người sử dụng. Ở cấp độ vi mô, an toàn được đảm bảo bởi các công nghệ liên quan đến mật mã, trong khi ở cấp độ vĩ mô, nó được đảm bảo bởi sự phi tập trung của kiến trúc, do đó không bị ảnh hưởng bởi việc giả mạo dữ liệu vi mô hoặc sự phá hoại kiến trúc vĩ mô, làm ảnh hưởng đến an toàn của "máy tính thế giới".

Công suất tính toán: Một chức năng chính của máy tính thế giới blockchain này là công suất tính toán. Để đo lường chỉ số này, chúng ta thường xem xét liệu nó có đạt tiêu chuẩn Turing hay không. Một số chuỗi được thiết kế cố tình không đạt tiêu chuẩn Turing để giữ lại các đặc tính chính của chúng. Ví dụ, mạng Bitcoin, Satoshi Nakamoto không chỉ làm cho mã lệnh của nó không đạt tiêu chuẩn Turing, mà còn cố tình cắt giảm một số tập lệnh trong quá trình phát triển, từ đó giữ cho tính ổn định và an toàn. Tất cả các công nghệ đạt tiêu chuẩn Turing đều nhằm mở rộng công suất tính toán của blockchain. Từ quan điểm thiết kế phân lớp, các hệ thống đơn giản hơn phù hợp hơn để làm lớp nền.

Hiệu suất: Trong trường hợp có cùng khả năng tính toán, hiệu suất là một khả năng chính khác để xem xét máy tính của thế giới blockchain. Thông thường được đo bằng TPS, tức là số lượng giao dịch được xử lý mỗi giây.

Lưu trữ: Blockchain được mô tả là "máy tính thế giới", vì vậy nó chắc chắn phải có một chức năng lưu trữ, đó là khả năng ghi lại dữ liệu. Hiện tại, hầu hết đều được lưu trữ trong khối, còn lưu trữ trên chuỗi ngoài khối chuyên nghiệp hơn vẫn đang trong quá trình phát triển.

Riêng tư: Riêng tư là một yêu cầu phân khúc trong "máy tính toàn cầu", tức là yêu cầu giữ phạm vi quyền hạn của người sản xuất và người sử dụng dữ liệu trong quá trình tính toán và lưu trữ ( Chúng tôi cũng đưa tính không bị kiểm duyệt vào phần riêng tư ). Điều này chủ yếu được thúc đẩy bởi nhu cầu bên ngoài của người sử dụng.

Còn có một chỉ số tổng hợp về khả năng mở rộng, thường ám chỉ khả năng mở rộng của toàn bộ kiến trúc, đặc điểm này ảnh hưởng đến hầu hết các đặc điểm cơ bản, ở cấp độ kiến trúc, khả năng mở rộng của hệ thống là một chỉ số rất quan trọng. Ngoài ra còn có một số khả năng kết nối, hoặc một số khả năng trong các tình huống cụ thể khác, ở đây không thảo luận nhiều, khi gặp những tình huống đặc biệt này, sẽ phân tích chi tiết.

Trong những đặc tính cơ bản của các blockchain, hầu hết đều bị hạn chế bởi mối quan hệ phát triển lẫn nhau trong tam giác không thể. Ví dụ, giả thuyết DSS là phi tập trung (Decentralization, D), an ninh (Security, S) và khả năng mở rộng (Scalability, S).

Trong hệ thống phân tán, tam giác không thể giống như là nguyên lý CAP, CAP chỉ ra rằng trong một hệ thống phân tán, Consistency( tính nhất quán), Availability( khả dụng) và Partition tolerance( khả năng chịu phân vùng) ba yếu tố này không thể đạt được đồng thời. Hệ thống blockchain là một hệ thống phân tán có vấn đề của các tướng Byzantine, vì vậy cũng áp dụng cho nguyên lý CAP.

1.2 Vai trò của việc xây dựng tầng hai

Xây dựng lớp hai cần hoàn thành những vai trò nào? Cung cấp những chức năng nào? Xây dựng lớp hai nhất định phải mở rộng những thiếu sót của hệ thống lớp một, sẽ không phù hợp để thực hiện những việc không thể hoàn thành trên hệ thống lớp một, mà thực hiện trên xây dựng lớp hai.

Chúng ta có thể rút ra một kết luận sơ bộ từ những đặc điểm blockchain được tóm tắt ở trên, đó là phải mở rộng những khả năng cơ bản này: công khai minh bạch, phi tập trung, an toàn, khả năng tính toán, hiệu suất ( thông lượng ), lưu trữ, quyền riêng tư, v.v. Ngoài những khả năng cơ bản ở góc độ kỹ thuật này, còn có một vấn đề kinh tế rất quan trọng cần giải quyết, đó là giảm chi phí, thường thì chi phí tổng hợp để thực hiện giao dịch của một mạng lưới lớp một là khá cao, cần sử dụng mạng lưới lớp hai để giảm những chi phí này.

Tóm lại, để tăng cường dung lượng, giảm chi phí và các đặc tính tùy chỉnh, tất cả các giải pháp đều thuộc về xây dựng lớp hai. Đối với đặc tính tùy chỉnh, hiện tại vẫn chưa rõ ràng, hoặc thường bị ẩn giấu trong hai đặc tính đầu tiên, có một số điều khó hiểu. Chúng ta có thể hiểu như thế này, đặc tính của mạng lớp một cần mức độ khác nhau cho nhiều ứng dụng, có thể điều chỉnh lại mức độ thực hiện của các đặc tính khác nhau cho một số ứng dụng trên lớp hai.

Trong xây dựng lớp hai, khả năng cơ bản của blockchain sẽ có sự lựa chọn riêng, sẽ giảm bớt một số đặc điểm, thậm chí loại bỏ một số đặc điểm, để đổi lấy sự cải thiện đáng kể của một số đặc điểm khác. Ví dụ: một số lớp hai để cải thiện hiệu suất sẽ giảm mức độ phi tập trung, sẽ giảm tính an toàn; một số lớp hai để tăng thông lượng, như mạng Lightning, sẽ thay đổi cấu trúc hệ thống và cách thức thanh toán. Còn một số khác sẽ tăng cường một số đặc điểm mà không giảm bớt các đặc điểm cơ bản, ví dụ như cách xử lý RGB, rõ ràng tăng cường tính riêng tư và khả năng chống kiểm duyệt, nhưng lại làm tăng độ khó trong việc thực hiện kỹ thuật. Trong các trường hợp sau, chúng ta sẽ thấy việc cùng lúc giảm bớt hoặc thay đổi nhiều đặc điểm trong xây dựng lớp hai.

Trong đó, giảm chi phí nên là một nhu cầu cơ bản của tất cả các xây dựng lớp hai.

1.3 Tại sao phải thực hiện thiết kế phân lớp?

Thiết kế phân lớp là một phương pháp và phương pháp luận mà con người sử dụng để xử lý các hệ thống phức tạp, thông qua việc chia hệ thống thành nhiều cấu trúc lớp và định nghĩa mối quan hệ cũng như chức năng giữa các lớp, nhằm đạt được tính mô đun, khả năng bảo trì và khả năng mở rộng của hệ thống, từ đó nâng cao hiệu quả thiết kế và độ tin cậy của hệ thống.

Đối với một hệ thống giao thức rộng lớn và đồ sộ, việc sử dụng phân lớp sẽ có những lợi ích rõ ràng. Điều này giúp mọi người dễ hiểu, dễ dàng phân công thực hiện và dễ dàng cải tiến theo từng mô-đun. Giống như thiết kế mô hình bảy lớp ISO/OSI trong mạng máy tính, nhưng trong việc triển khai cụ thể, có thể hợp nhất một số lớp, ví dụ, giao thức mạng cụ thể TCP/IP là giao thức bốn lớp.

Cụ thể nói về ưu điểm của việc phân lớp giao thức:

1.Các tầng giữa là độc lập. Một tầng không cần biết tầng tiếp theo được thực hiện như thế nào, mà chỉ cần biết tầng đó cung cấp dịch vụ qua giao diện giữa các tầng. Như vậy, độ phức tạp của toàn bộ vấn đề đã giảm đi. Nói cách khác, cách thức làm việc của tầng trước không ảnh hưởng đến tầng tiếp theo, vì vậy khi thiết kế công việc ở mỗi tầng, chỉ cần đảm bảo giao diện không thay đổi, có thể tùy ý điều chỉnh cách thức làm việc trong tầng.

2. Tính linh hoạt tốt. Khi bất kỳ tầng nào xảy ra thay đổi, chỉ cần quan hệ giao diện giữa các tầng không thay đổi, thì các tầng nằm trên hoặc dưới tầng đó sẽ không bị ảnh hưởng. Khi một tầng nào đó xuất hiện đổi mới công nghệ hoặc có vấn đề trong quá trình làm việc, nó sẽ không ảnh hưởng đến công việc của các tầng khác, khi loại bỏ vấn đề chỉ cần xem xét vấn đề riêng của tầng đó.

3. Cấu trúc có thể tách rời. Mỗi lớp có thể sử dụng công nghệ phù hợp nhất để thực hiện. Sự phát triển của công nghệ thường không đối xứng, việc phân chia theo cấp độ hiệu quả tránh được hiệu ứng thùng gỗ, sẽ không bị ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc tổng thể do sự không hoàn thiện của một khía cạnh công nghệ nào đó.

4.Dễ dàng thực hiện và bảo trì.Cấu trúc này cho phép việc thực hiện và gỡ lỗi một hệ thống lớn và phức tạp trở nên dễ dàng hơn, vì toàn bộ hệ thống đã được phân thành một số hệ thống con tương đối độc lập. Khi tiến hành gỡ lỗi và bảo trì, có thể gỡ lỗi riêng cho từng lớp, tránh tình trạng không tìm thấy hoặc giải quyết sai vấn đề.

5.Có thể thúc đẩy công việc tiêu chuẩn hóa. Bởi vì mỗi tầng đều có mô tả chính xác về chức năng và dịch vụ mà nó cung cấp. Lợi ích của việc tiêu chuẩn hóa là có thể thay thế một tầng nào đó một cách tự do, rất thuận tiện cho việc sử dụng và nghiên cứu.

Ý tưởng thiết kế phân lớp mô-đun là phương pháp xử lý phổ biến trong lĩnh vực công nghệ đối với một chức năng lớn, cần nhiều người hợp tác và liên tục cải tiến các dự án kỹ thuật, và đây là phương pháp đã được kiểm nghiệm thực tiễn, hiệu quả.

2. Một số ý tưởng xây dựng Layer2 của Bitcoin

Chúng tôi lấy việc xây dựng lớp thứ hai của Bitcoin làm ví dụ để thực hiện phân tích liên quan. Lớp thứ hai của Bitcoin có ba tuyến xây dựng lớp thứ hai nổi bật:

(1)Một loại là lộ trình mở rộng dựa trên chuỗi, tương tự như lớp hai của EVM, là cấu trúc blockchain;

(2)Một loại là dựa trên tuyến phân tán, với mạng lưới ánh sáng làm đại diện, là cấu trúc phân tán.

(3) Còn một loại khác là lộ trình dựa trên hệ thống tập trung, với chỉ mục tập trung làm đại diện, là cấu trúc tập trung.

Hai cách trước đều có những đặc điểm riêng, đã có một số sản phẩm đang sử dụng và một số sản phẩm đang được khám phá. Đối với cách đầu tiên, nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của Ethereum và sự khám phá của các chuỗi mô phỏng Bitcoin khác, việc mở rộng lớp hai dựa trên chuỗi tương đối dễ hơn, có nhiều trường hợp để tham khảo hơn. Cách thứ hai dựa trên phân phối thường khó khăn hơn, phát triển cũng chậm hơn, với mạng lưới Lightning là đại diện. Cách thứ ba rất gây tranh cãi, vì nó không giống như một sự xây dựng lớp hai, nhưng dường như lại hoàn thành chức năng của một sự xây dựng lớp hai.

Giải pháp xây dựng lớp hai nào tốt hơn? Chúng tôi sử dụng kết quả thị trường làm tiêu chuẩn đánh giá, mạng lớp hai nào có tổng giá trị bị khóa TVL( Total Value Locked) cao hơn, thì giải pháp đó là tối ưu. Theo thời gian và sự phát triển của công nghệ, giải pháp tối ưu này sẽ là một quá trình thay đổi.

Đối với định nghĩa mạng lớp hai của Bitcoin, chỉ cần dựa vào mạng Bitcoin, và thiết lập mối quan hệ kỹ thuật với mạng Bitcoin, một số đặc tính lại ưu việt hơn mạng lớp một của Bitcoin, đều được coi là xây dựng mạng lớp hai của Bitcoin. Nói cách khác: chỉ cần tiêu tốn BTC như gas, lấy BTC làm tài sản cơ sở, mở rộng hiệu suất của Bitcoin thì hệ thống đó đều được coi là xây dựng lớp hai. Dựa theo đánh giá này, chúng ta nên chấp nhận loại xây dựng lớp hai thứ ba, tức là cấu trúc tập trung của xây dựng lớp hai.

Sự phát triển công nghệ của Bitcoin như sửa đổi OP_RETURN, Taproot, chữ ký Schnorr, MAST, Tapscript nên được thiết kế với mục đích kết nối lớp một và lớp hai, không nên sử dụng quá nhiều chức năng phát triển với những công nghệ này, vì mạng lớp một dù có mở rộng đến đâu cũng sẽ không có bước nhảy vọt về chất, cần phải xây dựng lớp hai. Nhưng trong trường hợp không có sản phẩm lớp hai Bitcoin tốt hơn, những khả năng công nghệ kết nối lớp một và lớp hai này sẽ bị sử dụng quá mức trong một khoảng thời gian.

![Một bài viết tóm tắt hệ thống kiến thức cơ bản của mạng lớp hai Bitcoin](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-2c2d6311345cff334bcb6338cbfe47bd.webp