Phân tích đầy đủ về giải pháp mở rộng off-chain: Sự tiến hóa công nghệ từ State Channels đến Rollups

2025-07-15 21:22:37

Độ sâu phân tích mở rộng off-chain

1. Sự cần thiết của việc mở rộng

Tầm nhìn tương lai của blockchain là đạt được tính phi tập trung, an toàn và khả năng mở rộng, nhưng thường chỉ có thể đạt được hai trong số đó. Điều này được gọi là vấn đề tam giác bất khả thi của blockchain. Trong nhiều năm, mọi người đã khám phá cách cải thiện thông lượng và tốc độ giao dịch của blockchain trong khi đảm bảo tính phi tập trung và an toàn, tức là giải quyết vấn đề mở rộng.

Hãy để chúng ta định nghĩa một cách tổng quát về tính phi tập trung, an ninh 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, độ sâu phi tập trung càng cao.
An ninh: Chi phí để kiểm soát hệ thống blockchain càng cao thì an ninh càng cao, chuỗi có thể chống lại tỷ lệ tấn công lớn hơn.
Khả năng mở rộng: khả năng của blockchain để xử lý một lượng lớn giao dịch.

Sự phân tách cứng lớn đầu tiên của mạng Bitcoin bắt nguồn từ vấn đề mở rộng. Khi số lượng người dùng và khối lượng giao dịch gia tăng, mạng Bitcoin với giới hạn 1MB cho khối bắt đầu đối mặt với tình trạng tắc nghẽn. Từ năm 2015, cộng đồng Bitcoin đã có sự bất đồng về vấn đề mở rộng, một bên ủng hộ việc mở rộng khối, bên còn lại ủng hộ việc sử dụng giải pháp 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, dẫn đến sự phân tách cứng lớn đầu tiên của Bitcoin, tạo ra BCH.

Mạng Ethereum cũng chọn hy sinh một phần khả năng mở rộng để đảm bảo tính an toàn và phi tập trung của mạng. Mặc dù Ethereum không giới hạn kích thước khối như Bitcoin, nhưng lại đặt giới hạn cho phí nhiên liệu của một khối đơn lẻ, mục đích đều là để đạt được sự đồng thuận không cần tin cậy và đảm bảo sự phân bố rộng rãi của các nút.

Từ CryptoKitties vào năm 2017 đến mùa hè DeFi, rồi đến sự trỗi dậy của GameFi và NFT, nhu cầu về độ sâu của thị trường ngày càng tăng. Nhưng Ethereum mỗi giây vẫn chỉ xử lý được 15-45 giao dịch, dẫn đến chi phí giao dịch tăng, thời gian thanh toán kéo dài, hầu hết các DApp khó có thể chịu đựng chi phí vận hành. Giải pháp mở rộng lý tưởng là: nâng cao tốc độ giao dịch và độ sâu 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 ta có thể phân chia các phương án mở rộng thành hai loại lớn: mở rộng trên chuỗi và mở rộng off-chain theo "liệu có thay đổi một lớp mạng chính hay không".

2.1 Mở rộng trên 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:

Mở rộng không gian khối, tăng số lượng giao dịch được đóng gói trong mỗi khối, nhưng sẽ tăng yêu cầu đối với thiết bị nút, giảm mức độ phi tập trung.
Phân mảnh, chia sổ cái blockchain thành nhiều phần, do các nút khác nhau phụ trách ghi chép khác nhau, và tính toán song song có thể xử lý nhiều giao dịch cùng một lúc. Điều này có thể giảm áp lực tính toán cho các nút và ngưỡng gia nhập, tăng tốc độ xử lý giao dịch và mức độ phi tập trung, nhưng sẽ giảm độ an toàn của toàn mạng.

Thay đổi một lớp giao thức mạng chính có thể gây ra những tác động tiêu cực không thể dự đoán được, bất kỳ lỗ hổng bảo mật nào nhỏ ở tầng dưới cũng sẽ đe dọa nghiêm trọng đến sự an toàn của toàn bộ mạng.

2.2 off-chain mở rộng

Khái niệm cốt lõi: Giải pháp mở rộng không thay đổi giao thức mạng chính một lớp hiện tại.

Giải pháp mở rộng off-chain có thể được chia thành Layer2 và các giải pháp khác:

Layer2: Kênh Trạng Thái, Plasma, Rollups
Khác: Sidechains, Validium

3. Giải pháp mở rộng off-chain

3.1 Kênh trạng thái

3.1.1 Tóm tắt

Kênh trạng thái quy định rằng người dùng chỉ cần tương tác với mạng chính khi mở, đóng hoặc giải quyết tranh chấp kênh, trong khi các tương tác giữa người dùng được thực hiện off-chain, nhằm giảm thời gian và chi phí giao dịch, đạt được số lần giao dịch không bị giới hạn.

Kênh trạng thái là giao thức P2P đơn giản, phù hợp với các ứng dụng dựa trên lượt, chẳng hạn như trò chơi cờ vua hai người. Mỗi kênh được quản lý bởi 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 các tranh chấp giữa các bên tham gia.

3.1.2 Thời gian

2015/02: Joseph Poon và Thaddeus Dryja phát hành bản nháp white paper về mạng lưới Lightning.
2015/11: Jeff Coleman lần đầu tiên hệ thống tóm tắt khái niệm State Channel.
2016/01: Joseph Poon và Thaddeus Dryja chính thức công bố sách trắng mạng lưới ánh sáng Bitcoin.
2017/11: Quy chuẩn thiết kế State Channel đầu tiên dựa trên khung Payment Channel có tên là Sprites được đề xuất.
2018/06:Counterfactual đã đề xuất thiết kế Kênh Trạng thái Tổng quát chi tiết.
2018/10: Đề xuất khái niệm Mạng Kênh Trạng Thái và Kênh Ảo.
2019/02: Khái niệm kênh trạng thái được mở rộng đến các kênh N-Party, Nitro là giao thức đầu tiên dựa trên ý tưởng này.
2019/10: Pisa mở rộng khái niệm Watchtowers, giải quyết vấn đề người tham gia cần phải trực tuyến liên tục.
2020/03: Hydra đề xuất Kênh đồng cấu nhanh.

3.1.3 Nguyên lý kỹ thuật

Quy trình làm việc chung của kênh trạng thái:

Người tham gia mở kênh bằng cách gửi tiền vào hợp đồng thông minh trên mạng chính.
Người tham gia có thể thực hiện giao dịch không giới hạn số lần trên off-chain, thông qua việc ký tin nhắn để giao tiếp và cập nhật trạng thái.
Khi đóng kênh, các bên tham gia gửi trạng thái cuối cùng đến hợp đồng chính. Nếu có chữ ký của tất cả mọi người, thực hiện ngay; nếu không, cần chờ đến khi kết thúc thời gian thách thức.
Nếu gặp tranh chấp, có thể gửi bằng chứng gian lận đến hợp đồng mạng chính để thách thức.

3.1.4 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Xác nhận ngay lập tức, phí giao dịch thấp
Khả năng thông qua cao, khả năng mở rộng mạnh mẽ
Bảo mật tốt

Nhược điểm:

Cần khóa trước vốn
Người tham gia cần giữ kết nối trực tuyến
Không áp dụng cho các ứng dụng tham gia mở
Chi phí thiết lập và đóng kênh cao

3.1.5 Ứng dụng

Các ứng dụng chính: Mạng Lightning Bitcoin, Mạng Lightning Ethereum, Celer Network.

Mạng lưới Bitcoin Lightning:

Được đề xuất vào năm 2015, phát hành mạng chính vào tháng 3 năm 2018
Đến tháng 11 năm 2022, có tổng cộng 76,236 kênh thanh toán, 5049 BTC bị khóa.

Mạng điện Ethereum:

Thành lập năm 2017, phát hành mạng chính vào tháng 5 năm 2020
Hiện tại thiếu tiến triển phát triển, nhiều sàn giao dịch đã hủy niêm yết token RDN

Celer Network:

Thành lập năm 2018, tăng cường lớp khuyến khích
Phù hợp cho các ứng dụng tương tác cao như nền tảng thể thao điện tử

3.1.6 So sánh ứng dụng

Mạng lưới Lightning là ứng dụng kênh trạng thái thành công nhất hiện nay, hệ sinh thái khá hoàn thiện. Mạng lưới Thunder phát triển tương đối chậm. Celer Network đã mở rộng thêm nhiều kịch bản ứng dụng bằng cách tăng cường lớp khuyến khích.

3.2 Sidechains

3.2.1 Tóm tắt

Khái niệm sidechain được đề xuất vào năm 2012, và các bài viết liên quan đầu tiên được công bố vào năm 2014. Sidechain là hình thức blockchain xuất hiện để tăng tốc độ giao dịch Bitcoin, có thể sử dụng hợp đồng phức tạp hơn hoặc cải thiện cơ chế đồng thuận. Khi kết quả giao dịch của sidechain cuối cùng được truyền về mainchain, nó sẽ được ghi lại tại phía xác thực.

3.2.2 Thời gian

2012/01: Khái niệm sidechain của Bitcoin được đưa ra trong phòng chat
2014/10: Bài báo về sidechain Bitcoin được công bố
2017/04: Mạng POA đã ra mắt trên mạng thử nghiệm
2017/10:Matic Network khởi động
2017/12: Mạng lưới POA chính thức ra mắt
2018/01: Mạng thử nghiệm Skale được ra mắt
2018/10: Ra mắt mạng thử nghiệm xDai Chain
2020/06: Mạng chính Skale ra mắt, Mạng chính Matic PoS Chain ra mắt
2021/02:Matic Network đổi tên thành Polygon Network
2021/02: Chạy mạng chính Ronin của game Axie Infinity
2021/12:xDai Chain và Gnosis Dao sáp nhập thành Gnosis Chain
2022/03: POA Network hợp nhất vào Gnosis Chain

3.2.3 Nguyên lý kỹ thuật

Các nguyên lý kỹ thuật chính của chuỗi bên bao gồm:

Neo định: Các nhà xác thực của chuỗi chính và chuỗi phụ ghi lại trạng thái hiện tại của nhau theo thời gian thực.
Không đồng bộ hóa neo: Các xác thực viên của chuỗi phụ phải theo dõi hoạt động của chuỗi chính, nhưng chuỗi chính không thể xác nhận trạng thái của chuỗi phụ, cần đưa vào cơ chế Certifiers.
Tài sản跨链:
- Chuỗi chính → Chuỗi phụ: Chuỗi chính khóa tài sản, chuỗi phụ tạo ra tài sản wrapped
- Side chain→Main chain: Phá hủy tài sản wrapped trên side chain, mở khóa tài sản trên main chain

An toàn của tài sản trên chuỗi phụ phụ thuộc vào an toàn của chuỗi phụ, chủ yếu là cơ chế đồng thuận của nó.

3.2.4 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Có thể thực hiện giao dịch nhanh chóng, chi phí thấp
Hỗ trợ các hợp đồng thông minh phức tạp hơn
Không ảnh hưởng đến tính an toàn và phi tập trung của chuỗi chính

Nhược điểm:

Cần dựa vào cơ chế ký kết liên hợp, độ an toàn thấp hơn.
Cầu nối chuỗi chéo có thể trở thành mục tiêu tấn công
Tài sản chuỗi chính cần được khóa trên cầu
Hoàn toàn phụ thuộc vào sự trung thực của các validator

3.2.5 Ứng dụng

Ứng dụng chính: Gnosis Chain ( nguyên xDai ), Polygon, Ronin

Gnosis Chain:

Ra mắt mạng chính vào tháng 9 năm 2018
Sáp nhập với Gnosis DAO vào năm 2021
Áp dụng mô hình PoSDAO, staking có thể nhận được 15% APR
Hiện tại TVL khoảng $53M, có 35 dự án đang hoạt động

Polygon:

Thành lập năm 2017, chính thức ra mắt mạng chính vào tháng 6 năm 2020
Đổi tên vào tháng 2 năm 2021, chuyển đổi thành bộ tổng hợp giải pháp mở rộng
Phát triển hệ sinh thái nhanh chóng, sở hữu hơn 37k DApp
Hiện tại TVL khoảng $1.07B

Ronin:

Sidechain được phát triển cho trò chơi Axie Infinity
Mạng chính chính thức ra mắt vào tháng 3 năm 2021
Sử dụng đồng thuận PoA, tối đa 25 nút xác thực
Tháng 3 năm 2022, đã bị tấn công mạng trị giá 625 triệu đô la.

3.2.6 So sánh ứng dụng

Gnosis Chain tập trung vào thanh toán bằng stablecoin, Polygon phát triển nhanh chóng và toàn diện nhất, Ronin được thiết kế đặc biệt cho trò chơi nhưng độ an toàn còn nghi vấn. Polygon đang ở vị trí dẫn đầu về xây dựng hệ sinh thái, đổi mới công nghệ và sức mạnh tài chính.

3.3 Plasma

3.3.1 Tóm tắt

Plasma là một khung xây dựng DApp có thể mở rộng. Nó xuất hiện như một giải pháp tiến hóa cho sidechain, nhằm giảm thiểu niềm tin của người dùng vào các nhà điều hành sidechain. Nguyên tắc cơ bản của Plasma là, ngay cả khi chuỗi Plasma gặp sự cố bảo mật, tài sản của người dùng vẫn có thể được rút về mainnet.

3.3.2 Dòng thời gian

2017/08: Vitalik và Joseph Poon đã đưa ra báo cáo trắng Plasma
2018/01: Vitalik đề xuất Plasma MVP
2018/03:Vitalik đã đề xuất Plasma Cash
2018/06: Dan Robinson đã đề xuất Plasma Debit
2018/11: Quỹ BANKEX đề xuất Plasma Prime
Từ năm 2019: Cộng đồng Ethereum bắt đầu khám phá Rollups

3.3.3 Nguyên lý kỹ thuật

Ý tưởng cốt lõi của Plasma:

Thực thi off-chain: Hầu hết công việc được xử lý bên ngoài mạng chính.
Cam kết trạng thái: Định kỳ gửi trạng thái chuỗi Plasma trên mạng chính.
Cơ chế thoát: Người dùng có thể rút tiền từ chuỗi Plasma về mạng chính bất cứ lúc nào.

Quy trình người dùng:

Gửi tài sản vào hợp đồng mạng chính để vào chuỗi Plasma
Thực hiện giao dịch trên chuỗi Plasma
Nhà điều hành định kỳ gửi cam kết trạng thái đến mạng chính
Người dùng có thể bất kỳ lúc nào gửi yêu cầu rút tiền, sau thời gian thách thức có thể lấy lại tài sản.

Xem bản gốc

Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.

17 thích