Bộ ba vấn đề nan giải trong blockchain

Trong kinh tế học, có bộ ba bất khả thi không thể thực hiện được cùng một lúc, đó là: chế độ tỷ giá hối đoái cố định, chính sách tiền tệ độc lập để ổn định giá cả và tự do lưu chuyển vốn. Các quốc gia chỉ có thể thực hiện hai trong ba chính sách này mà thôi. Quốc gia nào cố tình thi hành ba chính sách này cùng một lúc sẽ khó có thể phát triển, thậm chí là thụt lùi.

Trong ngành blockchain cũng vậy. Bộ ba bất khả thi của blockchain là khả năng mở rộng (Scalability), bảo mật (Security) và tính phi tập trung (Decentralization). Một blockchain chỉ thực hiện được 2 trong 3 tính năng này.

Ví dụ, khi phí giao dịch trung bình của Bitcoin tăng, các nghi vấn liên quan đến khả năng mở rộng của Bitcoin cũng xuất hiện ngày càng nhiều. Tương tự như vậy, các vấn đề về khả năng mở rộng của Ethereum được đặt ra khi CryptoKitties (game xây dựng dựa trên nền tảng blockchain của Ethereum) làm chậm toàn bộ mạng.

Bộ ba bất khả thi của blockchain

Phi tập trung (Decentralization)

Phi tập trung là một thuộc tính quan trọng trong blockchain. Nhờ tính năng này, bất kỳ ai cũng có thể tham gia vào một hệ sinh thái phi tập trung mà không gây ảnh hưởng đến hệ thống.

Bitcoin và các mạng blockchain tương tự đều được thiết kế theo tính năng phi tập trung. Toàn bộ hệ thống hoạt động mà không cần một cá nhân hoặc tổ chức nào chịu trách nhiệm. Mọi người đều có quyền truy cập vào cùng một dữ liệu. Nếu ai đó cố gắng gian lận hệ thống bằng cách thay đổi hồ sơ theo hướng có lợi cho họ, thì những người tham gia còn lại sẽ từ chối dữ liệu bị lỗi.

Bên cạnh đó, phi tập trung còn là nền tảng của web3. Hiện tại, chúng ta đang sống trong thời đại của web2 với đầy đủ các trang web và ứng dụng do các công ty kiểm soát, nhưng nội dung lại do người dùng tạo ra. Chính vì sự bất cập này, web3 ra đời. Web3 là kỷ nguyên tiếp theo của Internet. Tại đây, người dùng có thể kiểm soát dữ liệu của họ nhờ công nghệ phi tập trung.

Tuy nhiên, một điều cần lưu ý là do cách thức hoạt động của các hệ thống phi tập trung này, cho nên, khi muốn phê duyệt một vấn đề nào đó, cần phải trưng cầu ý kiến của cộng đồng. Do đó, thông tin cần được chia sẻ và xử lý có thể bị chậm.

Vì vậy, các blockchain cần phải mở rộng quy mô. Điều này đồng nghĩa với việc chúng cần có khả năng xử lý nhiều dữ liệu với tốc độ nhanh hơn.

Ngoài ra, giấc mơ phi tập trung chỉ thành hiện thực nếu các blockchain về cơ bản vẫn giữ được tính bảo mật. Nếu một blockchain thiếu bảo mật, thì một tác nhân xấu có thể kiểm soát và thay đổi dữ liệu theo hướng có lợi cho họ.

Bảo mật (Security)

Một mạng blockchain tốt phải có khả năng chống lại các cuộc tấn công từ những thực thể độc hại. Cho dù mạng blockchain đó có phi tập trung như nào đi chăng nữa, nhưng bảo mật kém cũng khiến cộng đồng rời bỏ và “bay màu”.

Sức “đề kháng” trung bình tối thiểu của các blockchain cần đạt được là phải chống lại các cuộc tấn công như Sybil, DDoS...

Các hệ thống tập trung có được tính bảo mật vì chúng là các hệ thống đóng. Người kiểm soát dữ liệu cũng là người đảm bảo dữ liệu không bị can thiệp. Nhưng làm thế nào để hệ thống phi tập trung làm được như vậy?

Đây vẫn là vấn đề nan giải. Tuy nhiên, chúng ta có thể xem xét Bitcoin như một ví dụ về tính bảo mật trong blockchain phi tập trung.

Blockchain Bitcoin sử dụng kết hợp mật mã và cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW). Về mặt mật mã, mỗi khối có một loại chữ ký số (hoặc chuỗi băm). Mỗi khối dữ liệu được kết nối theo cách không thể bị giả mạo vì bất kỳ thay đổi nào sẽ làm thay đổi chuỗi băm của khối. Mọi nỗ lực thay đổi dữ liệu sẽ nhanh chóng được xác định bởi phần còn lại của mạng.

Cơ chế đồng thuận PoW là một phần khác giúp bảo mật sổ cái của tiền điện tử. Mỗi thành viên của mạng lưới chỉ có thể xác minh các giao dịch mới và thêm chúng vào sổ cái thông qua một hoạt động được gọi là đào. Điều này liên quan đến việc sử dụng sức mạnh tính toán để giải một câu đố toán học. Một phần của quy trình yêu cầu các máy tính này thực hiện nhiều hàm băm. Điều này dẫn đến vấn đề về khả năng mở rộng, vì cơ chế PoW an toàn nhưng tương đối chậm.

Lưu ý, càng nhiều người tham gia (node) thì mạng càng an toàn. Số lượng các bên càng nhiều, thì kẻ xấu càng khó nắm quyền kiểm soát hệ thống.

Tóm lại, bảo mật là yêu cầu cơ bản để một blockchain thành công bởi vì nếu không có bảo mật, những kẻ tấn công có thể chiếm quyền kiểm soát chuỗi, khiến blockchain trở nên vô dụng.

Khả năng mở rộng (Scalability)

Khả năng mở rộng liên quan đến khả năng xử lý giao dịch trên bất kỳ mạng cụ thể nào. Nếu public blockchain (như Bitcoin và Ethereum) không giới hạn đối tượng và số người sử dụng, thì hệ thống nhất định phải được thiết lập khả năng xử lý tình huống nền tảng có hàng triệu người dùng internet tham gia.

Tuy nhiên, đây là điều mà rất nhiều blockchain vẫn đang gặp khó. Bởi vì những nhà phát triển có xu hướng tập trung vào tính phi tập trung và bảo mật trong blockchain.

• Phi tập trung là trọng tâm của các đặc tính và mục tiêu của blockchain, nó nằm ở trung tâm của hầu hết các blockchain được công nhận.
• Bảo mật là yêu cầu cốt lõi để một blockchain trở nên thành công và hữu ích.

Do đó, khả năng mở rộng trở thành một thách thức lớn. Số lượng giao dịch bị hạn chế nghiêm trọng.

Ethereum có thể xử lý khoảng 15 giao dịch mỗi giây, trong khi Bitcoin chỉ có thể xử lý khoảng 7 giao dịch mỗi giây. Tuy nhiên, cả hai con số này đều nhỏ hơn rất nhiều so với dịch vụ thanh toán VISA với khả năng xử lý tới 24.000 giao dịch mỗi giây. Thậm chí ngay cả những đề xuất để giải quyết khả năng mở rộng của blockchain cũng một lần nữa lại trở nên bế tắc, tiến thoái lưỡng nan.

Cách giải quyết ba vấn đề trong blockchain tồn tại

Giải pháp cơ bản và rõ ràng nhất cho vấn đề nêu trên là giảm số lượng người tham gia xác nhận và thêm vào dữ liệu mạng để đổi lấy quy mô và tốc độ lớn hơn. Nhưng làm như vậy sẽ dẫn đến tính phi tập trung bị suy yếu bởi quyền kiểm soát được giao cho thiểu số. Điều đó cũng dẫn đến sự suy yếu về bảo mật vì ít người tham gia vận hành đồng nghĩa với khả năng mạng bị tấn công cao hơn.

Do đó, không có một giải pháp vàng nào cho các vấn đề nan giải này. Nhưng với tầm quan trọng của nó, đã có một số cách tiếp cận khác nhau trong cộng đồng với những kết quả thú vị. Hãy cùng điểm qua những giải pháp phổ biến nhất để có cái nhìn sâu sắc hơn trong lĩnh vực này:

Sharding

Đây là một phương pháp nhằm chia các blockchain (hoặc các loại cơ sở dữ liệu khác) thành các blockchain được phân vùng, nhỏ hơn để quản lý các phân đoạn dữ liệu cụ thể. Thiết lập này giúp giảm bớt áp lực cho blockchain và tương tác trên mạng.

Mỗi blockchain được phân vùng được gọi là một phân đoạn (shard) và có sổ cái riêng. Các phân đoạn này sau đó có thể xử lý các giao dịch của riêng chúng, nhưng có một blockchain beacon (chuỗi báo hiệu) hoặc chuỗi chính quản lý các tương tác giữa các phân đoạn. Điều này làm cho phân đoạn trở thành một giải pháp nâng cấp khả năng mở rộng các mạng Layer 1, vì nó là một sự thay đổi đối với mạng chính của một blockchain.

Các cơ chế đồng thuận khác

Một trong những lý do khiến bộ ba vấn đề tồn tại trong mạng Bitcoin là do cách thức hoạt động của PoW để đảm bảo tính bảo mật. Nhu cầu về các công cụ đào, các thuật toán tiền điện tử và một lượng lớn sức mạnh tính toán phi tập trung tạo ra hệ thống an toàn, nhưng chậm chạp.

Vì vậy, việc tìm một cách khác để đảm bảo sự đồng thuận là một trong những cách tiếp cận để giải quyết vấn đề nan giải. Đây là một trong những lý do đằng sau việc Ethereum chuyển từ PoW sang Proof of Stake (PoS).

Trong blockchain PoS, những người tham gia xác thực giao dịch phải stake các token của họ. Từ đó, không cần các máy đào chuyên dụng cao. Việc thêm nhiều trình xác thực vào mạng rẻ, đơn giản và dễ tiếp cận hơn. PoS chỉ là một trong nhiều cách tiếp cận khác nhau đối với các cơ chế đồng thuận có tính đến khả năng mở rộng.

Giải pháp Layer 2

Cả hai cơ chế đồng thuận và sharding đều được xem là những giải pháp Layer1. Vì các giải pháp này đều có lối tiếp cận từ thiết kế cơ bản bên dưới mạng. Nhưng các nhà phát triển khác đang tìm cách giải quyết các vấn đề nan giải này theo một cách khác - các giải pháp xây dựng dựa trên cấu trúc mạng hiện có. Nói cách khác, họ nghĩ rằng câu trả lời nằm ở mạng layer2. Ví dụ về các giải pháp này bao gồm các sidechain và các kênh trạng thái.

Một sidechain về cơ bản là một blockchain riêng biệt được kết nối với chuỗi chính. Nó được thiết lập theo cách mà nội dung có thể lưu chuyển tự do giữa hai bên. Quan trọng là sidechain có thể hoạt động theo các quy tắc khác nhau, cho phép tốc độ và quy mô lớn hơn.

Tương tự, các kênh trạng thái là một cách khác để loại bỏ các giao dịch khỏi chuỗi chính và giảm bớt áp lực lên Layer1. Một kênh trạng thái sử dụng hợp đồng thông minh, thay vì một chuỗi riêng biệt, để cho phép người dùng tương tác với nhau mà không cần xuất bản giao dịch của họ lên blockchain. Blockchain chỉ ghi lại điểm bắt đầu và kết thúc của kênh.

Kết luận

Vấn đề nan giải về khả năng mở rộng nằm trong cách blockchain phát huy tiềm năng của nó như một công nghệ thay đổi thế giới. Nếu các mạng blockchain chỉ có thể xử lý một số lượng nhỏ giao dịch mỗi giây để duy trì sự phi tập trung và bảo mật, thì sẽ rất khó để công nghệ này được áp dụng hàng loạt.

Tuy nhiên, các giải pháp hiện được đưa ra bởi các nhà phát triển cho thấy công nghệ blockchain sẽ được phát triển hơn nữa và các mạng này cũng có thể xử lý nhiều dữ liệu hơn trong tương lai.

VIC Crypto tổng hợp

Tin tức liên quan:

Google ra mắt Blockchain Node Engine hỗ trợ Ethereum

6 ứng dụng Blockchain nổi bật trong thực tiễn ngoài tiền điện tử

Mối quan hệ giữa blockchain và web3