Khái niệm về nghịch lý tam giác của chuỗi khối là gì?

Chuỗi khối giới hạn số lượng giao dịch xử lý mỗi giây. Ví dụ, mạng Bitcoin có thể xử lý khoảng bảy giao dịch mỗi giây. Sau khi công nghệ chuỗi khối được phổ biến rộng rãi, khả năng xử lý dữ liệu và tốc độ sẽ được nâng cao đáng kể, số lượng người dùng tăng lên cũng không làm chậm mạng hoặc làm tăng phí giao dịch. Tuy nhiên, nguyên tắc thiết kế cơ bản của nhiều mạng phi tập trung lại tập trung vào việc nâng cao khả năng mở rộng, thường sẽ làm yếu đi tính phi tập trung hoặc an toàn. Đây chính là cái gọi là “nghịch lý tam nguyên của chuỗi khối”. Các nhà phát triển đang thử nghiệm các cơ chế đồng thuận khác nhau, cũng như các giải pháp mở rộng như sharding, sidechain và trạng thái kênh, hy vọng có thể giải quyết vấn đề này.

Giới thiệu

Nói ngắn gọn, chuỗi khối chính là cơ sở dữ liệu số phân tán. Các khối dữ liệu được tổ chức theo thứ tự thời gian. Các khối được kết nối bằng chứng mã hóa và được bảo vệ an toàn. Công nghệ này đã được áp dụng trong nhiều ngành, đang thay đổi cách chúng ta làm việc và sinh hoạt.

Ý tưởng này là, sau khi chuỗi khối phi tập trung và an toàn ra đời, mọi người không cần dựa vào mạng lưới hoặc thị trường của bên thứ ba để duy trì hoạt động của thế giới. Tuy nhiên, các chuyên gia đều cho rằng, để công nghệ này phổ biến quy mô lớn, trước tiên cần giải quyết một vấn đề cốt lõi, đó chính là “nghịch lý tam nguyên của chuỗi khối” đang được bàn luận nhiều.

Vitalik Buterin, đồng sáng lập Ethereum, đã giúp thuật ngữ này trở nên phổ biến. Để hiểu khái niệm này, cần biết ba yếu tố chính trong chuỗi khối: phi tập trung, an toàn và khả năng mở rộng. “Nghịch lý tam nguyên của chuỗi khối” đề cập đến việc khó để đạt được cả ba thuộc tính này cùng lúc ở mức tối ưu. Việc tăng cường một thuộc tính thường sẽ làm yếu đi thuộc tính khác.

Bài viết sẽ nghiên cứu ba yếu tố chính trong nghịch lý tam nguyên, và phân tích chi tiết từng yếu tố. Việc thảo luận sâu về từng yếu tố và mối quan hệ giữa chúng sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức và nguyên nhân tồn tại của nghịch lý tam nguyên của chuỗi khối. Bài viết cũng sẽ đề cập đến một số giải pháp được các nhà phát triển đề xuất.

Phi tập trung là gì?

Theo thiết kế, Bitcoin và các mạng chuỗi khối tương tự đều có đặc tính phi tập trung. Kiến trúc tổng thể của loại mạng này không do cá nhân hoặc tổ chức đơn lẻ quản lý, mà phi tập trung. Mạng lưới mở cho tất cả các người tham gia. Do đó, quyền kiểm soát hoàn toàn phân tán, không nằm trong tay một thực thể duy nhất. Mọi người đều có thể truy cập dữ liệu giống nhau. Nếu có ai đó cố ý sửa đổi ghi chép theo ý muốn, hoặc gian lận trong hệ thống, các người tham gia khác có thể bác bỏ dữ liệu sai.

Cách vận hành này khá phức tạp về mặt kỹ thuật, lấy mạng Bitcoin làm ví dụ, trong đó không có sự kiểm soát của bên thứ ba. So sánh với hệ thống tài chính, các ngân hàng tăng cường niềm tin giữa các bên giao dịch và đảm bảo lưu trữ chính xác tất cả các ghi chép. Nhưng, chuỗi khối Bitcoin chia sẻ dữ liệu với tất cả mọi người trong mạng, để đảm bảo dữ liệu được xác minh trước khi thêm vào cơ sở dữ liệu số. Từ đó hình thành hệ thống không cần sự can thiệp của bên thứ ba.

Phi tập trung mang lại khả năng Web3. Hiện tại, internet của chúng ta đang ở giai đoạn Web2. Trong Web2, các trang web và ứng dụng do các công ty lớn kiểm soát, nhưng nội dung do người dùng tạo ra. Web3 là xu hướng phát triển tiếp theo. Trong internet Web3, mọi người dựa vào công nghệ chuỗi khối phi tập trung để tự kiểm soát dữ liệu và cuộc sống trực tuyến của mình.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, cách hoạt động của các hệ thống phân tán này đòi hỏi nhiều người tham gia phải đồng thuận về tính hợp lệ của tất cả dữ liệu, điều này yêu cầu chia sẻ và xử lý thông tin, dẫn đến thời gian giao dịch chậm lại. Vì vậy, chuỗi khối cần mở rộng, tức là xử lý được nhiều dữ liệu hơn với tốc độ nhanh hơn. Chúng ta sẽ tiếp tục bàn về khả năng mở rộng khi đề cập đến chủ đề này.

Ngoài ra, để đạt được phi tập trung, trước tiên phải đảm bảo an toàn của chuỗi khối nền tảng. Nếu chuỗi khối thiếu an toàn, các phần tử xấu sẽ dễ lợi dụng, tùy ý sửa đổi dữ liệu. Điều này dẫn đến phần thứ hai của nghịch lý tam nguyên: an toàn.

An toàn của chuỗi khối là gì?

Nếu thiếu an toàn, thì dù chuỗi khối có phi tập trung đến đâu đi nữa, cũng vô nghĩa. Một mạng chuỗi khối vững chắc phải có khả năng chống lại các cuộc tấn công của các thực thể độc hại. Hệ thống tập trung là kín, do đó có thể đảm bảo an toàn. Người kiểm soát có thể đảm bảo dữ liệu không bị can thiệp. Nhưng, trong hệ thống phi tập trung, mọi người đều có thể tham gia, làm thế nào để đảm bảo an toàn?

Đây là một chủ đề phức tạp. Quay lại ví dụ Bitcoin, với tính phi tập trung của chuỗi khối, an toàn của nó dựa vào sự kết hợp của mật mã và cơ chế đồng thuận gọi là “bằng chứng công việc(PoW)”. Từ góc độ mật mã, mỗi khối đều có chữ ký số, hay còn gọi là “giá trị băm”. Mọi chỉnh sửa đều làm thay đổi giá trị băm của khối, do đó các khối dữ liệu được kết nối theo cách không thể bị sửa đổi. Mọi cố gắng thay đổi dữ liệu sẽ bị phần còn lại của mạng phát hiện nhanh chóng.

Cơ chế đồng thuận bằng chứng công việc cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho sổ cái tiền mã hóa. Hiểu về bằng chứng công việc không hề đơn giản, nhưng để mục đích bài viết này, chỉ cần nhớ rằng, các thành viên mạng chỉ có thể xác minh các giao dịch mới, và thêm các giao dịch này vào sổ cái qua hoạt động “đào”. Quá trình này liên quan đến việc sử dụng sức mạnh tính toán để giải các bài toán toán học. Trong quá trình tính toán, các máy tính cần thực hiện hàng loạt hàm băm. Mặc dù cơ chế bằng chứng công việc an toàn, nhưng khá chậm, dẫn đến vấn đề mở rộng khả năng.

Lưu ý nữa, số lượng người tham gia (nút mạng) càng nhiều, mạng càng an toàn. Số lượng người tham gia càng lớn, các phần tử xấu càng khó kiểm soát hệ thống. Điều này liên quan đến khái niệm “tấn công 51%”. Ý nghĩa sơ bộ của nó là, nếu một thực thể đơn lẻ (hoặc nhóm phần tử xấu) kiểm soát hơn 50% sức mạnh băm của toàn mạng, họ có thể dễ dàng đảo ngược các đồng thuận, và sửa đổi dữ liệu trên chuỗi, ví dụ như vấn đề double-spending.

Tóm lại, an toàn là nền tảng để chuỗi khối thành công. Thiếu an toàn, kẻ tấn công dễ dàng kiểm soát, thì chuỗi khối sẽ vô giá trị.

Khả năng mở rộng là gì?

Khả năng mở rộng đề cập đến mục tiêu xây dựng chuỗi khối để nâng cao tốc độ giao dịch mỗi giây. Nếu muốn chuỗi khối phục vụ cộng đồng rộng lớn hơn, hoặc hàng tỷ người dùng, mở rộng là điều tất yếu. Tuy nhiên, đây chính là vấn đề mà nhiều chuỗi khối vẫn đang vật lộn.

Nguyên nhân là, phi tập trung và an toàn là những vấn đề cốt lõi của chuỗi khối, nên luôn được ưu tiên hàng đầu. Phi tập trung là cốt lõi của ý tưởng và mục tiêu của chuỗi khối. Hầu hết các chuỗi khối nổi tiếng đều giữ vững nguyên tắc này. Như đã đề cập, an toàn là yêu cầu cốt lõi để chuỗi khối thành công và có giá trị.

Tuy nhiên, ưu tiên phi tập trung và an toàn khiến khả năng mở rộng trở thành một thách thức. Số lượng giao dịch xử lý trên một chuỗi đơn bị giới hạn nghiêm trọng. Các hệ thống thanh toán tập trung như Visa tuyên bố có thể xử lý 24.000 giao dịch mỗi giây, vì mạng này kín, không bị ảnh hưởng bởi các nút công cộng hay cơ chế đồng thuận. Hãy so sánh các chuỗi khối nổi bật.

Theo Bloomberg 2022, “Tính đến tháng 9, Bitcoin khó xử lý quá 7 giao dịch mỗi giây, trong khi mạng Ethereum phổ biến thứ hai giới hạn khoảng 15 giao dịch mỗi giây. So với các nền tảng giao dịch truyền thống, điều này thật sự chậm đến mức khiến người ta nghi ngờ về khả năng của nó.”

Như đã đề cập, do cách xử lý thông tin của các người tham gia trong mạng phi tập trung, cũng như bản chất của cơ chế đồng thuận bằng chứng công việc, các chuỗi khối này bị giới hạn tốc độ giao dịch. Nếu ngày càng nhiều người bắt đầu sử dụng công nghệ chuỗi khối, khả năng xử lý giao dịch của mạng sẽ bị quá tải, dẫn đến tắc nghẽn mạng.

Tại sao tồn tại nghịch lý tam nguyên của chuỗi khối?

Giải pháp rõ ràng nhất cho vấn đề này là giảm số lượng người tham gia xác nhận và thêm dữ liệu vào mạng, để mở rộng mạng và tăng tốc. Nhưng, làm vậy sẽ làm giảm tính phi tập trung, chuyển quyền kiểm soát sang số ít người tham gia. Số lượng người tham gia ít hơn đồng nghĩa với khả năng bị tấn công cao hơn, và làm yếu đi tính an toàn.

Từ đó, nghịch lý tam nguyên hình thành: trong nguyên lý vận hành của chuỗi khối, hai thuộc tính cần thiết là phi tập trung và an toàn liên kết chặt chẽ, khiến khả năng mở rộng khó đạt được. Ba yếu tố này luôn trong trạng thái cân bằng không đồng đều. Làm thế nào để thúc đẩy khả năng mở rộng mà không làm tổn hại đến phi tập trung hoặc an toàn, hoặc cả hai?

Giải pháp cho nghịch lý tam nguyên của chuỗi khối

Với nghịch lý tam nguyên, không có giải pháp toàn diện nào. Do tầm quan trọng của vấn đề, cộng đồng đã đề xuất nhiều phương án khác nhau, và đã đạt được một số thành quả. Hãy điểm qua các xu hướng phổ biến nhất để mọi người có thể cập nhật tiến trình mới nhất trong lĩnh vực này.

1. Sharding

Là phương pháp chia nhỏ chuỗi khối hoặc các loại cơ sở dữ liệu khác thành các phân đoạn nhỏ hơn, quản lý dữ liệu theo từng phần. Cách thiết lập này giảm bớt gánh nặng cho một chuỗi duy nhất xử lý tất cả các giao dịch và tương tác của mạng. Mỗi phân đoạn của chuỗi khối gọi là “shard”, có sổ cái riêng. Các shard này sau đó có thể tự xử lý giao dịch, nhưng sẽ do “beacon chain” hoặc chuỗi chính quản lý việc tương tác giữa các shard. Điều này làm thay đổi cách hoạt động của mạng chính của chuỗi khối, do đó, sharding trở thành một nâng cấp khả năng mở rộng Layer 1.

2. Các cơ chế đồng thuận khác nhau

Một trong những nguyên nhân chính gây ra nghịch lý tam nguyên trong mạng Bitcoin là cách hoạt động của cơ chế “bằng chứng công việc” để đảm bảo an toàn. Để hệ thống an toàn, các thợ mỏ, thuật toán tiền mã hóa và sức mạnh tính toán phi tập trung lớn đều không thể thiếu, nhưng cũng làm chậm hệ thống. Tìm kiếm các phương pháp khác để đảm bảo đồng thuận là một cách để giải quyết nghịch lý này. Đây chính là lý do Ethereum chuyển từ bằng chứng công việc sang bằng chứng cổ phần(PoS).

Trong chuỗi khối dựa trên bằng chứng cổ phần, các người tham gia phải đặt cược (khóa) token của mình để tham gia xác minh giao dịch, nhưng không cần máy đào chuyên dụng cao cấp. Thêm nhiều người xác thực hơn trong mạng dễ dàng hơn. Cơ chế đồng thuận bằng chứng cổ phần chỉ là một trong nhiều phương pháp để mở rộng khả năng của hệ thống.

3. Giải pháp Layer-2

Sharding và các cơ chế đồng thuận khác đều là các giải pháp Layer-1, nhằm thay đổi thiết kế cơ bản của mạng nền tảng. Tuy nhiên, các nhà phát triển khác nghiên cứu xây dựng các giải pháp dựa trên cấu trúc mạng hiện tại, nhằm giải quyết nghịch lý tam nguyên. Nói cách khác, họ cho rằng giải pháp nằm ở các mạng Layer 2, hay còn gọi là “Layer 2”. Các ví dụ liên quan gồm sidechain và trạng thái kênh.

Sidechain về cơ bản là chuỗi khối độc lập kết nối với chuỗi chính. Qua thiết lập này, tài sản có thể tự do chuyển giữa hai chuỗi. Quan trọng, sidechain có thể vận hành theo các quy tắc khác nhau, giúp tăng tốc và mở rộng. Tương tự, trạng thái kênh là cách di chuyển các giao dịch ra khỏi chuỗi chính, giảm tải Layer 1. Trạng thái kênh không dùng chuỗi riêng, mà sử dụng hợp đồng thông minh, cho phép người dùng tương tác với nhau mà không cần đăng giao dịch lên chuỗi khối. Chuỗi khối chỉ cần ghi lại điểm bắt đầu và kết thúc của kênh.

Tổng kết

Nghịch lý tam nguyên của chuỗi khối cản trở tiềm năng của công nghệ này trong việc thúc đẩy thay đổi thế giới. Nếu mạng chuỗi khối chỉ xử lý được ít giao dịch mỗi giây để duy trì tính phi tập trung và an toàn, thì khó có thể đạt được phổ biến quy mô lớn. Tuy nhiên, theo các giải pháp mới nhất do các nhà phát triển đề xuất, mạng chuỗi khối chỉ có thể tiến xa hơn trong tương lai nếu liên tục thúc đẩy tiến bộ công nghệ hiện tại, để đạt được bước nhảy vọt về khả năng xử lý dữ liệu. **$LAYER **