Giới thiệu

Trong bối cảnh sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế số, công nghệ blockchain, như một đại diện của các cơ chế tin cậy phi tập trung, đang dần thâm nhập vào các lĩnh vực như tài chính, chuỗi cung ứng và chăm sóc sức khỏe. Tuy nhiên, hệ thống blockchain truyền thống, thường dựa trên kiến trúc tuyến tính đơn lẻ, bao gồm cả blockchain Turing-complete như Ethereum, ngày càng không thể đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng tăng. Chúng đối mặt với những thách thức nghiêm trọng về khả năng mở rộng và tốc độ xử lý giao dịch. Công nghệ song song của blockchain đã xuất hiện để giải quyết những vấn đề này, nhằm cho phép xử lý đồng thời nhiều giao dịch.

Mô hình thực hiện song song cho giao dịch hợp đồng thông minh Blockchain (Nguồn: jos.org）

Blockchain song song giới thiệu một thiết kế xử lý song song trong blockchain, cho phép nhiều giao dịch hoặc hợp đồng thông minh được xử lý đồng thời thay vì tuần tự. Cơ chế này cho phép mạng blockchain xử lý nhiều giao dịch cùng một lúc, tăng đáng kể công suất và giảm trễ giao dịch, từ đó trở thành một giải pháp cốt lõi để đáp ứng nhu cầu ứng dụng quy mô lớn.

Bài viết này đi sâu vào những nguyên tắc cốt lõi của song song hóa blockchain, phân tích những lợi ích và thách thức trong ứng dụng thực tế. Nó trưng bày sự khám phá và thực hành của các dự án hàng đầu về công nghệ song song hóa, nhằm cung cấp cái nhìn có giá trị cho sự phát triển tương lai của công nghệ blockchain.

Chiến lược triển khai kỹ thuật

Thực hiện song song, một kỹ thuật cho phép nhiều nhiệm vụ chạy đồng thời, đã được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xử lý dữ liệu và kỹ thuật dựng hình đồ hoạ. Việc giới thiệu khái niệm này vào hệ thống blockchain giảm hiệu quả thời gian xử lý giao dịch và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về sức mạnh tính toán.

Có nhiều phương pháp khác nhau để triển khai xử lý song song. Một số dự án blockchain tập trung vào việc thực hiện song song của hợp đồng thông minh, trong khi những dự án khác nhằm mục tiêu song song hóa trong xác minh giao dịch và cập nhật trạng thái. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều đối mặt với những thách thức kỹ thuật cụ thể khi cố gắng cải thiện hiệu suất mạng, với các chi tiết triển khai phụ thuộc vào phương pháp được chọn.

Thực thi song song so với các đường thực thi truyền thống (Nguồn: foresightnews.pro）

Truy cập Trạng thái / Mô hình lạc quan

Hầu hết các chuỗi khối có khả năng thực thi song song đều dựa trên hai phương pháp phổ biến: phương pháp truy cập trạng thái và mô hình lạc quan.

Phương pháp truy cập trạng thái là một cách tiếp cận chiến lược nhằm xác định một cách chủ động các giao dịch nào có thể truy cập vào các phần cụ thể của trạng thái blockchain, từ đó cho phép blockchain chỉ định các giao dịch độc lập. Ngược lại, mô hình lạc quan giả định rằng tất cả các giao dịch đều độc lập, chỉ xác minh giả định này theo hồi tưởng và điều chỉnh nếu cần thiết.

Trong mô hình truy cập trạng thái, việc thực thi giao dịch thường sử dụng chiến lược kiểm soát đồng thời lạc quan, giả định rằng các giao dịch không xung đột. Sự quay lại chỉ xảy ra khi xung đột thực sự xảy ra. Phương pháp này tăng cường thông lượng giao dịch và cải thiện trải nghiệm người dùng, mặc dù nó yêu cầu một cơ chế phát hiện xung đột được thiết kế chính xác để đảm bảo tính nhất quán dữ liệu và an ninh hệ thống.

Kiến trúc chia nhỏ

Sharding là một trong những giải pháp phổ biến nhất để song song hóa các blockchain. Ý tưởng cốt lõi của nó là chia mạng blockchain thành nhiều phân đoạn, cho phép mỗi phân đoạn xử lý độc lập các giao dịch và dữ liệu. Thiết kế này cải thiện đáng kể khả năng xử lý mạng và khả năng mở rộng, giải quyết tắc nghẽn hiệu suất của các blockchain truyền thống. Các dự án hiện tại sử dụng công nghệ sharding bao gồm Ethereum 2.0, Zilliqa, NEAR Protocol và QuarkChain. Các dự án này giải quyết hiệu quả các vấn đề về khả năng mở rộng blockchain thông qua sharding, nâng cao hiệu quả mạng.

Khi áp dụng vào các ứng dụng blockchain, công nghệ sharding thường được triển khai theo ba phương pháp sau:

Như chúng ta có thể thấy, công nghệ sharding có thể phân vùng giao dịch một cách hiệu quả. Mặc dù mỗi phương pháp sharding đều có những ưu điểm riêng trong việc cải thiện khả năng mở rộng, nhưng tất cả đều đối mặt với thách thức chung của giao tiếp giữa các phân vùng. Sự hoàn thiện liên tục của các thuật toán đồng nhất dữ liệu là cần thiết để đảm bảo hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Ví dụ về TON's Dynamic Sharding

Trong kiến trúc blockchain có phân mảnh, TON (The Open Network) nổi bật nhờ thiết kế “phân mảnh động” của nó. Sử dụng “Mô hình Phân mảnh Vô tận” (ISP), TON có thể điều chỉnh linh hoạt số lượng phân mảnh để đáp ứng yêu cầu mạng thời gian thực, đạt được quản lý phân mảnh hiệu quả. Kiến trúc này thể hiện tiềm năng hiệu suất đáng kể, cho phép TON duy trì hiệu suất cao khi xử lý lượng giao dịch lớn và giải quyết các vấn đề về tính mở rộng mà blockchain truyền thống đối mặt.

Cấu trúc sharding của TON bao gồm bốn cấp độ chuỗi:

1. AccountChain: Một chuỗi giao dịch liên kết với một tài khoản cụ thể. Thông thường là một khái niệm ảo, AccountChain cung cấp một bản ghi giao dịch độc lập cho mỗi tài khoản, đảm bảo sắp xếp theo chuỗi và tính nhất quán trạng thái theo quy tắc cụ thể.
2. ShardChain: Một bộ sưu tập của nhiều AccountChains, chịu trách nhiệm chủ yếu cho việc xử lý giao dịch và dữ liệu. Sự độc lập của mỗi ShardChain cho phép mỗi shard duy trì trạng thái giao dịch của nó một cách độc lập.
3. WorkChain: Bao gồm nhiều ShardChains với các quy tắc có thể tùy chỉnh. Ví dụ, một WorkChain dựa trên EVM có thể được tạo ra để hỗ trợ các môi trường hợp đồng thông minh cụ thể. Tính linh hoạt của WorkChains cho phép người dùng tùy chỉnh cấu trúc chuỗi cho các nhu cầu cụ thể, mặc dù việc tạo chúng đòi hỏi quy trình quản trị nghiêm ngặt.
4. MasterChain: Chuỗi lõi của mạng TON, cung cấp tính cuối cùng cho tất cả các ShardChains. Khi hàm băm khối của ShardChain được hợp nhất vào khối MasterChain, nó sẽ trở nên bất biến.

Cấu trúc sharding độc đáo của TON hỗ trợ xử lý song song trên nhiều chuỗi, với sự phối hợp hiệu quả đạt được thông qua MasterChain (Nguồn:OKX)

Trong thực tế, TON tự động điều chỉnh số lượng shards để phản ứng với sự thay đổi trong tải mạng. Số lượng ShardChains tăng hoặc giảm tự động tùy thuộc vào tải hiện tại, cho phép mạng hoạt động hiệu quả: khi tải tăng, TON tinh refine các shards để xử lý nhiều giao dịch hơn; khi tải giảm, các shards sáp nhập để tiết kiệm tài nguyên. Thông qua Paradigm chia shard vô tận, TON có thể hỗ trợ một số lượng shard gần như không giới hạn, lý thuyết đạt đến 2 mũ 60 WorkChains. Ngoài ra, TON thích nghi bằng cách tự động tạo ra thêm các shard ở các khu vực có tần suất giao dịch tăng, cải thiện hiệu quả xử lý.

Thiết kế phân mảnh động phụ thuộc rất nhiều vào giao tiếp chuỗi chéo. Đối với điều này, TON đã giới thiệu thuật toán định tuyến hypercube. Dựa trên cấu trúc liên kết chiều cao, thuật toán này gán một mã định danh duy nhất cho mỗi nút WorkChain, cho phép truyền thông tin giữa các chuỗi thông qua đường dẫn ngắn nhất, đáp ứng nhu cầu định tuyến trong môi trường phân mảnh quy mô lớn. Hơn nữa, TON đã phát triển "Instant Hypercube Routing", tận dụng nút gốc Merkle Trie để cung cấp bằng chứng về định tuyến, đơn giản hóa việc nhắn tin chuỗi chéo phức tạp và nâng cao hiệu quả giao tiếp.

Kết hợp với Cơ chế đồng thuận PoS

So với cơ chế Proof of Work (PoW) truyền thống, cơ chế Proof of Stake (PoS) chọn các nút có nhiều token hơn để tham gia vào sự nhất trí, giảm sự tập trung của công suất tính toán và giảm thiểu sự cạnh tranh và tiêu thụ năng lượng giữa các thợ đào. Điều này nâng cao hiệu suất đồng thời đảm bảo an ninh hệ thống và phi tập trung. Kết hợp của Ethereum 2.0 giữa PoS và sharding là một ví dụ điển hình về công nghệ này.

Cụ thể, Ethereum 2.0 chia mạng lưới thành nhiều mảnh và sử dụng cơ chế đồng thuận PoS để phân công nhiệm vụ cho nhiều người xác minh, với mỗi người xác minh chịu trách nhiệm xác minh giao dịch trong một mảnh, tăng đáng kể năng suất. PoS cũng giảm thiểu rủi ro của bất kỳ người xác minh đơn lẻ nào kiểm soát quá mức bằng cách chọn ngẫu nhiên người xác minh, tăng cường tính phân quyền của mạng lưới blockchain. Về mặt bảo mật, việc xác minh của mỗi mảnh được quản lý bởi các nhóm nút khác nhau, vì vậy kẻ tấn công sẽ cần kiểm soát nhiều mảnh để tiến hành tấn công, làm cho việc thực hiện tấn công 51% trở nên khó khăn hơn. Cơ chế bảo vệ đa tầng này cải thiện bảo mật mạng lưới.

Tương tự, NEAR Protocol [2] cũng kết hợp công nghệ PoS và sharding. Thông qua giao thức “Nightshade”, NEAR tích hợp sự đồng thuận PoS trong một thiết kế blockchain song song, tăng cường hiệu suất trong khi cho phép mỗi shard chỉ duy trì phần của nó. Điều này không chỉ đảm bảo tính nhất quán của mạng toàn cầu mà còn nâng cao an ninh hệ thống.

Song song dựa trên tính toán

Thực thi song song dựa trên tính toán là một khái niệm mới tương đối nhằm tối ưu hóa hiệu suất xử lý blockchain bằng cách chia nhỏ các nhiệm vụ tính toán phức tạp thành các đơn vị nhỏ hơn để thực thi song song. Mặc dù mô hình đổi mới này chưa được áp dụng rộng rãi, tuy nhiên tiềm năng tác động cách mạng của nó là đáng chú ý.

Trong thực tế, tính toán phức tạp được phân phối cho các nút khác nhau để thực hiện song song, và kết quả được tổng hợp sau khi mỗi nút hoàn thành tính toán của mình. Phương pháp này cải thiện hiệu suất tính toán, giảm trễ giao dịch và rất phù hợp cho các ứng dụng tính toán tốn kém. Tuy nhiên, triển khai phương pháp này đặt ra một số thách thức, như đảm bảo hiệu suất giao tiếp giữa các nút và đạt được tính nhất quán cuối cùng của kết quả tính toán.

Hai Nghiên Cứu Trường Hợp Nổi Bật

Trong quá trình tiến hóa của công nghệ blockchain, Ethereum 2.0 và Polkadot nổi lên như hai ví dụ tiên phong. Những dự án này đang ở hàng đầu trong việc giải quyết những thách thức quan trọng trong không gian blockchain - đó là tính mở rộng, bảo mật và bền vững. Hãy đi sâu vào một phân tích chi tiết về hai trường hợp đột phá này.

Ethereum 2.0

Ethereum 2.0 (Eth2) là một bản nâng cấp lớn cho mạng Ethereum 1.0 nhằm mục tiêu nâng cao khả năng mở rộng, bảo mật và bền vững. Thực hiện song song là một thành phần quan trọng trong việc đạt được những mục tiêu này.

Bằng cách chuyển đổi từ cơ chế Proof of Work (PoW) sang Proof of Stake (PoS), Ethereum 2.0 giới thiệu sharding, chia toàn bộ mạng blockchain thành các "phân đoạn" nhỏ hơn. Mỗi phân đoạn có thể xử lý và xác minh giao dịch một cách độc lập, tăng đáng kể thông lượng tổng thể. Ngoài ra, Ethereum 2.0 cho phép mỗi phân đoạn duy trì trạng thái độc lập của riêng mình, tăng cường hơn nữa hiệu quả thực thi song song và giảm tải cho chuỗi chính, do đó cho phép xử lý giao dịch hiệu quả hơn. Cuối cùng, Ethereum 2.0 kết hợp cơ chế giao tiếp giữa các phân đoạn hiệu quả để đảm bảo tính nhất quán và tương tác dữ liệu giữa các phân đoạn khác nhau, điều này rất cần thiết để hỗ trợ các ứng dụng phi tập trung phức tạp [3].

Thông qua xử lý song song, Ethereum 2.0 dự kiến sẽ tăng tốc độ xử lý giao dịch một cách đáng kể, hiệu quả giải quyết nhu cầu người dùng ngày càng tăng và các kịch bản ứng dụng đa dạng, đặc biệt là trong các lĩnh vực như DeFi và NFTs. Tóm lại, bằng cách giới thiệu thực thi song song, Ethereum 2.0 không chỉ đạt được một đột phá kỹ thuật mà còn xác lập một nền tảng mạnh mẽ hơn cho sự phát triển của các ứng dụng phi tập trung, nâng cao tính thích nghi của mạng Ethereum trong tương lai.

Minh họa về việc chia dữ liệu Ethereum 2.0 (Nguồn:sohu.com)

Polkadot

Polkadot là một giao thức mạng đa chuỗi sáng tạo được thiết kế để kích hoạt tính tương thích và khả năng mở rộng giữa các chuỗi khối. Là một kiến trúc đa chuỗi không đồng nhất, Polkadot bao gồm một “Relay Chain” tập trung và nhiều “Parachain” độc lập. Mỗi Parachain có thể có mô hình quản trị và kinh tế riêng, cho phép các chuỗi khối khác nhau tương tác và chia sẻ dữ liệu một cách hiệu quả.

Thiết kế của Polkadot tận dụng cơ chế bảo mật chung, đảm bảo rằng tất cả các Parachain đều được hưởng lợi từ bảo mật do Relay Chain cung cấp, từ đó giảm bớt gánh nặng bảo mật trên từng Parachain riêng biệt. Ngoài ra, Polkadot sử dụng công nghệ thực thi song song, cho phép nhiều Parachain xử lý giao dịch đồng thời, tăng đáng kể tổng lưu lượng mạng. Khả năng xử lý song song này giúp Polkadot hiệu quả xử lý yêu cầu giao dịch ngày càng tăng, đặc biệt là trong các kịch bản ứng dụng phức tạp như DeFi, NFT và các kịch bản khác [4].

Cơ chế Chuyển thông điệp qua chuỗi của Polkadot (XCMP) cho phép tương tác liền mạch giữa các Parachain khác nhau, mang lại cho nhà phát triển phạm vi sáng tạo rộng hơn. Thông qua XCMP, nhà phát triển có thể tạo ra các ứng dụng phi tập trung liên kết, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của hệ sinh thái.

Cấu trúc tương tác Polkadot (Nguồn: Polkadot là gì? Giới thiệu ngắn gọn - ImmuneBytes)

So sánh tính năng

Ethereum 2.0 SO VỚI Polkadot (Nguồn bảng: gate Learn)

Giải pháp thay thế

Giải quyết các thách thức về khả năng mở rộng của blockchain vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Ngoài công nghệ thực hiện song song, còn có một số giải pháp thay thế khác cho khả năng mở rộng đáng xem xét.

Giải pháp Layer 2

Các giải pháp Lớp 2 (L2) được thiết kế đặc biệt để mở rộng dung lượng blockchain. Về cốt lõi, chúng cung cấp một lớp thực thi độc lập, thường bao gồm hai phần: mạng lưới xử lý các giao dịch và hợp đồng thông minh được triển khai trên blockchain cơ bản. Các hợp đồng thông minh xử lý các tranh chấp và chuyển tiếp kết quả đồng thuận từ mạng L2 đến chuỗi chính để xác nhận và xác nhận.

Các giải pháp lớp 2 cung cấp các ưu điểm và tính năng kỹ thuật khác biệt. Đầu tiên, chúng cải thiện đáng kể khả năng mở rộng vì các giao dịch không cần phải được xác nhận riêng lẻ trên chuỗi chính. L2 có thể xử lý khối lượng giao dịch cao hơn, giảm bớt tắc nghẽn trên các mạng Lớp 1 (như Ethereum và Bitcoin) và giảm đáng kể phí giao dịch thông qua xử lý ngoài chuỗi. Mặc dù hầu hết các hoạt động xảy ra ngoài chuỗi, L2 vẫn dựa vào tính bảo mật của chuỗi chính, đảm bảo rằng kết quả giao dịch cuối cùng vừa đáng tin cậy vừa bất biến.

Các giải pháp L2 phổ biến bao gồm các kênh trạng thái, Rollups và Plasma. Các kênh trạng thái cho phép nhiều người tham gia tương tác ngoài chuỗi thường xuyên, chỉ gửi trạng thái cuối cùng đến blockchain ở cuối; Lightning Network của Bitcoin là một ví dụ điển hình. Rollups, hiện là giải pháp L2 được áp dụng rộng rãi nhất, được chia thành Optimistic Rollups và zk-Rollups: Optimistic Rollups giả định các giao dịch là hợp lệ trừ khi bị tranh cãi, trong khi zk-Rollups sử dụng bằng chứng không có kiến thức để đảm bảo tính chính xác của giao dịch khi dữ liệu được gửi. Plasma là một khuôn khổ cho phép tạo ra các chuỗi con nhiều lớp, mỗi chuỗi có khả năng xử lý nhiều giao dịch.

Tổng quan về giải pháp Lớp 2 (Nguồn: blackmountainig.com)

Cải thiện cơ chế đồng thuận

Cải thiện cơ chế đồng thuận cũng là một phương pháp hiệu quả để tăng khả năng mở rộng của blockchain. Điều này bao gồm việc giới thiệu các thuật toán đồng thuận hiệu quả hơn (như Proof of Stake (PoS) và Byzantine Fault Tolerance (BFT)) để tăng tốc độ xử lý giao dịch. So với Proof of Work (PoW) truyền thống, những cơ chế đồng thuận mới này nhanh hơn trong việc xác nhận giao dịch và giảm đáng kể tiêu thụ năng lượng, phù hợp hơn với yêu cầu phát triển bền vững.

Hơn nữa, các cơ chế này đẩy nhanh quá trình đồng thuận bằng cách xác định các trình tạo khối dựa trên các yếu tố như mã thông báo được nắm giữ bởi các nút xác thực. Tuy nhiên, mặc dù có nhiều ưu điểm của các cơ chế đồng thuận được cải thiện, việc chuyển đổi từ các cơ chế hiện có sang các cơ chế mới thường đi kèm với những thách thức và rủi ro kỹ thuật, đặc biệt là các vấn đề tương thích và sự mất ổn định của hệ thống trong giai đoạn chuyển tiếp. Một số cơ chế đồng thuận cũng có thể dẫn đến tập trung quyền lực, tạo ra hiện tượng "giàu giàu hơn", có khả năng đe dọa nguyên tắc cốt lõi của phân cấp blockchain. Tuy nhiên, đối với các mạng blockchain có yêu cầu cao về hiệu quả xử lý giao dịch và tiêu thụ năng lượng, việc cải thiện cơ chế đồng thuận vẫn là một giải pháp khả năng mở rộng đáng giá để khám phá.

Cơ chế đồng thuận PoW vs. PoS (Nguồn: blog.csdn.net）

Tối ưu hóa Tham số Khối

Tối ưu hóa các tham số khối liên quan đến việc điều chỉnh các tham số chính như kích thước khối và thời gian khối để cải thiện khả năng xử lý blockchain và khả năng đáp ứng. Cách tiếp cận này cung cấp các cải tiến hiệu suất nhanh chóng, tương đối đơn giản để thực hiện và có chi phí triển khai thấp, làm cho nó phù hợp với các tình huống yêu cầu phản ứng nhanh, chẳng hạn như xử lý lưu lượng truy cập tăng đột biến hoặc tăng đột biến ngắn hạn trong giao dịch.

Tuy nhiên, chỉ dựa vào việc điều chỉnh tham số thường có tác động hạn chế, và cân bằng hiệu suất mạng với tính ổn định là điều cần thiết. Việc thay đổi tham số quá mức hoặc cực đoan có thể gây tắc nghẽn mạng hoặc xung đột trong cơ chế đồng thuận. Do đó, tối ưu hóa tham số khối thường phù hợp với các tình huống đòi hỏi hiệu suất ngắn hạn, chẳng hạn như phản ứng nhanh chóng với biến đổi thị trường.

Mỗi giải pháp mở rộng khả năng mạng phù hợp nhất cho các trường hợp sử dụng khác nhau. Khi lựa chọn giải pháp mở rộng khả năng phù hợp, người ra quyết định nên đảm bảo rằng các giải pháp được chọn có thể bổ sung cho nhau, mang đến cho ngành công nghiệp một con đường mở rộng khả năng linh hoạt và hiệu quả hơn.

So sánh giải pháp

So sánh giải pháp Scaling khác nhau (Nguồn bảng: Học tập gate)

Tóm tắt các lợi ích

Tăng Tốc Độ Xử Lý

So với các mô hình xử lý tuần tự truyền thống, các mạng chuỗi song song có thể đạt được tốc độ xử lý giao dịch (TPS) lên đến 100 lần nhanh hơn so với xử lý tuần tự. Ví dụ, kiến trúc SeaLevel của Solana [6] có thể xử lý hơn 50.000 TPS trong điều kiện tối ưu. Mặc dù tốc độ thực tế có thể thay đổi theo nhu cầu mạng, hiệu suất này vượt xa so với các blockchain truyền thống.

Sự mở rộng ngang hiệu quả đã trở thành điều cần thiết với sự phát triển nhanh chóng của lưu lượng mạng. Các blockchain song song giới thiệu xử lý song song đa luồng, đưa vào khả năng mở rộng của các mạng blockchain với nhu cầu người dùng gia tăng. Điều này đặc biệt có lợi trong các ứng dụng giao dịch tần suất cao như trò chơi và chuỗi cung ứng, nơi thiết kế song song cho phép xử lý nhiệm vụ phi tập trung để duy trì tính ổn định và tốc độ phản hồi của hệ thống, đáp ứng yêu cầu về sản lượng của các ứng dụng quy mô lớn.

Đường xử lý song song Solana (Nguồn: blog.slerf.tools）

Trễ Giảm

Xử lý song song các giao dịch độc lập giảm đáng kể độ trễ từ khi giao dịch được gửi đến khi thực hiện, điều này rất quan trọng trong việc xử lý dữ liệu thời gian thực. Trong các kịch bản đòi hỏi phản hồi nhanh—như tài chính phi tập trung (DeFi)—xác nhận giao dịch thời gian thực không chỉ tăng cường trải nghiệm người dùng mà còn giảm rủi ro giao dịch và áp lực tải hệ thống liên quan đến độ trễ.

Ví dụ, mô hình thực thi song song của Sui giới thiệu cơ chế đột phá cho phép giao dịch đơn giản, không yêu cầu sự nhất quán phức tạp, tránh qua cơ chế nhất quán, rút ngắn đáng kể thời gian xác nhận. So với xử lý tuần tự truyền thống, thiết kế song song này hỗ trợ thực thi giao dịch thời gian thực, đó là yếu tố quan trọng để duy trì sự ổn định hệ thống và trải nghiệm người dùng mượt mà.

Khi giao thức liên chuỗi và các công nghệ thực thi song song tiếp tục phát triển, các mạng blockchain sẽ đạt được các chế độ vận hành hiệu quả hơn. Độ trễ thấp và công suất lớn cũng sẽ trở thành các chỉ số quan trọng của sự cạnh tranh trên thị trường.

Tối ưu hóa sử dụng tài nguyên

Trong chuỗi khối truyền thống, nơi mà giao dịch được xử lý theo thứ tự, hầu hết thời gian chỉ có một nút thực hiện các hoạt động trong khi các nút khác phải chờ đợi, dẫn đến lãng phí tài nguyên. Công nghệ song song cho phép nhiều máy xác minh và lõi xử lý hoạt động đồng thời, phá vỡ chướng ngại về xử lý của một nút duy nhất và tối đa hóa hiệu suất của tài nguyên mạng.

Việc tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên này không chỉ loại bỏ "thời gian nhàn rỗi" trong quá trình xử lý giao dịch mà còn tăng đáng kể hiệu suất mạng tổng thể, đặc biệt là trong điều kiện tải cao, cho phép mạng xử lý nhiều yêu cầu giao dịch hơn với độ trễ giảm.

Chi phí giao dịch thấp hơn

Không giống như xử lý tuần tự truyền thống, thực thi song song cho phép thực hiện giao dịch chéo thị trường linh hoạt và hiệu quả hơn thông qua quản lý thị trường tinh tế và phân bổ tài nguyên tối ưu, giảm đáng kể tải tính toán cho thực thi hợp đồng thông minh và từ đó giảm phí gas. Thiết kế này tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên mạng và tránh lãng phí tài nguyên tính toán do xếp hàng nhiệm vụ đơn.

Với phân phối tải hợp lý, tài nguyên được phân bổ một cách hiệu quả, do đó các máy chủ xác minh và các nút xử lý không cần xử lý dữ liệu dư thừa, dẫn đến môi trường giao dịch blockchain tiết kiệm hơn cho các nhà phát triển và người dùng.

Giải thích của Sei Network về việc thực hiện song song trên phương tiện truyền thông xã hội (Nguồn: x）

Phân tích rủi ro

Rủi ro an ninh

Sharding chia blockchain thành nhiều mảnh độc lập, điều đó có thể cho phép kẻ tấn công tập trung nỗ lực vào một mảnh cụ thể để kiểm soát nó. Nếu kẻ tấn công thành công chiếm được một mảnh, họ có thể thao túng các giao dịch và dữ liệu bên trong đó, đặt ra mối đe dọa nghiêm trọng đến an ninh của toàn mạng. Sự kiểm soát địa phương này có thể dẫn đến hoạt động không đúng, gian lận dữ liệu và có thể leo thang các cuộc tấn công khác trên các mảnh khác, đe dọa tính toàn vẹn và đáng tin cậy của toàn bộ blockchain.

Ngoài ra, an ninh của việc giao tiếp qua các shard là rất quan trọng. Nếu việc giao tiếp qua các shard không an toàn, nó có thể dẫn đến mất dữ liệu, sửa đổi, hoặc lỗi truyền tải, tạo ra vấn đề tin cậy tiềm ẩn trong hệ thống.

Độ phức tạp kỹ thuật

Giao dịch qua các shard yêu cầu phối hợp dữ liệu trạng thái trên các shard khác nhau để đảm bảo tính nguyên tắc của giao dịch. Để ngăn ngừa sự thất bại giao dịch do trễ hoặc vấn đề mạng, các nhà phát triển cũng cần tối ưu hóa cơ chế truyền thông và đồng bộ hóa trạng thái.

Thách thức này không chỉ tăng cường tính phức tạp của thiết kế hệ thống mà còn đòi hỏi các chiến lược mới trong luật hợp đồng để xử lý các lỗi và không nhất quán tiềm ẩn. Thực hiện thành công các hợp đồng thông minh chéo shard không chỉ phụ thuộc vào khả năng kỹ thuật của blockchain cơ bản mà còn phụ thuộc vào việc triển khai các chiến lược phức tạp hơn trong thiết kế hợp đồng để đảm bảo thực hiện mượt mà và hiệu quả trong môi trường shard.

Thiếu khả năng tương tác

Công nghệ mạng blockchain song song hiện tại thiếu tiêu chuẩn hóa, với các nền tảng khác nhau áp dụng các công nghệ và giao thức khác nhau. Sự đa dạng này đã dẫn đến sự khác biệt đáng kể về cơ chế đồng thuận, cấu trúc dữ liệu và lớp giao thức. Mặc dù sự đa dạng này đã thúc đẩy sự đổi mới, nhưng nó cũng đã làm giảm khả năng tương tác giữa các mạng blockchain khác nhau, làm cho các hoạt động chéo chuỗi trở nên phức tạp và khó khăn hơn.

Sự thiếu tương tác không chỉ hạn chế sự tự do lưu thông tài sản giữa các blockchain khác nhau mà còn có thể gây ra những rủi ro về an ninh, như mất mát tài sản tiềm ẩn trong các hoạt động chéo chuỗi. Do đó, để giải quyết những rủi ro về tương tác của việc thực thi song song, cần có sự đổi mới công nghệ và tiêu chuẩn hóa cũng như sự hợp tác rộng rãi trong ngành công nghiệp để xây dựng một hệ sinh thái mạnh mẽ hơn.

Đề xuất trong tương lai

Tương lai nghiên cứu về blockchain song song nên tập trung vào tối ưu hóa giao tiếp giữa các shard.

Ngành công nghiệp nên tích cực khám phá giao thức chuẩn hóa và khung interoperability để đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu và xử lý giao dịch chính xác trên các shards để thúc đẩy tích hợp hệ thống liền mạch và chia sẻ tài nguyên, từ đó nâng cao sự hợp tác trong hệ sinh thái blockchain. Ngoài ra, an ninh vẫn là một khía cạnh quan trọng của tối ưu hóa sharding, nghiên cứu tương lai nên phát triển mô hình an ninh mạnh mẽ hơn để bảo vệ chống lại các cuộc tấn công độc hại và tích hợp các công nghệ mới như chứng minh không cần biết và mã hóa đồng nhất để nâng cao tính riêng tư và khả năng tương tác trên chuỗi.

Về việc mở rộng ứng dụng, đã có những nghiên cứu điển hình thành công để rút ra. Ví dụ, Uniswap đã cải thiện đáng kể khả năng phản hồi thông qua xử lý song song, do đó giảm chi phí giao dịch và tối ưu hóa các quy trình thanh toán xuyên biên giới. Các ngành công nghiệp khác nhau nên khám phá các ứng dụng chuỗi song song đa dạng để mở khóa giá trị của chúng trên các lĩnh vực khác nhau. Điều này sẽ giúp đặt nền tảng vững chắc cho một môi trường phát triển công nghệ hiệu quả, minh bạch và bền vững, đẩy nhanh quá trình chuyển đổi kỹ thuật số và hỗ trợ một tương lai kinh tế kỹ thuật số hiệu quả hơn.

Tham khảo

1.https://foresightnews.pro/article/detail/34400
2.https://pages.near.org/papers/nightshade/
3.https://www.sohu.com/a/479352768_121118710
4..https://www.immunebytes.com/blog/what-is-polkadot-a-brief-introduction/
5.https://blackmountainig.com/overview-of-layer-2-scaling-solutions/
6.https://www.sealevel.com/