Cách mà blockchain giải quyết vấn đề khả năng mở rộng: tất cả về sharding

Mạng Blockchain đang đối mặt với một trong những vấn đề lớn nhất – làm thế nào để xử lý hàng triệu giao dịch cùng một lúc? Tại đây, sharding xuất hiện, công nghệ chia nhỏ mạng thành các phần độc lập (shards), cho phép xử lý các giao dịch song song. Nhưng thực sự điều này hoạt động như thế nào? Và những rủi ro nào mà nó mang lại?

Sharding: nó có nghĩa là gì trong thực tế?

Hãy hình dung rằng toàn bộ mạng lưới là một kho phức tạp khổng lồ với một nhân viên thu ngân. Anh ta phục vụ tất cả khách hàng một lần một, điều này tốn rất nhiều thời gian. Sharding là việc mở ra nhiều nhân viên thu ngân cùng lúc, mỗi người phục vụ một hàng riêng biệt. Đó chính là cách mà cơ chế này hoạt động trong Blockchain.

Về bản chất, sharding là việc phân phối dữ liệu theo chiều ngang, được mượn từ các cơ sở dữ liệu truyền thống. Thay vì mỗi nút xử lý tất cả các giao dịch của mạng, chúng được phân phối giữa các shard khác nhau. Mỗi shard hoạt động như một cơ sở dữ liệu mini, có khả năng xử lý hợp đồng thông minh và giao dịch độc lập với nhau. Cách tiếp cận này cho phép đạt được xử lý song song thay vì tuần tự, điều này làm tăng tốc độ toàn bộ quá trình một cách đáng kể.

Tại sao lại là phân phối theo chiều ngang?

Blockchain-мережi chọn chính cách phân phối dữ liệu này vì ba lý do:

Khả năng mở rộng không giới hạn – Mỗi shard riêng lẻ có thể xử lý nhiều giao dịch đồng thời hơn một hệ thống đơn lẻ. Điều này có nghĩa là mạng lưới phát triển cùng với số lượng người tham gia, mà không mất đi tốc độ.

Phi tập trung thực sự – Khi mỗi nút chỉ cần lưu trữ và xử lý một phần dữ liệu, người dùng thông thường có thể tham gia vào mạng mà không cần máy tính mạnh. Điều này giảm yêu cầu phần cứng và làm cho mạng thực sự phi tập trung.

An ninh và tính toàn vẹn – Mỗi shard lưu giữ đầy đủ dữ liệu của các giao dịch của mình, vì vậy tính toàn vẹn của thông tin được giữ nguyên. Mỗi node có một bản sao chính xác của phần blockchain của mình.

Những lợi thế thay đổi cuộc chơi

Sharding cung cấp một số lợi ích quan trọng cho hệ sinh thái Blockchain:

Tăng tốc độ ngắn hạn – Ziliqa, một trong những mạng đã triển khai sharding, đạt được khả năng xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây. Thay vì xử lý tuần tự, các hoạt động được thực hiện đồng thời trên các shard khác nhau, cho phép phục vụ nhiều người dùng hơn.

Tiết kiệm tài nguyên – Các blockchain truyền thống yêu cầu mỗi nút lưu trữ toàn bộ lịch sử của mạng. Sharding cho phép các nút chỉ chịu trách nhiệm cho phần của chúng, giảm đáng kể yêu cầu về phần cứng. Điều này mở ra sự tham gia vào việc xác thực cho người dùng bình thường, chứ không chỉ cho các tổ chức với thiết bị chuyên dụng đắt tiền.

Băng thông được nâng cao – Khác với các mạng truyền thống, nơi mà các nút bổ sung có thể làm chậm hệ thống do tăng độ trễ đồng bộ, sharding hoạt động khác. Các nút mới được thêm vào các shard riêng biệt, làm tăng khả năng tổng thể của mạng mà không làm giảm hiệu suất.

Rủi ro ẩn chứa ở đâu?

Tuy nhiên, sharding không phải là phương thuốc kỳ diệu. Nó tạo ra những mối đe dọa cụ thể đến an ninh:

Lỗ hổng của từng khối – Việc chiếm đoạt toàn bộ blockchain là khó khăn, nhưng chiếm đoạt một khối thì dễ hơn nhiều. Kẻ xấu với nguồn lực hạn chế có thể tiềm năng kiểm soát một khối riêng lẻ – cuộc tấn công này được gọi là “chiếm đoạt khối”. Điều này có nghĩa là sức mạnh tính toán để tấn công nhỏ hơn nhiều so với việc chiếm đoạt toàn bộ mạng.

Vấn đề với các giao dịch chéo khối – Khi giao dịch liên quan đến nhiều khối, việc phối hợp trở nên phức tạp. Nếu không được xử lý đúng cách, có thể xảy ra “chi tiêu gấp đôi” – khi người dùng có thể chi tiêu cùng một mã thông báo nhiều lần, nếu các khối khác nhau theo dõi không chính xác lẫn nhau.

Khả năng truy cập dữ liệu – Nếu shard chứa thông tin quan trọng tạm thời không khả dụng do các nút ngoại tuyến, điều này có thể chặn các giao dịch trong mạng.

Đồng bộ hóa nút – Sự phối hợp giữa các khối yêu cầu một giao thức đáng tin cậy. Khi thực hiện không đúng, điều này dẫn đến mất cân bằng tài nguyên, độ trễ và sự không ổn định tiềm tàng của toàn bộ hệ thống.

Ethereum và tương lai của khối phân mảnh

Ethereum đã công nhận tiềm năng của công nghệ này và dự định triển khai khối phân đoạn như một thành phần then chốt của bản cập nhật Ethereum 2.0 (Serenity). Bản cập nhật này nhằm mục đích nâng cao đáng kể tốc độ, hiệu suất và khả năng mở rộng của mạng.

Các nhà phát triển đang triển khai điều này một cách dần dần. Việc triển khai hoàn toàn sharding dự kiến sẽ diễn ra trong giai đoạn cuối của bản cập nhật (Giai đoạn 2). Mục tiêu là giải quyết vấn đề quá tải mạng và phí cao, điều này vẫn đang hạn chế khả năng mở rộng của Ethereum. Tuy nhiên, các nhà phát triển đang kiểm tra cẩn thận từng bước để đảm bảo rằng cơ chế bảo mật và sự phi tập trung vẫn được giữ nguyên.

Sharding như một giải pháp cho tam giác khối blockchain

Sharding được coi là một bước quan trọng trong việc vượt qua cái gọi là “tam giác blockchain” – sự cân bằng giữa khả năng mở rộng, an ninh và tính phi tập trung. Các giải pháp hiện tại thường hy sinh một yếu tố vì lợi ích của yếu tố khác. Sharding đưa ra một cách tiếp cận cho phép mở rộng mạng lưới mà không từ bỏ tính phi tập trung.

Mặc dù công nghệ này tạo ra những thách thức mới – từ việc bảo vệ các khối riêng lẻ đến quản lý các hoạt động giữa các khối – nhưng tiềm năng của nó vượt xa các rủi ro. Các dự án blockchain khác nhau đang tích cực nghiên cứu và triển khai sharding, với mục tiêu làm cho các mạng nhanh hơn và dễ tiếp cận hơn cho hàng triệu người dùng mà không tăng yêu cầu về phần cứng.

Tương lai của khả năng mở rộng Blockchain phụ thuộc vào việc tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm và cải tiến các triển khai sharding. Khi công nghệ này phát triển, nó có thể trở thành chiếc chìa khóa quan trọng cho việc chấp nhận đại trà các hệ thống phi tập trung.