## Khi mạng ngạt thở: vấn đề quá tải blockchain

Sự quá tải của mạng blockchain là hiện tượng xảy ra khi khối lượng giao dịch nhận vào mạng vượt quá khả năng xử lý của nó. Điều này tạo ra những vấn đề nghiêm trọng cho người dùng: phí giao dịch tăng, tốc độ xác nhận chậm lại và chất lượng dịch vụ bị suy giảm. Vấn đề này bắt nguồn từ cả những hạn chế kỹ thuật của mạng lưới và các yếu tố bên ngoài liên quan đến hoạt động của người dùng.

## Hệ thống xử lý giao dịch hoạt động như thế nào

Để hiểu tại sao mạng có thể bị quá tải, cần phải nghiên cứu cơ chế mà qua đó các giao dịch vào blockchain.

Blockchain là một chuỗi các khối được bảo vệ bằng mật mã. Mỗi khối chứa dữ liệu về các giao dịch do người dùng tạo ra. Các khối mới được liên tục và không thay đổi thêm vào chuỗi, lan rộng qua một mạng lưới phi tập trung các nút, những nút này lưu trữ bản sao của toàn bộ blockchain.

**Mempool – là khu vực chờ đợi cho các giao dịch.** Khi người dùng gửi một giao dịch, nó không được thêm ngay lập tức vào blockchain. Đầu tiên, nó sẽ rơi vào mempool (bộ nhớ ) – một tập hợp các giao dịch chưa được xác nhận, đang chờ để được đưa vào khối tiếp theo. Tại đây, các giao dịch sẽ bị trì hoãn cho đến khi chúng được xử lý.

**Khối ứng cử viên – là các khối được đề xuất để thêm vào.** Thợ đào hoặc người xác thực chọn các giao dịch chưa được xác nhận từ mempool và hình thành các khối ứng cử viên từ chúng. Các khối này cần phải trải qua quá trình xác minh theo cơ chế đồng thuận của mạng.

Trong Bitcoin, cơ chế **Proof of Work (PoW)** được sử dụng – các thợ mỏ cạnh tranh để giải quyết một câu đố toán học phức tạp. Người đầu tiên giải được nó sẽ thêm khối ứng viên của mình vào blockchain và nhận phần thưởng.

Ethereum đã sử dụng PoW, nhưng vào năm 2022 đã chuyển sang **Proof of Stake (PoS)**, trong đó các validator được chọn ngẫu nhiên để đề xuất các khối, và các validator khác xác nhận chúng.

**Hoàn thành – khi giao dịch trở nên không thể thay đổi.** Sau khi giao dịch được thêm vào khối, nó được coi là đã được xác nhận. Với mỗi khối mới được thêm vào sau đó, mức độ hoàn thành tăng lên. Đối với Bitcoin, thường cần sáu khối bổ sung để đạt được mức độ hoàn thành đầy đủ. Ethereum khuyến nghị nhiều xác nhận hơn do thời gian khối ngắn hơn.

## Nguyên nhân gây ra quá tải mạng

Sự quá tải là một hiện tượng phức tạp, xảy ra do nhiều nguyên nhân cùng lúc.

**Sự bùng nổ hoạt động đột ngột.** Khi giá của tiền điện tử thay đổi đột ngột hoặc xuất hiện một mã thông báo phổ biến mới, người dùng gửi hàng loạt giao dịch. Điều này có thể vượt quá khả năng của mạng để xử lý chúng. Vào mùa xuân năm 2023, điều này đã xảy ra với Bitcoin, khi sự phổ biến của các mã thông báo BRC-20 dẫn đến việc xếp hàng các giao dịch chưa được xác nhận – gần 400.000 giao dịch đang chờ được đưa vào. Phí giao dịch đã tăng hơn 300% chỉ trong vài tuần.

**Giới hạn kỹ thuật của mạng.** Mỗi blockchain có kích thước khối riêng, xác định số lượng dữ liệu tối đa có thể được đưa vào một khối. Bitcoin ban đầu được phát triển với giới hạn 1 megabyte. Vào năm 2017, bản cập nhật SegreGated Witness (SegWit) đã được triển khai, lý thuyết tăng giới hạn lên 4 MB. Nếu số lượng giao dịch đến nhiều hơn khả năng xử lý của một khối, chúng sẽ được tích lũy.

**Thời gian thêm khối chậm.** Bitcoin thêm một khối mới khoảng mỗi 10 phút. Nếu các giao dịch được tạo ra nhanh hơn nhiều, sẽ xảy ra tình trạng chậm trễ và tắc nghẽn trong mempool.

## Hệ quả cho người dùng và mạng

Sự quá tải của mạng dẫn đến những vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến chất lượng phục vụ.

**Tăng phí giao dịch.** Các thợ mỏ chọn xử lý các giao dịch có phí cao hơn vì điều này có lợi hơn. Trong thời gian quá tải, người dùng phải trả nhiều hơn để tăng tốc độ xác nhận giao dịch của họ. Điều này làm cho việc sử dụng mạng trở nên tốn kém hơn, đặc biệt là đối với các giao dịch nhỏ.

**Tạm giữ xác nhận.** Trong những tình huống cực đoan, các giao dịch có thể chờ xác nhận trong vài giờ, vài ngày hoặc thậm chí lâu hơn. Điều này gây ra sự thất vọng cho người dùng và giảm tính thực tiễn của việc sử dụng blockchain.

**Rủi ro về an ninh và tính tập trung.** Thời gian xác nhận kéo dài làm tăng khả năng tấn công chi tiêu gấp đôi. Phí cao có thể dẫn đến sự tập trung sức mạnh khai thác vào tay những người chơi lớn, làm tăng tính tập trung.

**Biến động trên thị trường.** Khi người dùng không thể nhanh chóng bán tài sản do mạng lưới quá tải, điều này có thể gây ra hoảng loạn và thúc đẩy sự sụt giảm giá.

## Các ví dụ lịch sử về quá tải

**Bitcoin vào cuối năm 2017 – đầu năm 2018.** Sự tăng trưởng lịch sử của giá Bitcoin đã dẫn đến sự quá tải lớn nhất vào thời điểm đó. Phí giao dịch trung bình đã vượt quá 50 đô la vào một thời điểm nào đó. Điều này đã thu hút sự chú ý của toàn bộ ngành công nghiệp đến vấn đề mở rộng.

**Ethereum và CryptoKitties.** Vào năm 2017, dự án phi tập trung CryptoKitties đã trở nên viral, làm tắc nghẽn mạng lưới Ethereum. Điều này đã làm chậm đáng kể hoạt động của mạng. Sau đó, sự bùng nổ DeFi (tài chính phi tập trung) lại dẫn đến tình trạng quá tải và sự gia tăng chi phí gas.

**Token Bitcoin BRC-20 trong năm 2023.** Khi sự phổ biến của các token BRC-20 bắt đầu tăng lên, mạng lưới Bitcoin đã chịu áp lực. Gần 400.000 giao dịch chưa được xác nhận đã tích lũy trong mempool, và phí giao dịch đã tăng 300% trong một thời gian ngắn.

## Cách giải quyết vấn đề

Có một số cách tiếp cận để giảm tải, nhưng mỗi cách đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

**Tăng kích thước khối.** Cho phép xử lý nhiều giao dịch cùng lúc, tăng khả năng thông lượng. Tuy nhiên, các khối lớn hơn mất thời gian để phân phối hơn, làm tăng rủi ro phân nhánh mạng. Hơn nữa, các khối lớn cần nhiều không gian lưu trữ hơn, điều này có thể làm tăng tính tập trung.

**Rút ngắn thời gian khối.** Cho phép mạng xử lý giao dịch nhanh hơn, nhưng khoảng thời gian ngắn hơn có thể làm tăng số lượng khối lỗi thời và đặt an ninh vào nguy cơ.

**Giải pháp cấp độ hai (Layer 2).** Đây là giải pháp off-chain, xử lý giao dịch bên ngoài chuỗi khối chính, sau đó ghi trạng thái cuối cùng lên chuỗi. Đối với Bitcoin là Lightning Network, đối với Ethereum - Plasma và các giải pháp khác. Chúng tăng cường khả năng mở rộng một cách đáng kể, nhưng phức tạp hơn trong việc thực hiện và cần phân tích bảo mật bổ sung.

**Sharding.** Đây là phương pháp chia tách blockchain thành nhiều shard nhỏ hơn, mỗi shard có khả năng xử lý giao dịch. Điều này có thể tăng đáng kể băng thông, nhưng cũng làm phức tạp hệ thống và tạo ra những rủi ro mới.

**Giải pháp khác.** Cũng đang xem xét các rollup tối ưu, rollup không tiết lộ và điều chỉnh phí. Cơ chế Proof of Stake thường nhanh hơn Proof of Work, điều này cũng góp phần vào việc ít bị quá tải hơn.

## Kết luận

Quá tải là một trong những thách thức chính mà các mạng blockchain phải giải quyết để đạt được sự chấp nhận rộng rãi. Khi số lượng người dùng tiếp tục tăng, khả năng xử lý hiệu quả khối lượng giao dịch lớn trở nên cực kỳ quan trọng - đặc biệt đối với các hệ thống đang cố gắng cung cấp các giao dịch hàng ngày trong thời gian thực.

Mặc dù vấn đề rất nghiêm trọng, cộng đồng đang phát triển các giải pháp mới để giảm thiểu tình trạng quá tải. Việc nâng cao khả năng mở rộng của blockchain vẫn là một trong những nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu của ngành công nghiệp, và tiến trình trong lĩnh vực này sẽ xác định tương lai của các mạng lưới tiền điện tử.