Hiểu về Layer 1 và Layer 2: Con đường mở rộng blockchain nào phù hợp?

Ngành công nghiệp blockchain đối mặt với một thách thức cơ bản: làm thế nào để xây dựng các mạng lưới đồng thời an toàn, phi tập trung và nhanh chóng. Khả năng này có tên gọi—trilemma blockchain—and đó là lý do cốt lõi tại sao các giải pháp mở rộng lại quan trọng. Để duy trì tính cạnh tranh, hệ sinh thái blockchain phải đổi mới thông qua sharding, nâng cấp cơ chế đồng thuận và cải thiện tính phi tập trung nhằm giải quyết một cách ý nghĩa mối căng thẳng này.

Trilemma Blockchain: Gốc rễ của vấn đề mở rộng

Khái niệm về trilemma blockchain của Vitalik Buterin định nghĩa ra sự căng thẳng cốt lõi: đạt được đầy đủ tính phi tập trung, bảo mật vững chắc và khả năng mở rộng cao cùng lúc là về lý thuyết không thể thực hiện được. Mỗi dự án blockchain đều phải đưa ra các sự đánh đổi, ưu tiên hai đặc tính trên một đặc tính thứ ba. Giải quyết trilemma này thông qua các phương pháp mở rộng bền vững là điều thiết yếu để đạt được sự chấp nhận phổ biến.

Ngành đã phản ứng bằng hai triết lý mở rộng riêng biệt: các giải pháp Layer 1 trực tiếp chỉnh sửa mạng lưới cơ sở, và các giải pháp Layer 2 xây dựng dựa trên các blockchain hiện có.

Mở rộng Layer 1: Xây dựng lại nền tảng

Layer 1 đại diện cho blockchain cơ sở—Bitcoin, Ethereum và các mạng lưới tương tự nơi các giao dịch được ghi nhận vĩnh viễn và bảo vệ. Các giải pháp mở rộng Layer 1 hoạt động bằng cách thay đổi căn bản cách thức hoạt động của mạng lưới nền tảng, đòi hỏi phải sửa đổi các quy tắc của giao thức cốt lõi.

Cách hoạt động của Mở rộng Layer 1

Sharding phân mảnh trạng thái của blockchain thành các phần nhỏ gọi là shard. Mỗi shard xử lý các giao dịch độc lập nhưng song song, nhân đôi khả năng xử lý. Ví dụ, Zilliqa thực hiện sharding theo cấp độ giao dịch, phân chia khối lượng công việc trên các nút đồng thời thay vì theo trình tự.

Chấp nhận Proof-of-Stake (PoS) thay thế khai thác Proof-of-Work tiêu tốn năng lượng bằng hệ thống ký quỹ validator. Việc chuyển đổi Ethereum sang PoS qua nâng cấp của nó đã cải thiện cả hiệu quả năng lượng và khả năng mở rộng, cho phép nhiều giao dịch hơn mỗi giây đồng thời giảm yêu cầu phần cứng đối với các nút riêng lẻ.

Segregated Witness (SegWit), giao thức phân tách chữ ký của Bitcoin, tách dữ liệu giao dịch khỏi thông tin chứng thực. Bằng cách xử lý chữ ký riêng biệt khỏi dữ liệu giao dịch, các khối có thể chứa lượng lớn giao dịch hơn—giải quyết hạn chế kích thước khối 1 MB của Bitcoin gây ra tắc nghẽn trong thời kỳ cao điểm.

Ví dụ Thực tế về Layer 1

Bitcoin với SegWit, Ethereum 2.0, Cardano với Ouroboros PoS, Algorand với thiết kế PoS thuần túy, và Fantom với đồng thuận aBFT đều đại diện cho các ví dụ về mở rộng Layer 1 trong thực tế. Đây là các nâng cấp vĩnh viễn cho kiến trúc mạng lưới không yêu cầu các lớp hạ tầng bổ sung.

Lợi ích và Nhược điểm

Ưu điểm:

• Bảo mật trực tiếp kế thừa mà không cần giả định tin cậy bổ sung
• Cải thiện khả năng mở rộng vĩnh viễn tích hợp trong giao thức
• Giảm phí giao dịch qua giảm tắc nghẽn mạng
• Đảm bảo tính phi tập trung thực sự thông qua các thay đổi của giao thức

Hạn chế:

• Cần đồng thuận mạng để nâng cấp (hard forks có thể phân tán cộng đồng)
• Giới hạn băng thông và lưu trữ của các nút cá nhân vẫn còn thách thức
• Phức tạp trong xử lý giao dịch cross-shard có thể làm tăng thời gian thanh toán
• Ảnh hưởng đến thu nhập của validator trong quá trình thay đổi cơ chế (ví dụ, chuyển đổi từ PoW sang PoS)

Mở rộng Layer 2: Xây dựng hệ thống song song

Các giải pháp Layer 2 hoạt động trên nền tảng của các blockchain Layer 1, xử lý các giao dịch ngoài chuỗi trong khi định kỳ thanh toán về lớp cơ sở. Chúng thừa hưởng tính bảo mật của Layer 1 trong khi cung cấp khả năng xử lý cao hơn đáng kể và chi phí thấp hơn.

Giải thích Công nghệ Mở rộng Layer 2

Rollups đóng gói các giao dịch ngoài chuỗi, sau đó gửi các bằng chứng nén về Layer 1. Arbitrum với rollup lạc quan giả định các giao dịch hợp lệ trừ khi bị thách thức, giảm tính toán trên chuỗi. Phương pháp này đạt hơn 40.000 TPS so với khoảng 30 TPS của Ethereum, giảm phí từ 60-90%.

State channels như Lightning Network cho phép hai hoặc nhiều bên thực hiện nhiều giao dịch lặp lại mà không cần phát sóng mỗi giao dịch lên mạng. Người dùng gửi ký quỹ, thực hiện các giao dịch không giới hạn ngoài chuỗi, rồi cuối cùng thanh toán trạng thái cuối cùng trên chuỗi—cho phép thanh toán Bitcoin gần như tức thì với chi phí tối thiểu.

Sidechains là các blockchain độc lập có cơ chế đồng thuận riêng, kết nối với Layer 1 qua hệ thống peg hai chiều. Polygon, Skale, và Rootstock hoạt động theo cách này, cung cấp linh hoạt trong thiết kế nhưng giảm khả năng kế thừa bảo mật.

Các Giải pháp Layer 2 trong Thực tế

Arbitrum xử lý các giao dịch Ethereum qua rollup lạc quan, đạt khả năng xử lý cao hơn đáng kể. Token ARB của nó điều hành các quyết định của giao thức qua DAO, với cơ chế phí vượt trội so với mainnet Ethereum.

Lightning Network cho phép thanh toán vi mô Bitcoin, chuyển tiền và giao dịch game với tốc độ gần như tức thì. Các ứng dụng như Strike thể hiện khả năng thanh toán xuyên biên giới với giảm phí tới 90%.

Optimism mang công nghệ rollup tương tự đến Ethereum, chứa hơn 97 giao thức bao gồm Uniswap và Synthetix, với tổng giá trị bị khóa hơn 500 triệu USD. Người dùng thêm các chuỗi vào MetaMask và kết nối tài sản như ETH để truy cập chức năng Layer 2.

Polygon mở rộng hơn nữa ngoài đơn thuần mở rộng thành một “Internet của các blockchain”. Hệ sinh thái DeFi của nó khóa khoảng 1,3 tỷ USD qua các giao thức như Aave và Compound, trong khi bộ phận Polygon Studios thúc đẩy sự chấp nhận GameFi qua marketing, hạ tầng và đầu tư.

Lợi ích và Nhược điểm

Ưu điểm:

• Tăng khả năng xử lý đáng kể (100x hoặc hơn)
• Giảm phí tối thiểu (thường từ 50-90%)
• Thời gian xác nhận giao dịch nhanh hơn
• Linh hoạt trong thiết kế và lựa chọn cơ chế

Hạn chế:

• Giảm khả năng kết hợp giữa các giao thức Layer 2 khác nhau
• Các pool thanh khoản phân tán qua nhiều hệ sinh thái Layer 2
• Gây khó khăn trong onboarding do nhiều cầu nối, quản lý nhiều tài khoản
• Trải nghiệm người dùng phức tạp khi theo dõi tài sản qua các giao thức

So sánh Chiến lược Layer 1 và Layer 2

Lựa chọn giữa các phương pháp Layer 1 và Layer 2 phản ánh các ưu tiên khác nhau:

Mở rộng Layer 1 ưu tiên bảo mật và phi tập trung bằng cách thực hiện các thay đổi kiến trúc vĩnh viễn. Phù hợp với các mạng lưới mà các sửa đổi ở cấp độ đồng thuận phù hợp với giá trị cộng đồng.

Mở rộng Layer 2 ưu tiên khả năng xử lý tức thì và giảm chi phí, chấp nhận các mô hình bảo mật khác nhau và giảm khả năng tương tác giữa các giao thức. Nó giải quyết các vấn đề trải nghiệm người dùng ngắn hạn trong khi các nâng cấp Layer 1 phát triển.

Không phương pháp nào làm cho phương pháp kia trở nên lỗi thời. Ngay cả sau khi Ethereum 2.0 nâng cao khả năng xử lý lên 100.000 TPS (so với khả năng khoảng 30 TPS hiện tại), các giải pháp Layer 2 vẫn còn giá trị cho các trường hợp sử dụng đặc thù—như các giao thức DeFi phức tạp, nền tảng giao dịch NFT, và các tương tác game tần suất cao, hưởng lợi từ môi trường Layer 2 cô lập.

Ứng dụng Thực tế Hiện nay

Giao thức DeFi như MakerDAO xây dựng các hợp đồng thông minh phức tạp trên Layer 1 Ethereum, trong khi các hoạt động giao dịch và cho vay đơn giản hơn chuyển sang Polygon hoặc Optimism để tiết kiệm chi phí.

Thị trường NFT tận dụng hỗ trợ gốc của Polygon, giảm chi phí mint và giao dịch hơn 90% trong khi vẫn duy trì bảo mật của Ethereum qua các bằng chứng cầu nối định kỳ.

Game và GameFi đã nhanh chóng áp dụng Polygon cho các giao dịch NFT trong game, nơi khả năng xử lý của Polygon xử lý các giao dịch theo thời gian thực mà không bị trì hoãn do tắc nghẽn Layer 1.

Các ứng dụng Bitcoin ngày càng được thực hiện qua Lightning Network với các giao dịch ngoài chuỗi—các thương nhân chấp nhận thanh toán Bitcoin tức thì qua Strike, trong khi các nền tảng xã hội phi tập trung như Nostr cho phép kiếm tiền sáng tạo qua micropayments.

Tiến trình Phát triển Trong Tương lai

Tương lai của mở rộng blockchain không phải là hoặc/hoặc—mà là lớp. Các phương pháp lai kết hợp các cải tiến Layer 1 với các giải pháp Layer 2 tối ưu mang lại kết quả tốt nhất. Các dự án như LayerZero thúc đẩy khả năng tương tác chuỗi chéo, giảm thiểu phân mảnh Layer 2.

Khi các mạng lưới mở rộng, việc chấp nhận phổ biến sẽ tăng tốc. Các blockchain dễ sử dụng hơn, nhanh hơn, rẻ hơn sẽ tự nhiên thu hút các ứng dụng DeFi, hệ sinh thái NFT và các trường hợp giao dịch thực tế trước đây không khả thi. Sự phát triển liên tục của sharding, state channels và công nghệ rollup trực tiếp giải quyết trilemma blockchain bằng cách tạo ra các hệ thống cải thiện hai đặc tính đáng kể trong khi chấp nhận các sự đánh đổi ở đặc tính thứ ba—một con đường thực dụng phía trước.

Ngành công nghiệp blockchain đang tiến tới một môi trường nơi cả Layer 1 và Layer 2 cùng tồn tại, mỗi cái tối ưu cho các trường hợp sử dụng cụ thể. Kiến trúc này hỗ trợ nhu cầu ngày càng tăng về các ứng dụng phi tập trung trong khi duy trì bảo mật và tính phi tập trung vốn là giá trị cốt lõi của công nghệ blockchain.