Blockchain mô-đun và Rollups: Tương lai của Ethereum và hơn thế nữa

Giới thiệu về Blockchain Modular

Trước khi chúng ta đi vào chi tiết, bạn cần nhận ra tại sao các rollup blockchain và tính mô-đun thường được thảo luận cùng nhau. Điều quan trọng nhất cần nhận thức ở đây là cả hai khái niệm đều giải quyết việc phân tách các chức năng khác nhau của blockchain nhằm nâng cao hiệu suất. Bạn sẽ hiểu tôi đang nói về điều gì, chỉ cần kiên nhẫn với tôi một chút nữa.

Hãy bắt đầu với các blockchain đơn khối như Ethereum ban đầu. Những blockchain này xử lý tất cả các thành phần chính—đồng thuận, hợp đồng thông minh, khả năng sẵn có của dữ liệu, thực thi giao dịch và thanh toán—trong một khung một lớp. Nhưng trong khi thiết kế tích hợp này hoạt động, nó cũng tạo ra những thách thức về khả năng mở rộng vì mọi thứ đều được xử lý trong một lớp, phụ thuộc vào cùng một tập hợp các nút, điều này dẫn đến tắc nghẽn.

So sánh điều đó với các blockchain mô-đun hiện đại. Chúng sử dụng một cơ chế khác bằng cách phân tách các chức năng chính thành các lớp chuyên biệt nơi các nhiệm vụ khác nhau được thực hiện trên các nút khác nhau. Lớp Thanh toán, chẳng hạn, hoàn tất kết quả giao dịch, hình thành một sổ cái giảm thiểu niềm tin, thường kết hợp với việc thực thi trên các rollup. Mục đích chính của nó là cung cấp xác minh chứng cứ và giải quyết tranh chấp cho các rollup. Lớp Khả năng Sẵn có Dữ liệu và Lớp Đồng thuận tạo điều kiện cho dữ liệu của các giao dịch có sẵn để xác thực và xử lý ngoài chuỗi vì, để mạng lưới có thể đạt được sự đồng thuận về trạng thái của blockchain, điều này là rất quan trọng. Hợp đồng Thông minh là mã thực thi trên lớp thực thi, xử lý các giao dịch cho các dApp. Và Lớp Thực thi xử lý các giao dịch và hợp đồng thông minh và đảm bảo tất cả công việc tính toán được thực hiện một cách hiệu quả. Các rollup là một giải pháp mở rộng thực hiện các giao dịch ngoài chuỗi và đăng dữ liệu lên một lớp thực thi trên chuỗi.

Cách tiếp cận blockchain đơn thể và mô-đun

Với tất cả những điều đó, các rollup như Arbitrum và Optimism đã phát triển thành một giải pháp mở rộng cho các blockchain đơn thể như Ethereum bằng cách thực hiện việc thực thi ngoài chuỗi.

Tuy nhiên, chúng đã trở nên thiết yếu trong cách tiếp cận mô-đun này, thường phục vụ như một lớp riêng biệt xử lý giao dịch và công bố dữ liệu trở lại Layer 1. Mối quan hệ chặt chẽ giữa các rollup và kiến trúc mô-đun là lý do tại sao chúng thường được thảo luận cùng nhau khi khám phá tương lai của khả năng mở rộng blockchain. Chúng ta sẽ đi sâu vào chủ đề này trong các phần tiếp theo! Hãy theo dõi. Blockchain Đơn thể vs Mô-đun Vậy, bạn đã biết rằng blockchain đơn thể và blockchain mô-đun là hai hình thức kiến trúc khác nhau trong việc xây dựng blockchain, mỗi hình thức đều có những ưu và nhược điểm riêng. Nhưng thay vì nói về lý thuyết, hãy làm rõ sự khác biệt và so sánh một số blockchain mô-đun thực tế với các tương đương đơn thể của chúng.

Bắt đầu với các blockchain đơn thể như Ethereum trước khi nâng cấp Ethereum 2.0, nó đã gặp vấn đề với khả năng mở rộng vì chi phí gas quá cao và các giao dịch chậm hơn do tắc nghẽn mạng.

Với tắc nghẽn, khi Ethereum phát triển, vì nó ở dạng đơn thể, với mỗi nút xử lý và lưu trữ mỗi giao dịch, nó đã hạn chế thông lượng và làm cho việc mở rộng trở nên khó khăn hơn.

Kể từ đó đã có nhiều cập nhật nhằm cải thiện điều này. Sự chuyển đổi sang Ethereum 2.0 đã giới thiệu cơ chế đồng thuận proof-of-stake (PoS), chúng ta đã thấy sự bùng nổ trong các giải pháp mở rộng Layer 2 như Optimism, Arbitrum và zkSync, tuy nhiên, mô hình blockchain mô-đun vẫn còn tương đối mới và là một trong những phát triển mới nhất tính đến năm 2024. Một blockchain mô-đun, như Celestia, tách chức năng blockchain thành các lớp, chẳng hạn như thực thi và đồng thuận & khả năng sẵn có của dữ liệu. Điều này dẫn đến khía cạnh rằng không phải mọi nút đều phải làm mọi thứ nữa. Các nút có thể chuyên môn hóa trong một lớp, và nói chung, tải của mạng thấp hơn. 

Hiểu về Rollups 

Rollups thường cung cấp một giải pháp mở rộng mạnh mẽ, mà không bao giờ tách rời khỏi blockchain chính để đảm bảo an ninh và khả năng sẵn có của dữ liệu. Về cơ bản, chúng "cuộn lại" nhiều giao dịch trong một lô, giảm tải trên lớp cơ sở cần thiết cho đồng thuận và khả năng sẵn có của dữ liệu.

Cách Rollups hoạt động:

Nếu bạn đang thực hiện các giao dịch nhỏ với số lượng tiền điện tử và có thời gian để chờ vài phút hoặc vài giờ để giao dịch của bạn được xác minh, bạn có thể không cần một rollup. Nhưng nếu bạn cần các giao dịch lớn, thời gian xác nhận nhanh hơn, hoặc đang thực hiện nhiều giao dịch, rollups là một lợi thế lớn.
 

Tính đến ngày 7 tháng 10 năm 2024, giá gas trên các rollup Ethereum như Optimism, Arbitrum và zkSync thường dao động từ 0.001 đến 0.02 ETH, 0.0015 đến 0.015 ETH, và 0.001 đến 0.005 ETH, tương ứng.

Do đó, nếu bạn có tiền điện tử trên Ethereum và muốn tiết kiệm phí hoặc thời gian, việc sử dụng một rollup là một lựa chọn khôn ngoan.

Dưới đây là những gì thường xảy ra: Bạn mở ví của mình, ví dụ, MetaMask hoặc WalletConnect, và nếu số dư của bạn được giữ trên mạng chính Ethereum, bạn sẽ chuyển nó sang một rollup, như zkSync.

Bạn có thể đơn giản gửi giao dịch giữa các tài khoản zkSync. Đơn giản và hiệu quả! Nhưng nó hoạt động như thế nào trong nền tảng của một rollup? 

1. Xử lý Ngoài Chuỗi: Trong các blockchain mô-đun như Celestia, phần lớn công việc tính toán ngoài chuỗi, như thực thi giao dịch và xử lý hợp đồng thông minh, diễn ra trên lớp rollup, giảm tải sự tắc nghẽn của chuỗi chính. Thay vì thực thi từng giao dịch trực tiếp trên blockchain chính, các rollup tổng hợp hàng triệu giao dịch thành một gói duy nhất, giúp giảm tải tính toán. 
2. Gửi Gói: Khi đã được xử lý ngoài chuỗi, chúng sẽ được gửi cùng nhau trong một gói gửi đến chuỗi chính. Gói gửi có kích thước tối thiểu và chỉ chứa dữ liệu liên quan đến xác minh, nhỏ hơn nhiều so với việc xử lý từng giao dịch riêng lẻ trên chuỗi cơ sở. 
3. Khả Năng Sẵn Có Dữ Liệu Trên Chuỗi: Việc thực thi diễn ra ngoài chuỗi, nhưng dữ liệu phải có sẵn để được xác minh và đạt được sự đồng thuận. Các rollup công bố các bằng chứng về dữ liệu nén, Bằng chứng Tính hợp lệ hoặc Bằng chứng Gian lận, để cho phép xác minh giao dịch công khai trên chuỗi chính. Có hai loại bằng chứng rollup: Bằng chứng Tính hợp lệ (được sử dụng bởi ZK-Rollups) và Bằng chứng Gian lận (được sử dụng bởi Optimistic Rollups).
4. Phụ Thuộc Vào Bảo Mật Lớp 1: Các rollup vẫn phụ thuộc vào bảo mật và sự đồng thuận của chuỗi Lớp 1. Nếu rollup là lạc quan, bất kỳ ai cũng có thể thách thức tính hợp lệ của các giao dịch thông qua các bằng chứng gian lận. Trong các ZK-rollups, bằng chứng tính hợp lệ đảm bảo rằng chỉ các giao dịch hợp lệ mới được chấp nhận. Chúng ta sẽ đến đó ngay bây giờ, hãy kiên nhẫn!
5. Cuối Giao Dịch: Khi gói giao dịch được giải quyết trên blockchain Lớp 1, các giao dịch trong gói đó là cuối cùng. Tùy thuộc vào việc rollup là lạc quan hay dựa trên ZK, tính cuối cùng có thể xảy ra gần như ngay lập tức.

Đến lúc nói về các loại rollup khác nhau, vì tôi chắc bạn có câu hỏi.

Giải Thích Về Optimistic Rollups

Optimism và Arbitrum là những triển khai rất phổ biến của các rollup lạc quan, nhưng một số giải pháp đáng chú ý khác là Base, Metis và Cartesi. 

Các giải pháp đáng chú ý khác là Base, Metis và Cartesi.  

Các rollup lạc quan là một loại giải pháp mở rộng Lớp 2 nhằm tăng thông lượng của Ethereum bằng cách thực thi các giao dịch ngoài chuỗi.

Các rollup lạc quan coi các giao dịch là hợp lệ theo mặc định, và do đó có tên gọi "lạc quan" để chỉ phương pháp xác minh này.

Thay vì xác minh tất cả các giao dịch trên chuỗi, các rollup lạc quan chỉ báo cáo một tóm tắt gói giao dịch đến Ethereum Lớp 1, giảm tải khối lượng tính toán và lưu trữ của Lớp 1, và giảm bớt gánh nặng tính toán và lưu trữ cho Lớp 1. Điều này khá khác biệt so với zk-rollups, dựa vào các bằng chứng mật mã để xác minh tính hợp lệ của các giao dịch. Mô hình bảo mật của các rollup lạc quan dựa trên các bằng chứng gian lận, với người dùng có thể tranh chấp các giao dịch gian lận trong một khoảng thời gian tranh chấp. Sau khi các giao dịch được giải quyết ngoài chuỗi, có một khoảng thời gian—thường là vài tuần—trước khi bất kỳ ai có thể tranh chấp một giao dịch không rõ ràng bằng cách cung cấp một bằng chứng gian lận. Khi phát hiện gian lận, hệ thống sẽ thực hiện lại giao dịch để kiểm tra xem nó có hợp lệ hay không. Nó cân bằng giữa khả năng mở rộng và bảo mật bằng cách cho phép hầu hết các giao dịch diễn ra mà không cần xác minh trực tiếp, nhưng với khả năng đảo ngược hoạt động độc hại. Các rollup lạc quan như Arbitrum và Optimism cung cấp lợi ích về khả năng mở rộng thông qua việc giảm phí gas và tăng cường khả năng cho các giao dịch, do đó lý tưởng cho các dApp được tối ưu hóa để giảm phí gas và mở rộng khả năng giao dịch. Nhược điểm là thời gian cuối cùng dài hơn do khoảng thời gian thách thức, khiến nó ít lý tưởng cho các hoạt động nhạy cảm về thời gian.

ZK Rollups: Một Khám Phá Sâu 

Zero-Knowledge (ZK) rollups cung cấp một giải pháp cao cấp cho việc mở rộng, tận dụng các bằng chứng mật mã để xác thực giao dịch và hiệu quả, đặc biệt cho Ethereum. Trái ngược với các rollup lạc quan, giả định rằng các giao dịch là hợp lệ cho đến khi được xác định khác, ZK rollups sử dụng các bằng chứng mật mã để đảm bảo rằng tất cả các giao dịch trong một gói thực sự là hợp lệ. Việc sử dụng các bằng chứng mật mã làm cho ZK rollups trở thành một lựa chọn an toàn mạnh mẽ, đặc biệt cho những trường hợp mà tính tức thời và tính cuối cùng đáng tin cậy cao quan trọng. Hoạt động của ZK rollups bao gồm một loạt các bước chính. Đầu tiên, tương tự như các rollup lạc quan, ZK rollups thực thi các giao dịch ngoài chuỗi. Tuy nhiên, sự khác biệt nằm ở cách mà họ xác thực các giao dịch này: ZK rollups tạo ra các bằng chứng tính hợp lệ (zk-SNARKs) của các giao dịch theo gói, cho phép xác minh tính toàn vẹn trước khi được gửi đến chuỗi chính. Sau đó, đối với một gói giao dịch, ZK rollups tạo ra một bằng chứng mật mã ngắn gọi là zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge). Bằng chứng này xác minh tính chính xác của tất cả các giao dịch trong một gói mà không tiết lộ bất kỳ thông tin nào bên dưới và không yêu cầu blockchain chính xác minh từng giao dịch

Khi zk-SNARK được tạo ra, chỉ cần gửi bằng chứng và một đoạn dữ liệu nhỏ cụ thể cho lô chính đến blockchain chính.

Điều này giảm lượng dữ liệu và phí gas cho việc xử lý giao dịch.

Sau khi đăng, blockchain chính kiểm tra bằng chứng zk-SNARK với dữ liệu đã cung cấp.

Nếu kiểm tra hợp lệ, toàn bộ lô được coi là hợp lệ mà không cần kiểm tra thêm, dẫn đến tính cuối cùng gần như ngay lập tức.

Cơ chế xác minh nhanh chóng này nâng cao trải nghiệm người dùng rất nhiều, đặc biệt là đối với những trường hợp mà thời gian là rất quan trọng.

Về mặt bảo mật và niềm tin, ZK rollups kế thừa bảo mật từ blockchain Layer 1 cơ sở (ví dụ: Ethereum) và tận hưởng mức độ tin cậy cao về tính chính xác của giao dịch nhờ vào các bằng chứng mật mã. Cách tiếp cận này giảm thiểu khả năng gian lận có thể xảy ra trong thời gian thách thức của các rollups lạc quan.

Các lợi thế của ZK rollups là rất đáng kể. Chúng cải thiện khả năng mở rộng rất nhiều thông qua một hệ số lớn trong thông lượng giao dịch với chi phí gas giảm vì chúng hiệu quả nén nhiều giao dịch vào một bằng chứng. Với tính cuối cùng gần như ngay lập tức nhờ vào zk-SNARKs, chúng đặc biệt lý tưởng cho các ứng dụng mà giao dịch cần được xác nhận ngay lập tức, như thanh toán và giao dịch. Ngoài ra, ZK rollups củng cố sự ẩn danh của người dùng vì các chi tiết của các giao dịch cụ thể được ẩn trong các bằng chứng được trình bày cho blockchain chính và do đó rất phù hợp với các ứng dụng có yêu cầu bảo mật. Các sản phẩm zk rollup phổ biến như zkSync và StarkWare đã trở thành một phần của hệ sinh thái Ethereum nhờ vào hiệu quả của chúng. Những sản phẩm như vậy đã thu hút được sự chú ý trong hệ sinh thái Ethereum nhờ vào tính hiệu quả và việc áp dụng công nghệ không biết mới. Phí gas của các zk-rollups như zkSync, tính đến tháng 10 năm 2024, dao động từ 0.001 ETH đến 0.005 ETH, đây là một điểm bán hàng lớn cho người dùng muốn tiết kiệm tiền trong khi giao dịch nhanh hơn.

Khái Niệm L2-MEV

MEV, hay Giá Trị Tối Đa Có Thể Trích Xuất, là lợi nhuận thu được từ việc sắp xếp lại các giao dịch trong các mạng blockchain. Kể từ khi nó được định nghĩa chính thức trong tài liệu "Flash Boys 2.0" vào năm 2019, MEV đã trở thành một chủ đề nóng, đặc biệt với sự xuất hiện của các giải pháp L2 như rollups. MEV là thứ mà các bot arbitrage cố gắng trích xuất trong các giao dịch DEX, và các thợ mỏ và người xác thực có thể tích lũy lợi nhuận từ các giao dịch được sắp xếp lại. Bộ sắp xếp cũng đóng vai trò chủ đạo trong việc trích xuất MEV trong các rollups, quản lý thứ tự giao dịch và việc gửi khối đến Layer 1. Và vấn đề là hầu hết các rollups L2 Ethereum hiện tại có một bộ sắp xếp trung tâm duy nhất chi phối thứ tự giao dịch. Bộ sắp xếp trung tâm có quyền kiểm soát lớn đối với việc trích xuất MEV, ảnh hưởng đến thứ tự giao dịch và lợi nhuận. Nhưng kích thước MEV có thể trích xuất thay đổi giữa các rollups dựa trên cơ chế sắp xếp. Trong hệ thống "Đến trước, phục vụ trước" của Arbitrum, thứ tự giao dịch diễn ra theo thứ tự biên nhận với ít không gian cho việc thao túng MEV.

Tuy nhiên, bộ sắp xếp của Optimism lại có mức độ kiểm soát thứ tự giao dịch cao hơn, cho phép linh hoạt hơn cho việc trích xuất MEV.

Dù vậy, Optimism vẫn có các kiểm tra, tức là các khoảng thời gian cho việc đăng giao dịch, điều này hạn chế bộ sắp xếp không thể thực hiện quyền lực này một cách tối đa.

Với lộ trình tập trung vào rollup của Ethereum, nhìn về tương lai khi 99% mọi thứ sẽ xảy ra trên L2 khi các rollups hình thành hoàn toàn, việc triển khai các rollups với các cơ chế để giảm bớt cuộc đua trích xuất MEV sẽ rất quan trọng để đảm bảo sự công bằng và hiệu quả trên mạng lưới.

Tác Động của L2-MEV đến Ethereum

Sự chấp nhận Layer 2 đã thay đổi hệ sinh thái Ethereum, đặc biệt là cách mà động lực Giá Trị Tối Đa Có Thể Trích Xuất (MEV) diễn ra. Khi Ethereum mở rộng với các rollups, động lực sắp xếp giao dịch và trích xuất MEV chuyển vào các mạng L2 này, nơi mà các bộ sắp xếp, dù là trung tâm hay phi tập trung, kiểm soát thứ tự của các giao dịch. Điều này tạo ra một loạt các hệ quả cho Ethereum nói chung: 

1. Khả Năng Mở Rộng với Các Thỏa Thuận

Các giải pháp L2 như Optimism và Arbitrum nâng cao khả năng mở rộng của Ethereum bằng cách loại bỏ blockchain Layer 1 của nó. Tuy nhiên, sự tập trung của các bộ sắp xếp tạo ra một nút thắt mà tiềm năng trích xuất MEV có thể gia tăng. Lộ trình tập trung vào rollup của Ethereum chắc chắn sẽ mang lại khả năng mở rộng lớn hơn nhưng làm gián đoạn sự cân bằng với việc sắp xếp giao dịch công bằng.

Các bộ sắp xếp trung tâm không bị ràng buộc có thể tận dụng việc sắp xếp giao dịch với cái giá phải trả cho tinh thần phi tập trung của Ethereum, có thể làm tăng giá hoặc ưu tiên một số giao dịch nhất định—hy sinh tinh thần phi tập trung của Ethereum.

2. Phi Tập Trung của Các Bộ Sắp Xếp

Một trong những nỗ lực hiện tại chống lại việc trích xuất MEV là phi tập trung hóa chức năng bộ sắp xếp. Triển khai các giao thức sắp xếp phi tập trung hoặc các hệ thống bộ sắp xếp cạnh tranh có thể trung hòa các cuộc tấn công MEV và phù hợp với các mục tiêu phi tập trung của Ethereum, các rollups có thể giảm thiểu việc lạm dụng MEV. Điều này đặc biệt quan trọng vì Ethereum ngày càng mở cửa cho các công nghệ L2. Sự phi tập trung sẽ phù hợp với mục tiêu dài hạn của Ethereum về sự phi tập trung và tăng cường bảo mật tổng thể trong mạng lưới.

3. Các Khuyến Khích Kinh Tế và Đấu Giá MEV

Khi MEV trở nên phổ biến hơn, đã có một số L2 thử nghiệm các cuộc đấu giá MEV, trong đó lợi nhuận từ việc trích xuất MEV quay trở lại cho các người xác thực hoặc người dùng cuối thay vì bị thu hoạch bởi bộ sắp xếp. Giao thức này có thể tái phân bổ các khuyến khích kinh tế để giảm thiểu các tác động xấu của MEV, vì vậy giá trị sẽ quay trở lại cho toàn bộ hệ sinh thái Ethereum thay vì chỉ tập trung vào một số ít. 

4. Trải Nghiệm Người Dùng và Phí Gas 

Việc trích xuất L2-MEV có thể dẫn đến phí giao dịch cao hơn và tính cuối cùng bị trì hoãn, đặc biệt là trên các rollups với các bộ sắp xếp trung tâm có thể sắp xếp lại các giao dịch vì lợi nhuận, đặc biệt là trên các rollups với các bộ sắp xếp trung tâm có thể sắp xếp lại các giao dịch vì lợi ích tài chính. Ngược lại, các rollups phi tập trung hơn hoặc được thiết kế tốt hơn có thể giảm thiểu việc trích xuất MEV và mang lại trải nghiệm chi phí thấp hơn, độ trễ thấp hơn và an toàn hơn.

Giá gas thấp hơn trên các L2 cũng có thể cho phép Ethereum đạt được sự chấp nhận rộng rãi hơn, nhưng thách thức là làm thế nào để đảm bảo sự công bằng trong việc sắp xếp các giao dịch giữa các giải pháp này.

5. Các Cân Nhắc Về Bảo Mật

Càng nhiều giao dịch được xử lý trên Layer 2, bảo mật của Ethereum sẽ càng phụ thuộc vào các kỹ thuật quản lý MEV trong các rollups Layer 2. Các rollups được xây dựng ác ý có thể tạo điều kiện cho việc trích xuất MEV quá mức có thể làm giảm niềm tin vào mạng lưới, trong khi các Rollups với bằng chứng gian lận/tính hợp lệ, các bộ sắp xếp phi tập trung và giới hạn MEV sẽ cải thiện bảo mật và sự phi tập trung của Ethereum.

Cụ thể, trong khi các giải pháp L2 như rollups cung cấp một con đường hấp dẫn cho khả năng mở rộng của Ethereum, chúng tạo ra các vấn đề mới về L2-MEV của Ethereum. Sự thành công của tương lai dựa trên rollup của Ethereum phụ thuộc vào việc giải quyết những vấn đề này thông qua sự phi tập trung, cởi mở và tái cân bằng kinh tế, khiến Ethereum vừa có khả năng mở rộng và công bằng.