Tất cả những gì bạn cần biết về Layer 1 & Layer 2
Ngày 09 tháng 08 năm 2022
Khi thảo luận về kiến trúc blockchain, các thuật ngữ 'Layer 1' và 'Layer 2' thường được đề cập. Đây là những khái niệm quan trọng phục vụ hai mục đích: giải thích cách mạng blockchain được xây dựng và cung cấp một hình ảnh trực quan dễ hiểu về mạng blockchain trông như thế nào?
Layer 1: Định nghĩa
Hãy tưởng tượng một chiếc bánh cưới, với các tầng khác nhau - gọi là các Layer, và bức tượng nhỏ của một cặp đôi ở trên cùng. Chiếc bánh xinh đẹp ấy nằm trên một giá đỡ, chân đế vững chắc. Mục đích là đế bánh chắc chắn và vững chắc đó là Layer đầu tiên (Layer 1) hỗ trợ cơ sở hạ tầng của bánh. Ý tưởng của ví dụ này là gì? Trong một blockchain, Layer 1 là mạng cơ sở mà trên đó các giải pháp Layer 2 còn lại.
Layer 1: Chức năng
Với sơ đồ trực quan này, Cardano là Layer 1 (mạng cơ sở), bản thân nó bao gồm ba Layer độc lập:
- Layer mạng (Network)
- Layer đồng thuận (Consensus)
- Layer sổ cái (Leger)
Layer mạng
Layer này duy trì các kết nối giữa tất cả các node phân tán trong mạng Cardano, nhận các khối mới từ mạng khi chúng được tạo ra bởi các node tạo khối, xây dựng các giao dịch mới được đúc thành khối và truyền khối giữa các node.
Layer đồng thuận
Layer này thực hiện hai chức năng cơ bản:
- Chạy giao thức đồng thuận Ouroboros. Layer này đưa ra các quyết định như chọn các khối, lựa chọn giữa các chuỗi cạnh tranh (nếu có) và tự nó quyết định khi nào sản xuất các khối; và
- Duy trì tất cả các trạng thái cần thiết để đưa ra các quyết định được thực hiện trong Layer đồng thuận.
Layer sổ cái
Layer này chỉ định:
- Trạng thái của sổ cái trông như thế nào; và
- Sổ cái phải được cập nhật như thế nào cho mỗi khối mới.
Layer sổ cái chỉ bao gồm các chức năng thuần túy chỉ định sự chuyển đổi giữa các trạng thái sổ cái kế tiếp, như bắt nguồn từ các quy tắc sổ cái chính thức, bằng cách sử dụng mô hình kế toán UTxO mở rộng (EUTxO). Các chuyển đổi trạng thái được thúc đẩy bởi tập hợp các giao dịch được chứa trong các khối Cardano và bởi các sự kiện lớn như chuyển đổi ranh giới kỷ nguyên.
Layer đồng thuận không cần biết bản chất chính xác của trạng thái sổ cái, cũng như nội dung của các khối, ngoài một số trường tiêu đề cần thiết để chạy giao thức đồng thuận.
Về tổng thể, ba Layer này tạo thành giải pháp Layer 1 là Cardano.
Layer 1: Khả năng mở rộng
Hãy nhìn chiếc bánh cưới một lần nữa. Với tất cả các tầng xếp chồng lên nhau, nó lớn phải không?. Nhưng hãy nhìn vào phần đế, phần đế của chiếc bánh. Layer đầu tiên đó có kích thước nhất định và không thể lớn hơn nữa. Tương tự, nó cần phải đủ lớn để có thể hỗ trợ được các tầng nằm phía trên nó. Những thứ nằm trên đó có kích thước lớn nhất định, và đây chính xác là lý do tại sao bánh cưới có nhiều tầng. Mỗi tầng (Layer mỏng) mới lại cần thêm một cái gì đó vào tầng cơ sở. Một lớp trám mới, phủ sương, trang trí, v.v ... Nói cách khác, mỗi Layer thêm bên trên sẽ làm tăng thêm kích thước của Layer bên dưới.
Các mạng công cộng phi tập trung cũng gặp phải vấn đề tương tự. Cũng giống như một đế bánh chỉ có thể chứa được một lượng lát bánh hữu hạn, phần đế (Layer 1) chỉ có thể xử lý một lượng giao dịch nhất định. Nếu bạn cố gắng thêm số lượng nhiều lát hơn theo chiều đứng, chúng sẽ bắt đầu rơi ra khỏi mép, lộn xộn và có thể sẽ phá hỏng ngày trọng đại của ai đó. Tương tự, các node trong mạng Layer 1 chỉ có thể xử lý một lượng giao dịch nhất định trước khi xảy ra việc tắc nghẽn. Khi người dùng phát triển, nhu cầu về nhiều node hơn để xử lý các giao dịch cũng vậy. Để giải quyết vấn đề này, mạng cần phải mở rộng quy mô, nếu không, các giao dịch sẽ bắt đầu tụt dốc.
Có nhiều cách để mở rộng quy mô mạng Layer 1. Ví dụ: tăng kích thước khối để các khối mang nhiều dữ liệu giao dịch hơn. Kích thước khối gần đây đã tăng thêm 8KB lên 72KB (tăng 12,5%). Đây là một trong những cách Cardano sẽ mở rộng quy mô vào năm 2022.
Ghi chú: Kích thước khối (Blocksize) của Cardano được nâng lên thành 88KB từ ngày 25 tháng 03 năm 2022.
Quay trở lại hình ảnh về chiếc bánh cưới của chúng ta, việc thêm các tầng không chỉ làm cho chiếc bánh lớn hơn mà còn giới thiệu một tính năng rất hữu ích: khả năng làm cho mọi tầng khác nhau cho phần đế. Chúng tôi có thể thêm các hương vị, nhân, thiết kế khác nhau, v.v., độc lập với Layer đầu tiên. Để phục vụ cho các 'khách' khác nhau và sở thích khác nhau. Trong blockchain, việc thêm một Layer mới (Layer 2) không chỉ cho phép Layer 1 mở rộng quy mô mà còn cho phép các giao dịch và quy trình diễn ra độc lập với chuỗi chính (Layer 1).
Các giải pháp khả năng mở rộng Layer 1 trong Cardano
Cardano hiện đang trong giai đoạn phát triển Basho, tất cả là về mở rộng quy mô và tối ưu hóa. Trong khi mạng hiện đang quản lý nhu cầu rất hiệu quả, hệ sinh thái ứng dụng phi tập trung (DApp) đang phát triển nhanh chóng và sẽ tiếp tục đặt ra nhu cầu ngày càng tăng đối với hệ thống. Để giải quyết vấn đề này, nhiều phương pháp để tăng khả năng mở rộng (bao gồm các giải pháp Layer 1 và Layer 2) đang được triển khai cho Cardano để đặt tới hàng trăm nghìn người đầu tiên, sau đó là hàng triệu người dùng mới.
Tăng kích thước khối
Khối càng lớn thì càng có nhiều giao dịch. Khối đầu tiên được đúc trên Cardano có kích thước 665 byte (0,665KB). Ngày nay, các khối có kích thước 72KB. Đó là mức tăng hơn 10.000%! Các mức tăng thêm sẽ được áp dụng theo thời gian dựa trên việc giám sát hệ thống liên tục và tình trạng mạng tổng thể.
Pipelining
Cải thiện thời gian lan truyền khối bằng cách kết hợp xác thực và lan truyền. Mục tiêu là để các khối được truyền cho ít nhất 95% các đối tượng ngang hàng trong vòng năm giây bằng cách giảm 'thời gian chết' giữa các khối (chi phí truyền khối). Điều này cung cấp thêm khoảng trống để thực hiện các thay đổi mở rộng quy mô tích cực hơn, chẳng hạn như tăng kích thước khối / tăng giới hạn tham số Plutus.
Input Endorsers
Xa hơn nữa, người xác nhận đầu vào sẽ cải thiện thời gian và thông lượng truyền khối bằng cách cho phép các giao dịch được tách thành các khối được xây dựng trước. Điều này cải thiện tính nhất quán của thời gian truyền khối và cho phép mở rộng quy mô giao dịch cao hơn.
Thông số bộ nhớ / CPU cho Plutus
Sử dụng bộ nhớ hiệu quả hơn trên toàn bộ chuỗi. Cụ thể, có những cải tiến về bộ nhớ trong việc xử lý Đầu ra giao dịch chưa sử dụng (UTXO), phân phối cổ phần, phân phối cổ phần trực tiếp và các nhóm, và biểu diễn hàm băm.
Cải tiến tập lệnh Plutus
Sử dụng hiệu quả hơn nữa mô hình EUTxO mạnh mẽ thông qua tối ưu hóa hợp đồng thông minh, bao gồm:
- Đầu vào tham chiếu - Reference Inputs (CIP-0031) - Tập lệnh Plutus có thể kiểm tra đầu vào giao dịch mà không cần phải sử dụng chúng. Điều này có nghĩa là không cần thiết phải tạo UTXO chỉ đơn giản là để kiểm tra thông tin do đầu vào nắm giữ.
- Dũe liệu nội tuyên - Inline Datums (CIP-0032) - Datums có thể được gắn trực tiếp vào đầu ra thay vì băm dữ liệu. Điều này đơn giản hóa cách dữ liệu được sử dụng, vì người dùng có thể thấy dữ liệu thực tế hơn là phải cung cấp dữ liệu khớp với hàm băm đã cho.
- Tập lệnh tham chiếu - Reference Script (CIP-0033) - Các tham chiếu tập lệnh Plutus có thể được liên kết với các đầu ra giao dịch, có nghĩa là chúng có thể được ghi lại trên chuỗi để sử dụng lại sau này. Sẽ không cần thiết phải cung cấp một bản sao của tập lệnh với mỗi giao dịch, giảm đáng kể sự cọ xát cho các nhà phát triển. Việc sử dụng lại các tập lệnh trong nhiều giao dịch làm giảm đáng kể kích thước giao dịch, cải thiện thông lượng và giảm chi phí thực thi tập lệnh.
Cải tiến node
Các cải tiến đối với node sẽ giúp phân bổ đồng đều các phép tính tiền cược và phần thưởng trên các kỷ nguyên, do đó cung cấp khoảng trống lớn hơn để tăng kích thước khối. Ngoài ra, việc sử dụng bộ nhớ giờ đây hiệu quả hơn. Nén bộ nhớ làm giảm dấu chân RSS và chia sẻ bộ nhớ có nghĩa là chúng ta cần ít dữ liệu được khởi tạo hơn. Phiên bản Node 1.34.1, từ tháng 3 năm 2022, giảm tải cao điểm tại các điểm quan trọng, bao gồm cả giai đoạn chuyển giao giữa các kỷ nguyên.
Bộ nhớ trên ổ cứng
Bằng cách lưu trữ các phần của trạng thái giao thức trên ổ cứng, các node sẽ cần ít bộ nhớ hơn, có nghĩa là các hệ thống hạn chế RAM sẽ có thể chạy các node miễn là chúng có đủ bộ nhớ và bộ nhớ sẽ không gây tắc nghẽn đối với khả năng mở rộng. Điều này sẽ cho phép tăng trưởng đáng kể trong trạng thái blockchain.
Vấn đề Blockchain Trilemma
Trilemma là bộ ba thuộc tính quan trọng của Blockchain bao gồm: tính Phi tập trung (Decectralization), tính Mở rộng (Scalability) và tính Bảo mật (Security).
Khả năng mở rộng của một hệ thống phân tán - chẳng hạn như một blockchain - là một yêu cầu phức tạp.
Có một sự đồng thuận chung rằng một hệ thống blockchain 'thích hợp' phải có ba thuộc tính: khả năng mở rộng, bảo mật và phân quyền. Nhưng một niềm tin phổ biến không kém là cái gọi là Trilemma, cho rằng các hệ thống phi tập trung chỉ có thể cung cấp hai trong số các thuộc tính này, trong khi hy sinh thứ ba. Vitalik Buterin, nhà sáng lập Ethereum, thừa nhận rằng các nhà phát triển phải luôn chấp nhận thỏa hiệp hoặc đánh đổi khi thiết kế mạng blockchain. Sự thỏa hiệp này có nghĩa là một tài sản phải 'chịu đựng', đối với hai tài sản còn lại là khả thi.
Ví dụ: mạng càng có nhiều node thì mạng càng trở nên Phi tập trung hơn, nhưng điều đó cũng có nghĩa là càng cần nhiều node đáng tin cậy để duy trì Bảo mật. Để duy trì Bảo mật, các khoản phí phải được đưa ra có thể làm cho chi phí của một cuộc tấn công tiềm ẩn cao nghiêm trọng. Tuy nhiên, một mạng phải khuyến khích sự tham gia, vì vậy chi phí cho mỗi node phải tương đối thấp. Ngoài ra, đặc điểm của tính bất biến ngụ ý rằng dữ liệu blockchain sẽ được thêm vào miễn là blockchain tồn tại, nhưng không bao giờ bị xóa, có nghĩa là blockchain sẽ tiếp tục phát triển. Mạng lớn hơn có nghĩa là cần nhiều tài nguyên tính toán hơn để duy trì hiệu suất. Hiệu suất tốt hơn cần phần cứng tốt hơn, có nghĩa là phần thưởng phải đủ để khiến khoản đầu tư trở nên đáng giá. Và cứ như thế.
Mở rộng theo chiều dọc và chiều ngang
Giải quyết vấn đề nan giải này đòi hỏi một cách tiếp cận thận trọng và cân bằng, để cả ba yếu tố này luôn ở trạng thái cân bằng.
Về lý thuyết, một hệ thống blockchain sẽ tiếp tục phát triển vô thời hạn. Khi càng nhiều node trở thành một phần của hệ thống, thì sẽ có nhiều dữ liệu và tài sản lưu chuyển hơn, đồng thời sẽ cần xử lý nhiều giao dịch hơn. Tất cả điều này đòi hỏi sức mạnh tính toán và khả năng lưu trữ. Theo thời gian, nhu cầu sẽ tiếp tục tăng, vì vậy hệ thống cơ bản sẽ cần phải mở rộng quy mô phù hợp để ngăn chặn sự sụt giảm đáng kể về hiệu suất.
Có hai tùy chọn Mở rộng quy mô: dọc và ngang.
Mở rộng quy mô dọc
Kỹ thuật này liên quan đến việc mở rộng khả năng tính toán của các node riêng lẻ bằng cách thêm nhiều bộ nhớ hơn và các thành phần tốt hơn. Nói cách khác, hãy nâng cấp phần cứng của mạng để đạt được hiệu suất tổng thể tốt hơn.
Ví dụ, có một mạng bao gồm các node hiệu suất cao hỗ trợ kích thước khối lớn hơn và khuếch tán khối nhanh hơn. Nhưng nhược điểm là sự Phi tập chung sẽ bị hạn chế, do chi phí vận hành cao, điều này sẽ khiến các nhà khai thác node mới phải suy nghĩ kỹ về việc tham gia và do đó hạn chế sự mở rộng của mạng. Ngoài ra, một mạng như vậy sẽ mang lại chi phí cao hơn cho các node xác nhận.
Mở rộng quy mô ngang
Ngược lại với mở rộng quy mô theo chiều dọc, mở rộng quy mô theo chiều ngang có thể đạt được theo hai cách. Một, đơn giản bằng cách thêm nhiều máy tính (node) vào mạng hiện có. Lý do ở đây là, bằng cách thêm các node bổ sung, mạng sẽ có khả năng xử lý nhiều giao dịch hơn.
Và hai, bằng cách sử dụng sidechains, sẽ loại bỏ một số tải tính toán khỏi chuỗi chính và, như một lợi thế bổ sung, cho phép tùy chỉnh dưới dạng các giao thức đồng thuận khác nhau hoặc các mô hình quản trị, ví dụ, để phù hợp với một dự án hoặc ngành cụ thể. Từ quan điểm bảo mật, các sidechains có thể tạo ra một hệ sinh thái an toàn hơn bằng cách cô lập các mối đe dọa tiềm ẩn đối với chuỗi chính. Nếu một sidechain bị xâm phạm theo bất kỳ cách nào, nguy cơ sẽ được chứa trong sidechain đó, do đó bảo vệ phần còn lại của mạng.
Layer 2: giải quyết vấn đề nan giải về khả năng mở rộng
Nói chung, các giải pháp Layer 2 giải quyết vấn đề khả năng mở rộng vốn có đối với chuỗi Layer 1. Được xây dựng trên nền tảng của một blockchain hiện có (giống như việc thêm một tầng mới vào bánh cưới), các giao thức Layer 2 thực hiện rất nhiều công việc xử lý mà nếu không sẽ xảy ra trên chuỗi chính. Điều này làm tăng thông lượng của chuỗi chính. Một phần thưởng bổ sung là, trong khi giải pháp Layer 2 thực hiện công việc khó khăn, Layer 1 vẫn giữ được tính bảo mật của nó.
Layer 2: Định nghĩa
Một giao thức ngoài chuỗi bổ sung hoạt động trên Layer 1 của blockchain. Các bên có thể chuyển tiền một cách an toàn từ chuỗi khối sang một giao thức ngoài chuỗi, giải quyết các giao dịch trong giao thức này một cách độc lập với chuỗi cơ sở và chuyển tiền một cách an toàn trở lại chuỗi cơ sở nếu cần. Các giao thức Layer 2 cải thiện thông lượng tổng thể và khả năng mở rộng vì chúng làm giảm tắc nghẽn mạng.
Các giải pháp khả năng mở rộng Layer 2 trong Cardano
Sidechains
Một sidechain, được định nghĩa là một cách cho phép nhiều blockchain giao tiếp với nhau và có một chuỗi phản ứng với các sự kiện trong đó, là một chuỗi khối riêng biệt được kết nối với một chuỗi khối chính (chuỗi 'chính' - mainchain, còn được gọi là chuỗi mẹ - parent chain), thông qua một cơ chế hai chiều ('cầu nối') cho phép token và các tài sản kỹ thuật số khác từ một chuỗi này được sử dụng trong chuỗi khác và kết quả được trả về chuỗi ban đầu. Tài sản có thể được di chuyển giữa các chuỗi khi cần thiết. Một parent chain duy nhất có thể có nhiều sidechains có thể tương tác được kết nối với nó, có thể hoạt động theo những cách hoàn toàn khác nhau. EVM sidechains trên Cardano bao gồm Milkomeda của dcSpark và dự án EVM sidechain của IOG.
Hydra
Hydra là giải pháp khả năng mở rộng Layer 2 cho Cardano, nhằm mục đích tăng tốc độ giao dịch thông qua độ trễ thấp, thông lượng cao và giảm thiểu chi phí giao dịch.
Hydra Head là giao thức đầu tiên của dòng Hydra và là nền tảng cho các kịch bản triển khai nâng cao hơn dựa trên các kênh nhà nước đa bên, đẳng hình. Bằng cách cung cấp các phương tiện xử lý giao dịch ngoài chuỗi hiệu quả hơn cho một nhóm người dùng, đồng thời sử dụng sổ cái Mainchain làm Layer thanh toán an toàn, Hydra Head giữ các đảm bảo an ninh trong khi vẫn được liên kết linh hoạt với Mainchain. Không yêu cầu sự đồng thuận toàn cầu, nó có thể thích ứng với nhiều loại ứng dụng. Ngoài ra, Hydra Head cho phép phí giao dịch (TX), ngân sách thực thi tập lệnh và các thông số giao thức khác được định cấu hình ở mức thấp hoặc cao tùy theo nhu cầu sử dụng. Điều này rất quan trọng để kích hoạt các giao dịch có giá trị nhỏ (micro-payment).
Hơn nữa, Hydra Head giới thiệu khái niệm về kênh trạng thái đẳng cấu: nghĩa là sử dụng lại cùng một biểu diễn sổ cái để mang lại các 'anh chị em' sổ cái đồng nhất, ngoài chuỗi, mà chúng tôi gọi là Heads (do đó có tên Hydra). Đặc biệt đối với Cardano, điều này có nghĩa là tài sản gốc, token không thể thay thế (NFT) và tập lệnh Plutus có sẵn bên trong mỗi Hydra Head. Isomorphism cho phép một phần mở rộng tự nhiên của hệ thống, chứ không phải là một phần mở rộng ép buộc.
Hydra Heads xuất sắc trong việc đạt được kết quả gần như tức thì trong một Head. Quá trình thiết lập và đóng Head có thể mất một vài khối, nhưng sau khi được thiết lập, các giao dịch có thể diễn ra nhanh chóng giữa những người tham gia hợp tác. Vì Hydra Heads là đồng phân hình và cũng sử dụng mô hình EUTXO, chúng có thể xử lý đồng thời các giao dịch không xung đột, điều này - cùng với mạng tốt - cho phép sử dụng tối ưu các tài nguyên có sẵn.
Các giải pháp khả năng mở rộng khác
Tính toán ngoài chuỗi
Giảm tải một số tính toán, ví dụ như với Thực thi hợp đồng không đồng bộ (Asynchronous Contract Execution - ACE), có thể thúc đẩy hiệu quả mạng lõi cao hơn. Các giao dịch xảy ra bên ngoài chính blockchain, nhưng có thể cung cấp các giao dịch nhanh chóng, giá rẻ thông qua mô hình ủy thác.
Mithril
Để đạt được khả năng mở rộng lớn hơn, cần phải giải quyết sự phức tạp của các hoạt động quan trọng phụ thuộc lôgarit vào số lượng người tham gia. Mithril là một giao thức do IOG phát triển, hoạt động như một sơ đồ chữ ký ngưỡng dựa trên cổ phần cho phép tận dụng cổ phần minh bạch, an toàn và nhẹ. Mithril sẽ cải thiện đồng bộ hóa chuỗi trong khi duy trì sự tin cậy. Kết quả là tập hợp đa chữ ký nhanh chóng và hiệu quả mà không ảnh hưởng đến các tính năng bảo mật.
Kết luận
Một mạng lưới blockchain hoạt động theo những cách bí ẩn và dường như một số khái niệm xung quanh hệ sinh thái sổ cái phi tập trung có vẻ khó hiểu. Nhưng nó sẽ không phải như vậy với Layer 1 và Layer 2, nếu bạn sử dụng hình ảnh Layer với chiếc bánh được trình bày ở đây.
- Layer 1 (đế của chiếc bánh) = mạng cơ sở mạnh mẽ và an toàn, dựa trên đó các giải pháp của Layer 2 còn lại
- Layer 2 (các tầng trên của chiếc bánh) = các giải pháp được xây dựng trên nền tảng để giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng vốn có
Đây là cách đơn giản nhất để hình dung và hiểu Layer 1 và Layer 2 là gì.
Tóm lược lại những điều quan trọng
- Cardano là Layer 1 (mạng cơ sở)
- Giải pháp Layer 2 là một cấu trúc được xây dựng trên đầu chuỗi Layer 1 để giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng và tốc độ giao dịch sau này. Lightning Network của Bitcoin là một ví dụ về giải pháp Layer 2, cũng tương tự như Hydra cho Cardano.
- Có hai tùy chọn mở rộng quy mô: dọc và ngang
- Mở rộng Quy mô theo chiều dọc liên quan đến việc mở rộng khả năng tính toán của các node riêng lẻ bằng cách bổ sung thêm bộ nhớ và các thành phần tốt hơn.
- Mở rộng Quy mô theo chiều ngang có thể đạt được theo hai cách.
- Một là đơn giản bằng việc thêm nhiều máy tính (node) vào mạng hiện có và
- Hai là bằng cách sử dụng các sidechains, sẽ loại bỏ một số tải tính toán khỏi chuỗi chính.
- Cardano sẽ thực hiện một loạt các phương pháp để tăng khả năng mở rộng với kế hoạch được triển khai trong suốt 2022 và 2023.
Nguồn bài viết tại đây
- [18/07/2022] - Sidechain: Khả năng Mở rộng và Tương tác
- [12/06/2022] - Ethereum Virtual Machine EVM Sidechain Alpha
- [08/06/2022] - SideChains và vai trò của chúng
- [18/03/2022] - Giao tiếp chuỗi chéo, Sidechain, NiPoPoW
Đọc thêm các bài viết liên quan tại thẻ Tags bên dưới