Phân tích toàn diện về mở rộng off-chain: Từ State Channels đến ZK Rollups

2025-08-10 20:03:43

Phân tích chiều sâu mở rộng off-chain

1. Sự cần thiết của việc mở rộng

Tầm nhìn tương lai của blockchain là phi tập trung, an toàn và khả năng mở rộng. Nhưng thường thì blockchain chỉ có thể đạt được hai trong số ba điều này, điều này được gọi là vấn đề tam giác không thể của blockchain. Trong nhiều năm qua, mọi người đã khám phá cách tăng cường khả năng xử lý và tốc độ giao dịch của blockchain trong khi đảm bảo tính phi tập trung và an toàn, tức là giải quyết vấn đề mở rộng.

Định nghĩa về tính phi tập trung, an ninh và khả năng mở rộng của blockchain:

Phi tập trung: bất kỳ ai cũng có thể trở thành nút tham gia sản xuất và xác thực hệ thống blockchain, số lượng nút càng nhiều, độ phi tập trung càng cao.
An ninh: Chi phí để có được quyền kiểm soát hệ thống blockchain càng cao thì độ an ninh càng cao.
Khả năng mở rộng: khả năng của blockchain xử lý một lượng lớn giao dịch.

Lần phân nhánh cứng lớn đầu tiên của mạng Bitcoin bắt nguồn từ vấn đề mở rộng. Mạng Ethereum cũng chọn hy sinh một phần khả năng mở rộng để đảm bảo sự an toàn và phi tập trung của mạng. Từ năm 2017, nhu cầu về thông lượng trên thị trường ngày càng tăng, nhưng Ethereum chỉ có thể xử lý từ 15 đến 45 giao dịch mỗi giây, dẫn đến tăng chi phí giao dịch và thời gian thanh toán kéo dài. Giải pháp mở rộng lý tưởng là: tăng tốc độ giao dịch và thông lượng của mạng blockchain mà không hy sinh tính phi tập trung và an toàn.

2. Các loại kế hoạch mở rộng

Theo tiêu chuẩn "có thay đổi một lớp mạng chính hay không", có thể chia các phương án mở rộng thành hai loại lớn: mở rộng trên chuỗi và mở rộng off-chain.

2.1 Mở rộng trên chuỗi

Khái niệm cốt lõi: Giải pháp đạt được hiệu ứng mở rộng bằng cách thay đổi một lớp giao thức mạng chính, giải pháp chính là phân đoạn.

Giải pháp chính:

Mở rộng không gian khối: Tăng số lượng giao dịch được đóng gói trong mỗi khối, nhưng sẽ giảm mức độ phi tập trung.
Phân mảnh: Chia sổ cái blockchain thành nhiều phần, mỗi nút khác nhau chịu trách nhiệm ghi chép khác nhau, có thể cải thiện tốc độ xử lý giao dịch, nhưng sẽ làm giảm tính bảo mật của toàn bộ mạng.

Thay đổi một lớp giao thức mạng chính có thể gây ra những tác động tiêu cực khó lường, đe dọa đến sự an toàn của toàn bộ mạng.

2.2 off-chain mở rộng

Khái niệm cốt lõi: Giải pháp mở rộng không thay đổi giao thức mạng chính một tầng hiện tại.

Có thể phân thành Layer 2 và các giải pháp khác:

Layer 2: Mạng lớp hai được xây dựng trên chuỗi chính
Các giải pháp khác: như chuỗi bên (sidechain) v.v.

3. Giải pháp mở rộng off-chain

3.1 Kênh trạng thái

3.1.1 Tóm tắt

Kênh trạng thái quy định rằng người dùng chỉ cần tương tác với mạng chính khi kênh được mở, đóng hoặc giải quyết tranh chấp, và các tương tác giữa người dùng được thực hiện off-chain để giảm thời gian và chi phí giao dịch, đạt được số lần giao dịch không bị giới hạn.

Kênh trạng thái là một giao thức P2P đơn giản, phù hợp với các ứng dụng dựa trên lượt. Mỗi kênh được quản lý bởi một hợp đồng thông minh đa ký hoạt động trên mạng chính, hợp đồng này kiểm soát tài sản được gửi vào kênh, xác minh các cập nhật trạng thái và phân xử tranh chấp giữa các bên tham gia.

3.1.2 Thời gian

2015/02: Joseph Poon và Thaddeus Dryja phát hành dự thảo báo cáo kỹ thuật về mạng lưới Lightning
2015/11: Jeff Coleman lần đầu tiên hệ thống tóm tắt khái niệm State Channel
2016/01: Bản trắng của mạng lưới Bitcoin Lightning chính thức được công bố
2017/11: Đề xuất quy chuẩn thiết kế State Channel đầu tiên Sprites
2018/06: Counterfactual đưa ra thiết kế Kênh Trạng thái Tổng quát chi tiết
2018/10: Khái niệm State Channel Networks và Virtual Channels được đề xuất
2019/02: Khái niệm Kênh N-Party xuất hiện, Nitro là giao thức đầu tiên dựa trên ý tưởng này.
2019/10: Pisa mở rộng khái niệm Watchtowers, giải quyết vấn đề người tham gia cần phải trực tuyến liên tục.
2020/03: Hydra đưa ra Kênh Đẳng cấu Nhanh

3.1.3 Nguyên lý kỹ thuật

Quy trình làm việc của kênh trạng thái:

Người dùng gửi tiền vào hợp đồng trên chuỗi, mở kênh
Người dùng thực hiện giao dịch off-chain, giao tiếp với nhau qua tin nhắn đã ký.
Khi đóng kênh, gửi trạng thái cuối cùng đến hợp đồng
Nếu không có tranh chấp, hợp đồng sẽ phân bổ quỹ theo trạng thái cuối cùng
Nếu có tranh chấp, vào thời gian thách thức, sẽ do trọng tài hợp đồng giải quyết.

3.1.4 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Xác nhận giao dịch ngay lập tức
Khả năng thông lượng cao
Phí giao dịch thấp
Bảo mật tốt

Khuyết điểm:

Cần khóa vốn
Độ trễ đóng kênh
Khó khăn trong việc hỗ trợ các ứng dụng phức tạp
Người dùng cần giám sát trực tuyến

3.1.5 Ứng dụng

Các ứng dụng chính:

Mạng lưới Lightning Bitcoin: Mạng lưới kênh thanh toán nhỏ
Mạng sét Ethereum: Giải pháp mở rộng Ethereum tương tự như mạng sét
Celer Network: Tăng cường mạng trạng thái kênh với lớp kích thích

3.1.6 So sánh ứng dụng

Mạng lưới ánh sáng Bitcoin:

Phát triển sớm, hệ sinh thái khá trưởng thành
Chỉ hỗ trợ thanh toán bằng BTC

Mạng lưới sét Ethereum:

Hỗ trợ chuyển ETH và ERC20
Phát triển chậm, tỷ lệ sử dụng thấp

Celer Network:

Hỗ trợ các tình huống ứng dụng chung
Tăng cường động lực token, phát triển hệ sinh thái nhanh chóng

3.2 Sidechains

3.2.1 Tóm tắt

Chuỗi bên là một hình thức blockchain xuất hiện để tăng tốc giao dịch Bitcoin, có thể sử dụng hợp đồng phức tạp hơn hoặc cải thiện cơ chế đồng thuận. Kết quả giao dịch của chuỗi bên cuối cùng sẽ được ghi lại trên chuỗi chính.

3.2.2 Thời gian

2012/01: Khái niệm sidechain của Bitcoin lần đầu được đề xuất
2014/10: Bài báo về sidechain Bitcoin được công bố
2017/04: Mạng POA ra mắt trên mạng thử nghiệm
2017/10:Matic Network khởi động
2017/12: Mạng POA ra mắt trên mạng chính
2018/01: Mạng thử nghiệm Skale ra mắt
2018/10: Mạng thử nghiệm xDai Chain chính thức ra mắt
2020/06: Ra mắt mạng chính Skale
2020/06: Matic PoS Chain chính thức ra mắt trên mạng chính
2021/02: Mạng chính Ronin của Axie Infinity hoạt động trên chuỗi phụ
2021/12: xDai Chain và Gnosis Dao hợp nhất
2022/03: POA Network đã hợp nhất vào Gnosis Chain

3.2.3 Nguyên lý kỹ thuật

Có hai cách chính để giao tiếp giữa chuỗi bên và chuỗi chính:

Neo hai chiều: Các trình xác thực của chuỗi chính và chuỗi phụ ghi lại trạng thái của nhau.
Không đồng bộ neo: Các xác thực viên của sidechain giám sát chuỗi chính, chuỗi chính thực hiện giao tiếp thông qua việc giới thiệu các Chứng nhận viên

Cơ chế sidechain: Chuỗi phụ: Chuỗi chính khóa tài sản, chuỗi phụ tạo tài sản tương đương Mainchain: Huỷ bỏ tài sản trên sidechain, mở khoá tài sản trên mainchain

An toàn của tài sản trên chuỗi phụ phụ thuộc vào cơ chế đồng thuận của chuỗi phụ.

3.2.4 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Độ sâu có thể tùy chỉnh
Hỗ trợ hợp đồng thông minh phức tạp
Có thể thực hiện xác nhận giao dịch nhanh chóng

Nhược điểm:

Độ sâu trung tâm thấp
Độ sâu phụ thuộc vào người xác minh
Độ sâu chuyển khoản hai chiều khá cao

3.2.5 Ứng dụng

Các ứng dụng chính:

xDai Chain( hiện Gnosis Chain): chuỗi bên dựa trên DAI
Polygon( trước Matic Network): Giải pháp mở rộng Ethereum tập hợp
Ronin: Chuỗi bên chuyên dụng cho trò chơi Axie Infinity

3.2.6 So sánh ứng dụng

xDai Chain:

Chi phí giao dịch thấp, tốc độ nhanh
Phát triển sinh thái chung

Polygon:

Nhiều phương án mở rộng
Phát triển sinh thái khá tốt

Ronin:

Được thiết kế đặc biệt cho trò chơi
Đã từng chịu đựng sự kiện an ninh nghiêm trọng

3.3 Plasma

3.3.1 Tóm tắt

Plasma là một khung xây dựng Dapp có thể mở rộng, nhằm giảm thiểu niềm tin của người dùng vào các Operator chuỗi phụ. Ngay cả khi Operator làm điều ác, tài sản của người dùng vẫn có thể được rút an toàn về mạng chính.

3.3.2 Thời gian

2017/08: Xuất bản sách trắng Plasma
2018/01: Đề xuất Plasma MVP
2018/03: Plasma Cash được đề xuất
2018/06: Plasma Debit đã được đề xuất
2018/11: Khái niệm Plasma Prime được đề xuất
Từ năm 2019: Cộng đồng Ethereum bắt đầu khám phá Rollups

3.3.3 Nguyên lý kỹ thuật

Ý tưởng cốt lõi của Plasma:

off-chain thực hiện: Phần lớn công việc được xử lý bên ngoài mạng chính
Cam kết trạng thái: Xác nhận trạng thái tính toán off-chain trên mạng chính thông qua Merkle Root
Cơ chế thoát: Người dùng có thể an toàn rút tiền từ chuỗi Plasma về mạng chính.

Quy trình làm việc:

Người dùng gửi tài sản vào hợp đồng mạng chính.
Thực hiện giao dịch trên chuỗi Plasma
Nhà điều hành định kỳ nộp gốc trạng thái lên mạng chính
Người dùng có thể bất cứ lúc nào gửi yêu cầu rút lui
Sau thời gian thách thức, có thể rút tài sản từ hợp đồng mạng chính.

3.3.4 Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm:

Khả năng thông lượng cao
Phí giao dịch thấp
An toàn hơn

Nhược điểm:

Thời gian thoát lâu
Người dùng cần theo dõi trạng thái trên chuỗi
Khó khăn trong việc hỗ trợ các ứng dụng phức tạp

3.3.5 Ứng dụng

Các ứng dụng chính:

Plasma Group: đã chuyển đổi thành Optimism
OMG Network: đã chuyển đổi thành Boba Network
Polygon: Tích hợp nhiều giải pháp mở rộng

3.3.6 Tóm tắt

Plasma là một giải pháp chuyển tiếp công nghệ, tồn tại một số vấn đề vốn có. Hầu hết các dự án sau khi thử nghiệm đã chuyển sang các giải pháp mở rộng khác, chẳng hạn như Rollups.

3.4 Rollups

3.4.1 Tóm tắt

Ý tưởng cốt lõi của Rollups là đặt tính toán và lưu trữ trạng thái ở off-chain, chỉ đưa cam kết trạng thái và dữ liệu giao dịch đã nén lên chuỗi. Rollups được chia thành hai loại: Optimistic Rollups và ZK Rollups.

3.4.2 Nguyên lý kỹ thuật

Cách hoạt động của Rollups:

Người dùng gửi giao dịch đến Layer 2
Aggregator sẽ đóng gói và thực hiện giao dịch
Gửi lô giao dịch và trạng thái gốc đến hợp đồng Layer 1
Xác minh hợp đồng Layer 1 và cập nhật trạng thái

Vấn đề cốt lõi của Rollups: Làm thế nào để đảm bảo tính chính xác của các lô giao dịch được tải lên

Hai giải pháp:

Chứng minh gian lận → Optimistic Rollups
Chứng minh hiệu quả → ZK Rollups

3.4.3 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Kế thừa tính bảo mật Layer 1
Khả năng thông lượng cao
Phí giao dịch thấp

Nhược điểm:

Thách thức về tính khả dụng của dữ liệu
Thời gian rút tiền lâu hơn ( Optimistic Rollups )
Vấn đề khả năng tương thích EVM(ZK Rollups)

3.4.5 Optimistic Rollups

3.4.5.1 Tóm tắt

Optimistic Rollups(OPRUs) dựa vào chứng minh gian lận để đảm bảo độ sâu thực hiện off-chain. Mặc định tất cả giao dịch đều đúng, chỉ thực hiện xác minh trên chuỗi chính khi có tranh chấp.

3.4.5.2 Thời gian

2018/08: Arbitrum đề xuất đưa giao dịch vào

ZK-0.39%

Xem bản gốc

Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.

8 thích