Kể từ tháng 10 năm nay, người đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã xuất bản một loạt bài viết về khả năng tương lai của giao thức Ethereum, bao gồm sáu phần trong lộ trình phát triển Ethereum: The Merge, The Surge, The Scourge, The Verge, The Purge và Sự phô trương.
Trước đây chúng tôi đã diễn giải phần đầu tiên của lộ trình (The Merge) và bài viết này sẽ tiếp tục diễn giải phần thứ hai của loạt bài, The Surge. Trong bài viết này, Vitalik tập trung vào khả năng mở rộng và phát triển lâu dài của Ethereum. Từ giai đoạn này của lộ trình công nghệ, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về cách Ethereum sẽ chuyển đổi thành một giao thức có khả năng xử lý nhu cầu lớn (100.000+ TPS) trong khi vẫn phân cấp và an toàn.
Tầm nhìn cốt lõi của Ethereum
Về cơ bản, Ethereum đặt mục tiêu trở thành lớp cơ sở cho mạng internet phi tập trung. Ethereum hỗ trợ các ứng dụng phi tập trung phức tạp thông qua mã hợp đồng thông minh tự thực thi. Tính linh hoạt này khiến nó trở thành lựa chọn chuỗi khối cho các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng phi tập trung bao gồm DeFi, NFT, v.v.
Tuy nhiên, Ethereum có những hạn chế khi nói đến khả năng mở rộng. Ethereum L1 chỉ có thể xử lý khoảng 15 đến 30 giao dịch mỗi giây, vẫn còn thua xa các mạng thanh toán truyền thống như Visa. Điều này dẫn đến phí gas cao trong thời gian tắc nghẽn mạng và hạn chế khả năng trở thành cơ sở hạ tầng quy mô toàn cầu của Ethereum. Đây chính xác là điều mà The Surge đang tập trung giải quyết.
Mục tiêu chính của The Surge như sau:
-Ethereum L1+L2 đạt hơn 100.000 TPS;
-Duy trì tính phân cấp và mạnh mẽ của L1;
-Ít nhất một số L2 kế thừa đầy đủ các đặc tính cốt lõi của Ethereum (không cần tin cậy, mở, chống kiểm duyệt);
- Tối đa hóa khả năng tương tác giữa các L2: Ethereum phải giống như một hệ sinh thái chứ không phải hàng tá blockchain khác nhau.
Tương lai tập trung vào việc tổng hợp
The Surge đề cập đến kế hoạch của Ethereum nhằm tăng đáng kể khả năng mở rộng, chủ yếu thông qua các giải pháp L2. Và rollups là một thành phần quan trọng của chiến lược này. Lộ trình tập trung vào tổng hợp đề xuất một sự phân công lao động đơn giản: Ethereum L1 tập trung vào việc trở thành lớp cơ sở mạnh mẽ và phi tập trung, trong khi L2 có nhiệm vụ giúp mở rộng quy mô hệ sinh thái.
Rollup đóng gói các giao dịch ngoài chuỗi và sau đó gửi chúng trở lại mạng chính Ethereum, tăng đáng kể thông lượng trong khi vẫn duy trì tính bảo mật và phân cấp. Theo cách nói của Vitalik, việc tổng hợp có thể tăng khả năng mở rộng của Ethereum lên hơn 100.000 TPS. Đây sẽ là sự thay đổi quy mô vì nó cho phép Ethereum xử lý các ứng dụng quy mô toàn cầu mà không ảnh hưởng đến đặc tính phân quyền.
Vitalik nhấn mạnh rằng rollup không chỉ là giải pháp tạm thời mà còn là giải pháp mở rộng quy mô lâu dài. Ethereum 2.0 giảm mức tiêu thụ năng lượng bằng cách chuyển từ PoW sang PoS thông qua The Merge và việc triển khai được coi là cột mốc quan trọng tiếp theo như một giải pháp mở rộng quy mô dài hạn.
Năm nay, lộ trình tập trung vào tổng hợp đã đạt được những kết quả quan trọng: với sự ra mắt của các đốm màu EIP-4844, băng thông dữ liệu Ethereum L1 đã tăng lên đáng kể và nhiều đợt triển khai Máy ảo Ethereum (EVM) đã bước vào giai đoạn đầu tiên. Mỗi L2 tồn tại dưới dạng một phân đoạn với các quy tắc và logic nội bộ riêng, đồng thời tính đa dạng và đa dạng của việc triển khai phân đoạn giờ đây đã trở thành hiện thực.
Lấy mẫu sẵn có dữ liệu (DAS) được phát triển hơn nữa
Một khía cạnh quan trọng khác của The Surge là Lấy mẫu tính khả dụng của dữ liệu (DAS), một kỹ thuật được thiết kế để giải quyết các vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu. Trong mạng phi tập trung như Ethereum, điều quan trọng là tất cả các nút có thể xác minh dữ liệu mà không cần phải lưu trữ hoặc tải xuống mọi thứ.
DAS cho phép các nút xác minh dữ liệu mà không cần truy cập vào tập dữ liệu đầy đủ, cải thiện khả năng mở rộng và hiệu quả.
Vitalik nhấn mạnh hai dạng DAS: PeerDAS và 2D DAS.
PeerDAS được kỳ vọng sẽ nâng cao giả định về độ tin cậy trong quá trình tổng hợp, giúp nó an toàn hơn. 2D DAS lấy mẫu ngẫu nhiên không chỉ trong các đốm màu mà còn giữa các đốm màu. Khai thác các thuộc tính tuyến tính của lời hứa KZG, tập hợp các đốm màu trong một khối được mở rộng bằng một tập hợp các đốm màu ảo mới mã hóa cùng một thông tin dư thừa.
Với DAS, Ethereum có thể xử lý lượng dữ liệu lớn hơn, cho phép cuộn dữ liệu nhanh hơn và rẻ hơn mà không ảnh hưởng đến tính phân cấp.
Ở giai đoạn xa hơn trong tương lai, cần phải làm nhiều việc hơn để xác định phiên bản lý tưởng của 2D DAS và chứng minh các đặc tính bảo mật của nó.
Con đường thực tế lâu dài của Vitalik là:
(1) Triển khai DAS 2D lý tưởng;
(2) Tuân thủ 1D DAS, hy sinh hiệu quả băng thông lấy mẫu và chấp nhận giới hạn trên của dữ liệu thấp hơn để đơn giản và hợp lý;
(3) Từ bỏ DA và chấp nhận hoàn toàn Plasma làm kiến trúc Lớp 2 chính.
Điều đáng chú ý là tùy chọn này tồn tại ngay cả khi quyết định được đưa ra để mở rộng thực thi trực tiếp ở lớp L1. Điều này là do nếu lớp L1 xử lý một số lượng lớn TPS, khối L1 sẽ trở nên rất lớn và máy khách sẽ muốn có một cách hiệu quả để xác minh tính chính xác của nó, do đó sẽ phải sử dụng tính năng cuộn lên (chẳng hạn như ZK-EVM) tại lớp L1 và DAS) cùng một công nghệ.
Plasma và các giải pháp khác
Ngoài Rollup, Plasma, một trong những giải pháp mở rộng quy mô ngoài chuỗi được đề xuất sớm, cũng là một giải pháp L2 khác.
Plasma tạo ra các chuỗi con xử lý các giao dịch độc lập với chuỗi Ethereum chính, gửi thông báo tới mạng chính một cách thường xuyên. Đối với mỗi khối, nhà điều hành sẽ gửi một nhánh Merkle cho mỗi người dùng để chứng minh trạng thái thay đổi tài sản của người dùng. Người dùng có thể rút tài sản của mình bằng cách cung cấp Merkle fork. Điều quan trọng là nhánh này không cần phải root ở trạng thái mới nhất.
Do đó, ngay cả khi có vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu, người dùng vẫn có thể khôi phục tài sản của mình bằng cách lấy trạng thái mới nhất hiện có. Nếu người dùng gửi một nhánh không hợp lệ (ví dụ: rút một tài sản đã được gửi cho người khác hoặc người điều hành tự tạo ra một tài sản), thì quyền sở hữu hợp pháp của tài sản đó có thể được xác định thông qua cơ chế thách thức trên chuỗi .
Mặc dù quá trình phát triển Plasma chậm hơn một chút so với quá trình triển khai nhưng Vitalik vẫn coi nó là một phần trong bộ công cụ có khả năng mở rộng rộng hơn của Ethereum.
Ngoài ra, Vitalik cũng thảo luận về việc cải thiện công nghệ nén dữ liệu và bằng chứng mã hóa trong bài viết để nâng cao hơn nữa hiệu quả của việc tổng hợp và các giải pháp L2 khác. Ý tưởng là nén càng nhiều dữ liệu càng tốt trong khi vẫn đảm bảo rằng tất cả thông tin cần thiết vẫn có sẵn để các nút Ethereum xác minh. Những cải tiến kỹ thuật này có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc Ethereum đạt được thông lượng cao hơn.
Hình trên là chuỗi Plasma Cash và giao dịch tiêu tốn Coin i được đặt ở vị trí thứ i trong cây. Trong ví dụ này, giả sử tất cả các cây trước đó đều hợp lệ, chúng ta biết rằng Eve hiện sở hữu Coin 1, David sở hữu Coin 4 và George sở hữu Coin 6.
Các phiên bản Plasma ban đầu chỉ có thể xử lý các trường hợp sử dụng thanh toán và không thể được quảng bá một cách hiệu quả hơn nữa. Tuy nhiên, Plasma sẽ trở nên mạnh mẽ hơn nhiều nếu mỗi root đều được yêu cầu xác minh bằng SNARK. Quá trình này có thể được đơn giản hóa rất nhiều vì hầu hết các con đường có thể khiến người vận hành gian lận đều bị loại bỏ. Đồng thời, một con đường mới cũng đã được mở ra, tức là nếu nhà điều hành không gian lận, người dùng có thể rút tiền ngay lập tức mà không cần chờ thời gian thử thách một tuần.
Hình trên cho thấy một cách (không phải cách duy nhất) để tạo chuỗi plasma EVM: sử dụng ZK-SNARK để xây dựng cây UTXO song song phản ánh những thay đổi về số dư do EVM thực hiện và xác định tính duy nhất của cùng một đồng xu ở các thời kỳ khác nhau trong lịch sử. Cấu trúc plasma sau đó có thể được xây dựng trên chúng.
Hiệu suất của Plasma khá tốt, đó là lý do chính khiến chúng ta cần thiết kế các kết cấu kỹ thuật để khắc phục những thiếu sót về an toàn của nó.
Cải tiến khả năng tương tác chéo L2
Một thách thức lớn mà hệ sinh thái L2 ngày nay phải đối mặt là khả năng tương tác giữa các L2 yếu. Làm thế nào để việc sử dụng hệ sinh thái L2 giống như sử dụng một hệ sinh thái Ethereum thống nhất là một nhu cầu cấp thiết cần cải thiện.
Có nhiều loại cải tiến khả năng tương tác chéo L2. Về lý thuyết, Ethereum tập trung vào Rollup tương tự như thực thi phân đoạn L1. Hệ sinh thái Ethereum L2 hiện tại vẫn chưa đạt được trạng thái lý tưởng trên thực tế và có những vấn đề sau:
Địa chỉ của một chuỗi cụ thể: Địa chỉ phải chứa thông tin về chuỗi (L1, Optimism, Arbitrum...). Khi đạt được điều này, quy trình gửi L2 chéo có thể được thực hiện bằng cách chỉ cần đặt địa chỉ vào trường gửi, tại thời điểm đó, ví có thể tự xử lý cách gửi trong nền (bao gồm cả việc sử dụng các giao thức chuỗi chéo).
Yêu cầu thanh toán theo chuỗi cụ thể: Việc tạo thông báo có dạng Gửi cho tôi X mã thông báo loại Y trên chuỗi Z phải dễ dàng và được chuẩn hóa. Điều này có hai kịch bản ứng dụng chính: thanh toán giữa mọi người hoặc thanh toán giữa mọi người và dịch vụ người bán; dApp yêu cầu tiền.
Trao đổi chuỗi chéo và thanh toán Gas: Cần có một giao thức mở được tiêu chuẩn hóa để thể hiện các hoạt động xuyên chuỗi. ERC-7683 và RIP-7755 thử lĩnh vực này, mặc dù cả hai đều có ứng dụng rộng hơn các trường hợp sử dụng cụ thể này.
Ứng dụng khách nhẹ: Người dùng thực sự có thể xác minh chuỗi mà họ đang tương tác, thay vì chỉ tin tưởng vào nhà cung cấp RPC. Ví dụ: Helios của tiền điện tử a16z có thể làm điều này (đối với chính Ethereum), nhưng sự không tin cậy này cần được mở rộng sang L2. ERC-3668 (CCIP-read) là một chiến lược để đạt được mục tiêu này.
Khái niệm cầu nối mã thông báo được chia sẻ: Giả sử rằng trong một thế giới mà tất cả L2 là một bản tổng hợp bằng chứng hợp lệ và mỗi vị trí được gửi tới Ethereum, để chuyển tài sản của L2 này sang L2 khác ở trạng thái gốc, bạn vẫn cần rút tiền và tiền gửi, đòi hỏi một khoản phí Gas L1 lớn.
Một cách để giải quyết vấn đề này là tạo một Bản tổng hợp tối giản được chia sẻ có chức năng duy nhất là duy trì L2 nào sở hữu từng loại mã thông báo và số dư của mỗi loại, đồng thời cho phép các số dư này được phát hành bởi bất kỳ L2 A chéo nào. gửi hoạt động để cập nhật hàng loạt. Điều này sẽ cho phép chuyển khoản chéo L2 mà không phải trả phí gas L1 cho mỗi lần chuyển và không cần sử dụng các công nghệ dựa trên nhà cung cấp thanh khoản như ERC-7683.
Thành phần đồng bộ: Cho phép các cuộc gọi đồng bộ xảy ra giữa một L2 và L1 cụ thể hoặc giữa nhiều L2. Điều này giúp cải thiện hiệu quả tài chính của các giao thức DeFi. Cái trước có thể được triển khai mà không cần bất kỳ sự phối hợp chéo L2 nào; cái sau yêu cầu chia sẻ thứ tự. Các kỹ thuật dựa trên tổng hợp sẽ tự động hoạt động với tất cả các kỹ thuật này.
Nhiều ví dụ trên phải đối mặt với vấn đề nan giải về tiêu chuẩn khi nào cần chuẩn hóa và lớp nào cần chuẩn hóa. Nếu bạn tiêu chuẩn hóa quá sớm, bạn có nguy cơ tạo ra một giải pháp tồi. Nếu bạn chuẩn hóa quá muộn, bạn có thể tạo ra sự phân mảnh không cần thiết.
Hiện tại có sự đồng thuận rằng trong một số trường hợp, có một [giải pháp ngắn hạn] có đặc tính yếu hơn nhưng dễ thực hiện hơn và một [giải pháp dài hạn] “cuối cùng là đúng” nhưng phải mất nhiều năm mới thực hiện được ). Những nhiệm vụ này không chỉ là vấn đề kỹ thuật mà còn (thậm chí có thể là chủ yếu) các vấn đề xã hội đòi hỏi sự hợp tác giữa L2 và ví cũng như L1.
Tiếp tục mở rộng Ethereum L1
Vitalik tin rằng việc mở rộng quy mô Ethereum L1 có giá trị rất lớn và đảm bảo rằng nó có thể tiếp tục đáp ứng ngày càng nhiều trường hợp sử dụng.
Có ba chiến lược mở rộng L1, có thể được thực hiện riêng lẻ hoặc song song:
(1) Cải tiến công nghệ (chẳng hạn như mã máy khách, máy khách không trạng thái, hết hạn lịch sử) để giúp L1 xác minh dễ dàng hơn và sau đó tăng giới hạn Gas;
(2) Giảm chi phí cho các hoạt động cụ thể và tăng công suất trung bình mà không làm tăng rủi ro trong trường hợp xấu nhất;
(3) Bản tổng hợp gốc (tức là tạo N bản sao song song của EVM).
Mỗi công nghệ khác nhau này đều có sự đánh đổi khác nhau. Ví dụ: các bản tổng hợp gốc gặp phải điểm yếu tương tự về khả năng kết hợp như các bản tổng hợp thông thường: bạn không thể gửi một giao dịch duy nhất để thực hiện các thao tác một cách đồng bộ trên nhiều bản tổng hợp. Việc tăng giới hạn gas sẽ làm suy yếu các lợi ích khác có thể đạt được bằng cách đơn giản hóa xác minh L1, chẳng hạn như tăng tỷ lệ người dùng chạy các nút xác thực và tăng số lượng người đặt cược solo. Tùy thuộc vào việc triển khai, việc thực hiện các hoạt động cụ thể trong EVM rẻ hơn có thể làm tăng độ phức tạp tổng thể của EVM.
Phân cấp và bảo mật
Sự cân bằng giữa khả năng mở rộng và phân cấp là một trong những chủ đề định kỳ của Vitalik. Nhiều dự án blockchain chọn cách hy sinh sự phân cấp để đổi lấy thông lượng cao hơn. Ví dụ, Solana có thể xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây nhưng yêu cầu phần cứng mạnh mẽ để chạy các nút, tập trung hóa mạng. Vitalik khẳng định rằng ngay cả khi Ethereum tiếp tục mở rộng quy mô, nó vẫn phải duy trì cam kết phân cấp.
Rollup và DAS được coi là những cách để tăng công suất của Ethereum trong khi vẫn duy trì tính chất phi tập trung của nó. Không giống như Solana hoặc các chuỗi khối hiệu suất cao khác, chiến lược mở rộng quy mô của Ethereum đảm bảo rằng bất kỳ ai cũng có thể chạy một nút, bảo mật mạng theo cách thực sự phi tập trung. Điều này rất quan trọng đối với tầm nhìn của Ethereum về việc xây dựng một chuỗi khối có thể hỗ trợ hệ thống tài chính toàn cầu, không cần cấp phép.
Với khả năng mở rộng lớn hơn sẽ có trách nhiệm bảo mật cao hơn. Khi Ethereum hướng tới một tương lai tập trung vào tổng hợp, việc đảm bảo các hệ thống này không cần sự tin cậy sẽ trở nên quan trọng. Rollup dựa vào bằng chứng mật mã để đảm bảo rằng các giao dịch ngoài chuỗi là hợp pháp khi được gửi lại Ethereum. Mặc dù các hệ thống này đã được chứng minh là có hiệu quả nhưng chúng không phải là không có rủi ro. Vitalik thừa nhận rằng sự trưởng thành của những công nghệ này sẽ đòi hỏi phải thử nghiệm và lặp lại nghiêm ngặt, đặc biệt khi chúng được áp dụng rộng rãi hơn.
Tương lai của The Surge
Sau The Surge, Vitalik đã hình dung Ethereum không chỉ mở rộng quy mô mà còn hoàn toàn phi tập trung, an toàn và bền vững. Tầm nhìn này không chỉ bao gồm việc mở rộng Lớp 1 bằng các bản tổng hợp và DAS mà còn xây dựng các thuật toán đồng thuận hiệu quả hơn, cải thiện các công cụ dành cho nhà phát triển và phát triển hệ sinh thái dApp phát triển mạnh.
Lộ trình của Ethereum rất lạc quan nhưng cũng đặt ra nhiều thách thức. Triển khai tổng hợp trên quy mô lớn, đảm bảo các giải pháp L2 và chuẩn bị cho tương lai lượng tử là những nhiệm vụ phức tạp. Tuy nhiên, nếu Ethereum có thể vượt qua thành công những trở ngại này, nó sẽ củng cố vị trí cốt lõi của Web3: một mạng Internet phi tập trung, do người dùng kiểm soát.
Trong không gian blockchain đang phát triển nhanh chóng, Ethereum là duy nhất tập trung vào khả năng mở rộng mà không phải hy sinh tính phân quyền. Nếu The Surge thành công, nó có thể lại thay đổi cục diện của công nghệ blockchain trong những năm tới.
