Đường tương lai của Ethereum: Phân tích The Surge

Kể từ tháng 10 năm 2022, đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã lần lượt phát hành một loạt bài viết khám phá những khả năng tương lai của giao thức Ethereum. Những bài viết này bao gồm sáu giai đoạn chính trong lộ trình phát triển của Ethereum: Hợp nhất, Tăng tốc, Xóa bỏ, Xác thực, Tinh lọc và Bước nhảy. Bài viết này sẽ tập trung vào phần thứ hai của lộ trình - The Surge, đi sâu vào cách Ethereum nâng cao khả năng mở rộng của nó và đạt được sự phát triển lâu dài.

Tầm nhìn cốt lõi của Ethereum

Mục tiêu cơ bản của Ethereum là trở thành cơ sở hạ tầng cho internet phi tập trung. Thông qua việc tự động thực thi hợp đồng thông minh, Ethereum hỗ trợ các ứng dụng phi tập trung phức tạp, tính linh hoạt này khiến nó trở thành nền tảng ưu tiên cho các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng phi tập trung như DeFi, NFT.

Tuy nhiên, Ethereum có những hạn chế về khả năng mở rộng. Hiện tại, Ethereum chỉ có thể xử lý 15-30 giao dịch mỗi giây, một khoảng cách rất lớn so với các mạng thanh toán truyền thống. Điều này dẫn đến phí Gas cao khi mạng bị tắc nghẽn, hạn chế tiềm năng của Ethereum trở thành cơ sở hạ tầng toàn cầu. The Surge được thiết kế để giải quyết vấn đề này.

Các mục tiêu chính của The Surge bao gồm:

• Đạt khả năng xử lý giao dịch của Ethereum L1+L2 lên tới hơn 100.000 giao dịch mỗi giây
• Giữ tính phi tập trung và ổn định của L1
• Đảm bảo ít nhất một phần L2 hoàn toàn kế thừa các đặc tính cốt lõi của Ethereum (không cần tin tưởng, mở, chống kiểm duyệt)
• Tối đa hóa tính tương tác giữa các L2, làm cho hệ sinh thái Ethereum trở nên thống nhất hơn.

Tương lai tập trung vào rollup

Kế hoạch Surge nhằm tăng cường khả năng mở rộng của Ethereum một cách đáng kể thông qua giải pháp L2, trong đó rollup là thành phần cốt lõi. Chiến lược này xác định rõ ràng sự phân công: Ethereum L1 tập trung vào việc trở thành lớp cơ sở mạnh mẽ và phi tập trung, trong khi L2 đảm nhận nhiệm vụ hỗ trợ hệ sinh thái mở rộng.

Rollup đóng gói giao dịch ngoài chuỗi, sau đó nộp kết quả trở lại mạng chính Ethereum, trong khi vẫn giữ được tính an toàn và phi tập trung, đồng thời tăng đáng kể khả năng xử lý. Buterin cho rằng, rollup có thể nâng cao khả năng xử lý của Ethereum lên trên 100.000 giao dịch mỗi giây, điều này sẽ là một sự mở rộng mang tính cách mạng, cho phép Ethereum xử lý các ứng dụng quy mô toàn cầu mà không hy sinh tinh thần phi tập trung.

Buterin nhấn mạnh, rollup không chỉ là giải pháp tạm thời, mà còn là chiến lược mở rộng lâu dài. Khi Ethereum chuyển từ PoW sang PoS thông qua The Merge để giảm tiêu thụ năng lượng, rollup được coi là cột mốc quan trọng tiếp theo trong kế hoạch mở rộng lâu dài.

Năm nay, lộ trình tập trung vào rollup đã đạt được những tiến bộ quan trọng: việc ra mắt các blobs EIP-4844 đã tăng đáng kể băng thông dữ liệu của Ethereum L1, nhiều rollup dựa trên máy ảo Ethereum đã bước vào giai đoạn khởi đầu. Mỗi L2 tồn tại như một phân đoạn với các quy tắc và logic độc lập, sự đa dạng trong cách thức triển khai phân đoạn đã trở thành hiện thực.

Sampling khả dụng dữ liệu (DAS) sự phát triển thêm

Khía cạnh quan trọng khác của The Surge là mẫu khả dụng dữ liệu (DAS), đây là một công nghệ được thiết kế để giải quyết các vấn đề về khả dụng dữ liệu. Trong một mạng phi tập trung như Ethereum, việc tất cả các nút có thể xác minh dữ liệu mà không cần lưu trữ hoặc tải xuống toàn bộ nội dung là điều vô cùng quan trọng.

DAS cho phép nút xác minh dữ liệu mà không cần truy cập vào tập dữ liệu đầy đủ, từ đó nâng cao khả năng mở rộng và hiệu suất.

Buterin đã tập trung thảo luận về hai hình thức DAS: PeerDAS và 2D DAS.

PeerDAS được kỳ vọng sẽ tăng cường giả thuyết niềm tin của rollup, nâng cao tính bảo mật của nó. 2D DAS không chỉ thực hiện việc lấy mẫu ngẫu nhiên trong blob mà còn giữa các blob. Bằng cách tận dụng đặc tính tuyến tính của cam kết KZG, mở rộng tập hợp blob trong một khối bằng một tập hợp các blob ảo mới, những blob ảo này mã hóa thông tin dư thừa giống nhau.

Nhờ vào DAS, Ethereum có thể xử lý một lượng lớn dữ liệu hơn, đạt được rollup nhanh hơn và tiết kiệm hơn, đồng thời không ảnh hưởng đến mức độ phi tập trung.

Trong tương lai, cần phải nghiên cứu thêm để xác định phiên bản lý tưởng của 2D DAS và chứng minh các thuộc tính an toàn của nó.

Buterin cho rằng con đường khả thi lâu dài bao gồm:

1. Thực hiện DAS 2D lý tưởng;
2. Kiên trì sử dụng 1D DAS, hy sinh hiệu quả băng thông mẫu để chấp nhận giới hạn dữ liệu thấp hơn vì tính đơn giản và độ ổn định;
3. Bỏ DA, hoàn toàn áp dụng Plasma làm kiến trúc Layer2 chính.

Cần lưu ý rằng, ngay cả khi quyết định mở rộng thực thi trực tiếp trên lớp L1, những lựa chọn này vẫn tồn tại. Bởi vì nếu L1 phải xử lý một lượng lớn giao dịch, khối L1 sẽ trở nên rất lớn, và khách hàng sẽ cần một phương pháp hiệu quả để xác minh tính chính xác của nó, do đó buộc phải sử dụng công nghệ giống như rollup (như ZK-EVM và DAS) trên lớp L1.

Plasma và các giải pháp khác

Ngoài Rollup, giải pháp mở rộng ngoài chuỗi được đề xuất sớm hơn là Plasma cũng là một giải pháp L2 khác.

Plasma tạo ra các chuỗi con, độc lập xử lý giao dịch trên chuỗi Ethereum chính, định kỳ gửi tóm tắt tới mạng chính. Đối với mỗi khối, nhà điều hành gửi bằng chứng nhánh Merkle cho người dùng về sự thay đổi trạng thái tài sản. Người dùng có thể rút tài sản bằng cách cung cấp nhánh Merkle, và nhánh này không cần phải có trạng thái mới nhất làm gốc.

Do đó, ngay cả khi có vấn đề về khả năng truy cập dữ liệu, người dùng vẫn có thể khôi phục tài sản bằng cách trích xuất trạng thái mới nhất có sẵn. Nếu gửi nhánh không hợp lệ (chẳng hạn như trích xuất tài sản đã được chuyển hoặc tạo ra tài sản từ hư vô), có thể xác định quyền sở hữu tài sản thông qua cơ chế thách thức trên chuỗi.

Mặc dù sự phát triển của Plasma ở một mức độ nào đó chậm hơn so với rollup, nhưng Buterin vẫn coi nó là một phần quan trọng trong bộ công cụ mở rộng của Ethereum.

Ngoài ra, Buterin cũng đã thảo luận về việc cải thiện công nghệ nén dữ liệu và chứng minh mã hóa để nâng cao hiệu quả của rollup và các giải pháp L2 khác. Ý tưởng là nén dữ liệu tối đa trong khi đảm bảo rằng các nút Ethereum có thể xác minh tất cả thông tin cần thiết. Những cải tiến công nghệ này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được thông lượng cao hơn trên Ethereum.

Các phiên bản Plasma sớm chỉ có thể xử lý các trường hợp thanh toán, khó có thể mở rộng hơn. Tuy nhiên, nếu yêu cầu mỗi gốc được xác thực bằng SNARK, Plasma sẽ trở nên mạnh mẽ hơn. Điều này không chỉ đơn giản hóa quy trình, loại bỏ khả năng gian lận của hầu hết các nhà khai thác, mà còn cung cấp cho người dùng một cách mới để rút tiền ngay lập tức trong trường hợp các nhà khai thác không gian lận, mà không cần chờ đợi một tuần trong thời gian khiếu nại.

Hiệu suất của Plasma khá xuất sắc, điều này cũng là lý do chính khiến mọi người nỗ lực thiết kế cấu trúc khéo léo để khắc phục những thiếu sót về an toàn của nó.

Cải tiến khả năng tương tác giữa các L2

Một thách thức chính mà hệ sinh thái L2 hiện tại đang đối mặt là khả năng tương tác giữa các L2 còn yếu. Cần phải cải thiện cách làm cho trải nghiệm khi sử dụng hệ sinh thái L2 giống như khi sử dụng hệ sinh thái Ethereum thống nhất.

Cải tiến khả năng tương tác giữa các L2 liên quan đến nhiều khía cạnh. Về lý thuyết, Ethereum dựa trên Rollup tương tự như L1 phân đoạn thực thi. Hiện tại, hệ sinh thái L2 của Ethereum trong thực tế vẫn còn một số vấn đề so với trạng thái lý tưởng:

Địa chỉ của chuỗi cụ thể: Địa chỉ nên bao gồm thông tin chuỗi (L1, Optimism, Arbitrum, v.v.). Sau khi thực hiện, việc gửi qua L2 có thể hoàn thành đơn giản bằng cách đặt địa chỉ vào trường gửi, ví sẽ tự động xử lý quy trình gửi ở phía sau (bao gồm việc sử dụng giao thức đa chuỗi).

Yêu cầu thanh toán trên chuỗi cụ thể: Có thể dễ dàng tiêu chuẩn hóa việc tạo ra thông điệp "Gửi cho tôi X token loại Y trên chuỗi Z". Chủ yếu được áp dụng trong thanh toán giữa cá nhân, thanh toán cho thương nhân và yêu cầu quỹ dApp.

Trao đổi cross-chain và thanh toán Gas: Cần có các giao thức mở tiêu chuẩn hóa để diễn đạt các hoạt động cross-chain. ERC-7683 và RIP-7755 đã cố gắng trong lĩnh vực này, mặc dù phạm vi ứng dụng của chúng rộng hơn.

Khách hàng nhẹ: Người dùng nên có khả năng xác thực thực sự chuỗi mà họ tương tác, chứ không chỉ tin tưởng nhà cung cấp RPC. Ví dụ, Helios của a16z crypto có thể thực hiện điều này (đối với Ethereum), nhưng sự phi tín nhiệm này cần phải mở rộng đến L2. ERC-3668 (CCIP-read) là một trong những chiến lược để đạt được mục tiêu này.

Ý tưởng cầu nối token chia sẻ: Trong trường hợp tất cả L2 đều là rollup chứng minh tính hợp lệ và mỗi slot đều được gửi đến Ethereum, việc chuyển một tài sản từ L2 này sang L2 khác trong trạng thái gốc vẫn cần rút tiền và gửi tiền, điều này sẽ phát sinh một lượng lớn phí Gas L1.

Một trong những giải pháp là: Tạo một Rollup tối giản chia sẻ, có chức năng duy nhất là duy trì thông tin về mỗi loại token được sở hữu bởi L2 nào và số dư tương ứng của chúng, và cho phép cập nhật hàng loạt những số dư này thông qua một loạt các hoạt động chuyển giao giữa các L2 được khởi xướng từ bất kỳ L2 nào. Điều này sẽ cho phép chuyển tiền giữa các L2 mà không cần phải trả phí gas L1 mỗi lần, cũng như không cần sử dụng các công nghệ dựa trên nhà cung cấp thanh khoản như ERC-7683.

**Tính kết hợp đồng bộ: ** Cho phép thực hiện gọi đồng bộ giữa các L2 cụ thể với L1 hoặc giữa nhiều L2, giúp nâng cao hiệu quả tài chính của các giao thức DeFi. Cái trước có thể đạt được mà không cần phối hợp giữa các L2; cái sau thì cần chia sẻ thứ tự. Công nghệ dựa trên rollup tự động áp dụng cho tất cả những công nghệ này.

Những ví dụ này phải đối mặt với những khó khăn về thời điểm và cấp độ tiêu chuẩn hóa. Tiêu chuẩn hóa quá sớm có thể làm cho các giải pháp kém trở nên ăn sâu, trong khi tiêu chuẩn hóa quá muộn có thể gây ra sự phân mảnh không cần thiết.

Hiện tại, sự đồng thuận là: trong một số trường hợp, có những giải pháp ngắn hạn với thuộc tính tương đối yếu nhưng dễ thực hiện, và cũng có những giải pháp dài hạn "đúng đắn cuối cùng" nhưng cần nhiều năm để thực hiện. Những nhiệm vụ này không chỉ là vấn đề kỹ thuật mà còn là (thậm chí chủ yếu là) vấn đề xã hội, cần có sự hợp tác giữa L2, ví và L1.

Tiếp tục mở rộng Ethereum L1

Buterin cho rằng việc mở rộng Ethereum L1 và đảm bảo nó có thể chứa ngày càng nhiều trường hợp sử dụng là rất có giá trị.

L1 mở rộng có ba chiến lược, có thể thực hiện riêng lẻ hoặc song song:

1. Cải tiến công nghệ (như mã khách hàng, khách hàng không trạng thái, hết hạn lịch sử) để làm cho L1 dễ xác minh hơn, sau đó tăng giới hạn Gas;
2. Giảm chi phí hoạt động cụ thể để tăng năng lực trung bình mà không làm tăng rủi ro tình huống tồi tệ nhất;
3. Rollups gốc (tức là tạo ra N bản sao song song của EVM).

Các công nghệ này đều có những đánh đổi riêng. Ví dụ, rollups gốc có điểm yếu giống như rollups thông thường về khả năng kết hợp: không thể gửi một giao dịch đơn lẻ để thực hiện đồng bộ qua nhiều rollup. Việc tăng giới hạn Gas sẽ làm giảm những lợi ích khác có thể đạt được thông qua việc đơn giản hóa xác minh L1, như tỷ lệ người dùng chạy nút xác minh và số lượng người giữ stake solo. Tùy thuộc vào cách thực hiện, việc làm cho các thao tác cụ thể trong EVM rẻ hơn có thể làm tăng độ phức tạp tổng thể của EVM.

Phi tập trung và an ninh

Sự cân bằng giữa khả năng mở rộng và phi tập trung là chủ đề mà Buterin nhấn mạnh nhiều lần. Nhiều dự án blockchain chọn hy sinh tính phi tập trung để đổi lấy thông lượng cao hơn. Ví dụ, một blockchain có thể xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây, nhưng cần phần cứng mạnh mẽ để vận hành các nút, dẫn đến sự tập trung của mạng. Buterin kiên quyết cho rằng, ngay cả khi Ethereum liên tục mở rộng, vẫn phải giữ cam kết đối với tính phi tập trung.

Rollup và DAS được coi là phương pháp tăng cường khả năng của Ethereum trong khi vẫn giữ được tính phi tập trung của nó. Khác với một số blockchain hiệu suất cao, chiến lược mở rộng của Ethereum đảm bảo rằng bất kỳ ai cũng có thể vận hành node, bảo vệ mạng lưới theo cách thực sự phi tập trung. Điều này rất quan trọng cho tầm nhìn của Ethereum trong việc xây dựng một hệ thống tài chính toàn cầu không cần cấp phép.

Khả năng mở rộng càng cao, trách nhiệm về mặt an ninh càng lớn. Khi Ethereum hướng tới tương lai tập trung vào rollup, việc đảm bảo tính không cần tin cậy của những hệ thống này trở nên rất quan trọng. Rollup dựa vào chứng minh mật mã để đảm bảo tính hợp pháp của các giao dịch ngoài chuỗi khi chúng được nộp lại cho Ethereum. Mặc dù những hệ thống này đã được chứng minh là hiệu quả, nhưng không phải không có rủi ro. Buterin thừa nhận rằng sự trưởng thành của những công nghệ này cần phải được kiểm tra và lặp đi lặp lại một cách nghiêm ngặt, đặc biệt là khi chúng được áp dụng rộng rãi hơn.

Triển vọng của The Surge

Sau The Surge, Buterin tưởng tượng rằng Ethereum không chỉ có thể mở rộng mà còn duy trì hoàn toàn phi tập trung, an toàn và bền vững. Tầm nhìn này không chỉ bao gồm việc mở rộng lớp 1 thông qua rollup và DAS mà còn bao gồm việc xây dựng các thuật toán đồng thuận hiệu quả hơn, cải thiện công cụ phát triển và nuôi dưỡng hệ sinh thái dApp phát triển mạnh mẽ.

Lộ trình của Ethereum đầy lạc quan, nhưng cũng đối mặt với nhiều thách thức. Triển khai rollup quy mô lớn, đảm bảo an toàn cho các giải pháp L2 và chuẩn bị cho tương lai lượng tử là tất cả.