Hiểu về Kiến trúc Blockchain: Hướng dẫn đầy đủ về Layer 0, 1 và 2

Công nghệ Blockchain giống như một củ hành - cả hai đều có các lớp đặc trưng phục vụ các mục đích cụ thể. Hãy cùng khám phá kiến trúc nhiều lớp của blockchain để hiểu cách mỗi thành phần hoạt động trong hệ sinh thái cách mạng này.

Nền tảng: Khối Blockchain Layer 1

Layer 1 đại diện cho mạng blockchain cơ sở—nền tảng có thể xác thực và hoàn tất giao dịch một cách độc lập bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng của chính nó. Bitcoin, Ethereum và Cardano là những ví dụ về các dự án blockchain Layer 1.

Các mạng này có các token gốc riêng của chúng (coins) mà người dùng phải sử dụng để thanh toán phí giao dịch khi tương tác với blockchain.

Thách thức mở rộng ở lớp cơ sở

Các mạng Layer 1 thường gặp phải các giới hạn về khả năng mở rộng. Khi khối lượng giao dịch vượt quá khả năng xử lý, người dùng sẽ trải qua phí giao dịch tăng và thời gian xác nhận chậm hơn.

Thử thách này liên quan đến điều mà Vitalik Buterin gọi là Blockchain Trilemma—sự cân bằng khó khăn giữa:

• Phân quyền (kiểm soát mạng lưới phân phối)
• An ninh (kháng cự lại các cuộc tấn công)
• Khả năng mở rộng ( thông lượng giao dịch )

Tất cả các giải pháp mở rộng phải điều hướng các đánh đổi giữa ba thuộc tính quan trọng này. Ví dụ, việc triển khai các siêu nút mạnh mẽ có thể nâng cao khả năng mạng nhưng sẽ hy sinh sự phân cấp—một nguyên tắc cơ bản của blockchain.

Các phương pháp mở rộng Layer 1

Các blockchain cơ sở sử dụng một số chiến lược để cải thiện khả năng mở rộng của chúng:

Mở rộng kích thước khối

Tăng khả năng chứa khối cho phép nhiều giao dịch hơn trên mỗi khối, nhưng phương pháp này có những hạn chế:

• Các khối lớn một cách quá mức yêu cầu thời gian tải lâu hơn
• Yêu cầu băng thông mạng tăng đáng kể
• Rào cản tham gia nút gia tăng, giảm sự phi tập trung

Tối ưu hóa cơ chế đồng thuận

Một số cơ chế đồng thuận có khả năng mở rộng hiệu quả hơn những cơ chế khác:

• Proof-of-Work ( được sử dụng bởi Bitcoin ) cung cấp bảo mật mạnh mẽ nhưng thông lượng hạn chế
• Proof-of-Stake ( được áp dụng bởi Ethereum và những người khác ) cung cấp khả năng mở rộng tốt hơn với yêu cầu năng lượng thấp hơn

Triển khai Sharding

Sharding chia dữ liệu blockchain thành các phân đoạn dễ quản lý gọi là "shards," phân phối khối lượng công việc xác thực trên toàn mạng:

• Mỗi nút chỉ xử lý một phần giao dịch
• Các mảnh đã xử lý được phát sóng đến chuỗi chính để xác thực cuối cùng
• Xử lý song song này làm tăng đáng kể thông lượng giao dịch

Vượt Ra Ngoài Cơ Sở: Giải Pháp Layer 2

Các giao thức Layer 2 hoạt động trên các blockchain Layer 1, được thiết kế đặc biệt để giải quyết những hạn chế về khả năng mở rộng. Những giải pháp này tạo ra các khung thứ cấp xử lý giao dịch "off-chain" trước khi giải quyết chúng trên lớp cơ sở.

Công nghệ Layer 2 nâng cao:

• Tốc độ giao dịch: Giảm thời gian xác nhận cho các giao dịch cá nhân
• Thông lượng giao dịch: Tăng cường khả năng của mạng để xử lý nhiều giao dịch hơn mỗi giây
• Hiệu quả chi phí: Giảm phí giao dịch trong thời gian tắc nghẽn mạng

Các chiến lược triển khai Layer 2

Nhiều phương pháp cho phép các giải pháp mở rộng Layer 2:

Thanh toán và Kênh Tiểu bang

Các kênh cho phép nhiều giao dịch ngoài chuỗi trước khi ghi lại trạng thái cuối cùng vào lớp cơ sở:

• Kênh thanh toán tập trung hoàn toàn vào việc chuyển giá trị giữa các bên
• Kênh trạng thái hỗ trợ các tương tác rộng rãi hơn bao gồm các hoạt động hợp đồng thông minh

Các giải pháp này yêu cầu người tham gia phải được biết đến trong mạng lưới và khóa token trong các hợp đồng đa chữ ký, giới hạn sự tham gia mở.

Khung Plasma

Được phát triển bởi Joseph Poon và Vitalik Buterin, Plasma tạo ra "chuỗi con" phản ánh blockchain cha:

• Hợp đồng thông minh quản lý mối quan hệ giữa chuỗi cha và chuỗi con
• Giao dịch diễn ra trên các chuỗi con để giảm tắc nghẽn mạng chính.
• Cấu trúc cây số tổ chức và xác thực dữ liệu giao dịch

Mặc dù hiệu quả cho các trường hợp sử dụng cụ thể, Plasma gặp phải những hạn chế với các hợp đồng thông minh phức tạp và yêu cầu thời gian chờ rút tiền.

Giải pháp Sidechain

Sidechains hoạt động như các khối độc lập với cơ chế đồng thuận riêng trong khi vẫn duy trì tính tương thích với chuỗi chính:

• Kết nối với Layer 1 thông qua các máy ảo tương thích
• Hỗ trợ các hợp đồng và giao dịch tương thích với chuỗi cha
• Vận hành với các tham số bảo mật và yêu cầu khối riêng của họ

Công nghệ Rollup

Rollups gộp nhiều giao dịch ngoài chuỗi thành một giao dịch trên chuỗi duy nhất, tạo ra các chứng minh mật mã gọi là SNARKs (Lập luận Không tương tác Ngắn gọn về Kiến thức):

ZK Rollups:

• Xử lý giao dịch và xác nhận nhanh hơn
• Hiệu quả cao hơn trong việc sử dụng tài nguyên
• Sự di chuyển phức tạp hơn giữa các lớp do những hạn chế của máy ảo

Optimistic Rollups:

• Sử dụng máy ảo để di chuyển từ Layer 1 sang Layer 2 một cách mượt mà
• Triển khai các cơ chế chống gian lận thay vì các bằng chứng hợp lệ
• Bật khả năng tương thích hợp đồng thông minh dễ dàng hơn

Lớp Tương tác: Giao thức Lớp 0

Các giao thức Layer 0 tạo điều kiện cho việc giao tiếp giữa các blockchain Layer 1 khác nhau, giải quyết vấn đề cách ly đã từng buộc người dùng vào các hệ sinh thái cụ thể.

Khác với các mạng Layer 1, các blockchain được xây dựng trên cùng một giao thức Layer 0 có thể triển khai khác nhau:

• Cơ chế đồng thuận
• Khối các tham số và cấu trúc
• Quy tắc mạng và hệ thống quản trị

Nhiều nền tảng Layer 0 yêu cầu người dùng đặt cược token gốc như một biện pháp chống spam khi truy cập vào hệ sinh thái của họ.

Ví dụ Layer 0 nổi bật

Cosmos được công nhận là giao thức Layer 0 nổi tiếng nhất, cung cấp các công cụ mã nguồn mở bao gồm:

• Tendermint: Một công cụ đồng thuận để xây dựng Blockchain
• Cosmos SDK: Bộ công cụ phát triển để tạo ra các khối riêng.
• IBC (Giao tiếp giữa các Khối ): Giao thức cho phép tương tác giữa các chuỗi

Cosmos nhằm xây dựng "Internet of Blockchains" nơi các mạng độc lập giao tiếp một cách liền mạch. Các dự án lớn được xây dựng bằng công nghệ Cosmos bao gồm các nền tảng giao dịch lớn, giải pháp thanh toán và mạng lưới hạ tầng blockchain.

Ranh giới Ứng dụng: Lớp 3

Lớp 3 đại diện cho các giao thức ứng dụng cho phép các dịch vụ dựa trên blockchain như ứng dụng phi tập trung (dApps), trò chơi, giải pháp lưu trữ và các giao diện người dùng khác.

Thường được gọi là "lớp ứng dụng," Layer 3 cung cấp các chức năng giúp blockchain hữu ích hơn ngoài các giao dịch đơn giản:

• Cung cấp thông tin cho việc xử lý Layer 1 ( ví dụ: hướng dẫn hợp đồng thông minh )
• Tạo ra các trường hợp sử dụng thực tế cho hạ tầng blockchain cơ sở.
• Cung cấp giá trị trực tiếp cho người dùng cuối thông qua các giao diện thân thiện.

Hầu hết các blockchain Layer 1 hỗ trợ phát triển Layer 3 trực tiếp trên mạng của họ, mặc dù giao thức cơ sở của Bitcoin đã hạn chế những khả năng như vậy. Các blockchain khác như Ethereum, Solana và Cardano có hệ sinh thái Layer 3 phát triển mạnh mẽ, làm phong phú thêm mạng lưới của họ.

Các ứng dụng Layer 3 hiện đại ngày càng cung cấp chức năng đa chuỗi, cho phép người dùng tương tác với tài sản trên nhiều blockchain khác nhau. Điều này yêu cầu các nhà phát triển làm việc với nhiều ngôn ngữ lập trình như Solidity cho Ethereum và Haskell cho Cardano để đảm bảo các hoạt động đa chuỗi diễn ra suôn sẻ.

Đầy Đủ Khối Blockchain

Hệ sinh thái blockchain bao gồm các lớp liên kết với nhau, mỗi lớp phục vụ các chức năng khác nhau:

• Layer 0: Cho phép khả năng tương tác giữa các chuỗi khối ở Layer 1 (vd., Cosmos)
• Layer 1: Là mạng lưới blockchain cơ sở, xác thực và hoàn thiện các giao dịch (vd., Bitcoin)
• Layer 2: Cung cấp giải pháp mở rộng cho các mạng Layer 1 thông qua xử lý ngoài chuỗi (ví dụ, Lightning Network)
• Layer 3: Cung cấp các ứng dụng và dịch vụ dựa trên blockchain cho người dùng cuối (ví dụ: sàn giao dịch phi tập trung)

Trong khi một số cuộc thảo luận đề cập đến "Layer 4" trong kiến trúc blockchain, sự đồng thuận trong ngành tính từ Layer 0 đến Layer 3—theo quy ước lập trình nơi mà việc đếm bắt đầu từ số không.

Mỗi lớp giải quyết các thách thức cụ thể trong hệ sinh thái blockchain, làm việc cùng nhau để tạo ra một ngăn xếp công nghệ toàn diện cân bằng giữa bảo mật, khả năng mở rộng và phi tập trung trong khi cung cấp các ứng dụng thực tiễn cho người dùng trên toàn thế giới.