Toàn cảnh mở rộng off-chain: Phân tích sâu về State Channels, Sidechains, Plasma và Rollups

2025-07-20 02:16:24

Phân tích độ sâu mở rộng off-chain

Tác giả: Ellaine Xu, Hettie Jiang, June Wang, Walon Lin, Yiliu Lin

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 chỉ có thể đạt được hai trong số đó, điều này được gọi là vấn đề tam giác không thể của blockchain. Trong nhiều năm, mọi người đã khám phá cách nâng cao thông lượng 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.

Hãy để chúng ta định nghĩa tính phi tập trung, tính bảo mật và khả năng mở rộng của blockchain:

Phi tập trung: bất kỳ ai cũng có thể trở thành nút tham gia vào hệ thống blockchain, số lượng nút càng nhiều, độ phi tập trung càng cao.
An toàn: Chi phí để có được quyền kiểm soát hệ thống blockchain càng cao, thì độ an toàn càng cao, có thể chống lại một tỷ lệ tấn công lớn hơn.
Khả năng mở rộng: khả năng của blockchain trong việc xử lý một lượng lớn giao dịch.

Sự phân tách cứng quan trọng đầu tiên của mạng Bitcoin xuất phát từ vấn đề mở rộng. Từ năm 2015, cộng đồng Bitcoin đã có những bất đồng về vấn đề mở rộng, một bên ủng hộ việc mở rộng khối, bên còn lại ủng hộ việc sử dụng giải pháp SegWit. Vào ngày 1 tháng 8 năm 2017, bên ủng hộ việc mở rộng khối đã bắt đầu chạy hệ thống khách hàng mới, dẫn đến sự phân tách cứng quan trọng đầu tiên trong lịch sử Bitcoin, sinh ra đồng tiền mới BCH.

Mạng Ethereum cũng chọn hy sinh một phần khả năng mở rộng để đảm bảo an ninh và tính phi tập trung của mạng. Từ CryptoKitties vào năm 2017 đến sự trỗi dậy sau này của DeFi, GameFi và NFT, nhu cầu về thông lượng trên thị trường ngày càng tăng, nhưng Ethereum chỉ có thể xử lý từ 15-45 giao dịch mỗi giây, dẫn đến chi phí giao dịch gia tăng và thời gian thanh toán kéo dài. Giải pháp mở rộng lý tưởng là: nâng cao tốc độ giao dịch và thông lượng của mạng blockchain trong khi không hy sinh tính phi tập trung và an ninh.

2. Các loại giải pháp mở rộng

Chúng tôi phân loại kế hoạch mở rộng thành hai loại lớn: mở rộng trên chuỗi và mở rộng off-chain, dựa trên tiêu chuẩn "có thay đổi một lớp mạng chính hay không".

2.1 Mở rộng trên chuỗi

Khái niệm cốt lõi: Giải pháp đạt được hiệu ứng mở rộng thông qua việc thay đổi một lớp giao thức mạng chính, giải pháp chính hiện nay là phân đoạn.

Mở rộng trên chuỗi có nhiều giải pháp, dưới đây là hai giải pháp được liệt kê ngắn gọn:

Giải pháp một là mở rộng không gian khối, tức là tăng số lượng giao dịch được đóng gói trong mỗi khối, nhưng điều này sẽ làm tăng yêu cầu của nút, giảm mức độ phi tập trung.
Giải pháp hai là phân mảnh, chia sổ cái blockchain thành nhiều phần, mỗi phần khác nhau chịu trách nhiệm ghi chép khác nhau, có thể giảm áp lực của nút, nhưng sẽ giảm độ an toàn của toàn bộ mạng.

Việc thay đổi một lớp giao thức mainnet có thể gây ra những tác động tiêu cực khó lường, vì bất kỳ lỗ hổng bảo mật nào ở tầng dưới cũng sẽ đe dọa nghiêm trọng 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 lớp hiện tại.

Giải pháp mở rộng off-chain có thể được chia thành Layer2 và các giải pháp khác:

Layer2: Kênh trạng thái, Plasma, Rollups
Các phương án khác: Sidechains, Validium

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 mở, đóng hoặc giải quyết tranh chấp kênh, và thực hiện các tương tác giữa người dùng ở độ sâu off-chain để giảm chi phí giao dịch và đạt được số lần giao dịch không bị giới hạn.

Kênh trạng thái là một giao thức P2P đơn giản, phù hợp cho các ứng dụng dựa trên lượt, như trò chơi cờ vua hai người. Mỗi kênh được quản lý bởi hợp đồng thông minh đa ký chạy trên mạng chính, kiểm soát tài sản được gửi vào kênh, xác thực cập nhật trạng thái và phân xử tranh chấp giữa các bên tham gia.

3.1.2 Dòng thời gian

2015/02: Joseph Poon và Thaddeus Dryja phát hành bản nháp trắng về mạng lưới ánh sáng
2015/11: Jeff Coleman lần đầu tiên hệ thống hóa khái niệm State Channel
2016/01: Tài liệu trắng về mạng lưới ánh sáng chính thức được công bố
2017/11: Đề xuất quy chuẩn thiết kế State Channel đầu tiên dựa trên khung Payment Channel Sprites
2018/06: Counterfactual đưa ra thiết kế Kênh Trạng thái Tổng quát chi tiết
2018/10: Đề xuất khái niệm State Channel Networks và Virtual Channels
2019/02: Khái niệm kênh trạng thái được mở rộng đến các kênh N-Party
2019/10: Pisa mở rộng khái niệm Watchtowers để giải quyết vấn đề người tham gia cần phải trực tuyến liên tục.
2020/03: Hydra đã đưa ra Kênh Isomorphic Nhanh

3.1.3 Nguyên lý kỹ thuật

Quy trình làm việc của kênh trạng thái:

Alice và Bob thông qua việc gửi tiền vào hợp đồng trên mạng chính và xác nhận bằng chữ ký, đã mở kênh trạng thái.
Alice và Bob có thể thực hiện giao dịch không giới hạn số lần trên off-chain, mỗi giao dịch cần có xác nhận chữ ký của cả hai bên.
Nếu Alice muốn đóng kênh, cần gửi trạng thái cuối cùng đến hợp đồng. Nếu Bob ký tên chấp thuận, hợp đồng sẽ ngay lập tức thực hiện phân phối tiền; nếu Bob không phản hồi, cần chờ kết thúc "thời gian thách thức" mới có thể nhận được tiền.

Quy trình làm việc trong trường hợp bi quan:

Nếu Bob không phản hồi chữ ký cập nhật trạng thái của Alice, Alice có thể gửi trạng thái hợp lệ cuối cùng của mình để thách thức hợp đồng. Bob có thể gửi trạng thái tiếp theo để phản hồi trong một khoảng thời gian; nếu không phản hồi, hợp đồng sẽ tự động đóng kênh và trả lại tiền cho Alice.

3.1.4 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Xác nhận ngay lập tức
Khả năng thông lượng cao
Bảo mật tốt
Tính linh hoạt cao

Nhược điểm:

Cần khóa trước vốn
Người tham gia cần giữ trực tuyến
Hỗ trợ ít người tham gia hơn
Không thể giải quyết vấn đề rút lui quy mô lớn

3.1.5 Ứng dụng

Mạng lưới Lightning Bitcoin:

Được đề xuất vào năm 2015, phát hành phiên bản mainnet vào năm 2018
Tháng 11 năm 2022 có 76.236 kênh thanh toán, tổng số tiền kênh là 5049 BTC
Hệ sinh thái bao gồm nhiều loại như thanh toán, ví, quản lý nút, với hơn 100 ứng dụng.

Mạng ánh sáng Ethereum:

Thành lập năm 2017, phát hành phiên bản mainnet vào năm 2020
Ngưỡng sử dụng cao, sự phát triển hệ sinh thái chậm
Chuyển sang chạy trên mạng Layer2 Rollup

Celer Network:

Đã tăng cường mạng lưới ánh sáng của lớp khuyến khích
Thích hợp cho các ứng dụng tương tác tần suất cao như nền tảng thể thao điện tử
Đã ra mắt sản phẩm cầu nối chuỗi cBridge và các sản phẩm khác

3.2 Sidechains

3.2.1 Tóm tắt

Sidechain là một hình thức blockchain xuất hiện để tăng tốc giao dịch Bitcoin, có thể sử dụng các hợp đồng phức tạp hơn hoặc cải thiện cơ chế đồng thuận. Kết quả giao dịch của sidechain cuối cùng sẽ được ghi lại tại phía xác thực và chuyển trở lại chuỗi chính.

3.2.2 Thời gian

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

3.2.3 Nguyên lý kỹ thuật

Có hai cách chính mà sidechain giao tiếp với mainchain:

Neo định hướng hai chiều ( Định hướng đối xứng ): Các xác thực của chuỗi chính và chuỗi phụ ghi lại trạng thái hiện tại của nhau theo thời gian thực, sử dụng công nghệ SPV để xác minh giao dịch.
Không đồng bộ neo ( Asymmetric Pegged ): Người xác nhận chuỗi phụ theo dõi hoạt động chuỗi chính, nhưng mạng chính không thể xác nhận trạng thái chuỗi phụ, cần đưa vào cơ chế Certifiers để xác nhận giao dịch chuỗi phụ.

Hiện nay, ngày càng nhiều chuỗi phụ chọn sử dụng cơ chế công chứng viên bên thứ ba (PoA) hoặc lớp trung gian Relayers để xác nhận trạng thái khối của chuỗi chính.

Tóm tắt cơ chế chuỗi bên:

Tài sản từ chuỗi chính đến chuỗi phụ: chuỗi chính khóa tài sản, chuỗi phụ tạo ra tài sản wrapped
Tài sản từ sidechain đến mainchain: sidechain phá hủy tài sản wrapped, mainchain mở khóa tài sản

3.2.4 Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm:

Tùy chỉnh cao
Hỗ trợ hợp đồng thông minh phức tạp
Chuyển giao tài sản liên chuỗi
Cơ chế quản trị độc lập

Nhược điểm:

Độ sâu khá thấp
Rủi ro tập trung
Độ sâu giao tiếp chuỗi chéo cao
Định giá hai chiều cần thời gian xác nhận dài.

3.2.5 Ứng dụng

xDai Chain( hiện Gnosis Chain):

Mạng chính ra mắt vào tháng 9 năm 2018, hợp nhất với Gnosis vào tháng 4 năm 2022
Áp dụng cơ chế đồng thuận PoSDAO
TVL khoảng 53 triệu USD, hệ sinh thái có 35 dự án đang diễn ra

Polygon:

Ra mắt mạng chính Matic PoS Chain và Plasma Chain vào tháng 6 năm 2020
Năm 2021, thương hiệu đã nâng cấp thành Polygon, chuyển sang dạng tổng hợp.
Đã có hơn 37k Dapp, tổng số giao dịch 1.8B và hơn 135M người dùng

Ronin:

Sidechain phát triển cho trò chơi Axie Infinity
Ra mắt mạng chính vào tháng 3 năm 2021, sử dụng cơ chế đồng thuận PoA
Bị tấn công bởi hacker 624 triệu USD vào tháng 3 năm 2022

3.3 Plasma

3.3.1 Tóm tắt

Plasma là một khung để xây dựng Dapp có thể mở rộng, nhằm giảm thiểu mức độ tin cậy của người dùng vào các nhà điều hành chuỗi phụ. Nguyên tắc cơ bản của Plasma là, ngay cả khi chuỗi Plasma gặp sự cố bảo mật, tài sản của tất cả người dùng vẫn có thể được rút ra khỏi chuỗi Plasma và quay lại mạng chính.

3.3.2 Thời gian

2017/08: Xuất bản sách trắng Plasma
2018/01: Đưa ra ứng dụng Plasma chính thức đầu tiên Plasma MVP
2018/03: Đề xuất Plasma Cash giải quyết vấn đề rút tiền quy mô lớn
2018/06: Đề xuất Plasma Debit
2018/11: Đề xuất Plasma Prime
Từ năm 2019: Cộng đồng Ethereum bắt đầu khám phá giải pháp Rollups

3.3.3 Nguyên lý kỹ thuật

Ý tưởng cốt lõi của Plasma:

off-chain thực thi: Phần lớn công việc được xử lý bên ngoài mạng chính
Cam kết trạng thái: Lưu trữ phiên bản nén của trạng thái chuỗi Plasma bằng Merkle Root
Cơ chế rút tiền: Người dùng cần chứng minh với mạng chính rằng có quỹ có thể rút và số tiền chính xác.

Quy trình sử dụng:

Người dùng gửi tiền vào hợp đồng Plasma trên mạng chính.
Người dùng giao dịch trên chuỗi Plasma
Operator sẽ đóng gói giao dịch và gửi cam kết trạng thái đến mạng chính
Người dùng khởi xướng yêu cầu rút tiền, sau thời gian thách thức có thể rút tiền.

3.3.4 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Độ sâu cao
Phí giao dịch thấp
Kế thừa tính bảo mật của mạng chính

Nhược điểm:

Cơ chế thoát phức tạp
Vấn đề khả dụng dữ liệu
Người dùng cần theo dõi thường xuyên
Chức năng bị hạn chế

3.3.5 Ứng dụng

Ứng dụng chính:

Nhóm Plasma → Optimism(Rollup Lạc quan)
OMG Network → Boba Network(Rollup lạc quan)
Polygon(trước đây là Matic Network) → Giải pháp L2 toàn diện

Tóm tắt: Plasma là một giải pháp chuyển tiếp về mặt kỹ thuật, bị hạn chế bởi các vấn đề tồn tại trong chính công nghệ, hầu hết các ứng dụng đã nhanh chóng chuyển sang phát triển các giải pháp dựa trên Rollups.

3.4 Rollups

3.4.1 Tóm tắt

Ý tưởng cốt lõi của Rollups là đưa quá trình tính toán và lưu trữ trạng thái vào off-chain, trong khi lưu trữ cam kết trạng thái và dữ liệu giao dịch nén trên chuỗi chính.

Rollups được chia thành hai loại:

Optimistic Rollups: Đảm bảo tính chính xác thông qua chứng minh gian lận
ZK Rollups: Bằng cách chứng minh hiệu quả ( chứng minh không kiến thức ) đảm bảo tính chính xác

3.4.2 Nguyên lý kỹ thuật

Cơ chế cốt lõi:

off-chain máy ảo thực hiện giao dịch và lưu trữ trạng thái
Tải dữ liệu giao dịch đã nén và trạng thái gốc lên hợp đồng chuỗi chính

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.

13 thích