Ethereum đã giới thiệu các hợp đồng thông minh có thể lập trình thông qua EVM.
Tiêu đề gốc: "Mở khóa sức mạnh song song"
Người viết: ROBERT MCTAGUE, Nhà phân tích đầu tư, Phòng thí nghiệm Amber
Biên soạn: Yvonne
Những thách thức hiện tại đối với ngành công nghiệp blockchain
Hiện tại, các chuỗi khối chính thống cung cấp một loạt ứng dụng, bao gồm DeFi, NFT, phương tiện truyền thông xã hội và thậm chí cả trò chơi. Tuy nhiên, chất lượng và khả năng của các ứng dụng này bị hạn chế bởi một hạn chế cơ bản: khó khăn của các chuỗi khối trong việc xử lý đồng thời nhiều giao dịch. Thực thi song song là rất quan trọng trong các ứng dụng phi tập trung vì nó cho phép các nền tảng hợp đồng thông minh xử lý đồng thời nhiều giao dịch, tăng thông lượng tổng thể và khả năng đáp ứng của mạng. Để giải quyết rào cản quan trọng này, sự phát triển của ngành trong 5 năm qua đã tập trung vào việc cải thiện hiệu suất chuỗi khối thông qua song song hóa.
Trong các báo cáo trước, chúng tôi đã nghiên cứu nhiều cách khác nhau để nâng cao khả năng mở rộng, giới thiệu các thiết kế mô-đun, kiến trúc đổi mới như DAG và các nghiên cứu điển hình như Aptos và Sui. Tuy nhiên, một khía cạnh thường bị bỏ qua trong không gian chuỗi khối là cách mạng xử lý việc thực thi song song và cách so sánh các phương pháp này.
Báo cáo nghiên cứu này nhằm mục đích làm sáng tỏ các chuỗi khối lớp 1 sắp tới sẽ giúp giải quyết các vấn đề của các chuỗi khối hiện tại và thiết lập một khung phân loại để thực hiện song song trong tương lai. Chúng tôi sẽ tập trung vào cách các giải pháp này cho phép thực thi song song và so sánh các phương pháp tiếp cận của chúng để khắc phục những hạn chế của các mạng chuỗi khối hiện có. Bằng cách kiểm tra các chiến lược và kỹ thuật khác nhau được sử dụng bởi các chuỗi khối thế hệ tiếp theo này, chúng tôi hy vọng sẽ cung cấp những hiểu biết có giá trị về tương lai của việc thực thi song song và vai trò của nó trong việc thúc đẩy đổi mới chuỗi khối.
EVM
Hầu hết các nền tảng hợp đồng thông minh ngày nay đều dựa trên Máy ảo Ethereum (EVM), nhưng nó có một nhược điểm lớn: nó không thể thực hiện các giao dịch đồng thời. Hạn chế này đã thúc đẩy sự phát triển của một làn sóng giải pháp L1 mới, nhấn mạnh việc thực thi song song như một phương tiện để tăng khả năng mở rộng và hiệu quả.
Chuỗi khối hợp đồng thông minh có hai thành phần chính: cơ chế đồng thuận, giúp các nút đồng ý về thứ tự và đưa vào giao dịch, và một máy ảo, chạy mã ứng dụng và cập nhật trạng thái ứng dụng cũng như số dư tài khoản. Ethereum đã giới thiệu các hợp đồng thông minh có thể lập trình thông qua EVM, một hệ thống dùng chung trong đó mỗi nút giữ một bản sao của tất cả các ứng dụng và trạng thái của chúng. Mặc dù phổ biến nhưng các chuỗi khối sử dụng EVM bị hạn chế về tốc độ xử lý. Ví dụ: Ethereum có thể xử lý khoảng 10 giao dịch mỗi giây (tps), trong khi chuỗi EVM nhanh nhất, BinanceChain, chỉ có thể đạt hơn 200 tps. Sự kém hiệu quả này là do mô hình xử lý tuần tự của EVM, tức là các giao dịch được xử lý lần lượt.
Monad, một L1 tập trung vào khả năng mở rộng, đã thực hiện phân tích này ngay trong một bài đăng gần đây, "Để tham khảo: Một trò chơi bài đơn giản với 10.000 người dùng di chuyển cứ sau 10 giây yêu cầu 1000tps." Đánh giá từ tình hình hiện tại, EVM không chắc có thể hỗ trợ như vậy nhiều giao dịch trong một chuỗi.
Để giải quyết thách thức này, các nhà phát triển đang khám phá các giải pháp hỗ trợ thực thi song song. Báo cáo này nhằm mục đích tạo ra một khuôn khổ để phân loại cách các chuỗi khối này đạt được sự song song hóa, tập trung vào việc cải thiện việc thực thi song song. Bằng cách thực hiện các chiến lược này, hệ sinh thái hợp đồng thông minh có thể khắc phục những hạn chế của quá trình xử lý tuần tự và mở đường cho việc áp dụng rộng rãi hơn các ứng dụng phi tập trung.
Thực thi song song là gì?
Trong các chuỗi khối, việc thực thi song song có thể được hiểu thông qua phép loại suy đơn giản. Hãy tưởng tượng một cửa hàng tạp hóa cần tính phí khách hàng khi họ mua hàng. Nếu cửa hàng chỉ có một làn thanh toán và máy tính tiền, hàng sẽ di chuyển chậm, khiến khách hàng khó chịu và có khả năng khiến họ mua sắm ở nơi khác. Cửa hàng đã sử dụng nhiều làn thanh toán và máy tính tiền để tăng tốc quá trình. Đây là hoạt động xử lý song song, cho phép cửa hàng xử lý nhu cầu của nhiều khách hàng cùng một lúc, thay vì từng khách hàng một.
Áp dụng sự tương tự này cho một chuỗi khối, nhiều làn thanh toán đại diện cho các đường dẫn hoặc làn khác nhau để xử lý giao dịch. Trong thực thi song song, các kênh này tồn tại trong một hệ thống duy nhất, cho phép hệ thống xử lý đồng thời nhiều giao dịch. Thiết lập này cho phép một hệ thống chuỗi khối duy nhất xử lý khối lượng giao dịch lớn hơn hiệu quả hơn, cải thiện hiệu suất tổng thể.
Bây giờ chúng ta đã nắm được tầm quan trọng của việc thực thi song song đối với hiệu quả và khả năng mở rộng của chuỗi khối, hãy tìm hiểu sâu hơn một chút về cơ chế của nó.
Thực thi song song hoạt động như thế nào?
Thực hiện song song trong chuỗi khối có nghĩa là xử lý các giao dịch không liên quan cùng một lúc. Coi các giao dịch không liên quan là các sự kiện độc lập. Ví dụ: nếu hai người giao dịch mã thông báo trên các sàn giao dịch khác nhau, giao dịch của họ có thể được xử lý đồng thời. Tuy nhiên, nếu họ đang giao dịch trên cùng một nền tảng, các giao dịch có thể cần được thực hiện theo một thứ tự cụ thể.
Thách thức chính trong việc thực hiện song song là xác định giao dịch nào không tương quan và giao dịch nào độc lập. Điều này bao gồm hiểu cách mỗi giao dịch ảnh hưởng đến dữ liệu của chuỗi khối. Với nhiều ứng dụng được kết nối với nhau, việc xác định giao dịch nào phụ thuộc vào nhau có thể khó khăn.
Các hệ thống chuỗi khối khác nhau sử dụng các phương pháp khác nhau để xác định các giao dịch không liên quan, thường bằng cách quản lý quyền truy cập vào dữ liệu chuỗi khối. Mỗi tài khoản hoặc hợp đồng thông minh có phạm vi dữ liệu được chỉ định riêng có thể thay đổi. Các giao dịch độc lập không cố gắng thay đổi cùng một dữ liệu trong cùng một khối, trong khi các giao dịch liên quan thì có.
Một số giao dịch có nhiều khả năng được coi là không liên quan hơn những giao dịch khác. Ví dụ: việc chuyển mã thông báo đơn giản giữa hai người không ảnh hưởng đến người khác, vì vậy rõ ràng là các loại giao dịch này hầu như luôn độc lập. Tuy nhiên, các giao dịch liên quan đến cùng một hợp đồng thông minh hoặc tài khoản có thể thay đổi dữ liệu của nó và không thể thực hiện song song. Một ví dụ là giao dịch mã thông báo liên quan đến nhiều nền tảng, trong đó tất cả các nền tảng tham gia phải đợi giao dịch ban đầu hoàn tất trước khi xử lý các giao dịch khác.
Trong các phần sau, chúng ta sẽ đi sâu vào ba cách tiếp cận khác nhau để đạt được thực thi song song trong các hệ thống chuỗi khối: truy cập trạng thái/lạc quan, phân mảnh và thực thi song song dựa trên tính toán. Điều đáng chú ý là theo truyền thống, chỉ các mô hình lạc quan và truy cập trạng thái mới được những người khác trong ngành công nghiệp chuỗi khối coi là phương thức thực thi song song thực sự, vì chúng cho phép một chuỗi khối duy nhất xử lý đồng thời các giao dịch. Tuy nhiên, với sự ra đời của các giao thức truyền thông liên chuỗi phức tạp, khái niệm về những gì cấu thành việc thực thi song song đã được mở rộng đáng kể. Ví dụ: sharding, mặc dù không được coi là một phương tiện thực thi song song theo truyền thống, nhưng lại tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý song song các giao dịch trên nhiều phân đoạn, vì vậy, nó đáng để xem xét. Cuối cùng, chúng ta sẽ khám phá khái niệm tương đối mới về thực thi song song dựa trên tính toán. Mô hình đổi mới này, mặc dù không được biết đến rộng rãi, đại diện cho một cách tiếp cận mang tính cách mạng đối với việc xử lý giao dịch song song trong các hệ thống chuỗi khối, mà chúng tôi sẽ mô tả chi tiết ở phần sau của bài báo này. Khi chúng ta khám phá những cách tiếp cận này, chúng ta sẽ khám phá cách mỗi phương pháp mang lại những lợi thế và thách thức riêng cho công nghệ chuỗi khối hiệu quả hơn và có thể mở rộng.
Thực thi song song: Mô hình lạc quan và truy cập trạng thái
Hiện tại, hầu hết các chuỗi khối thực thi song song đều dựa trên hai phương pháp phổ biến: phương pháp truy cập trạng thái và mô hình Lạc quan. Cách tiếp cận trạng thái truy cập là một cách tiếp cận chiến lược xác định trước giao dịch nào có quyền truy cập vào phần nào của trạng thái chuỗi khối, cho phép chuỗi khối dễ dàng khai báo giao dịch nào là độc lập. Mặt khác, các mô hình lạc quan hoạt động theo giả định rằng tất cả các giao dịch đều độc lập và chỉ cần xác minh lại giả định này và thực hiện các điều chỉnh nếu cần. Một số chuỗi khối khai thác các cách tiếp cận này để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình song song hóa, chứng minh từng cách tiếp cận lý thuyết này đang hoạt động. Đây thường là những mô hình mà mọi người đang đề cập đến khi họ thảo luận về các chuỗi khối song song. Phần này sẽ giải thích hai cách tiếp cận này và ứng dụng của chúng trong lĩnh vực chuỗi khối.
Solana: Người tiên phong của chuỗi khối song song
Solana đã trở thành người tiên phong trong không gian blockchain, đi tiên phong trong cách tiếp cận độc đáo để quản lý giao dịch và mở rộng khả năng mở rộng. Sự đổi mới mang tính đột phá của nó là xác định phần nào của trạng thái chuỗi khối—bản ghi toàn diện của tất cả các tài khoản hoặc tài sản—có thể được truy cập bằng các hành động cụ thể.
Hãy nghĩ về nó giống như một hệ thống hồ sơ khổng lồ. Mỗi giao dịch gửi yêu cầu truy cập vào một tệp cụ thể. Giao dịch có thể được xử lý độc lập nếu yêu cầu tệp là duy nhất. Nhưng nếu họ yêu cầu cùng một tệp, các giao dịch đó sẽ trở nên đan xen và cần có sự phối hợp. Bí quyết thực sự là xác định giao dịch nào yêu cầu tệp nào.
Là blockchain song song đầu tiên, Solana giới thiệu một giải pháp. Mỗi giao dịch phải khai báo trước tập tin mà nó dự định truy cập. Yêu cầu này nằm trong mô hình thực thi "SeaLevel" của Solana, trong đó tất cả các chức năng hoạt động trong khuôn khổ dựa trên tài khoản. Mỗi tài khoản chỉ có thể được truy cập bởi các giao dịch được liên kết với nó, ngăn ngừa các xung đột tiềm ẩn.
Điều quan trọng, Solana cũng sử dụng các thủ tục không trạng thái có trong các tài khoản này. Các chương trình phi trạng thái là các đoạn mã không ghi nhớ bất kỳ dữ liệu nào giữa các lần thực thi -- chúng bắt đầu lại từ đầu mỗi lần chạy. Khi một lời gọi hàm được thực hiện, các chương trình này được kích hoạt để thực hiện các tác vụ của chúng mà không cần dựa vào bất kỳ dữ liệu nào trong quá khứ. Khái niệm này giúp duy trì tính độc lập của giao dịch và góp phần vào cách tiếp cận sáng tạo của Solana để cải thiện khả năng mở rộng chuỗi khối.
Sui: Khái niệm đối tượng
Sui gần đây đã ra mắt và gây xôn xao trong không gian blockchain. Nhưng chính xác thì Sui mang đến điều gì? Tuy nhiên, tại thời điểm này, mối quan tâm chính của chúng tôi là hiểu cách tiếp cận độc đáo của Sui để thực hiện giao dịch song song.
Chiến lược song song hóa của Sui tương tự như của Solana, nhưng có một bước ngoặt độc đáo: thay thế các tài khoản bằng một cấu trúc gọi là "đối tượng". Các giao dịch Sui không tham chiếu tài khoản, thay vào đó, chúng thay đổi thuộc tính của các đối tượng, có thể là tài sản hoặc hợp đồng thông minh. Nếu một giao dịch được chỉ định là độc lập (nghĩa là nếu không có giao dịch nào khác tương tác với đối tượng mục tiêu), nó sẽ hoàn toàn bỏ qua cơ chế đồng thuận - một tính năng được gọi là phát sóng đồng thuận Byzantine.
Để minh họa, giả sử Alice sở hữu một NFT duy nhất, được thể hiện dưới dạng một đối tượng trong ngữ cảnh của Sui và "Alice" được liệt kê là "chủ sở hữu" của nó. Nếu Alice chuyển NFT này cho Bob, giao dịch được coi là một giao dịch đối tượng riêng biệt, bỏ qua quy trình đồng thuận. Tuy nhiên, nếu Alice quyết định thực hiện một hoạt động phức tạp hơn, chẳng hạn như mua NFT thông qua thị trường, động lực sẽ thay đổi. Vì các đối tượng có thể được thao tác bởi các giao dịch khác, nên giao dịch có thể được chỉ định là giao dịch phụ thuộc và có thể cần được giải trình tự trước khi thực hiện.
Nhiên liệu: Sử dụng UTXO để tăng cường thực thi
Fuel dẫn đầu trong không gian chuỗi khối và nó tận dụng tối đa mô hình UTXO (Đầu ra giao dịch chưa chi tiêu). Nếu bạn coi mô hình UTXO là một giao dịch tiền mặt thực tế, nó giống như mua thứ gì đó với giá 7 đô la bằng tờ 10 đô la và nhận được 3 đô la tiền lẻ. Bằng cách sử dụng mô hình UTXO, Fuel có thể xử lý song song các giao dịch một cách hiệu quả. Điều này là do mô hình UTXO cho phép dễ dàng xác định các giao dịch độc lập - những giao dịch không chồng chéo trong các đối tượng hoặc "hóa đơn" mà chúng tương tác. Tính độc lập này có nghĩa là các giao dịch này có thể được xử lý đồng thời mà không có xung đột, làm tăng đáng kể thông lượng giao dịch.
Bitcoin cũng áp dụng mô hình UTXO mà Fuel sử dụng để thiết lập danh sách truy cập nghiêm ngặt. Các danh sách này đóng vai trò là cơ quan quản lý, kiểm soát phần nào của trạng thái chuỗi khối có thể truy cập được. Chiến lược dựa trên ý tưởng về thứ tự giao dịch chuẩn, cách nó sắp xếp các giao dịch trong một khối, đơn giản hóa quá trình xác định sự phụ thuộc giữa các giao dịch.
Fuel đã đưa khái niệm này vào cuộc sống bằng cách phát triển một máy ảo mới, FuelVM và ngôn ngữ lập trình sáng tạo, Sway. FuelVM được thiết kế như một sự thay thế tinh gọn nhưng hoàn toàn tương thích cho Máy ảo Ethereum (EVM), cho phép các nhà phát triển tích hợp trực tiếp hơn vào hệ sinh thái Fuel.
Ngoài ra, Fuel nhấn mạnh cấu trúc chuỗi khối mô-đun. Cách tiếp cận mô-đun này cho phép các giao dịch được thực hiện trong Fuel được giải quyết trên mạng lưới chính của Ethereum. Do đó, Fuel có khả năng xử lý một số lượng lớn các giao dịch, tất cả đều được hợp nhất và giải quyết trên Ethereum. Động thái chiến lược này cho phép Fuel quản lý hiệu quả khối lượng giao dịch lớn.
Aptos: Thực thi một cách lạc quan
Trong khám phá của chúng tôi về song song hóa chuỗi khối, trước tiên chúng tôi mô tả cách các chuỗi khối thiết lập các phụ thuộc khi bắt đầu giao dịch. Chúng tôi gọi đây là phương pháp truy cập trạng thái, trong đó hợp đồng thông minh hoặc nhà phát triển xác định giao dịch nào có thể truy cập phần nào của trạng thái. Bây giờ chúng ta chuyển sang một kỹ thuật khác gọi là thực thi lạc quan. Thực thi lạc quan là một chiến lược trong đó mỗi giao dịch được xử lý như thể nó không được kết nối với bất kỳ giao dịch nào khác, cho phép tất cả các giao dịch được xử lý đồng thời. Tuy nhiên, nếu một số giao dịch được liên kết, chúng sẽ bị dừng, kết quả của chúng bị xóa và chúng được chạy lại. Điều này có thể tăng tốc mọi thứ khi các giao dịch chủ yếu là độc lập, nhưng khi nhiều giao dịch được kết nối, quá trình xử lý phải được dừng và đặt lại thường xuyên, điều này có thể làm chậm giao dịch.
Aptos sử dụng một phương pháp gọi là Bộ nhớ giao dịch phần mềm khối (Block-STM) để áp dụng thực thi tối ưu. Aptos được xây dựng dựa trên ngôn ngữ Move của Diễm và MoveVM, tự động phát hiện các liên kết giao dịch. Nó không yêu cầu các giao dịch cho biết họ chạm vào phần nào của trạng thái chuỗi khối (như vị trí bộ nhớ).
*
Nguồn: Sách trắng Block-STM
(Sơ đồ cho thấy rằng nếu một số giao dịch được kết nối, quá trình xác minh sẽ bị tạm dừng, kết quả sẽ bị xóa và sau đó chạy lại.)
Trong block-stm, các giao dịch trước tiên được đặt theo một thứ tự nhất định trong một khối, sau đó được phân chia giữa các luồng xử lý khác nhau để thực hiện đồng thời. Khi các giao dịch này được xử lý, hệ thống sẽ theo dõi vị trí bộ nhớ mà mỗi giao dịch thay đổi. Sau mỗi vòng xử lý, hệ thống kiểm tra toàn bộ kết quả giao dịch. Nếu nó phát hiện ra rằng một giao dịch đã chạm vào một vị trí bộ nhớ đã bị thay đổi bởi một giao dịch trước đó, thì nó sẽ xóa kết quả của nó và chạy lại. Quá trình này tiếp tục cho đến khi mọi giao dịch trong khối được xử lý.
Sự thành công của Block-STM phần lớn phụ thuộc vào các kết nối giữa các giao dịch. Theo nhóm Aptos, việc sử dụng 32 lõi xử lý giúp tăng tốc 8 lần khi các giao dịch có mối tương quan cao và tăng tốc 16 lần khi các giao dịch ít tương quan hơn. Tuy nhiên, nếu mọi giao dịch trong một khối được nối với nhau, thì block-stm có thể làm chậm một chút so với thực hiện từng cái một.
Monad: Người lãnh đạo chuỗi EVM
Monad đã đi tiên phong trong một cách tiếp cận mới trong các chuỗi khối tương thích với EVM và là chuỗi khối đầu tiên giới thiệu kiến trúc song song ở lớp đầu tiên của EVM. Giống như Aptos, nó có lộ trình thực thi lạc quan, hoạt động theo giả định rằng các giao dịch không được kết nối với nhau và giải quyết các vấn đề phụ thuộc khi chúng phát sinh.
Cách tiếp cận mới lạ này không phải là không có những thách thức của nó. Thực hiện các sửa đổi lớn đối với công nghệ chuỗi khối là một cam kết phức tạp và lâu dài. Tuy nhiên, Monads vẫn cam kết đổi mới và đã trở thành ngọn hải đăng cho các mạng blockchain khác nhằm nâng cao kiến trúc của riêng họ.
Lấy Polygon và BinanceSmartChain làm ví dụ, hai chuỗi khối nổi tiếng hiện đang cố gắng nâng cấp hệ thống của họ, sử dụng các chiến lược tương tự. Không thể phóng đại tầm quan trọng của công việc tiên phong của các đơn nguyên đối với việc triển khai lạc quan, vì nó đã ảnh hưởng đến các nền tảng lớn để đánh giá lại và sửa đổi kiến trúc của chính họ.
Ví dụ: Polygon có thông lượng nhanh và hàng triệu giao dịch hàng ngày. API mạng của nó đã cung cấp đủ dữ liệu để điều khiển một công cụ có thể song song hóa và bằng cách khám phá Block-STM dành riêng cho EVM, họ đã quản lý để tránh các thay đổi đối với API. Tuy nhiên, khi xem xét khối lượng giao dịch khổng lồ trên chuỗi PolygonPoS, giả định về sự phụ thuộc bằng không giữa bất kỳ khối nào là không thực tế. Do đó, họ đã áp dụng cách tiếp cận siêu dữ liệu tối thiểu, ghi lại các phụ thuộc giao dịch dưới dạng siêu dữ liệu trong các khối, giảm các yêu cầu tính toán và dư thừa.
Tương tự, BinanceSmartChain cũng đang khám phá các cơ hội để thực thi song song trong chuỗi EVM của mình thông qua thực thi lạc quan, phản ánh tác động của cách tiếp cận sáng tạo của Monad đối với toàn ngành.
Tinh thần đổi mới của Monad và cam kết thúc đẩy ranh giới của công nghệ chuỗi khối đã tạo ra một xu hướng mới trong không gian EVM. Cách tiếp cận của nó trong việc áp dụng kiến trúc song song trong lớp EVM 1 không chỉ cải thiện hiệu quả của hệ thống của chính nó mà còn ảnh hưởng và truyền cảm hứng cho những người chơi quan trọng khác trong lĩnh vực này làm theo, đánh dấu một sự thay đổi lớn trong tương lai của ngành công nghiệp blockchain.
Thực thi song song dựa trên sharding
Cho đến nay, chúng ta đã thảo luận về cách các chuỗi khối khác nhau phá vỡ trật tự tuần tự và đạt được sự song song hóa thông qua các khái niệm như tài khoản, đối tượng, UTXO và các mô hình lạc quan. Tuy nhiên, thế hệ chuỗi khối tiếp theo mà chúng ta sắp nghiên cứu có một cách tiếp cận độc đáo để song song hóa. Các nền tảng này giống với một mô hình sharding, thay vì có một chuỗi khối duy nhất có khả năng xử lý các giao dịch song song. Chuỗi khối được chia thành nhiều phần, mỗi phần chịu trách nhiệm xử lý các giao dịch của riêng mình.
Shardeum: Phương thức chia sẻ của EVM
Shardeum mang đến một cách tiếp cận đột phá đối với khả năng mở rộng chuỗi khối thông qua phân đoạn động, cho phép khả năng mở rộng tuyến tính. Các phân đoạn là các phần phụ của mạng và mỗi phân đoạn xử lý một phần giao dịch mạng, cải thiện hiệu quả tài nguyên và thông lượng. Hãy xem xét một người dùng thực hiện giao dịch trên một ứng dụng phi tập trung (dapp) được lưu trữ trên Shardeum, ứng dụng này được gán cho một phân đoạn cụ thể dựa trên dữ liệu được liên kết của nó. Một phân đoạn xử lý các giao dịch đồng thời với các phân đoạn khác thuộc thẩm quyền của nó, giống như một chuỗi khối nhỏ. Người dùng được hưởng lợi từ việc xử lý nhanh hơn, tối ưu hóa trải nghiệm người dùng.
Một tính năng chính của Shardeum là khả năng tương thích với Máy ảo Ethereum (EVM). Các nhà phát triển có thể dễ dàng di chuyển dapps dựa trên Ethereum của họ sang Shardeum, kết hợp khả năng bảo vệ động và xử lý song song của Shardeum với hệ sinh thái Ethereum mở rộng.
Dynamic sharding đảm bảo khả năng thích ứng của mạng với các nhu cầu luôn thay đổi, đồng thời thúc đẩy khả năng mở rộng và hiệu quả cao của hệ thống. Shardeum tự động hóa các giao dịch giữa các phân đoạn, cho phép thực thi liền mạch các ứng dụng phức tạp yêu cầu đầu vào từ nhiều người dùng, nâng cao khả năng mở rộng.
Điều làm cho Shardeum trở nên độc đáo là khả năng mở rộng quy mô tuyến tính. Mạng mở rộng quy mô tuyến tính khi các nút được thêm vào, điều đó có nghĩa là thông lượng giao dịch tăng tỷ lệ thuận với số lượng nút. Quy mô tuyến tính này, kết hợp với tính linh hoạt của nút và khả năng tự động thay đổi quy mô, cho phép Shardeum xử lý tối ưu các khối lượng công việc khác nhau và sự phát triển của mạng. Shardeum cung cấp giải pháp thiết thực cho nhu cầu giao dịch trong thế giới thực bằng cách tăng cường khả năng mở rộng của các ứng dụng phức tạp và cung cấp giải pháp thiết thực cho nhu cầu giao dịch trong thế giới thực.
Linera: Giao thức đa chuỗi mang tính cách mạng
Giải pháp sáng tạo của Linera đối với khả năng mở rộng chuỗi khối nổi bật thông qua giao thức đa chuỗi năng động, bao gồm chuỗi người dùng, chuỗi công khai và chuỗi tạm thời.
Sơ đồ trên cho thấy ba loại chuỗi khác nhau trong hệ thống Linera: chuỗi người dùng, chuỗi công khai và chuỗi tạm thời. Mỗi loại chuỗi có một vai trò duy nhất đóng góp vào chức năng tổng thể và khả năng mở rộng của giao thức.
Không giống như Shardeum, nơi Linera đi tiên phong trong khái niệm chuỗi do người dùng kiểm soát, Shardeum chia mạng của mình thành nhiều chuỗi phân đoạn, mỗi chuỗi chịu trách nhiệm cho một tập hợp con các giao dịch. Cách tiếp cận chi tiết này mang lại cho người dùng nhiều quyền kiểm soát và quyền tự chủ hơn trong khi tối ưu hóa việc phân bổ tài nguyên trên mạng.
Chuỗi người dùng, chỉ do người dùng sở hữu và kiểm soát, tạo thành xương sống trong kiến trúc của Linera. Các chuỗi này xử lý độc lập các giao dịch cho người dùng cuối cụ thể, cho phép thực thi song song và tăng đáng kể thông lượng đồng thời giảm độ trễ.
Chuỗi công khai là một phần quan trọng khác trong thiết kế của Linera. Các chuỗi này là nơi chứa các ứng dụng phi tập trung như Nhà tạo lập thị trường tự động (amm). Chuỗi công khai mở cho tất cả những người tham gia mạng, cung cấp một nền tảng chung cho các ứng dụng yêu cầu tương tác mở và không hạn chế.
Linera cũng giới thiệu khái niệm chuỗi tạm thời, được thiết kế đặc biệt để xử lý các hoạt động phức tạp như hoán đổi nguyên tử. Tính năng này mang lại lợi thế đáng kể so với các giao thức cần ghi lại các giao dịch trên chuỗi chính, vốn có thể tạo ra nút cổ chai. Trong Linera, một chuỗi tạm thời được tạo trong quá trình hoán đổi nguyên tử, chuỗi này được xử lý độc lập và song song với các giao dịch khác. Khi quá trình hoán đổi kết thúc, chuỗi tạm thời sẽ biến mất và trạng thái cập nhật được phản ánh trong chuỗi người dùng được liên kết.
Cấu trúc của giao thức hỗ trợ chia tỷ lệ theo chiều ngang, đây là thuộc tính cần thiết để duy trì hiệu suất hệ thống dưới các mức tải khác nhau. Khi lưu lượng truy cập tăng lên, trình xác thực có thể thêm nhiều máy công nhân hơn để quản lý hoạt động gia tăng và duy trì thông lượng cao khi tải cao.
Không giống như các giao thức khác như Cosmos, trong đó mỗi chuỗi khối hoặc "vùng" được vận hành bởi một bộ trình xác nhận khác nhau, Linera hợp nhất tất cả các chuỗi trong một bộ trình xác thực. Cách tiếp cận hợp nhất này nâng cao hiệu quả và tính bảo mật của giao thức Linera, đơn giản hóa các tương tác xuyên chuỗi bằng cách loại bỏ sự phức tạp của việc xác thực bằng các bộ xác thực riêng biệt, điều này có thể dẫn đến tăng độ trễ hoặc sai lệch. Do đó, các giao dịch được xử lý hiệu quả hơn trong toàn bộ hệ sinh thái, giảm đáng kể nguy cơ xung đột.
QuaiNetwork: Nâng cao tính song song và khả năng tương tác với Proof-of-Work
QuaiNetwork đã tạo ra con đường riêng của mình trong ngành công nghiệp blockchain với cách tiếp cận độc đáo về khả năng mở rộng. Bằng cách triển khai kiến trúc đa chuỗi năng động và có thể tương tác, Quai cung cấp giải pháp dựa trên bằng chứng công việc duy nhất cho vấn đề về khả năng mở rộng, cho phép song song hóa giao dịch thông qua các phân đoạn thực thi vô hạn. Cách tiếp cận này phân biệt Quai với các giao thức như Linera, sử dụng các chuỗi do người dùng kiểm soát, đồng thời có một số điểm tương đồng với phân đoạn động của Shardeum.
Phiên bản sharding mà Quai sử dụng tương tự như các phương pháp truyền thống được sử dụng để nâng cao hiệu suất cơ sở dữ liệu trong các hệ thống tập trung. Tuy nhiên, Quai khác với các chương trình phân đoạn điển hình ở chỗ nó có kiến trúc đa chuỗi năng động, dễ thích ứng và đan xen sâu sắc. Điều này hơi giống với phân đoạn động của Shardeum, trong đó mạng được chia thành các chuỗi phân đoạn xử lý các giao dịch một cách độc lập. Tuy nhiên, Quai điều phối các phân đoạn khác nhau này bằng cách sử dụng hệ thống phân cấp khai thác hợp nhất, tạo ra một kết nối duy nhất cho phép các hoạt động được thực hiện song song trên mạng. Không giống như tất cả các triển khai phân đoạn hiện có, giới thiệu một số cơ chế tin cậy mới để tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng tương tác (giao dịch giữa các phân đoạn), mạng Quai sử dụng khai thác hợp nhất để kết nối các phân đoạn, đảm bảo rằng cơ chế duy nhất là khai thác. Cách tiếp cận độc đáo của QuaiNetwork đối với khả năng tương tác thông qua khai thác hợp nhất làm tăng đáng kể thông lượng và cung cấp khả năng đáp ứng số lượng lớn giao dịch đồng thời mà không làm giảm hiệu suất hoặc phân cấp.
Để có thể điều phối số lượng phân đoạn thực thi không giới hạn, mạng Quai giới thiệu một cơ chế đồng thuận mới gọi là PoEM. PoEM dựa trên cơ chế đồng thuận Proof-of-Work (PoW), nhưng không giống như các cơ chế đồng thuận khác, đây là cơ chế đầu tiên loại bỏ các nhánh dựa trên sự đồng thuận. Khi chạy PoEM, tất cả các nút sẽ luôn có cùng một ưu tiên cho khối tiếp theo theo thứ tự ngay lập tức, được cung cấp cùng một bộ thông tin. PoEM cho phép tất cả các nút so sánh ngay lập tức và công bằng bất kỳ khối được đề xuất nào, loại bỏ mọi sự không chắc chắn khỏi sự đồng thuận. Bằng cách đảm bảo rằng sự đồng thuận luôn diễn ra ngay lập tức, PoEM cung cấp điều kiện tiên quyết cần thiết cho phân đoạn vô hạn. Nếu phải mất thời gian để thiết lập sự đồng thuận, thì sẽ có giới hạn nghiêm trọng đối với số lượng phân đoạn thực thi có thể được phối hợp. Là phương pháp đạt được sự đồng thuận "không thời gian" đầu tiên, PoEM là thuật toán đồng thuận đầu tiên và duy nhất phù hợp để điều phối các tập hợp chuỗi đang phát triển vô hạn.
Một tính năng nổi bật trong kiến trúc của Quai là việc giới thiệu các luồng thực thi song song (PET), được gọi là "vùng" trong Quai. Mỗi "vùng" hoặc luồng thực thi song song xử lý các giao dịch một cách độc lập và không đồng bộ. Khả năng của mỗi luồng thực thi Quai để xử lý các giao dịch một cách độc lập hỗ trợ khả năng xử lý song song của mạng, đây là một trong những khái niệm cốt lõi đằng sau khả năng mở rộng của Quai.
Số lượng chuỗi trong QuaiNetwork là động và có thể thích ứng, giống như phân đoạn động của Shardeum. Tuy nhiên, việc QuaiNetwork sử dụng cơ chế đồng thuận PoEM là duy nhất ở chỗ nó cho phép mô hình phân đoạn động này được thực hiện vô hạn mà không làm giảm hiệu suất. QuaiNetwork bổ sung các phân đoạn thực thi thông qua phân đoạn động với sự đánh đổi rõ ràng: khi nhiều phân đoạn thực thi được thêm vào mạng, thời gian cần thiết để các giao dịch xuyên chuỗi được tham chiếu bởi các phân đoạn mục tiêu của chúng sẽ tăng lên. Mối quan hệ này là tuyến tính phụ — ví dụ: nhân rộng Quai từ 9 phân đoạn lên 16 phân đoạn sẽ tăng thời gian trung bình để giao dịch xuyên chuỗi đến đích từ 3300 giây lên 4400 giây. Mở rộng thêm tới 25 phân đoạn sẽ tăng thời gian trung bình lên khoảng 5.500 giây. Về mặt lý thuyết, nếu Quai mở rộng thành 100 phân đoạn, thì thời gian trung bình để giải quyết chuỗi chéo toàn cầu là khoảng 11.000 giây. Thuật toán phân đoạn động của QuaiNetwork giám sát giới hạn gas của mạng và tỷ lệ khối chú để hiểu khi nào cần thêm thông lượng và tự động kết hợp các phân đoạn thực thi bổ sung thành sự đồng thuận để đáp ứng nhu cầu thông lượng tăng lên.
Ngoài ra, cấu trúc dệt của Quai hỗ trợ các hợp đồng thông minh đa chuỗi có thể kết hợp và cho phép tương tác hợp đồng xuyên chuỗi hiệu quả. Mỗi luồng thực thi Quai có một EVM và các mã lệnh mới được giới thiệu để giao tiếp với EVM nằm trên phân đoạn thay thế. Khả năng này cho phép các nhà phát triển triển khai các hợp đồng trên nhiều hoặc tất cả các chuỗi Quai, đảm bảo khả năng hoạt động của các ứng dụng phi tập trung (dapps) trên toàn mạng.
Ứng dụng sharding sáng tạo của QuaiNetwork, cùng với khả năng tương tác được khai thác hợp nhất và các luồng thực thi song song, thể hiện một bước tiến lớn về khả năng mở rộng chuỗi khối theo cơ chế đồng thuận dựa trên công việc. Khả năng xử lý mạnh mẽ các giao dịch xuyên chuỗi và khả năng hợp đồng thông minh tiên tiến khiến Quai trở thành một người đóng góp đáng chú ý trong lĩnh vực giao thức chuỗi khối có thể mở rộng đang phát triển.
Thực thi song song dựa trên tính toán
Một mô hình mới nổi trong việc thực thi song song các chuỗi khối là mô hình dựa trên tính toán. Thuật ngữ này do nhóm nghiên cứu của chúng tôi tại AmberGroup đặt ra để mô tả một phương pháp xử lý đồng thời các tác vụ điện toán trong một môi trường dùng chung. Không giống như các mô hình truy cập trạng thái và lạc quan, các mô hình dựa trên tính toán không hoàn toàn dựa vào các tính toán dựa trên bộ nhớ tuần tự. Thay vào đó, nó hoạt động trên nguyên tắc của một máy ảo song song cao. Thiết kế này thúc đẩy thực thi song song mạnh mẽ và hiệu quả. Các phần sau khám phá các nguyên tắc thực thi song song dựa trên tính toán, các ứng dụng tiềm năng của nó và những thách thức độc đáo mà nó đặt ra cho lĩnh vực công nghệ chuỗi khối rộng lớn hơn.
Kindelia: Cỗ máy thực thi song song dựa trên tính toán
Kindelia đã nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn trong các mô hình thực thi song song dựa trên tính toán trong chuỗi khối. Được phát triển bởi HigherOrder Corporation, nó dựa trên một thời gian chạy duy nhất được gọi là Máy ảo bậc cao (HVM), cho phép tính toán song song hiệu quả.
Sự đổi mới của Kindelia dựa trên một mô hình điện toán mới được gọi là "mạng tương tác", một khái niệm khác với mô hình máy Turing làm nền tảng cho hầu hết các máy tính hiện đại. Các mạng tương tác dựa trên biểu đồ các nút tương tác, mỗi nút sở hữu một bộ quy tắc được viết lại quy định cách nó tương tác với các nút khác trong mạng. Tính toán đạt được bằng cách giảm mạng tương tác và loại bỏ một cách có hệ thống các nút khỏi mạng theo quy tắc viết lại của nó cho đến khi đạt được trạng thái cuối cùng. Mô hình này cho phép tính toán được thực hiện song song mà không cần đồng hồ trung tâm điều khiển quá trình, vì các nút tương tác cục bộ mà không có bất kỳ sự phối hợp toàn cầu nào.
*
*Bản vẽ của Victor Taelin (CEO của HigherOrderCompany) chỉ cho chúng ta cách giảm mạng lưới tương tác. *
Những lợi thế của mô hình này là đa dạng. Do tính song song vốn có của nó, nó tạo điều kiện cho các tính toán nhanh hơn và hiệu quả hơn, vượt xa các mô hình tính toán tuần tự truyền thống. Hơn nữa, nó mở ra một lĩnh vực ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của khoa học máy tính. Kindelia nổi bật với tư cách là máy ảo song song thực sự đầu tiên trong bối cảnh chuỗi khối, đạt được nhiều mục tiêu mà altL1 mong muốn. Tuy nhiên, do phụ thuộc vào kiến trúc dựa trên máy Turing, những đối thủ cạnh tranh này có thể không bao giờ đạt được mức độ song song tương tự.
Thiết kế của Kindelia yêu cầu ít bước tính toán hơn để thực hiện các chức năng, tối đa hóa việc sử dụng các lõi xử lý và đảm bảo các hoạt động được thực hiện theo đúng thứ tự—tất cả với nỗ lực bổ sung tối thiểu từ các nhà phát triển. Quy trình thực thi đơn giản hóa này, cùng với mức độ bảo mật cao hơn, khiến Kindelia trở thành một ví dụ tiên tiến về thực thi song song dựa trên tính toán trong công nghệ chuỗi khối.
Mặc dù cơ sở lý thuyết của Kindelia và HVM có phần nâng cao, nhưng ý nghĩa thực tế rất dễ hiểu: cải thiện tốc độ, hiệu quả và tính bảo mật của điện toán chuỗi khối. Với Kindelia, chúng ta đang chứng kiến một bước nhảy vọt mang tính cách mạng trong công nghệ chuỗi khối, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong sự phát triển không ngừng của lĩnh vực biến đổi này.
Mối quan tâm về thực thi song song
Khi chúng ta khám phá tiềm năng của các chuỗi khối song song, điều quan trọng là phải thừa nhận rằng mặc dù chúng mang lại lợi thế về tốc độ và khả năng mở rộng đáng kể, nhưng nó cũng đưa ra những thách thức và nhược điểm tiềm ẩn. Hai vấn đề chính thường được đề cập đến là khả năng gia tăng tập trung hóa và tỷ lệ xung đột giao dịch cao.
Các chuỗi khối song song phân phối quá trình xử lý giao dịch giữa nhiều nút, do đó làm tăng thông lượng xử lý giao dịch. Tuy nhiên, sự phân phối này cũng có thể dẫn đến sự tập trung quyền lực trong một vài nút, do đó mang lại một mức độ tập trung nhất định. Việc tập trung hóa này có thể làm suy yếu độ tin cậy và bảo mật của chuỗi khối, khiến nó dễ bị tấn công hơn. Ngoài ra, các chuỗi khối song song làm tăng nguy cơ ngừng hoạt động của mạng. Ví dụ: mạng Solana gặp sự cố ngừng hoạt động vào tháng 9 năm 2021 do quá nhiều yêu cầu giao dịch. Vụ việc làm nổi bật những rủi ro tiềm ẩn liên quan đến việc mở rộng mạng blockchain và nhấn mạnh nhu cầu về các giải pháp có thể xử lý khối lượng giao dịch cao mà không ảnh hưởng đến sự ổn định.
Tỷ lệ xung đột giao dịch là một vấn đề quan trọng khác. Tỷ lệ này đề cập đến tỷ lệ phần trăm giao dịch không thể thực hiện đồng thời do xung đột. Tỷ lệ xung đột cao có thể dẫn đến một số lượng lớn các giao dịch được thực hiện lại trong các chuỗi khối song song. Theo báo cáo của Flashbots, tỷ lệ xung đột của các giao dịch Ethereum trong năm 2017 là khoảng 35%. Với các ứng dụng chính như OpenSea và Uniswap thống trị mạng Ethereum, tỷ lệ xung đột có thể sẽ còn cao hơn.
Trong trường hợp thực thi lạc quan, số lượng giao dịch được thực hiện lại có thể làm gián đoạn nghiêm trọng quy trình nếu tỷ lệ xung đột vượt quá 30%. Mỗi lần làm lại làm chậm quá trình xử lý giao dịch và giảm lợi ích của việc song song hóa. Do đó, việc quản lý tỷ lệ xung đột giao dịch là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả của các chuỗi khối song song.
Tóm lại là
Những thay đổi quan trọng đang được tiến hành trong không gian blockchain khi nó cố gắng giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng và hiệu quả vốn có trong thiết kế của nó. Chúng tôi đã khám phá nhiều cách tiếp cận khác nhau để đạt được khả năng thực thi song song, mỗi cách đều có những lợi thế và thách thức riêng. Mô hình truy cập dựa trên trạng thái đánh dấu bước đầu tiên trong việc khắc phục tính chất tuần tự của chuỗi khối. Thực thi lạc quan, trong khi đầy hứa hẹn, cũng tạo ra nguy cơ xung đột và đòi hỏi các chiến lược giải quyết xung đột hiệu quả. Sharding đưa chúng ta tiến thêm một bước bằng cách chia mạng thành các phần nhỏ hơn, có thể quản lý được, mỗi phần có khả năng xử lý các giao dịch một cách độc lập. Cuối cùng, thực thi song song dựa trên điện toán sử dụng khoa học máy tính tiên tiến để tối đa hóa hiệu suất nút và bảo mật ứng dụng. Bất chấp những thách thức và vấn đề tiềm ẩn, các mô hình này cho thấy tiềm năng cải thiện đáng kể hiệu suất của các công nghệ chuỗi khối. Khi các công nghệ này tiếp tục phát triển và trưởng thành, chúng ta đang ở trên đỉnh của một kỷ nguyên mới của công nghệ chuỗi khối.
Xem bản gốc
Nội dung chỉ mang tính chất tham khảo, không phải là lời chào mời hay đề nghị. Không cung cấp tư vấn về đầu tư, thuế hoặc pháp lý. Xem Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm để biết thêm thông tin về rủi ro.
Diễn giải chuyên sâu về thực thi song song: tiềm năng, thách thức và tương lai
Tiêu đề gốc: "Mở khóa sức mạnh song song"
Người viết: ROBERT MCTAGUE, Nhà phân tích đầu tư, Phòng thí nghiệm Amber
Biên soạn: Yvonne
Những thách thức hiện tại đối với ngành công nghiệp blockchain
Hiện tại, các chuỗi khối chính thống cung cấp một loạt ứng dụng, bao gồm DeFi, NFT, phương tiện truyền thông xã hội và thậm chí cả trò chơi. Tuy nhiên, chất lượng và khả năng của các ứng dụng này bị hạn chế bởi một hạn chế cơ bản: khó khăn của các chuỗi khối trong việc xử lý đồng thời nhiều giao dịch. Thực thi song song là rất quan trọng trong các ứng dụng phi tập trung vì nó cho phép các nền tảng hợp đồng thông minh xử lý đồng thời nhiều giao dịch, tăng thông lượng tổng thể và khả năng đáp ứng của mạng. Để giải quyết rào cản quan trọng này, sự phát triển của ngành trong 5 năm qua đã tập trung vào việc cải thiện hiệu suất chuỗi khối thông qua song song hóa.
Trong các báo cáo trước, chúng tôi đã nghiên cứu nhiều cách khác nhau để nâng cao khả năng mở rộng, giới thiệu các thiết kế mô-đun, kiến trúc đổi mới như DAG và các nghiên cứu điển hình như Aptos và Sui. Tuy nhiên, một khía cạnh thường bị bỏ qua trong không gian chuỗi khối là cách mạng xử lý việc thực thi song song và cách so sánh các phương pháp này.
Báo cáo nghiên cứu này nhằm mục đích làm sáng tỏ các chuỗi khối lớp 1 sắp tới sẽ giúp giải quyết các vấn đề của các chuỗi khối hiện tại và thiết lập một khung phân loại để thực hiện song song trong tương lai. Chúng tôi sẽ tập trung vào cách các giải pháp này cho phép thực thi song song và so sánh các phương pháp tiếp cận của chúng để khắc phục những hạn chế của các mạng chuỗi khối hiện có. Bằng cách kiểm tra các chiến lược và kỹ thuật khác nhau được sử dụng bởi các chuỗi khối thế hệ tiếp theo này, chúng tôi hy vọng sẽ cung cấp những hiểu biết có giá trị về tương lai của việc thực thi song song và vai trò của nó trong việc thúc đẩy đổi mới chuỗi khối.
EVM
Hầu hết các nền tảng hợp đồng thông minh ngày nay đều dựa trên Máy ảo Ethereum (EVM), nhưng nó có một nhược điểm lớn: nó không thể thực hiện các giao dịch đồng thời. Hạn chế này đã thúc đẩy sự phát triển của một làn sóng giải pháp L1 mới, nhấn mạnh việc thực thi song song như một phương tiện để tăng khả năng mở rộng và hiệu quả.
Chuỗi khối hợp đồng thông minh có hai thành phần chính: cơ chế đồng thuận, giúp các nút đồng ý về thứ tự và đưa vào giao dịch, và một máy ảo, chạy mã ứng dụng và cập nhật trạng thái ứng dụng cũng như số dư tài khoản. Ethereum đã giới thiệu các hợp đồng thông minh có thể lập trình thông qua EVM, một hệ thống dùng chung trong đó mỗi nút giữ một bản sao của tất cả các ứng dụng và trạng thái của chúng. Mặc dù phổ biến nhưng các chuỗi khối sử dụng EVM bị hạn chế về tốc độ xử lý. Ví dụ: Ethereum có thể xử lý khoảng 10 giao dịch mỗi giây (tps), trong khi chuỗi EVM nhanh nhất, BinanceChain, chỉ có thể đạt hơn 200 tps. Sự kém hiệu quả này là do mô hình xử lý tuần tự của EVM, tức là các giao dịch được xử lý lần lượt.
Monad, một L1 tập trung vào khả năng mở rộng, đã thực hiện phân tích này ngay trong một bài đăng gần đây, "Để tham khảo: Một trò chơi bài đơn giản với 10.000 người dùng di chuyển cứ sau 10 giây yêu cầu 1000tps." Đánh giá từ tình hình hiện tại, EVM không chắc có thể hỗ trợ như vậy nhiều giao dịch trong một chuỗi.
Để giải quyết thách thức này, các nhà phát triển đang khám phá các giải pháp hỗ trợ thực thi song song. Báo cáo này nhằm mục đích tạo ra một khuôn khổ để phân loại cách các chuỗi khối này đạt được sự song song hóa, tập trung vào việc cải thiện việc thực thi song song. Bằng cách thực hiện các chiến lược này, hệ sinh thái hợp đồng thông minh có thể khắc phục những hạn chế của quá trình xử lý tuần tự và mở đường cho việc áp dụng rộng rãi hơn các ứng dụng phi tập trung.
Thực thi song song là gì?
Trong các chuỗi khối, việc thực thi song song có thể được hiểu thông qua phép loại suy đơn giản. Hãy tưởng tượng một cửa hàng tạp hóa cần tính phí khách hàng khi họ mua hàng. Nếu cửa hàng chỉ có một làn thanh toán và máy tính tiền, hàng sẽ di chuyển chậm, khiến khách hàng khó chịu và có khả năng khiến họ mua sắm ở nơi khác. Cửa hàng đã sử dụng nhiều làn thanh toán và máy tính tiền để tăng tốc quá trình. Đây là hoạt động xử lý song song, cho phép cửa hàng xử lý nhu cầu của nhiều khách hàng cùng một lúc, thay vì từng khách hàng một.
Áp dụng sự tương tự này cho một chuỗi khối, nhiều làn thanh toán đại diện cho các đường dẫn hoặc làn khác nhau để xử lý giao dịch. Trong thực thi song song, các kênh này tồn tại trong một hệ thống duy nhất, cho phép hệ thống xử lý đồng thời nhiều giao dịch. Thiết lập này cho phép một hệ thống chuỗi khối duy nhất xử lý khối lượng giao dịch lớn hơn hiệu quả hơn, cải thiện hiệu suất tổng thể.
Bây giờ chúng ta đã nắm được tầm quan trọng của việc thực thi song song đối với hiệu quả và khả năng mở rộng của chuỗi khối, hãy tìm hiểu sâu hơn một chút về cơ chế của nó.
Thực thi song song hoạt động như thế nào?
Thực hiện song song trong chuỗi khối có nghĩa là xử lý các giao dịch không liên quan cùng một lúc. Coi các giao dịch không liên quan là các sự kiện độc lập. Ví dụ: nếu hai người giao dịch mã thông báo trên các sàn giao dịch khác nhau, giao dịch của họ có thể được xử lý đồng thời. Tuy nhiên, nếu họ đang giao dịch trên cùng một nền tảng, các giao dịch có thể cần được thực hiện theo một thứ tự cụ thể.
Thách thức chính trong việc thực hiện song song là xác định giao dịch nào không tương quan và giao dịch nào độc lập. Điều này bao gồm hiểu cách mỗi giao dịch ảnh hưởng đến dữ liệu của chuỗi khối. Với nhiều ứng dụng được kết nối với nhau, việc xác định giao dịch nào phụ thuộc vào nhau có thể khó khăn.
Các hệ thống chuỗi khối khác nhau sử dụng các phương pháp khác nhau để xác định các giao dịch không liên quan, thường bằng cách quản lý quyền truy cập vào dữ liệu chuỗi khối. Mỗi tài khoản hoặc hợp đồng thông minh có phạm vi dữ liệu được chỉ định riêng có thể thay đổi. Các giao dịch độc lập không cố gắng thay đổi cùng một dữ liệu trong cùng một khối, trong khi các giao dịch liên quan thì có.
Một số giao dịch có nhiều khả năng được coi là không liên quan hơn những giao dịch khác. Ví dụ: việc chuyển mã thông báo đơn giản giữa hai người không ảnh hưởng đến người khác, vì vậy rõ ràng là các loại giao dịch này hầu như luôn độc lập. Tuy nhiên, các giao dịch liên quan đến cùng một hợp đồng thông minh hoặc tài khoản có thể thay đổi dữ liệu của nó và không thể thực hiện song song. Một ví dụ là giao dịch mã thông báo liên quan đến nhiều nền tảng, trong đó tất cả các nền tảng tham gia phải đợi giao dịch ban đầu hoàn tất trước khi xử lý các giao dịch khác.
Trong các phần sau, chúng ta sẽ đi sâu vào ba cách tiếp cận khác nhau để đạt được thực thi song song trong các hệ thống chuỗi khối: truy cập trạng thái/lạc quan, phân mảnh và thực thi song song dựa trên tính toán. Điều đáng chú ý là theo truyền thống, chỉ các mô hình lạc quan và truy cập trạng thái mới được những người khác trong ngành công nghiệp chuỗi khối coi là phương thức thực thi song song thực sự, vì chúng cho phép một chuỗi khối duy nhất xử lý đồng thời các giao dịch. Tuy nhiên, với sự ra đời của các giao thức truyền thông liên chuỗi phức tạp, khái niệm về những gì cấu thành việc thực thi song song đã được mở rộng đáng kể. Ví dụ: sharding, mặc dù không được coi là một phương tiện thực thi song song theo truyền thống, nhưng lại tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý song song các giao dịch trên nhiều phân đoạn, vì vậy, nó đáng để xem xét. Cuối cùng, chúng ta sẽ khám phá khái niệm tương đối mới về thực thi song song dựa trên tính toán. Mô hình đổi mới này, mặc dù không được biết đến rộng rãi, đại diện cho một cách tiếp cận mang tính cách mạng đối với việc xử lý giao dịch song song trong các hệ thống chuỗi khối, mà chúng tôi sẽ mô tả chi tiết ở phần sau của bài báo này. Khi chúng ta khám phá những cách tiếp cận này, chúng ta sẽ khám phá cách mỗi phương pháp mang lại những lợi thế và thách thức riêng cho công nghệ chuỗi khối hiệu quả hơn và có thể mở rộng.
Thực thi song song: Mô hình lạc quan và truy cập trạng thái
Hiện tại, hầu hết các chuỗi khối thực thi song song đều dựa trên hai phương pháp phổ biến: phương pháp truy cập trạng thái và mô hình Lạc quan. Cách tiếp cận trạng thái truy cập là một cách tiếp cận chiến lược xác định trước giao dịch nào có quyền truy cập vào phần nào của trạng thái chuỗi khối, cho phép chuỗi khối dễ dàng khai báo giao dịch nào là độc lập. Mặt khác, các mô hình lạc quan hoạt động theo giả định rằng tất cả các giao dịch đều độc lập và chỉ cần xác minh lại giả định này và thực hiện các điều chỉnh nếu cần. Một số chuỗi khối khai thác các cách tiếp cận này để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình song song hóa, chứng minh từng cách tiếp cận lý thuyết này đang hoạt động. Đây thường là những mô hình mà mọi người đang đề cập đến khi họ thảo luận về các chuỗi khối song song. Phần này sẽ giải thích hai cách tiếp cận này và ứng dụng của chúng trong lĩnh vực chuỗi khối.
Solana: Người tiên phong của chuỗi khối song song
Solana đã trở thành người tiên phong trong không gian blockchain, đi tiên phong trong cách tiếp cận độc đáo để quản lý giao dịch và mở rộng khả năng mở rộng. Sự đổi mới mang tính đột phá của nó là xác định phần nào của trạng thái chuỗi khối—bản ghi toàn diện của tất cả các tài khoản hoặc tài sản—có thể được truy cập bằng các hành động cụ thể.
Hãy nghĩ về nó giống như một hệ thống hồ sơ khổng lồ. Mỗi giao dịch gửi yêu cầu truy cập vào một tệp cụ thể. Giao dịch có thể được xử lý độc lập nếu yêu cầu tệp là duy nhất. Nhưng nếu họ yêu cầu cùng một tệp, các giao dịch đó sẽ trở nên đan xen và cần có sự phối hợp. Bí quyết thực sự là xác định giao dịch nào yêu cầu tệp nào.
Là blockchain song song đầu tiên, Solana giới thiệu một giải pháp. Mỗi giao dịch phải khai báo trước tập tin mà nó dự định truy cập. Yêu cầu này nằm trong mô hình thực thi "SeaLevel" của Solana, trong đó tất cả các chức năng hoạt động trong khuôn khổ dựa trên tài khoản. Mỗi tài khoản chỉ có thể được truy cập bởi các giao dịch được liên kết với nó, ngăn ngừa các xung đột tiềm ẩn.
Điều quan trọng, Solana cũng sử dụng các thủ tục không trạng thái có trong các tài khoản này. Các chương trình phi trạng thái là các đoạn mã không ghi nhớ bất kỳ dữ liệu nào giữa các lần thực thi -- chúng bắt đầu lại từ đầu mỗi lần chạy. Khi một lời gọi hàm được thực hiện, các chương trình này được kích hoạt để thực hiện các tác vụ của chúng mà không cần dựa vào bất kỳ dữ liệu nào trong quá khứ. Khái niệm này giúp duy trì tính độc lập của giao dịch và góp phần vào cách tiếp cận sáng tạo của Solana để cải thiện khả năng mở rộng chuỗi khối.
Sui: Khái niệm đối tượng
Sui gần đây đã ra mắt và gây xôn xao trong không gian blockchain. Nhưng chính xác thì Sui mang đến điều gì? Tuy nhiên, tại thời điểm này, mối quan tâm chính của chúng tôi là hiểu cách tiếp cận độc đáo của Sui để thực hiện giao dịch song song.
Chiến lược song song hóa của Sui tương tự như của Solana, nhưng có một bước ngoặt độc đáo: thay thế các tài khoản bằng một cấu trúc gọi là "đối tượng". Các giao dịch Sui không tham chiếu tài khoản, thay vào đó, chúng thay đổi thuộc tính của các đối tượng, có thể là tài sản hoặc hợp đồng thông minh. Nếu một giao dịch được chỉ định là độc lập (nghĩa là nếu không có giao dịch nào khác tương tác với đối tượng mục tiêu), nó sẽ hoàn toàn bỏ qua cơ chế đồng thuận - một tính năng được gọi là phát sóng đồng thuận Byzantine.
Để minh họa, giả sử Alice sở hữu một NFT duy nhất, được thể hiện dưới dạng một đối tượng trong ngữ cảnh của Sui và "Alice" được liệt kê là "chủ sở hữu" của nó. Nếu Alice chuyển NFT này cho Bob, giao dịch được coi là một giao dịch đối tượng riêng biệt, bỏ qua quy trình đồng thuận. Tuy nhiên, nếu Alice quyết định thực hiện một hoạt động phức tạp hơn, chẳng hạn như mua NFT thông qua thị trường, động lực sẽ thay đổi. Vì các đối tượng có thể được thao tác bởi các giao dịch khác, nên giao dịch có thể được chỉ định là giao dịch phụ thuộc và có thể cần được giải trình tự trước khi thực hiện.
Nhiên liệu: Sử dụng UTXO để tăng cường thực thi
Fuel dẫn đầu trong không gian chuỗi khối và nó tận dụng tối đa mô hình UTXO (Đầu ra giao dịch chưa chi tiêu). Nếu bạn coi mô hình UTXO là một giao dịch tiền mặt thực tế, nó giống như mua thứ gì đó với giá 7 đô la bằng tờ 10 đô la và nhận được 3 đô la tiền lẻ. Bằng cách sử dụng mô hình UTXO, Fuel có thể xử lý song song các giao dịch một cách hiệu quả. Điều này là do mô hình UTXO cho phép dễ dàng xác định các giao dịch độc lập - những giao dịch không chồng chéo trong các đối tượng hoặc "hóa đơn" mà chúng tương tác. Tính độc lập này có nghĩa là các giao dịch này có thể được xử lý đồng thời mà không có xung đột, làm tăng đáng kể thông lượng giao dịch.
Bitcoin cũng áp dụng mô hình UTXO mà Fuel sử dụng để thiết lập danh sách truy cập nghiêm ngặt. Các danh sách này đóng vai trò là cơ quan quản lý, kiểm soát phần nào của trạng thái chuỗi khối có thể truy cập được. Chiến lược dựa trên ý tưởng về thứ tự giao dịch chuẩn, cách nó sắp xếp các giao dịch trong một khối, đơn giản hóa quá trình xác định sự phụ thuộc giữa các giao dịch.
Fuel đã đưa khái niệm này vào cuộc sống bằng cách phát triển một máy ảo mới, FuelVM và ngôn ngữ lập trình sáng tạo, Sway. FuelVM được thiết kế như một sự thay thế tinh gọn nhưng hoàn toàn tương thích cho Máy ảo Ethereum (EVM), cho phép các nhà phát triển tích hợp trực tiếp hơn vào hệ sinh thái Fuel.
Ngoài ra, Fuel nhấn mạnh cấu trúc chuỗi khối mô-đun. Cách tiếp cận mô-đun này cho phép các giao dịch được thực hiện trong Fuel được giải quyết trên mạng lưới chính của Ethereum. Do đó, Fuel có khả năng xử lý một số lượng lớn các giao dịch, tất cả đều được hợp nhất và giải quyết trên Ethereum. Động thái chiến lược này cho phép Fuel quản lý hiệu quả khối lượng giao dịch lớn.
Aptos: Thực thi một cách lạc quan
Trong khám phá của chúng tôi về song song hóa chuỗi khối, trước tiên chúng tôi mô tả cách các chuỗi khối thiết lập các phụ thuộc khi bắt đầu giao dịch. Chúng tôi gọi đây là phương pháp truy cập trạng thái, trong đó hợp đồng thông minh hoặc nhà phát triển xác định giao dịch nào có thể truy cập phần nào của trạng thái. Bây giờ chúng ta chuyển sang một kỹ thuật khác gọi là thực thi lạc quan. Thực thi lạc quan là một chiến lược trong đó mỗi giao dịch được xử lý như thể nó không được kết nối với bất kỳ giao dịch nào khác, cho phép tất cả các giao dịch được xử lý đồng thời. Tuy nhiên, nếu một số giao dịch được liên kết, chúng sẽ bị dừng, kết quả của chúng bị xóa và chúng được chạy lại. Điều này có thể tăng tốc mọi thứ khi các giao dịch chủ yếu là độc lập, nhưng khi nhiều giao dịch được kết nối, quá trình xử lý phải được dừng và đặt lại thường xuyên, điều này có thể làm chậm giao dịch.
Aptos sử dụng một phương pháp gọi là Bộ nhớ giao dịch phần mềm khối (Block-STM) để áp dụng thực thi tối ưu. Aptos được xây dựng dựa trên ngôn ngữ Move của Diễm và MoveVM, tự động phát hiện các liên kết giao dịch. Nó không yêu cầu các giao dịch cho biết họ chạm vào phần nào của trạng thái chuỗi khối (như vị trí bộ nhớ).
Nguồn: Sách trắng Block-STM
(Sơ đồ cho thấy rằng nếu một số giao dịch được kết nối, quá trình xác minh sẽ bị tạm dừng, kết quả sẽ bị xóa và sau đó chạy lại.)
Trong block-stm, các giao dịch trước tiên được đặt theo một thứ tự nhất định trong một khối, sau đó được phân chia giữa các luồng xử lý khác nhau để thực hiện đồng thời. Khi các giao dịch này được xử lý, hệ thống sẽ theo dõi vị trí bộ nhớ mà mỗi giao dịch thay đổi. Sau mỗi vòng xử lý, hệ thống kiểm tra toàn bộ kết quả giao dịch. Nếu nó phát hiện ra rằng một giao dịch đã chạm vào một vị trí bộ nhớ đã bị thay đổi bởi một giao dịch trước đó, thì nó sẽ xóa kết quả của nó và chạy lại. Quá trình này tiếp tục cho đến khi mọi giao dịch trong khối được xử lý.
Sự thành công của Block-STM phần lớn phụ thuộc vào các kết nối giữa các giao dịch. Theo nhóm Aptos, việc sử dụng 32 lõi xử lý giúp tăng tốc 8 lần khi các giao dịch có mối tương quan cao và tăng tốc 16 lần khi các giao dịch ít tương quan hơn. Tuy nhiên, nếu mọi giao dịch trong một khối được nối với nhau, thì block-stm có thể làm chậm một chút so với thực hiện từng cái một.
Monad: Người lãnh đạo chuỗi EVM
Monad đã đi tiên phong trong một cách tiếp cận mới trong các chuỗi khối tương thích với EVM và là chuỗi khối đầu tiên giới thiệu kiến trúc song song ở lớp đầu tiên của EVM. Giống như Aptos, nó có lộ trình thực thi lạc quan, hoạt động theo giả định rằng các giao dịch không được kết nối với nhau và giải quyết các vấn đề phụ thuộc khi chúng phát sinh.
Cách tiếp cận mới lạ này không phải là không có những thách thức của nó. Thực hiện các sửa đổi lớn đối với công nghệ chuỗi khối là một cam kết phức tạp và lâu dài. Tuy nhiên, Monads vẫn cam kết đổi mới và đã trở thành ngọn hải đăng cho các mạng blockchain khác nhằm nâng cao kiến trúc của riêng họ.
Lấy Polygon và BinanceSmartChain làm ví dụ, hai chuỗi khối nổi tiếng hiện đang cố gắng nâng cấp hệ thống của họ, sử dụng các chiến lược tương tự. Không thể phóng đại tầm quan trọng của công việc tiên phong của các đơn nguyên đối với việc triển khai lạc quan, vì nó đã ảnh hưởng đến các nền tảng lớn để đánh giá lại và sửa đổi kiến trúc của chính họ.
Ví dụ: Polygon có thông lượng nhanh và hàng triệu giao dịch hàng ngày. API mạng của nó đã cung cấp đủ dữ liệu để điều khiển một công cụ có thể song song hóa và bằng cách khám phá Block-STM dành riêng cho EVM, họ đã quản lý để tránh các thay đổi đối với API. Tuy nhiên, khi xem xét khối lượng giao dịch khổng lồ trên chuỗi PolygonPoS, giả định về sự phụ thuộc bằng không giữa bất kỳ khối nào là không thực tế. Do đó, họ đã áp dụng cách tiếp cận siêu dữ liệu tối thiểu, ghi lại các phụ thuộc giao dịch dưới dạng siêu dữ liệu trong các khối, giảm các yêu cầu tính toán và dư thừa.
Tương tự, BinanceSmartChain cũng đang khám phá các cơ hội để thực thi song song trong chuỗi EVM của mình thông qua thực thi lạc quan, phản ánh tác động của cách tiếp cận sáng tạo của Monad đối với toàn ngành.
Tinh thần đổi mới của Monad và cam kết thúc đẩy ranh giới của công nghệ chuỗi khối đã tạo ra một xu hướng mới trong không gian EVM. Cách tiếp cận của nó trong việc áp dụng kiến trúc song song trong lớp EVM 1 không chỉ cải thiện hiệu quả của hệ thống của chính nó mà còn ảnh hưởng và truyền cảm hứng cho những người chơi quan trọng khác trong lĩnh vực này làm theo, đánh dấu một sự thay đổi lớn trong tương lai của ngành công nghiệp blockchain.
Thực thi song song dựa trên sharding
Cho đến nay, chúng ta đã thảo luận về cách các chuỗi khối khác nhau phá vỡ trật tự tuần tự và đạt được sự song song hóa thông qua các khái niệm như tài khoản, đối tượng, UTXO và các mô hình lạc quan. Tuy nhiên, thế hệ chuỗi khối tiếp theo mà chúng ta sắp nghiên cứu có một cách tiếp cận độc đáo để song song hóa. Các nền tảng này giống với một mô hình sharding, thay vì có một chuỗi khối duy nhất có khả năng xử lý các giao dịch song song. Chuỗi khối được chia thành nhiều phần, mỗi phần chịu trách nhiệm xử lý các giao dịch của riêng mình.
Shardeum: Phương thức chia sẻ của EVM
Shardeum mang đến một cách tiếp cận đột phá đối với khả năng mở rộng chuỗi khối thông qua phân đoạn động, cho phép khả năng mở rộng tuyến tính. Các phân đoạn là các phần phụ của mạng và mỗi phân đoạn xử lý một phần giao dịch mạng, cải thiện hiệu quả tài nguyên và thông lượng. Hãy xem xét một người dùng thực hiện giao dịch trên một ứng dụng phi tập trung (dapp) được lưu trữ trên Shardeum, ứng dụng này được gán cho một phân đoạn cụ thể dựa trên dữ liệu được liên kết của nó. Một phân đoạn xử lý các giao dịch đồng thời với các phân đoạn khác thuộc thẩm quyền của nó, giống như một chuỗi khối nhỏ. Người dùng được hưởng lợi từ việc xử lý nhanh hơn, tối ưu hóa trải nghiệm người dùng.
Một tính năng chính của Shardeum là khả năng tương thích với Máy ảo Ethereum (EVM). Các nhà phát triển có thể dễ dàng di chuyển dapps dựa trên Ethereum của họ sang Shardeum, kết hợp khả năng bảo vệ động và xử lý song song của Shardeum với hệ sinh thái Ethereum mở rộng.
Dynamic sharding đảm bảo khả năng thích ứng của mạng với các nhu cầu luôn thay đổi, đồng thời thúc đẩy khả năng mở rộng và hiệu quả cao của hệ thống. Shardeum tự động hóa các giao dịch giữa các phân đoạn, cho phép thực thi liền mạch các ứng dụng phức tạp yêu cầu đầu vào từ nhiều người dùng, nâng cao khả năng mở rộng.
Điều làm cho Shardeum trở nên độc đáo là khả năng mở rộng quy mô tuyến tính. Mạng mở rộng quy mô tuyến tính khi các nút được thêm vào, điều đó có nghĩa là thông lượng giao dịch tăng tỷ lệ thuận với số lượng nút. Quy mô tuyến tính này, kết hợp với tính linh hoạt của nút và khả năng tự động thay đổi quy mô, cho phép Shardeum xử lý tối ưu các khối lượng công việc khác nhau và sự phát triển của mạng. Shardeum cung cấp giải pháp thiết thực cho nhu cầu giao dịch trong thế giới thực bằng cách tăng cường khả năng mở rộng của các ứng dụng phức tạp và cung cấp giải pháp thiết thực cho nhu cầu giao dịch trong thế giới thực.
Linera: Giao thức đa chuỗi mang tính cách mạng
Giải pháp sáng tạo của Linera đối với khả năng mở rộng chuỗi khối nổi bật thông qua giao thức đa chuỗi năng động, bao gồm chuỗi người dùng, chuỗi công khai và chuỗi tạm thời.
Sơ đồ trên cho thấy ba loại chuỗi khác nhau trong hệ thống Linera: chuỗi người dùng, chuỗi công khai và chuỗi tạm thời. Mỗi loại chuỗi có một vai trò duy nhất đóng góp vào chức năng tổng thể và khả năng mở rộng của giao thức.
Không giống như Shardeum, nơi Linera đi tiên phong trong khái niệm chuỗi do người dùng kiểm soát, Shardeum chia mạng của mình thành nhiều chuỗi phân đoạn, mỗi chuỗi chịu trách nhiệm cho một tập hợp con các giao dịch. Cách tiếp cận chi tiết này mang lại cho người dùng nhiều quyền kiểm soát và quyền tự chủ hơn trong khi tối ưu hóa việc phân bổ tài nguyên trên mạng.
Chuỗi người dùng, chỉ do người dùng sở hữu và kiểm soát, tạo thành xương sống trong kiến trúc của Linera. Các chuỗi này xử lý độc lập các giao dịch cho người dùng cuối cụ thể, cho phép thực thi song song và tăng đáng kể thông lượng đồng thời giảm độ trễ.
Chuỗi công khai là một phần quan trọng khác trong thiết kế của Linera. Các chuỗi này là nơi chứa các ứng dụng phi tập trung như Nhà tạo lập thị trường tự động (amm). Chuỗi công khai mở cho tất cả những người tham gia mạng, cung cấp một nền tảng chung cho các ứng dụng yêu cầu tương tác mở và không hạn chế.
Linera cũng giới thiệu khái niệm chuỗi tạm thời, được thiết kế đặc biệt để xử lý các hoạt động phức tạp như hoán đổi nguyên tử. Tính năng này mang lại lợi thế đáng kể so với các giao thức cần ghi lại các giao dịch trên chuỗi chính, vốn có thể tạo ra nút cổ chai. Trong Linera, một chuỗi tạm thời được tạo trong quá trình hoán đổi nguyên tử, chuỗi này được xử lý độc lập và song song với các giao dịch khác. Khi quá trình hoán đổi kết thúc, chuỗi tạm thời sẽ biến mất và trạng thái cập nhật được phản ánh trong chuỗi người dùng được liên kết.
Cấu trúc của giao thức hỗ trợ chia tỷ lệ theo chiều ngang, đây là thuộc tính cần thiết để duy trì hiệu suất hệ thống dưới các mức tải khác nhau. Khi lưu lượng truy cập tăng lên, trình xác thực có thể thêm nhiều máy công nhân hơn để quản lý hoạt động gia tăng và duy trì thông lượng cao khi tải cao.
Không giống như các giao thức khác như Cosmos, trong đó mỗi chuỗi khối hoặc "vùng" được vận hành bởi một bộ trình xác nhận khác nhau, Linera hợp nhất tất cả các chuỗi trong một bộ trình xác thực. Cách tiếp cận hợp nhất này nâng cao hiệu quả và tính bảo mật của giao thức Linera, đơn giản hóa các tương tác xuyên chuỗi bằng cách loại bỏ sự phức tạp của việc xác thực bằng các bộ xác thực riêng biệt, điều này có thể dẫn đến tăng độ trễ hoặc sai lệch. Do đó, các giao dịch được xử lý hiệu quả hơn trong toàn bộ hệ sinh thái, giảm đáng kể nguy cơ xung đột.
QuaiNetwork: Nâng cao tính song song và khả năng tương tác với Proof-of-Work
QuaiNetwork đã tạo ra con đường riêng của mình trong ngành công nghiệp blockchain với cách tiếp cận độc đáo về khả năng mở rộng. Bằng cách triển khai kiến trúc đa chuỗi năng động và có thể tương tác, Quai cung cấp giải pháp dựa trên bằng chứng công việc duy nhất cho vấn đề về khả năng mở rộng, cho phép song song hóa giao dịch thông qua các phân đoạn thực thi vô hạn. Cách tiếp cận này phân biệt Quai với các giao thức như Linera, sử dụng các chuỗi do người dùng kiểm soát, đồng thời có một số điểm tương đồng với phân đoạn động của Shardeum.
Phiên bản sharding mà Quai sử dụng tương tự như các phương pháp truyền thống được sử dụng để nâng cao hiệu suất cơ sở dữ liệu trong các hệ thống tập trung. Tuy nhiên, Quai khác với các chương trình phân đoạn điển hình ở chỗ nó có kiến trúc đa chuỗi năng động, dễ thích ứng và đan xen sâu sắc. Điều này hơi giống với phân đoạn động của Shardeum, trong đó mạng được chia thành các chuỗi phân đoạn xử lý các giao dịch một cách độc lập. Tuy nhiên, Quai điều phối các phân đoạn khác nhau này bằng cách sử dụng hệ thống phân cấp khai thác hợp nhất, tạo ra một kết nối duy nhất cho phép các hoạt động được thực hiện song song trên mạng. Không giống như tất cả các triển khai phân đoạn hiện có, giới thiệu một số cơ chế tin cậy mới để tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng tương tác (giao dịch giữa các phân đoạn), mạng Quai sử dụng khai thác hợp nhất để kết nối các phân đoạn, đảm bảo rằng cơ chế duy nhất là khai thác. Cách tiếp cận độc đáo của QuaiNetwork đối với khả năng tương tác thông qua khai thác hợp nhất làm tăng đáng kể thông lượng và cung cấp khả năng đáp ứng số lượng lớn giao dịch đồng thời mà không làm giảm hiệu suất hoặc phân cấp.
Để có thể điều phối số lượng phân đoạn thực thi không giới hạn, mạng Quai giới thiệu một cơ chế đồng thuận mới gọi là PoEM. PoEM dựa trên cơ chế đồng thuận Proof-of-Work (PoW), nhưng không giống như các cơ chế đồng thuận khác, đây là cơ chế đầu tiên loại bỏ các nhánh dựa trên sự đồng thuận. Khi chạy PoEM, tất cả các nút sẽ luôn có cùng một ưu tiên cho khối tiếp theo theo thứ tự ngay lập tức, được cung cấp cùng một bộ thông tin. PoEM cho phép tất cả các nút so sánh ngay lập tức và công bằng bất kỳ khối được đề xuất nào, loại bỏ mọi sự không chắc chắn khỏi sự đồng thuận. Bằng cách đảm bảo rằng sự đồng thuận luôn diễn ra ngay lập tức, PoEM cung cấp điều kiện tiên quyết cần thiết cho phân đoạn vô hạn. Nếu phải mất thời gian để thiết lập sự đồng thuận, thì sẽ có giới hạn nghiêm trọng đối với số lượng phân đoạn thực thi có thể được phối hợp. Là phương pháp đạt được sự đồng thuận "không thời gian" đầu tiên, PoEM là thuật toán đồng thuận đầu tiên và duy nhất phù hợp để điều phối các tập hợp chuỗi đang phát triển vô hạn.
Một tính năng nổi bật trong kiến trúc của Quai là việc giới thiệu các luồng thực thi song song (PET), được gọi là "vùng" trong Quai. Mỗi "vùng" hoặc luồng thực thi song song xử lý các giao dịch một cách độc lập và không đồng bộ. Khả năng của mỗi luồng thực thi Quai để xử lý các giao dịch một cách độc lập hỗ trợ khả năng xử lý song song của mạng, đây là một trong những khái niệm cốt lõi đằng sau khả năng mở rộng của Quai.
Số lượng chuỗi trong QuaiNetwork là động và có thể thích ứng, giống như phân đoạn động của Shardeum. Tuy nhiên, việc QuaiNetwork sử dụng cơ chế đồng thuận PoEM là duy nhất ở chỗ nó cho phép mô hình phân đoạn động này được thực hiện vô hạn mà không làm giảm hiệu suất. QuaiNetwork bổ sung các phân đoạn thực thi thông qua phân đoạn động với sự đánh đổi rõ ràng: khi nhiều phân đoạn thực thi được thêm vào mạng, thời gian cần thiết để các giao dịch xuyên chuỗi được tham chiếu bởi các phân đoạn mục tiêu của chúng sẽ tăng lên. Mối quan hệ này là tuyến tính phụ — ví dụ: nhân rộng Quai từ 9 phân đoạn lên 16 phân đoạn sẽ tăng thời gian trung bình để giao dịch xuyên chuỗi đến đích từ 3300 giây lên 4400 giây. Mở rộng thêm tới 25 phân đoạn sẽ tăng thời gian trung bình lên khoảng 5.500 giây. Về mặt lý thuyết, nếu Quai mở rộng thành 100 phân đoạn, thì thời gian trung bình để giải quyết chuỗi chéo toàn cầu là khoảng 11.000 giây. Thuật toán phân đoạn động của QuaiNetwork giám sát giới hạn gas của mạng và tỷ lệ khối chú để hiểu khi nào cần thêm thông lượng và tự động kết hợp các phân đoạn thực thi bổ sung thành sự đồng thuận để đáp ứng nhu cầu thông lượng tăng lên.
Ngoài ra, cấu trúc dệt của Quai hỗ trợ các hợp đồng thông minh đa chuỗi có thể kết hợp và cho phép tương tác hợp đồng xuyên chuỗi hiệu quả. Mỗi luồng thực thi Quai có một EVM và các mã lệnh mới được giới thiệu để giao tiếp với EVM nằm trên phân đoạn thay thế. Khả năng này cho phép các nhà phát triển triển khai các hợp đồng trên nhiều hoặc tất cả các chuỗi Quai, đảm bảo khả năng hoạt động của các ứng dụng phi tập trung (dapps) trên toàn mạng.
Ứng dụng sharding sáng tạo của QuaiNetwork, cùng với khả năng tương tác được khai thác hợp nhất và các luồng thực thi song song, thể hiện một bước tiến lớn về khả năng mở rộng chuỗi khối theo cơ chế đồng thuận dựa trên công việc. Khả năng xử lý mạnh mẽ các giao dịch xuyên chuỗi và khả năng hợp đồng thông minh tiên tiến khiến Quai trở thành một người đóng góp đáng chú ý trong lĩnh vực giao thức chuỗi khối có thể mở rộng đang phát triển.
Thực thi song song dựa trên tính toán
Một mô hình mới nổi trong việc thực thi song song các chuỗi khối là mô hình dựa trên tính toán. Thuật ngữ này do nhóm nghiên cứu của chúng tôi tại AmberGroup đặt ra để mô tả một phương pháp xử lý đồng thời các tác vụ điện toán trong một môi trường dùng chung. Không giống như các mô hình truy cập trạng thái và lạc quan, các mô hình dựa trên tính toán không hoàn toàn dựa vào các tính toán dựa trên bộ nhớ tuần tự. Thay vào đó, nó hoạt động trên nguyên tắc của một máy ảo song song cao. Thiết kế này thúc đẩy thực thi song song mạnh mẽ và hiệu quả. Các phần sau khám phá các nguyên tắc thực thi song song dựa trên tính toán, các ứng dụng tiềm năng của nó và những thách thức độc đáo mà nó đặt ra cho lĩnh vực công nghệ chuỗi khối rộng lớn hơn.
Kindelia: Cỗ máy thực thi song song dựa trên tính toán
Kindelia đã nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn trong các mô hình thực thi song song dựa trên tính toán trong chuỗi khối. Được phát triển bởi HigherOrder Corporation, nó dựa trên một thời gian chạy duy nhất được gọi là Máy ảo bậc cao (HVM), cho phép tính toán song song hiệu quả.
Sự đổi mới của Kindelia dựa trên một mô hình điện toán mới được gọi là "mạng tương tác", một khái niệm khác với mô hình máy Turing làm nền tảng cho hầu hết các máy tính hiện đại. Các mạng tương tác dựa trên biểu đồ các nút tương tác, mỗi nút sở hữu một bộ quy tắc được viết lại quy định cách nó tương tác với các nút khác trong mạng. Tính toán đạt được bằng cách giảm mạng tương tác và loại bỏ một cách có hệ thống các nút khỏi mạng theo quy tắc viết lại của nó cho đến khi đạt được trạng thái cuối cùng. Mô hình này cho phép tính toán được thực hiện song song mà không cần đồng hồ trung tâm điều khiển quá trình, vì các nút tương tác cục bộ mà không có bất kỳ sự phối hợp toàn cầu nào.
*Bản vẽ của Victor Taelin (CEO của HigherOrderCompany) chỉ cho chúng ta cách giảm mạng lưới tương tác. *
Những lợi thế của mô hình này là đa dạng. Do tính song song vốn có của nó, nó tạo điều kiện cho các tính toán nhanh hơn và hiệu quả hơn, vượt xa các mô hình tính toán tuần tự truyền thống. Hơn nữa, nó mở ra một lĩnh vực ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của khoa học máy tính. Kindelia nổi bật với tư cách là máy ảo song song thực sự đầu tiên trong bối cảnh chuỗi khối, đạt được nhiều mục tiêu mà altL1 mong muốn. Tuy nhiên, do phụ thuộc vào kiến trúc dựa trên máy Turing, những đối thủ cạnh tranh này có thể không bao giờ đạt được mức độ song song tương tự.
Thiết kế của Kindelia yêu cầu ít bước tính toán hơn để thực hiện các chức năng, tối đa hóa việc sử dụng các lõi xử lý và đảm bảo các hoạt động được thực hiện theo đúng thứ tự—tất cả với nỗ lực bổ sung tối thiểu từ các nhà phát triển. Quy trình thực thi đơn giản hóa này, cùng với mức độ bảo mật cao hơn, khiến Kindelia trở thành một ví dụ tiên tiến về thực thi song song dựa trên tính toán trong công nghệ chuỗi khối.
Mặc dù cơ sở lý thuyết của Kindelia và HVM có phần nâng cao, nhưng ý nghĩa thực tế rất dễ hiểu: cải thiện tốc độ, hiệu quả và tính bảo mật của điện toán chuỗi khối. Với Kindelia, chúng ta đang chứng kiến một bước nhảy vọt mang tính cách mạng trong công nghệ chuỗi khối, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong sự phát triển không ngừng của lĩnh vực biến đổi này.
Mối quan tâm về thực thi song song
Khi chúng ta khám phá tiềm năng của các chuỗi khối song song, điều quan trọng là phải thừa nhận rằng mặc dù chúng mang lại lợi thế về tốc độ và khả năng mở rộng đáng kể, nhưng nó cũng đưa ra những thách thức và nhược điểm tiềm ẩn. Hai vấn đề chính thường được đề cập đến là khả năng gia tăng tập trung hóa và tỷ lệ xung đột giao dịch cao.
Các chuỗi khối song song phân phối quá trình xử lý giao dịch giữa nhiều nút, do đó làm tăng thông lượng xử lý giao dịch. Tuy nhiên, sự phân phối này cũng có thể dẫn đến sự tập trung quyền lực trong một vài nút, do đó mang lại một mức độ tập trung nhất định. Việc tập trung hóa này có thể làm suy yếu độ tin cậy và bảo mật của chuỗi khối, khiến nó dễ bị tấn công hơn. Ngoài ra, các chuỗi khối song song làm tăng nguy cơ ngừng hoạt động của mạng. Ví dụ: mạng Solana gặp sự cố ngừng hoạt động vào tháng 9 năm 2021 do quá nhiều yêu cầu giao dịch. Vụ việc làm nổi bật những rủi ro tiềm ẩn liên quan đến việc mở rộng mạng blockchain và nhấn mạnh nhu cầu về các giải pháp có thể xử lý khối lượng giao dịch cao mà không ảnh hưởng đến sự ổn định.
Tỷ lệ xung đột giao dịch là một vấn đề quan trọng khác. Tỷ lệ này đề cập đến tỷ lệ phần trăm giao dịch không thể thực hiện đồng thời do xung đột. Tỷ lệ xung đột cao có thể dẫn đến một số lượng lớn các giao dịch được thực hiện lại trong các chuỗi khối song song. Theo báo cáo của Flashbots, tỷ lệ xung đột của các giao dịch Ethereum trong năm 2017 là khoảng 35%. Với các ứng dụng chính như OpenSea và Uniswap thống trị mạng Ethereum, tỷ lệ xung đột có thể sẽ còn cao hơn.
Trong trường hợp thực thi lạc quan, số lượng giao dịch được thực hiện lại có thể làm gián đoạn nghiêm trọng quy trình nếu tỷ lệ xung đột vượt quá 30%. Mỗi lần làm lại làm chậm quá trình xử lý giao dịch và giảm lợi ích của việc song song hóa. Do đó, việc quản lý tỷ lệ xung đột giao dịch là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả của các chuỗi khối song song.
Tóm lại là
Những thay đổi quan trọng đang được tiến hành trong không gian blockchain khi nó cố gắng giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng và hiệu quả vốn có trong thiết kế của nó. Chúng tôi đã khám phá nhiều cách tiếp cận khác nhau để đạt được khả năng thực thi song song, mỗi cách đều có những lợi thế và thách thức riêng. Mô hình truy cập dựa trên trạng thái đánh dấu bước đầu tiên trong việc khắc phục tính chất tuần tự của chuỗi khối. Thực thi lạc quan, trong khi đầy hứa hẹn, cũng tạo ra nguy cơ xung đột và đòi hỏi các chiến lược giải quyết xung đột hiệu quả. Sharding đưa chúng ta tiến thêm một bước bằng cách chia mạng thành các phần nhỏ hơn, có thể quản lý được, mỗi phần có khả năng xử lý các giao dịch một cách độc lập. Cuối cùng, thực thi song song dựa trên điện toán sử dụng khoa học máy tính tiên tiến để tối đa hóa hiệu suất nút và bảo mật ứng dụng. Bất chấp những thách thức và vấn đề tiềm ẩn, các mô hình này cho thấy tiềm năng cải thiện đáng kể hiệu suất của các công nghệ chuỗi khối. Khi các công nghệ này tiếp tục phát triển và trưởng thành, chúng ta đang ở trên đỉnh của một kỷ nguyên mới của công nghệ chuỗi khối.