Các dự án Layer 2 đang nhận được nhiều sự chú ý từ cộng đồng trong thời gian gần đây. Trong bài viết này, Anh em hãy cùng Toobit Việt Nam nhìn lại toàn cảnh về các giải pháp mở rộng Layer 2 trên Ethereum hiện tại từ bài viết của Coinmarketcap nhé!
Giải pháp Layer 2
Hiện tại, có ba loại giải pháp mở rộng Layer 2 chính trên Ethereum bao gồm: State channels, plasma và rollups.
State channels
Cấu trúc
Trong tất cả các giải pháp mở rộng của Ethereum, State channels là 1 giải pháp xuất hiện sớm nhất và có cấu trúc đơn giản nhất. Một state đề cập đến nội dung cơ sở dữ liệu, chẳng hạn như các giao dịch được ghi lại trong các khối. Trong thiết kế này, các thay đổi state trung gian, chẳng hạn như các giao dịch mới, bị mắc kẹt với các state channels off chain, sau đó chỉ gửi trạng thái cuối cùng trở lại trực tuyến. Do đó, các state channels tiết kiệm phí gas vì chúng chuyển tính toán và dữ liệu trạng thái trung gian không liên quan ra khỏi Layer 1.
Ưu điểm và Nhược điểm
Ưu điểm
- Từ cách triển khai trên, có thể thấy State channels có những ưu điểm và nhược điểm rõ ràng. Một mặt, về cơ bản, chúng có thể mở rộng quy mô vô hạn và hỗ trợ các khoản thanh toán vi mô cho bất kỳ DApp nào có thể muốn triển khai dịch vụ trả tiền khi sử dụng.
- Ngoài ra, nó cung cấp giải quyết chủ quan ngay lập tức vì các giao dịch có thể được gửi bất cứ lúc nào. Những người tham gia không cần đợi xác nhận khối và họ chỉ bị giới hạn bởi tốc độ mà họ có thể ký và trao đổi tin nhắn.
- Cuối cùng, chúng cũng cung cấp một số quyền riêng tư vốn có.
Nhược điểm
- Người dùng không thể gửi tiền cho những người không ở trong channels.
- Không thể hỗ trợ các hoạt động liên quan đến các đối tượng mà không có chủ sở hữu hợp lý rõ ràng, chẳng hạn như Uniswap.
- Ngoài ra, việc mở các kênh đòi hỏi rất nhiều vốn để khóa, đặc biệt nếu chúng ta thực hiện các hoạt động phức tạp off chain mà không có kỳ vọng rõ ràng về số tiền giao dịch, khiến chúng trở nên kém hiệu quả về vốn.
Trường hợp sử dụng
Dự án phổ biến nhất sử dụng state channels là Lightning Network trên Bitcoin. Với một whitepaper do Joseph Poon và Thaddeus Dryja viết vào năm 2016, giao dịch đầu tiên đã diễn ra trên mainet vào tháng 05/2017. Lightning labs, được thành lập vào năm 2016 bởi Elizabeth Stark và Olaoluwa Osuntokun, đang phát triển phần mềm cung cấp năng lượng cho Lightning Network, tạo ra nó dễ tiếp cận hơn.
Plasma
Cấu trúc
Tương tự như state channels, quy mô plasma bằng cách cho phép người dùng chỉ giám sát các thay đổi trạng thái có liên quan. Ý tưởng cơ bản của plasma là một sidechain không giam giữ. Chúng ta có thể coi sidechain là một blockchain riêng biệt sử dụng ít trình xác thực hơn, do đó phí giao dịch rẻ hơn và giao tiếp với Layer 1.
So với các blockchain có nhiều trình xác nhận hơn, sidechain là sự đánh đổi trực tiếp giữa chi phí và bảo mật. Tuy nhiên, các sidechain là “lưu ký”, nghĩa là những người xác thực có thể quyết định chung để thực hiện hành vi gian lận, thực hiện giao dịch để chuyển tiền của người dùng vào ví của họ trên Layer 1.
Với plasma, chúng thực hiện các giao dịch off chain trong khi xuất bản định kỳ một số dữ liệu trên chuỗi, khiến chúng không bị giam giữ. Theo sách trắng gốc về Plasma của Joseph Poon và Vitalik Buterin, một chuỗi plasma tạo thành một cấu trúc cây, như hình bên dưới.
Tóm lại, Plasma sử dụng fraud proofs (bằng chứng gian lận) để phân xử các tranh chấp liên quan đến tính hợp lệ của quá trình chuyển đổi trạng thái và xử phạt hành vi xấu, được kích hoạt bởi tính sẵn có của dữ liệu trên Layer 1. Và khi người xác thực thực hiện hành vi gian lận bằng cách giữ lại dữ liệu, người dùng có thể chuyển tiền trở lại Layer 1 một cách an toàn trong một lần thoát hàng loạt. Tuy nhiên, thiết kế ban đầu của plasma quá phức tạp để thực hiện, vì vậy các phiên bản đơn giản hóa khác nhau được thiết kế cho các mục đích khác nhau, bao gồm MVP Plasma, More Viable Plasma, Plasma cash,…
Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm
- Ưu điểm chính của plasma so với state channels là nó hỗ trợ sự tham gia mở, có nghĩa là người dùng có thể gửi tài sản cho những người tham gia chưa từng là thành viên của hệ thống trước đây.
- Yêu cầu về vốn thấp hơn và không thể bị dừng lại bởi những người tham gia không hợp tác.
Nhược điểm
- Nhược điểm lớn nhất của Plasma là mass-exit” – thoát hàng loạt, trong trường hợp nhiều người dùng thoát hàng loạt, điều nãy có thể gây ra sự cố tràn chuỗi và gây tắc nghẽn mạng lưới.
- Triển khai EVM trên plasma rất khó do các sắc thái trong việc triển khai logic thoát hàng loạt.
Trường hợp sử dụng
Polygon được thành lập vào năm 2017 và mainet của nó được ra mắt vào năm 2019. Polygon vừa hoàn thành vòng tài trợ trị giá 450 triệu đô la vào tháng 2 này, dẫn đầu là Sequoia Capital India, với mức định giá 2 tỷ đô la. Đã có hơn 37000 dApp được triển khai trên Polygon.
Polygon có kiến trúc 3 lớp: Smart contract (hợp đồng thông minh) trên Ethereum, lớp Proof-of-Stake cho sự đồng thuận của mainet (Heimdall) và lớp sản xuất khối (Bor). Lớp Bor tổng hợp các giao dịch thành các khối, lớp Heimdall xác thực chúng, tổng hợp các khối do Bor tạo ra thành cây Merkle và xuất bản gốc Merkle định kỳ lên chuỗi gốc. Trình xác thực khóa MATIC tham gia vào mạng bằng cách chạy cả trình xác thực Heimdall và trình tạo khối Bor.
Các hợp đồng thông minh trên Ethereum cung cấp khả năng quản lý cuối cùng và trình xác thực. Vì Polygon sử dụng một sidechain Plasma được hỗ trợ bởi sự đồng thuận Proof-of-Stake nên nó có thể cung cấp bảo mật PoS, bảo mật Plasma (đảm bảo thoát hàng loạt, các nhà phát triển sẽ cần viết bộ điều kiện tranh chấp của riêng họ) hoặc bảo mật kết hợp.
Mạng là sự tham gia mở, bất kỳ người tham gia nào cũng có thể trở thành người xác thực bằng cách stake MATIC , nhưng số lượng người xác thực được giới hạn ở mức 100. Nhìn vào dữ liệu giao dịch, Polygon hiện đã xử lý hơn 2.000 triệu giao dịch, với tốc độ giao dịch trung bình là 23,6 TPS và giá gas trung bình là 51,9 Gwei (<0,01 USD). Mạng hiện lưu trữ hơn 220 triệu địa chỉ duy nhất, sau khi tăng trưởng theo cấp số nhân vào năm ngoái ( Polyscan , kể từ ngày 19/2/2023).
Rollups
Cấu trúc
Trái ngược với các state channels di chuyển cả dữ liệu và tính toán ra khỏi chuỗi hoặc plasma gửi bằng chứng tính toán trên chuỗi, mở rộng quy mô bằng cách xử lý các giao dịch khỏi Layer 1 trong khi xuất bản dữ liệu nén sang Layer 1 sao cho trạng thái Layer 2 luôn có thể được xây dựng lại. Các giao dịch được viết dưới dạng calldata trên Ethereum, đảm bảo dữ liệu hoàn chỉnh có sẵn trên chuỗi.
Nhưng khi trình xác thực của bản tổng hợp Layer 2 đăng trên chuỗi một xác nhận “rolls up” tất cả lệnh gọi và gói chúng vào một giao dịch Layer 1 duy nhất.
Optimistic Rollups
Khi một xác nhận được gửi tới một optimistic rollup, nó không đi kèm với bằng chứng đi kèm để đảm bảo tính hợp lệ của nó. Thay vào đó, trình xác thực đưa ra yêu cầu đăng một cam kết và có một khung thời gian trong đó bất kỳ ai cũng có thể phản đối xác nhận bằng cam kết của chính họ, tương tự như cách hoạt động của fraud-proof trong Plasma. Nếu người xác nhận không chính xác, người xác nhận sẽ mất trái phiếu của họ; nếu thời gian thử thách kết thúc mà không có thử thách thành công nào, xác nhận được chấp nhận và trở thành quyết định cuối cùng.
ZK Rollups
Ngược lại, trình xác thực trong ZK-Rollup phải tạo bằng chứng không kiến thức (ZKP) cho mỗi xác nhận, được xác minh bằng hợp đồng Rollup trên chuỗi chính. Bằng chứng ZK này xác nhận sự tồn tại của một loạt giao dịch, được chủ sở hữu ký chính xác, cập nhật số dư tài khoản theo cách chính xác và dẫn từ gốc Merkle cũ sang gốc mới. Do đó, các toán tử không thể thực hiện trạng thái không hợp lệ hoặc bị thao túng.
Ưu điểm & Nhược điểm
Ưu điểm
- So với các state channels hoặc plasma, rollups cung cấp tính khả dụng của dữ liệu tốt hơn, do đó, nó không bao giờ có thể bị kiểm duyệt bởi các trình xác thực và cung cấp khả năng bảo mật tốt hơn.
- So sánh hai loại rollups, ưu điểm chính của Optimistic Rollups so với ZK rollups là chúng rất linh hoạt trong tính toán tổng quát. Các máy ảo trên các bản tổng hợp Optimistic Rollups chỉ cần hỗ trợ tạo bằng chứng gian lận, trong khi các máy ảo trên các bản tổng hợp ZK rollups sẽ cần hỗ trợ tạo ZKP. Điều này làm cho việc di chuyển sang các optimistic Layer 2 trở nên rất dễ dàng đối với các nhà phát triển. Trên Ethereum, điều này có nghĩa là các nhà phát triển có thể chỉ cần viết mã trong Solidity như trên Layer 1.
Nhược điểm
- Optimistic Rollups: Các giao dịch trên chuỗi lâu hơn vì phải cần thực hiện kiểm tra các gian lận trước khi giao dịch. Thông lượng hạn chế khi so sánh với giải pháp Lớp 2 khác là Zk-Rollups.
- ZK Rollups: Các bằng chứng về tính hợp lệ rất khó tính toán – không có giá trị đối với các ứng dụng có ít hoạt động trên chuỗi. Ngoài ra không giống như các giải pháp mở rộng lớp 2 khác, ZK-Rollups không hỗ trợ thực thi hợp đồng thông minh.
Trường hợp sử dụng
Optimism Foundation đã thành lập Optimism vào năm 2019 và đã đi vào hoạt động vào năm 2021. Quá trình sản xuất khối của nó được quản lý bởi một thực thể duy nhất được gọi là trình sắp xếp thứ tự, tổ chức này xây dựng, thực thi các khối Layer 2, theo lô và gửi các giao dịch của người dùng tới Layer 1.
Người dùng cũng có thể gửi trực tiếp các giao dịch tới Layer 1 để tránh mọi sự kiểm duyệt. Trình sắp xếp này hiện được tập trung và điều hành bởi Optimism. Nhóm dự định phân cấp trình tự sắp xếp vào năm 2023 bằng cách triển khai cơ chế kinh tế tạo ra thị trường cạnh tranh để giải trình tự và cơ chế quản trị ngăn chặn trình tự sắp xếp thứ tự ưu tiên lợi nhuận ngắn hạn hơn là sức khỏe lâu dài của mạng. Nhóm đã phát hành token quản trị OP vào tháng 05/2022.
Một dự án Optimistic rollup đáng chú ý khác là Arbitrum, được phát triển bởi Off-chain Labs vào năm 2018. Offchain Labs đã ra mắt Arbitrum Nova vào tháng 8 năm 2022, một sidechain đã được sửa đổi, nhắm mục tiêu đến các dự án có khối lượng giao dịch cao nhằm tìm cách giảm chi phí xuống thấp hơn nữa (ví dụ: các dự án xã hội và trò chơi điện tử). Trong khi Arbitrum One, ra mắt vào tháng 9 năm 2021, là một roll-up truyền thống. Arbitrum One cũng có cấu trúc chống gian lận linh hoạt hơn, với chứng minh tương tác nhiều vòng thực hiện càng nhiều công việc ngoài chuỗi càng tốt để giải quyết tranh chấp. Nhóm tuyên bố rằng điều này sẽ hiệu quả hơn.
ZkSync, được thành lập vào năm 2019 bởi Matter Labs, sử dụng ZK rollup. ZkSync v1.0 ra mắt vào tháng 6 năm 2020, mở rộng quy mô thanh toán trên Ethereum. Với zkSync, các giao dịch được gửi thông qua toán tử zkSync tập trung bằng API. Sau đó, operator (nhà điều hành) tổng hợp các giao dịch và gửi hàm băm gốc của một trạng thái mới, trạng thái delta (một lượng nhỏ dữ liệu cho mỗi giao dịch cho biết sự thay đổi trạng thái) cùng với bằng chứng mật mã của các giao dịch.
Nhóm gần đây đã phát hành zkSync 2.0, mạng thử nghiệm ZK-EVM Alpha của họ sẽ cho phép mở rộng quy mô tổng số ZK cho mục đích chung hơn. Hiện tại, ZK-EVM của zkSync được coi là “Loại 4 (tương đương ngôn ngữ cấp cao)” ZK-EVM trong bài đăng của Vitalik đã đề cập trước đó.
StarkEx, được thành lập bởi Starkware vào năm 2018, là một dự án khác sử dụng quy mô ZK rollup. Vì StarkEx được cung cấp bởi Cairo , một ngôn ngữ lập trình hoàn chỉnh Turing được thiết kế cho ZK-STARK nên không thể triển khai trực tiếp các DApp được viết bằng Solidity. Các ứng dụng gửi giao dịch đến Dịch vụ StarkEx tập trung, dịch vụ này xử lý chúng, tạo bằng chứng, gộp chúng và gửi chúng đến L1. StareEx cũng cung cấp cho người dùng phổ khả dụng của dữ liệu, cho phép họ chọn dữ liệu nào sẽ lưu trữ trên chuỗi hoặc ngoài chuỗi, cân bằng yêu cầu về bảo mật so với chi phí. Trong một bài báo gần đây, nhóm đã tiết lộ chiến lược phân cấp của họ cho cơ chế bầu chọn người lãnh đạo bằng chứng cổ phần không cần xin phép, cũng như thanh toán phí giao dịch trên chuỗi, cả hai đều được hỗ trợ bởi mã thông báo gốc.
Nhóm Scroll, xuất hiện vào năm 2022, đã xây dựng zkEVM với nhóm Khám phá quyền riêng tư và mở rộng quy mô tại Ethereum Foundation trong hơn một năm. Nó sử dụng zkRollup tương đương EVM để mở rộng quy mô và kiến trúc của nó bao gồm ba phần: nút cuộn tạo khối, mạng con lăn tạo bằng chứng và liên hệ thông minh cung cấp tính khả dụng và xác minh dữ liệu để kích hoạt giao dịch. Dự án hiện đang ở mạng thử nghiệm Pre-Alpha, với khoảng 50 nghìn giao dịch trên L2.
Cuối cùng, Polygon Zero là giải pháp EVM mà Polygon đang phát triển thông qua việc mua lại ZK-Rollups Hermez và Mir trong năm nay. Nhóm nghiên cứu tuyên bố rằng công nghệ chứng minh mới lạ của họ, Plonky2, là trình tạo bằng chứng ZK nhanh nhất. Polygon Zero cũng bao gồm các nút cho giao dịch dữ liệu và chứng minh cho các thế hệ bằng chứng. Ngoài ra, nhóm đã đề xuất một cấu trúc khuyến khích với MATIC. Polygon zkEVM Public Testnet đã được công bố vào tháng 10.
Đánh giá Layer 2
Có nhiều cách khác nhau để đánh giá các dự án L2, ở đây chúng ta nói về bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng khét tiếng về các giải pháp Layer 2 và khung đánh giá chi tiết hơn để xem xét các dự án.
Bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng
Theo bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng, các hệ thống blockchain phải đánh đổi giữa khả năng mở rộng, bảo mật và phân cấp.
Khả năng mở rộng mô tả số lượng giao dịch mà một chuỗi khối có thể xử lý; phân cấp đề cập đến số lượng các bên tham gia vào sự đồng thuận của trạng thái chuỗi khối; và bảo mật đề cập đến công việc cần thiết để tấn công một chuỗi khối, chẳng hạn như số lượng nút cần tiếp quản. Và, với nguồn lực hạn chế của mình, chúng ta phải tìm kiếm sự thỏa hiệp giữa ba điều này. Ví dụ: mọi người đang chạy một nút cho một số chuỗi khối, nó cực kỳ phi tập trung và an toàn (không thể tiếp quản), nhưng nó không có khả năng mở rộng đặc biệt vì mọi người (hoặc hầu hết mọi người) phải đạt được sự đồng thuận và thông lượng sẽ bị giới hạn bởi tốc độ chậm hơn. điểm giao.
Các Layer 2 không giải quyết được vấn đề này vì gốc rễ của bộ ba bất khả thi về khả năng mở rộng là sự hạn chế về tài nguyên. Tuy nhiên, L2 cung cấp cho các nhà phát triển nhiều tùy chọn hơn trên phổ bộ ba bất khả thi. Layer 1 có thể được đặt ở dưới cùng của bộ ba bất khả thi, nơi chúng có khả năng mở rộng ít nhất nhưng tính bảo mật và phân cấp cao nhất. Sau đó, có các bản tổng hợp, ít phi tập trung hơn với ít nút hơn nhưng có khả năng mở rộng hơn do các giao dịch được xử lý ngoại tuyến và dữ liệu tải lên được nén. Số lượng nút ít hơn không ảnh hưởng đến tính bảo mật đối với các bản tổng hợp ZK vì các bằng chứng toán học được cung cấp cho mỗi giao dịch, nhưng nó có tác dụng đối với các bản tổng hợp OP. Tuy nhiên, các bản tổng hợp OP có khả năng mở rộng hơn so với các bản tổng hợp ZK vì việc tính toán ZKP cho mỗi giao dịch cần có thời gian. Cuối cùng, ở đầu kia của quang phổ, chúng ta có các kênh trạng thái, có khả năng mở rộng cực cao nhưng lại dễ dàng bị chiếm đoạt chỉ với một vài người tham gia trong một kênh. Và plasma, an toàn hơn một chút so với các kênh trạng thái nhưng ít khả năng mở rộng hơn với một số dữ liệu sẵn có.
Trong bộ ba bất khả thi, bảo mật được xác định hoàn toàn bởi các cuộc tấn công như chiếm quyền xác thực, chi phí tăng theo số lượng tài nguyên được sử dụng để chạy các nút. Có những cân nhắc bổ sung về bảo mật mà chúng ta sẽ thảo luận sau, làm cho bảo mật trong bối cảnh cụ thể này ít quan trọng hơn trong việc đánh giá một dự án.
Khung đánh giá
Khung đánh giá này được điều chỉnh từ một bài báo của Alex Gluchowski, người sáng lập Matter Labs, vào năm 2020. Khung này đánh giá các Layer 2 từ ba khía cạnh.
Bảo vệ
- Liveness: người dùng có cần tự mình giám sát tất cả hoạt động trên chuỗi (tức là Layer 1) của giải pháp mở rộng quy mô hay thông qua các đại diện đáng tin cậy. Sự sống động là cần thiết cho bất kỳ dự án nào có bằng chứng gian lận thay vì bằng chứng hợp lệ.
- Lưu ký: liệu một phần nhỏ trình xác nhận Layer 2 có thể thực hiện hành vi gian lận bằng cách ngăn người dùng truy cập tiền trong thời gian dài không? Họ có thể lấy tài sản từ người dùng không? Chỉ các chuỗi bên được giám sát vì cả plasma và rollup đều cố gắng giải quyết vấn đề bằng cách cung cấp tính khả dụng của dữ liệu.
Hiệu suất, khả năng sử dụng
- Thông lượng tối đa: Mặc dù về mặt lý thuyết, các kênh trạng thái có thể hỗ trợ TPS vô hạn, nhưng trên thực tế, nó bị giới hạn bởi tốc độ nhắn tin của các nút cũng như giới hạn đối với tài nguyên. Và đối với các bản optimistic rollup, điểm chuẩn của Arbitrum cho thấy chúng có thể lên tới 4.500 TPS với các giao dịch chuyển khoản đơn giản. Cuối cùng, đối với các bản tổng hợp ZK, zkSync có thể xử lý tới 2.000 TPS.
- Cost of tx: chi phí cho mỗi giao dịch.
- Hiệu quả sử dụng vốn: Xem xét các Layer 2 có yêu cầu khóa một lượng vốn đáng kể để hoạt động không?
- Thời gian rút tiền: rút tiền về Layer 1 mất bao lâu? Vì các bản tổng hợp Plasma và OP đều yêu cầu bằng chứng gian lận nên mọi xác nhận đều phải chờ một khoảng thời gian dài, thường là một tuần.
Những khía cạnh khác
- Tính di động của mã EVM: dự án có thể triển khai mã được viết bằng Solidity trực tiếp lên Layer 2 không?
- Tùy chọn riêng tư gốc: Dự án có bảo vệ quyền riêng tư của người dùng theo mặc định không? State Channels cung cấp quyền riêng tư vì tất cả các giao dịch trung gian diễn ra ngoại tuyến, không một bên thứ ba nào cần có thông tin đó. Kết quả là, nó đã bị chỉ trích vì không lưu giữ hồ sơ kế toán phù hợp. Mặt khác, ZK Rollups cấp bảo mật với ZKP, cung cấp cả hồ sơ và quyền riêng tư.
Trạng thái hiện tại của Layer 2
StarkEx & zkSync TPS được tính trực tiếp từ tổng số giao dịch chia cho số ngày kể từ khi mainnet ra mắt
Bảng trên so sánh TVL, TPS và phí giao dịch (kể từ ngày 18 tháng 2 năm 2023), cũng như việc định giá và tài trợ của các dự án Layer 2. Chúng ta có thể thấy rằng Lightning Network và Polygon có phí giao dịch thấp nhất và Polygon đã xử lý hầu hết các giao dịch với TPS cao nhất, như mong đợi từ phân tích trước đây của chúng tôi về công nghệ cơ bản của họ. Tuy nhiên, Aribitrum có TVL cao nhất và StarkEx có mức định giá cao nhất, cho thấy các nhà đầu tư có kỳ vọng cao vào tương lai của các đợt tăng giá.
So sánh TPS trung bình với TPS cao nhất có thể đạt được ở dạng trên, chúng ta có thể thấy rằng các Layer 2 có nhiều tiềm năng hơn và có thể tải nhiều DApp hơn từ mạng chính Ethereum. Cụ thể, các bản tổng hợp được sử dụng rất ít. Để chứng minh, chúng ta có thể so sánh Layer 2 với Ethereum.
Vào năm 2022, Ethereum có khoảng 1,2 triệu giao dịch mỗi ngày. Polygon đã có trung bình khoảng 3 triệu giao dịch mỗi ngày, trong khi Optimism là khoảng 0,1 triệu mỗi ngày (dữ liệu tương tự cho các bản tổng hợp khác), chiếm <10% Ethereum. Ngoài ra, Ethereum hiện có hơn 200 triệu địa chỉ duy nhất, khoảng 0,5 triệu trong số đó hoạt động hàng ngày. Polygon có 170 triệu địa chỉ duy nhất, khoảng 0,3 triệu trong số đó hoạt động hàng ngày. Trong khi Optimism có tổng số 1,5 triệu người dùng.
Nguồn bài viết: https://coinmarketcap.com/alexandria/article/woo-network-a-deep-dive-into-different-layer2-scaling-solutions
Xem thêm:
