Hiểu về Trilemma Blockchain: Thách thức và Giải pháp Sáng tạo

Những điểm chính

• Tam giác khó khăn của blockchain đề cập đến thách thức trong việc tối ưu hóa đồng thời an ninh, phân quyền và khả năng mở rộng trong các mạng blockchain.
• Việc cải thiện một thuộc tính thường đòi hỏi phải hy sinh một hoặc cả hai thuộc tính còn lại.
• Các dự án hàng đầu đang triển khai nhiều phương pháp kỹ thuật khác nhau bao gồm cơ chế đồng thuận thay thế, giải pháp Layer 2 và sharding để giải quyết những thách thức này.
• Mặc dù không có blockchain nào hoàn toàn giải quyết được tam giác khó khăn, nhưng các đổi mới đang tạo ra những thiết kế mạng cân bằng hơn.

Thách thức cơ bản

Sự chấp nhận toàn cầu của công nghệ blockchain đang đối mặt với một trở ngại đáng kể: khả năng xử lý giao dịch. Để các blockchain đạt được sự chấp nhận chính thống, chúng phải xử lý một lượng dữ liệu đáng kể với tốc độ nhanh hơn, cho phép nhiều người dùng tương tác với các mạng mà không gặp phải sự chậm trễ hoặc chi phí quá cao.

Tuy nhiên, kiến trúc cốt lõi của các mạng phi tập trung tạo ra một sự căng thẳng vốn có - việc tăng khả năng mở rộng thường làm tổn hại đến hoặc tính phi tập trung hoặc an ninh. Thách thức này, được gọi là trilemma blockchain, đại diện cho một trong những trở ngại kỹ thuật quan trọng nhất của ngành. Các nhà phát triển trên toàn hệ sinh thái đang khám phá nhiều giải pháp bao gồm các cơ chế đồng thuận sáng tạo, công nghệ sharding và các mạng mở rộng Layer 2.

Hiểu về Tam giác Blockchain

Về cơ bản, blockchain là một sổ cái kỹ thuật số phân tán, nơi các khối dữ liệu được sắp xếp theo thứ tự thời gian và được bảo mật thông qua các chứng minh mật mã. Việc triển khai công nghệ này trong các ngành công nghiệp đang biến đổi các hệ thống hoạt động và giao dịch trong nhiều lĩnh vực.

Tầm nhìn cơ bản là các blockchain phi tập trung và an toàn có thể tạo ra các hệ thống mà không cần các bên trung gian thứ ba cho chức năng mạng. Tuy nhiên, các chuyên gia trong ngành đều đồng ý rằng để công nghệ blockchain đạt được sự chấp nhận rộng rãi, tam giác khó khăn phải được giải quyết một cách hiệu quả.

Được người đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin phổ biến lần đầu, tam giác khối blockchain nêu bật khó khăn mà các mạng blockchain gặp phải trong việc đạt được các mức tối ưu trên cả ba thuộc tính quan trọng cùng một lúc. Củng cố một thuộc tính thường yêu cầu phải thỏa hiệp trong ít nhất một thuộc tính khác.

Ba Trụ Cột

Phi tập trung

Các mạng blockchain vốn dĩ phi tập trung, hoạt động mà không có sự kiểm soát trung tâm từ bất kỳ cá nhân, công ty hoặc tổ chức nào. Những mạng lưới này vẫn mở cho tất cả các thành viên tham gia, với quyền kiểm soát được phân bổ qua toàn bộ hệ sinh thái. Mỗi thành viên đều có quyền truy cập vào cùng một sổ cái, và mạng lưới có thể xác minh và từ chối dữ liệu gian lận theo cách tập thể nếu bất kỳ thành viên nào cố gắng thao túng hồ sơ.

Xem xét sự khác biệt giữa Bitcoin và hệ thống ngân hàng truyền thống. Các ngân hàng đóng vai trò là trung gian đáng tin cậy cho các giao dịch và duy trì các hồ sơ tập trung. Trong khi đó, chuỗi khối Bitcoin phân phối tất cả dữ liệu trên toàn bộ mạng lưới, cho phép việc xác minh và xác nhận tập thể trước khi dữ liệu mới được thêm vào sổ cái. Điều này tạo ra một hệ thống hoạt động độc lập với các bên thứ ba.

Sự phi tập trung cho phép tiềm năng của Web3, điều này trái ngược với internet Web2 ngày nay bị chi phối bởi các trang web và ứng dụng do công ty kiểm soát. Web3 trao quyền cho người dùng kiểm soát dữ liệu và danh tính kỹ thuật số của họ.

Tuy nhiên, việc phân quyền giới thiệu một số sự đánh đổi nhất định. Vì nhiều người dùng phải đạt được sự đồng thuận về mỗi giao dịch, việc xử lý thường chậm hơn so với các hệ thống tập trung. Điều này khiến khả năng mở rộng ( khả năng xử lý nhiều giao dịch mỗi giây ) trở thành một thách thức quan trọng cho các mạng phi tập trung.

Bảo mật

Bảo mật là rất quan trọng đối với các mạng blockchain, vì nếu không có nó, kẻ tấn công có thể xâm phạm hệ thống và thay đổi lịch sử giao dịch. Cả hệ thống tập trung và phi tập trung đều không có bảo đảm an ninh nội tại. Hệ thống tập trung hưởng lợi từ việc kiểm soát chặt chẽ hơn và quyết định nhanh hơn nhưng lại có những điểm yếu cố định và phụ thuộc nhiều vào khả năng của các nhóm bảo mật của họ.

Trong các hệ thống phi tập trung, an ninh phải được đạt được mà không có quyền lực trung ương. Bitcoin, chẳng hạn, kết hợp mật mã với sự đồng thuận Proof of Work (PoW). Mỗi khối dữ liệu liên kết với khối trước đó thông qua các chữ ký số duy nhất (hashes), làm cho việc can thiệp ngay lập tức có thể phát hiện.

PoW thêm một lớp bảo mật nữa bằng cách yêu cầu thợ mỏ giải các câu đố toán học phức tạp thông qua công việc tính toán lớn trước khi xác thực các giao dịch. Điều này làm cho các cuộc tấn công trở nên tốn kém và khó thực hiện, mặc dù nó cũng dẫn đến việc xử lý giao dịch chậm hơn theo thiết kế.

Kích thước mạng cũng ảnh hưởng đến tính bảo mật - càng nhiều người tham gia (nodes) trong mạng, nó càng trở nên an toàn hơn. Các mạng lớn hơn làm cho việc kiểm soát hệ thống của các tác nhân xấu trở nên khó khăn hơn.

Về lý thuyết, nếu một thực thể kiểm soát hơn một nửa sức mạnh tính toán của mạng, họ có thể thực hiện một "cuộc tấn công 51%", có khả năng cho phép các lỗ hổng như chi tiêu gấp đôi các loại tiền điện tử.

Khả năng mở rộng

Khả năng mở rộng đề cập đến khả năng của blockchain để xử lý một số lượng giao dịch ngày càng tăng mỗi giây (TPS). Để công nghệ blockchain hỗ trợ việc áp dụng chính thống với khả năng có hàng tỷ người dùng, nó phải xử lý giao dịch một cách nhanh chóng, tiết kiệm và đáng tin cậy. Trong thực tế, khả năng mở rộng thường có thứ bậc thấp hơn so với phân quyền và bảo mật trong thiết kế blockchain.

Để so sánh, các nhà xử lý thanh toán tập trung như Visa có thể xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây vì họ hoạt động trong môi trường khép kín, có quyền truy cập mà không cần sự đồng thuận toàn cầu từ hàng nghìn nút độc lập.

Ngược lại, các blockchain công khai phải xử lý mọi giao dịch thông qua nhiều xác thực viên độc lập. Việc xác minh phân tán này vốn đã giới hạn hiệu suất: lớp cơ sở của Bitcoin xử lý khoảng 5 TPS, trong khi Ethereum xử lý khoảng 18 TPS.

Ngay cả khi Proof of Stake (PoS) đồng thuận thay thế PoW trong một số mạng, yêu cầu về sự đồng thuận toàn cầu vẫn đặt ra những hạn chế. Nếu không có giải pháp mở rộng hiệu quả, việc sử dụng gia tăng dẫn đến tắc nghẽn mạng, xử lý giao dịch chậm hơn và phí cao hơn.

Giải pháp đổi mới cho vấn đề Trilemma

Cách đơn giản nhất để giải quyết vấn đề ba khía cạnh của blockchain là giảm số lượng các validator trong mạng để tăng tốc độ và thông lượng. Tuy nhiên, điều này sẽ làm suy yếu đáng kể tính phi tập trung bằng cách tập trung quyền kiểm soát vào ít người tham gia hơn, đồng thời có thể làm tổn hại đến bảo mật bằng cách làm cho mạng trở nên dễ bị tấn công hơn.

Điều này minh họa cho tam giác: phân quyền và bảo mật có mối liên hệ sâu sắc với nhau, và kiến trúc blockchain khiến việc cải thiện khả năng mở rộng trở nên khó khăn mà không làm tổn hại đến những thuộc tính chính mà thiết lập niềm tin. Thách thức chính là nâng cao hiệu suất blockchain mà không hy sinh các phẩm chất cơ bản làm cho các mạng lưới này đáng tin cậy.

Các phương pháp và phát triển kỹ thuật

Không có giải pháp duy nhất cho tam giác bất khả thi, nhưng các nhà phát triển và nghiên cứu đã khám phá nhiều cách tiếp cận khác nhau với những kết quả hứa hẹn:

1. Công nghệ Sharding

Sharding chia một blockchain thành các phân vùng nhỏ hơn (shards), mỗi phân vùng duy trì sổ cái riêng của nó và xử lý các giao dịch độc lập. Một chuỗi chính phối hợp các tương tác giữa các phân vùng, phân phối khối lượng công việc và cải thiện khả năng mở rộng tổng thể.

Ví dụ, giao thức NEAR triển khai một mô hình phân mảnh gọi là Nightshade 2.0, mô hình này mở rộng một cách động bằng cách chia mạng thành các phân mảnh song song. Tính đến năm 2025, mạng hoạt động với 8 phân mảnh hoạt động và đạt được tính cuối cùng của giao dịch trong khoảng 600 mili giây.

2. Cơ chế đồng thuận thay thế

Một yếu tố góp phần vào tam giác khó khăn trong mạng lưới Bitcoin là cơ chế đồng thuận PoW được sử dụng để đảm bảo an ninh. Phát triển các phương pháp đồng thuận thay thế đại diện cho một chiến lược để giải quyết tam giác khó khăn.

Trong các blockchain Proof of Stake (PoS), các validator giao dịch phải đặt cược (lock) token của họ thay vì giải quyết các câu đố tính toán phức tạp. Điều này loại bỏ nhu cầu về phần cứng khai thác chuyên dụng, giúp việc tham gia của validator trở nên dễ dàng hơn và tiết kiệm năng lượng hơn trong khi có khả năng cải thiện khả năng mở rộng.

Bằng chứng của quyền lực (PoA) cung cấp một cách tiếp cận khác, bảo mật mạng thông qua danh tính của các người xác thực thay vì tài sản được đặt cọc. Trong các hệ thống PoA, một số lượng hạn chế các bên tham gia đáng tin cậy được chấp thuận trước xác minh các giao dịch và tạo khối. Điều này nâng cao khả năng mở rộng một cách đáng kể nhưng giảm tính phi tập trung.

Một số mạng triển khai các mô hình hybrid để cân bằng những thỏa hiệp này. Chuỗi thông minh BNB sử dụng Proof of Staked Authority (PoSA), nơi các validator đặt cọc token để tham gia vào quá trình sản xuất khối, đạt được thời gian khối khoảng ba giây. Mạng Conflux kết hợp các yếu tố PoW với cấu trúc Đồ thị có hướng không chu trình (DAG) để cải thiện thông lượng trong khi vẫn duy trì các đặc tính bảo mật của PoW.

3. Giải pháp Layer 2

Một cách tiếp cận khác là xây dựng các giải pháp mở rộng trên các blockchain hiện có thay vì sửa đổi kiến trúc cơ sở của chúng. Các giải pháp Layer 2 xử lý giao dịch bên ngoài chuỗi chính và sau đó định cư kết quả trở lại với nó. Điều này giảm tắc nghẽn, hạ thấp phí giao dịch và duy trì tính bảo mật của blockchain cơ sở.

Rollups kết hợp nhiều giao dịch ngoài chuỗi và gửi một bằng chứng nén duy nhất đến chuỗi chính để xác minh. Rollups lạc quan như Arbitrum giả định rằng các giao dịch là hợp lệ trừ khi bị thách thức, trong khi rollups zero-knowledge (ZK) như Scroll sử dụng bằng chứng mật mã để xác nhận tính hợp lệ mà không tiết lộ tất cả thông tin giao dịch. Ethereum ngày càng áp dụng một lộ trình tập trung vào rollup, với một phần đáng kể của tài chính phi tập trung (DeFi), trò chơi và hoạt động NFT diễn ra trên các giải pháp Layer 2 để tăng tốc độ và giảm chi phí.

Kênh trạng thái cho phép người tham gia thực hiện giao dịch ngoài chuỗi, chỉ ghi lại các trạng thái mở và đóng trên blockchain. Mạng lưới Lightning của Bitcoin là ví dụ cho cách tiếp cận này, tạo điều kiện cho các giao dịch nhanh chóng, chi phí thấp bằng cách giữ hầu hết các hoạt động ngoài chuỗi trong khi sử dụng lớp cơ sở của Bitcoin để thanh toán cuối cùng.

Những tiến bộ gần đây

Ngành công nghiệp blockchain tiếp tục đạt được những tiến bộ đáng kể trong việc giải quyết tam giác khó khăn. Các bản nâng cấp giao thức gần đây như EIP-4844 (Proto-Danksharding) trên Ethereum cho thấy cách mà các mạng có thể nâng cao khả năng mở rộng mà không làm ảnh hưởng đến bảo mật hoặc phi tập trung. Bản nâng cấp này giới thiệu "blobs" - một cấu trúc dữ liệu mới giúp giảm đáng kể chi phí cho các Layer 2 rollup bằng cách tối ưu hóa cách dữ liệu được lưu trữ trên blockchain.

Full danksharding, đang trong quá trình phát triển tích cực, nhằm cải thiện khả năng mở rộng hơn nữa bằng cách phân phối tải tính toán một cách hiệu quả hơn giữa các nút mạng. Những đổi mới này, cùng với các phát triển khác như thực thi song song và tách biệt giữa người đề xuất và người xây dựng, cho thấy cam kết của ngành công nghiệp trong việc tạo ra các mạng blockchain cân bằng cả ba thuộc tính quan trọng.

Triển vọng Ngành

Tam giác khó khăn của blockchain vẫn là một thách thức đáng kể để công nghệ này đạt được tiềm năng tối đa của nó. Tuy nhiên, những nỗ lực liên tục như lộ trình tập trung vào rollup của Ethereum và sự xuất hiện của các blockchain mô-đun hiệu suất cao cho thấy những con đường hứa hẹn đi phía trước. Những đổi mới này nhằm nâng cao khả năng mở rộng trong khi duy trì tính bảo mật và phân quyền, đưa ngành công nghiệp đến gần hơn với việc hỗ trợ các ứng dụng blockchain quy mô toàn cầu.

Khi các nền tảng giao dịch hàng đầu tiếp tục tích hợp những giải pháp đổi mới này, người dùng sẽ được hưởng lợi từ tốc độ giao dịch được cải thiện, chi phí thấp hơn và độ tin cậy của mạng được nâng cao, trong khi vẫn duy trì những lợi ích cơ bản của công nghệ blockchain.