Bitcoin sinh thái phát triển và thách thức: Mở khóa tiềm năng thị trường nghìn tỷ

Khi thảo luận về hệ sinh thái Bitcoin ngày càng gia tăng trong thị trường tiền điện tử, những người trong ngành kỳ vọng rằng sự tăng trưởng theo chu kỳ tiếp theo của chỉ số blockchain sẽ đến từ việc ứng dụng rộng rãi Bitcoin. Việc xây dựng hợp đồng thông minh dựa trên giải pháp xác thực từ phía khách hàng trên kịch bản Bitcoin, đồng thời tương thích với mạng Lightning có khả năng mở rộng vô hạn để thực hiện giao dịch kênh, có thể trở thành giải pháp ứng dụng quy mô lớn cho blockchain trong khi đảm bảo "an toàn, phi tập trung, và khả năng mở rộng".

Bài viết này sẽ giải thích một số khái niệm cơ bản về hệ sinh thái Bitcoin. Từ "Tam giác không thể xảy ra" cản trở ứng dụng quy mô lớn, đến mạng lưới Lightning của "Bitcoin vượt qua Tam giác không thể xảy ra", cho đến các giải pháp hiện tại cho kịch bản Bitcoin và nguyên lý mô hình UTXO.

Rào cản trong việc ứng dụng quy mô lớn của blockchain

Các chuyên gia trong ngành đã đề xuất rằng, "mạng blockchain không thể đồng thời đạt được tính bảo mật, phi tập trung và khả năng mở rộng", tức là "tam giác không thể của blockchain". Vấn đề này đã cản trở việc áp dụng quy mô lớn của blockchain trong thời gian dài.

Dựa trên việc đảm bảo an toàn, một số chuỗi công khai trong mười năm qua đã tập trung vào phát triển tính phi tập trung, đồng thời liên tục đổi mới ở tầng cơ sở hạ tầng của chuỗi công khai để mở rộng khả năng mở rộng của chuỗi công khai. Để đạt được mục tiêu này, cũng đã phát triển ra nhiều công nghệ như các thuật toán khác nhau, phân đoạn, Rollup.

Nhưng đối với vấn đề mở rộng, từ một số nỗ lực của các chuỗi công cộng và Layer2 của chúng, dường như chỉ cần vẫn giữ giải pháp trong giới hạn của blockchain, hiệu suất sẽ có giới hạn. Ngay cả blockchain có hiệu suất mạnh nhất hiện nay vẫn khó có thể vượt qua giới hạn TPS ( số lượng giao dịch mỗi giây ), còn xa mới đạt yêu cầu ứng dụng thương mại quy mô triệu TPS, và mục tiêu đạt hàng trăm triệu TPS cho công nghiệp toàn cầu vẫn còn khoảng cách lớn. Đối với các chuỗi công cộng chính, bất kể là loại nào, đều đối mặt với một rào cản - "Làm thế nào để giải quyết vấn đề mở rộng?"

Cơ chế hoạt động của mạng lưới Lightning

Mạng lưới Lightning sử dụng phương pháp tính toán ngoài chuỗi, tức là "kênh thanh toán (Payment Channel)", hoàn toàn giải quyết vấn đề khả năng mở rộng của "tam giác không thể" - chỉ cần xây dựng đủ kênh, có thể thực hiện bất kỳ số lượng giao dịch đồng thời nào.

Nguyên lý mạng lưới ánh sáng

• Dùng hệ thống ngân hàng làm phép so sánh, nếu A và B mở tài khoản chuyển khoản. Khi hai người ở cùng một ngân hàng, việc thanh toán được thực hiện nội bộ trong ngân hàng đó. Còn khi A và B không ở cùng một ngân hàng, cần phải thực hiện các thao tác thanh toán liên ngân hàng thông qua ngân hàng trung ương.

• Mạng lưới Lightning mô phỏng cách thức thanh toán của ngân hàng: Người dùng A và B mở kênh Lightning giữa hai người. Khi kênh được mở, A và B sử dụng kênh để thanh toán trực tiếp trong mạng lưới Lightning mà không cần thanh toán trên chuỗi khối Bitcoin. Chỉ khi kênh đóng, A và B mới cần thanh toán qua mạng lưới Lightning trên chuỗi khối Bitcoin.

quy trình hoạt động của kênh ánh sáng

1. Nộp tiền ký quỹ: Tương tự như trong các tình huống truyền thống khi mở tài khoản ngân hàng cần nộp tiền ký quỹ trước, việc mở kênh mạng lưới ánh sáng cũng cần nộp Bitcoin ký quỹ.
2. Ghi chép giao dịch ngoài chuỗi: Ghi chép từng giao dịch thông qua mạng Lightning, mỗi ghi chép đều phải ký một thỏa thuận trừng phạt.
3. Hồ sơ thanh toán trên chuỗi: Sau khi đóng kênh chiếu sáng, đóng gói và thanh toán dữ liệu giao dịch lịch sử một lần, cuối cùng gửi lên chuỗi khối Bitcoin.

Mạng lưới Lightning làm thế nào để tránh gian lận trên chuỗi

Nếu trong quá trình giao dịch kênh, A thực hiện hành vi gian lận - đóng kênh để thanh toán Bitcoin trước thời hạn. Khi kênh đóng, trên chuỗi Bitcoin sẽ ngay lập tức phát sinh một giao dịch gian lận. Dựa trên tính mở của chuỗi Bitcoin, B có thể kịp thời quan sát và sử dụng thỏa thuận trừng phạt đã ký trước để trừng phạt A. Nội dung trừng phạt là tịch thu tất cả dự trữ của A.

rào cản ứng dụng quy mô lớn của mạng Lightning

Về lý thuyết, mạng lưới Lightning đạt được khả năng mở rộng vô hạn, vượt qua tam giác bất khả thi của blockchain. Nhưng vấn đề chính cản trở mạng lưới Lightning đạt được ứng dụng quy mô lớn là: mạng lưới Lightning sử dụng cùng một kịch bản với Bitcoin, trong khi trên chuỗi Bitcoin không có hợp đồng thông minh, chỉ có kịch bản đơn giản, không thể chứa đựng các ứng dụng phức tạp. Điều này có nghĩa là chuỗi Bitcoin không hoàn chỉnh Turing, trong khi hoàn chỉnh Turing có nghĩa là có thể giải quyết bất kỳ vấn đề tính toán nào về lý thuyết. Sử dụng ngôn ngữ kịch bản hoàn chỉnh Turing, có thể tương thích về logic với các ngôn ngữ lập trình khác và về lý thuyết có thể đạt được mọi logic mà các ngôn ngữ khác có thể thực hiện, cũng như tối đa hóa việc sao chép logic kinh doanh của thực tế. Không có hợp đồng thông minh trên chuỗi blockchain Bitcoin, chứ đừng nói đến việc xây dựng ứng dụng dựa trên hợp đồng thông minh. Vì vậy, vấn đề lớn nhất mà mạng lưới Lightning cần vượt qua là "làm thế nào để thực hiện hợp đồng thông minh trên Bitcoin".

Các giải pháp hiện có để cải thiện "chức năng" của blockchain Bitcoin

1. Chuỗi bên (Side Chain)

Sidechain là một chuỗi có chức năng hợp đồng thông minh, sao chép nó và liên kết hai chiều với chuỗi chính Bitcoin, từ đó cho phép tài sản Bitcoin di chuyển liền mạch giữa chuỗi chính và chuỗi phụ, nhằm thực hiện hợp đồng thông minh, nhưng hiện tại chưa có công nghệ liên kết hai chiều đủ phi tập trung. Việc sao chép và di chuyển tài sản từ chuỗi chính sang chuỗi phụ cần có nhà cung cấp dịch vụ tập trung bên thứ ba, hiện tại chỉ có giải pháp phi tập trung. Giải pháp chuỗi phụ chưa nhận được sự hỗ trợ từ cộng đồng phát triển cốt lõi của Bitcoin do vấn đề tập trung do bên thứ ba phát hành.

2. Đồng màu (Colored Coins)

Vào năm 2012, Chủ tịch Hiệp hội Bitcoin đã công bố bài báo "Tổng quan về Coin Màu", trong đó giới thiệu một cơ chế sử dụng tính "thay thế" của Bitcoin, thông qua việc "tô màu" một số đồng coin, tách biệt các token cụ thể với các token khác, từ đó tạo ra các ứng dụng phù hợp cho những đồng coin này. Cách thức cụ thể là sử dụng lệnh OP_RETURN trong script của Bitcoin, thêm 80 byte ký tự tùy ý vào phía sau, trong 80 byte đó thiết kế chuỗi theo định dạng chỉ định, thông qua việc chỉ định ý nghĩa của chuỗi, đánh dấu "coin màu", và thực hiện hợp đồng thông minh phức tạp hơn. Tuy nhiên, không gian 80 byte là quá nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp.

Các kế hoạch "coin màu" tiếp theo cũng đã ra mắt công nghệ mới. Chẳng hạn như công nghệ khắc "Ordinals", thông qua việc sử dụng không gian "SegWit" 3 M trong khối Bitcoin, để nhét vào đó hình ảnh nhỏ, phát hành NFT. Ví dụ như BRC-20, sử dụng một chuỗi mã để diễn đạt nội dung phong phú hơn 80 byte. Nhưng những coin màu này sẽ gây ra những vấn đề nghiêm trọng bổ sung - chiếm dụng không gian "SegWit", không gian ban đầu dùng để lưu trữ chữ ký giao dịch chuyển Bitcoin, việc chiếm dụng không gian "SegWit" sẽ dẫn đến số lượng giao dịch có thể thực thi trên Bitcoin giảm, làm giảm hiệu suất của Bitcoin. Kế hoạch coin màu cũng bị các nhà phát triển cốt lõi của Bitcoin phản đối mạnh mẽ, lý do là coin màu đã làm ô nhiễm Bitcoin gốc, ngoài ra hình thức được chỉ định một cách nhân tạo vẫn cần một bên thứ ba tập trung để phân tích máy chủ.

3. Xác thực khách hàng (Client-Validation)

Vào năm 2016, các nhà phát triển cốt lõi của Bitcoin đã công bố một bài viết đề xuất mô hình xác thực khách hàng, đảm bảo rằng chỉ có hai bên biết nội dung hợp đồng thông qua việc mô phỏng cách ký hợp đồng truyền thống mà không cần bất kỳ bên thứ ba nào tham gia, đạt được sự phi tập trung hoàn toàn. Đồng thời, trong quá trình thực hiện giao dịch, sử dụng phương thức mà bên phát động giao dịch cung cấp dữ liệu lịch sử giao dịch đầy đủ cần thiết, bên kia tự xác thực để ngăn chặn các vấn đề gian lận phát sinh. Không chỉ không có những rắc rối của sự tập trung, mà còn có đặc điểm xác thực ngoài chuỗi không bị giới hạn bởi hiệu suất, điều này khiến nó hiện nay được nhiều người coi là "giải pháp tối ưu" để giải quyết sự thiếu hụt khả năng Turing của blockchain Bitcoin.

Ký hợp đồng truyền thống vs Ký hợp đồng thông minh blockchain

• Ký hợp đồng truyền thống: Giữa A và B có một giao dịch, trước tiên ký một hợp đồng, hai bên xác nhận nội dung hợp đồng rồi ký tên, hợp đồng không thể bị thay đổi khi ký. Mọi giao dịch trong quá trình thực hiện hợp đồng trong tương lai đều là giao dịch của A và B, không cần sự can thiệp của bên thứ ba.

• Ký kết hợp đồng thông minh blockchain: Quá trình giao dịch được công bố cho toàn mạng, tất cả thợ đào thực hiện và xác minh. Toàn bộ quá trình thực hiện không có tính riêng tư, và do cần công bố lên toàn mạng để đạt được sự đồng thuận, hiệu suất bị hạn chế.

Khách hàng có xác minh được là vô khuyết không?

Nhìn thấy điều này, có vẻ như sẽ có người đặt câu hỏi, chuỗi khối Bitcoin phi tập trung tự nó đã giải quyết vấn đề an ninh trong thương mại truyền thống, nhưng với sự xuất hiện của xác thực từ phía khách hàng, giải pháp lại quay trở lại với bên ngoài chuỗi, ngay cả khi nó đã giải quyết được vấn đề gian lận, thì làm thế nào để ngăn chặn hiệu quả vấn đề chi tiêu hai lần?

Giới thiệu "niêm phong một lần"

Do bởi vì xác thực của khách hàng không chứa cơ chế ngăn chặn chi tiêu đôi, chúng tôi buộc phải cần đến sự hỗ trợ của bên thứ ba để giải quyết vấn đề này. Để đạt được mục tiêu này, chúng tôi sẽ liên kết trạng thái của mỗi hợp đồng cần xác thực trong xác thực của khách hàng với đầu ra giao dịch chưa sử dụng của Bitcoin cụ thể (UTXO). Do UTXO chỉ tồn tại dưới hai hình thức, "đã chi" và "chưa chi". Và một khi muốn thay đổi trạng thái của hợp đồng xác thực, thì phải chi tiêu UTXO đã liên kết (bất kỳ số tiền nào cũng được), để giao dịch chi tiêu nó nhận được xác nhận từ blockchain. Hơn nữa, giao dịch Bitcoin chi tiêu nó cũng phải cung cấp bằng chứng về nội dung chuyển đổi trạng thái (có tác dụng tương tự như giá trị băm). Nói một cách đơn giản, UTXO bị liên kết có thể được coi như là dấu niêm phong của "bức thư" trạng thái này - muốn mở bức thư, thì phải phá bỏ dấu niêm phong.

Giải thích bổ sung về mô hình UTXO

Khác với mô hình tài khoản của một số chuỗi công khai, đầu ra giao dịch chưa chi tiêu (UTXO) là tổng số tiền điện tử được gửi từ một địa chỉ sang một địa chỉ khác nhưng chưa được bên nhận quy đổi, nhằm gửi tiền cho người khác trong các giao dịch tiếp theo.

• Ví dụ, nếu Alice gửi 1 Bitcoin cho Bob, thì chỉ cần Bob chưa chi tiêu BTC nhận từ Alice, anh ấy sẽ sở hữu UTXO. Ngay khi Bob chi tiêu 1 BTC, vòng đời của UTXO sẽ kết thúc.

• Giả sử ví của Bob chỉ tham gia vào một giao dịch, trong đó Bob nhận được 1 BTC từ Alice, thì các xác thực viên sẽ biết rằng số dư UTXO của Bob là 1 BTC. Nếu Bob gửi 1 BTC cho Carol, UTXO của anh ấy ngay lập tức trở thành 0 BTC. Nếu Bob sau đó cố gắng để chi tiêu gấp đôi số coin của mình trong giao dịch thứ hai, các xác thực viên sẽ phát hiện ra rằng số dư UTXO của anh ấy không đủ để sử dụng làm đầu vào cho giao dịch thứ hai, và các xác thực viên trung thực sẽ không phát tán hoặc xác nhận giao dịch chi tiêu gấp đôi của anh ấy.

Tăng trưởng chỉ số tiếp theo: Sự bùng nổ toàn diện của hệ sinh thái Bitcoin

Trong quá trình tiến hóa của Bitcoin, thiết kế xác thực của khách hàng tinh vi đã tránh được vấn đề tập trung của các giải pháp sidechain và colored coin, đồng thời giới thiệu cơ chế niêm phong một lần, giúp tăng cường hơn nữa tính an toàn. Hiện tại, hệ sinh thái Bitcoin đang chứng kiến sự ra đời của một loạt các giao thức hoàn toàn mới, trong đó, giao thức RGB không chỉ kế thừa các ý tưởng trên mà còn đưa ra sự tương thích với mạng Lightning, đặt nền tảng cho khả năng mở rộng vô hạn. Mặc dù sự tương thích của giao thức RGB với mạng Lightning vẫn chưa hoàn hảo, nhưng chúng tôi tràn đầy niềm tin vào tương lai, tin rằng cơ sở hạ tầng hỗ trợ việc tối ưu hóa giao thức sẽ vượt qua những hạn chế lâu dài của "tam giác không thể của blockchain".

Chúng ta càng có lý do để mong đợi chu kỳ tăng trưởng chỉ số blockchain tiếp theo đến từ sự bùng nổ của hệ sinh thái Bitcoin, thúc đẩy việc áp dụng blockchain trên quy mô lớn. Tin rằng Bitcoin sẽ vượt qua giá trị lưu trữ đơn lẻ ban đầu, thể hiện thuộc tính tiền tệ của nó, đồng thời không ngừng thông qua các giải pháp đa dạng để kết nối nhiều ứng dụng hơn cho hệ sinh thái Bitcoin, thúc đẩy khả năng mở rộng và phát triển bền vững của hệ sinh thái, tiếp tục mang đến những khả năng vô hạn cho thế giới blockchain.