Hệ thống kiến thức cơ bản về mạng lớp hai của Bitcoin

Sự trỗi dậy của Bitcoin Inscription đã mang lại sức sống mới cho hệ sinh thái Bitcoin, khiến nhiều người chú ý trở lại đến Bitcoin. Một số người cho rằng điều này đã mở ra hộp Pandora của hệ sinh thái Bitcoin. Trong nhiều sự phát triển công nghệ của hệ sinh thái Bitcoin, xây dựng lớp thứ hai là rất quan trọng. Bài viết này tham khảo một số bài viết nổi tiếng và các cuộc trao đổi với nhiều bạn bè, tóm tắt kiến thức cơ bản về lớp thứ hai của Bitcoin, hy vọng có thể kích thích ý tưởng và thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực này.

Thế giới blockchain bắt đầu từ Bitcoin và kết thúc với hệ sinh thái Bitcoin. Ethereum cũng có thể được coi là một cuộc khám phá công nghệ sidechain của Bitcoin.

1. Sứ mệnh của Layer2

Để hiểu những vấn đề cơ bản cần giải quyết trong việc xây dựng lớp thứ hai của Bitcoin, chúng ta bắt đầu từ những đặc tính cơ bản của hệ thống blockchain.

1.1 Các đặc tính cơ bản và nhu cầu của blockchain

Chúng ta có thể coi blockchain là một "máy tính thế giới". Từ góc nhìn này, việc hiểu rõ nhiều đặc tính của blockchain sẽ dễ dàng hơn. Trước tiên, chúng ta hãy tóm tắt một số đặc tính cơ bản:

Công khai minh bạch: Đây là đặc điểm lưu trữ dữ liệu và thực hiện lệnh của "máy tính thế giới" blockchain, cũng là đặc điểm nhu cầu nội bộ cần sự tham gia tính toán của nhiều nút phân tán trên toàn cầu. Đặc điểm này đáp ứng quyền biết thông tin của người sử dụng về dữ liệu, là kết quả chung của yêu cầu hợp tác nội bộ của "máy tính thế giới" và nhu cầu bên ngoài của người sử dụng.

Phi tập trung: Đây là đặc điểm kiến trúc của "máy tính thế giới", mức độ phi tập trung và khả năng chịu lỗi về lý thuyết được hỗ trợ bởi lý thuyết tướng Byzantine. Mức độ phi tập trung là một chỉ số quan trọng về độ an toàn của blockchain, và cũng là cơ sở cho một số đặc tính.

An toàn: An toàn được hình thành từ nhu cầu nội tại do đặc điểm kiến trúc của "máy tính thế giới" tạo ra và nhu cầu bên ngoài của người sử dụng. Từ cấp độ vi mô, an toàn được đảm bảo bởi các kỹ thuật liên quan đến mật mã, từ cấp độ vĩ mô, được đảm bảo bởi tính phi tập trung của kiến trúc, do đó, không bị ảnh hưởng bởi việc giả mạo dữ liệu vi mô hoặc sự phá hủy của kiến trúc vĩ mô, mà ảnh hưởng đến an toàn của "máy tính thế giới" này.

Khả năng tính toán: Một trong những chức năng chính của máy tính thế giới blockchain là khả năng tính toán. Để đo lường chỉ số này, chúng ta thường xem xét xem nó có phải là Turing hoàn chỉnh hay không. Một số chuỗi để duy trì các đặc tính chính của mình, đã được thiết kế cố ý để không hoàn chỉnh Turing. Ví dụ, mạng Bitcoin, Satoshi Nakamoto không chỉ làm cho các lệnh mã của nó không hoàn chỉnh Turing, mà còn cố ý cắt giảm một số tập lệnh trong quá trình phát triển, nhằm duy trì tính ổn định và an toàn. Tất cả các công nghệ hoàn chỉnh Turing đều nhằm mở rộng khả năng tính toán của blockchain. Từ góc nhìn về thiết kế phân tầng, các hệ thống đơn giản hơn phù hợp hơn để làm nền tảng.

Hiệu suất: Trong trường hợp khả năng tính toán tương đương, hiệu suất là một khả năng chính khác để xem xét máy tính trong thế giới blockchain. Thông thường, người ta sử dụng TPS, tức là số lượng giao dịch được xử lý mỗi giây để đo lường.

Lưu trữ: Blockchain được mô tả là "máy tính thế giới", vì vậy nó chắc chắn có một chức năng lưu trữ, đó là khả năng ghi lại dữ liệu. Hiện tại chủ yếu lưu trữ trong khối, trong khi lưu trữ trên chuỗi bên ngoài khối chuyên nghiệp hơn vẫn đang trong quá trình phát triển.

Riêng tư: Riêng tư là một nhu cầu phân khúc trong "máy tính thế giới", tức là yêu cầu duy trì phạm vi quyền của người sản xuất và người sử dụng dữ liệu trong quá trình tính toán và lưu trữ. Điều này chủ yếu được thúc đẩy bởi nhu cầu bên ngoài của người sử dụng.

Còn một chỉ số tổng hợp về khả năng mở rộng, thường chỉ khả năng mở rộng của toàn bộ kiến trúc, đặc điểm này ảnh hưởng đến hầu hết các đặc điểm cơ bản, ở cấp độ kiến trúc, khả năng mở rộng của hệ thống là một chỉ số rất quan trọng.

Trong những đặc tính cơ bản của các blockchain, hầu hết đều bị ràng buộc bởi mối quan hệ phát triển lẫn nhau của tam giác bất khả. Ví dụ, giả thuyết DSS tức là phi tập trung, tính an toàn và khả năng mở rộng.

Trong hệ thống phân phối, hình tam giác không thể giống như nguyên lý CAP, CAP đề cập đến việc trong một hệ thống phân phối, tính nhất quán, khả năng sử dụng và khả năng chịu lỗi phân vùng không thể đạt được đồng thời. Hệ thống blockchain là một hệ thống phân phối có vấn đề tướng Byzantine, vì vậy cũng áp dụng cho nguyên lý CAP.

1.2 Vai trò của việc xây dựng lớp hai

Xây dựng lớp hai cần hoàn thành những vai trò nào? Cung cấp những chức năng gì? Xây dựng lớp hai nhất định phải mở rộng những thiếu sót của hệ thống lớp một, thực hiện những việc không phù hợp để hoàn thành trên hệ thống lớp một, ở lớp hai.

Từ những đặc điểm của blockchain được tóm tắt ở trên, có thể rút ra một kết luận ban đầu, đó là phải mở rộng những khả năng cơ bản này: công khai và minh bạch, phi tập trung, độ an toàn, khả năng tính toán, hiệu suất ( thông lượng ), lưu trữ, quyền riêng tư, v.v. Ngoài những khả năng cơ bản từ góc độ kỹ thuật này, còn có một vấn đề kinh tế rất quan trọng cần giải quyết, đó là giảm chi phí, thường thì chi phí tổng hợp để thực hiện giao dịch của một mạng lớp một thường khá cao, cần phải sử dụng mạng lớp hai để giảm những chi phí này.

Tóm lại, các giải pháp để tăng dung lượng, giảm chi phí và tùy chỉnh đặc tính đều là xây dựng lớp hai. Đối với đặc tính tùy chỉnh, hiện tại vẫn chưa rõ ràng, hoặc thường bị ẩn trong hai đặc tính trước đó, có một số điều khó hiểu. Chúng ta có thể hiểu rằng, đặc tính của mạng lớp một cần ở nhiều ứng dụng với mức độ khác nhau, có thể điều chỉnh lại mức độ thực hiện của các đặc tính khác nhau trên lớp hai cho một số ứng dụng nhất định.

Trong xây dựng lớp hai, khả năng cơ bản của blockchain sẽ có sự đánh đổi, sẽ giảm bớt một số đặc tính, thậm chí loại bỏ một số đặc tính, để đổi lấy sự cải thiện đáng kể của một số đặc tính khác. Ví dụ: một số lớp hai để nâng cao hiệu suất sẽ giảm mức độ phi tập trung, sẽ giảm tính an toàn; một số lớp hai để tăng khả năng xử lý, như mạng Lightning, sẽ thay đổi cấu trúc hệ thống và cách thức thanh toán. Còn một số sẽ không giảm bớt các đặc tính cơ bản, mà tăng cường một số đặc tính, ví dụ như cách xử lý RGB, rõ ràng tăng cường tính riêng tư và khả năng chống kiểm duyệt, nhưng cũng làm tăng độ khó trong việc thực hiện kỹ thuật.

Trong đó, việc giảm chi phí nên là một nhu cầu cơ bản của tất cả các công trình lớp hai.

1.3 Tại sao cần phải thực hiện thiết kế phân lớp?

Thiết kế phân tầng là một phương pháp và lý thuyết mà con người sử dụng để xử lý các hệ thống phức tạp, thông qua việc chia hệ thống thành nhiều cấu trúc tầng và xác định mối quan hệ và chức năng giữa các tầng, nhằm đạt được tính mô-đun, khả năng bảo trì và khả năng mở rộng của hệ thống, từ đó nâng cao hiệu quả thiết kế và độ tin cậy của hệ thống.

Đối với một hệ thống giao thức rộng rãi và lớn, việc sử dụng phân lớp sẽ có những lợi ích rõ ràng. Cách làm này giúp mọi người dễ hiểu, dễ phân công thực hiện và dễ cải tiến theo mô-đun. Giống như thiết kế mô hình bảy lớp ISO/OSI trong mạng máy tính, nhưng trong việc triển khai cụ thể, có thể hợp nhất một số lớp, ví dụ, giao thức mạng cụ thể TCP/IP là giao thức bốn lớp.

Cụ thể nói về những ưu điểm của việc phân lớp giao thức:

1. Các cấp độ giữa nhau là độc lập. Một cấp độ không cần biết cấp độ tiếp theo được thực hiện như thế nào, mà chỉ cần biết cấp độ đó cung cấp dịch vụ thông qua các giao diện giữa các cấp. Như vậy, độ phức tạp của toàn bộ vấn đề đã giảm xuống. Nói cách khác, cách thức công việc của cấp độ trước không ảnh hưởng đến công việc của cấp độ tiếp theo, vì vậy khi thiết kế công việc cho mỗi cấp độ, chỉ cần đảm bảo giao diện không thay đổi, có thể điều chỉnh tự do cách thức làm việc trong cấp độ.

2.Tính linh hoạt tốt. Khi bất kỳ lớp nào xảy ra thay đổi, chỉ cần mối quan hệ giao diện giữa các lớp giữ nguyên, thì các lớp trên hoặc dưới lớp đó không bị ảnh hưởng. Khi một lớp xuất hiện đổi mới công nghệ hoặc một lớp gặp vấn đề trong quá trình làm việc sẽ không ảnh hưởng đến công việc của các lớp khác, và khi loại bỏ vấn đề, chỉ cần xem xét vấn đề riêng của lớp đó.

3.Cấu trúc có thể tách rời. Mỗi lớp có thể áp dụng công nghệ phù hợp nhất để thực hiện. Sự phát triển của công nghệ thường không đối xứng, việc phân chia theo cấp độ hiệu quả tránh được hiệu ứng thùng gỗ, không bị ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc tổng thể do sự không hoàn thiện của một khía cạnh công nghệ nào đó.

4.Dễ dàng thực hiện và duy trì. Cấu trúc này khiến việc thực hiện và gỡ lỗi một hệ thống lớn và phức tạp trở nên dễ dàng hơn, vì toàn bộ hệ thống đã được phân tách thành một số hệ thống con tương đối độc lập. Trong quá trình gỡ lỗi và duy trì, có thể gỡ lỗi riêng cho từng lớp, tránh tình huống không thể tìm thấy và giải quyết sai vấn đề.

5.Có thể thúc đẩy công việc tiêu chuẩn hóa. Bởi vì mỗi lớp đều đã có mô tả chính xác về chức năng và dịch vụ mà nó cung cấp. Lợi ích của việc tiêu chuẩn hóa là có thể thay thế bất kỳ lớp nào một cách tự do, rất tiện lợi cho việc sử dụng và nghiên cứu.

Ý tưởng thiết kế phân lớp mô-đun là phương pháp xử lý phổ biến trong lĩnh vực công nghệ đối với một dự án kỹ thuật lớn, cần nhiều người hợp tác và liên tục cải tiến, và đây là phương pháp đã được kiểm nghiệm qua thực tiễn, có hiệu quả.

2. Một số phương pháp xây dựng Layer2 của Bitcoin

Bitcoin có ba hướng xây dựng lớp hai nổi bật.

(1) Một loại là tuyến mở rộng dựa trên chuỗi, rất giống với lớp hai của EVM, là cấu trúc blockchain;

(2) một loại là dựa trên lộ trình phân phối, với mạng lưới lightning là đại diện, là cấu trúc phân phối.

(3) còn có một loại dựa trên hệ thống tập trung, với chỉ mục tập trung làm đại diện, là cấu trúc tập trung.

Hai phương pháp đầu tiên đều có những đặc điểm riêng, đã có một số sản phẩm đang sử dụng và một số sản phẩm đang trong quá trình khám phá. Đối với phương pháp đầu tiên, nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của Ethereum và các chuỗi mô phỏng Bitcoin khác, việc mở rộng lớp hai dựa trên chuỗi tương đối dễ dàng hơn, có nhiều trường hợp tham khảo hơn. Phương pháp thứ hai dựa trên phân phối thường khó khăn hơn, phát triển chậm hơn một chút, với mạng Lightning là đại diện. Phương pháp thứ ba rất gây tranh cãi, vì nó có vẻ không giống như một xây dựng lớp hai, nhưng dường như lại hoàn thành chức năng của một xây dựng lớp hai.

Giải pháp xây dựng lớp hai nào tốt hơn? Chúng ta sẽ sử dụng kết quả thị trường để làm tiêu chí đánh giá, mạng lớp hai nào có tổng giá trị khóa (TVL) cao hơn, thì giải pháp đó là giải pháp tối ưu. Theo thời gian và sự phát triển của công nghệ, giải pháp tối ưu này sẽ là một quá trình biến đổi.

Đối với định nghĩa về mạng lưới lớp hai của Bitcoin, chỉ cần dựa vào mạng lưới Bitcoin, và thiết lập mối quan hệ kỹ thuật với mạng lưới Bitcoin, một số đặc điểm còn vượt trội hơn mạng lưới lớp một của Bitcoin, thì đều được coi là xây dựng mạng lưới lớp hai của Bitcoin. Nói cách khác: chỉ cần tiêu tốn BTC làm gas, lấy BTC làm tài sản cơ sở, mở rộng hiệu suất của Bitcoin thì hệ thống đó đều được coi là xây dựng lớp hai. Dựa trên sự đánh giá này, chúng ta nên công nhận loại xây dựng mạng lưới lớp hai thứ ba, tức là xây dựng lớp hai có cấu trúc tập trung.

Sự phát triển của công nghệ Bitcoin, chẳng hạn như sửa đổi OP_RETURN, Taproot, chữ ký Schnorr, MAST, Tapscript, nên được thiết kế với mục đích kết nối lớp một và lớp hai, không nên sử dụng quá nhiều công nghệ này để phát triển chức năng, vì mạng lớp một dù có mở rộng đến đâu cũng sẽ không có bước đột phá chất lượng, cần phải tiến hành xây dựng lớp hai. Nhưng trong trường hợp không có sản phẩm lớp hai Bitcoin tốt hơn, những khả năng công nghệ kết nối lớp một và lớp hai này sẽ bị sử dụng quá mức trong một khoảng thời gian.

2.1 Xây dựng lớp hai dựa trên chuỗi

Các chuỗi mô phỏng Bitcoin ban đầu đã thực hiện nhiều khám phá, như "Colorcoin"( đồng màu), "CovertCoins" và "MasterCoin"; các chuỗi mô phỏng Bitcoin mở rộng khác nhau, như BCH(Bitcoin Cash), BSV(Bitcoin SV), BTG(Bitcoin Gold); các công nghệ sidechain khác nhau đều dựa trên các trường hợp xây dựng mở rộng của chuỗi, có thể nói đây là một dạng lớp hai theo nghĩa rộng.

Bao gồm Ethereum, cũng là một cuộc khám phá cải tiến dựa trên Bitcoin. Vitalik đã tự thành lập một đội ngũ và phát hành whitepaper, phát triển hệ thống blockchain thế hệ mới khi không thuyết phục được các nhóm dự án khác về sự không hoàn hảo của Bitcoin: hệ thống không tài khoản UTXO, ngôn ngữ thực thi không hoàn chỉnh Turing, khả năng mở rộng kém và các vấn đề khác. Mặc dù cuộc khám phá này của Ethereum không phải là một xây dựng lớp hai trực tiếp trên Bitcoin, nhưng về mặt rộng, đó là một cuộc khám phá xây dựng dựa trên chuỗi.

Sự khám phá cải tiến không hoàn hảo của Ethereum đối với Bitcoin, cũng như sự phát triển và xác thực của các lớp thứ hai trên Ethereum, đã cung cấp các trường hợp tham khảo cho sự phát triển của mạng lưới lớp thứ hai dựa trên chuỗi trên Bitcoin. Các giải pháp Rollup khác nhau, các giải pháp xuyên chuỗi, công nghệ kênh tin nhắn, cũng như công nghệ phân mảnh của chính Ethereum, đã khiến hệ sinh thái công nghệ của Ethereum phát triển mạnh mẽ, khiến nhiều người một thời gian nghĩ rằng hướng phát triển và tương lai của chuỗi công cộng đã được xác định, và hệ sinh thái đại diện cho Ethereum đã chiến thắng.