Toàn cảnh giải pháp mở rộng off-chain: Sự tiến hóa công nghệ từ State Channels đến Rollups

2025-07-25 16:10:19

Phân tích độ sâu mở rộng off-chain

Tác giả: Cobo Ventures

1. Sự cần thiết của việc mở rộng

Tầm nhìn tương lai của blockchain là phi tập trung, an toàn và khả năng mở rộng. Nhưng thường thì blockchain chỉ có thể đạt được hai trong số đó, điều này được gọi là vấn đề tam giác không thể của blockchain. Trong nhiều năm qua, mọi người đã khám phá cách để cải thiện thông lượng và tốc độ giao dịch của blockchain trong khi đảm bảo tính phi tập trung và an toàn, tức là giải quyết vấn đề mở rộng.

Hãy để chúng ta định nghĩa về độ sâu, tính bảo mật và khả năng mở rộng của blockchain:

Phi tập trung: bất kỳ ai cũng có thể trở thành nút tham gia vào hệ thống blockchain, số lượng nút càng nhiều, độ phi tập trung càng cao.
An toàn: Chi phí để có được quyền kiểm soát blockchain càng cao, độ an toàn càng cao.
Khả năng mở rộng: khả năng của blockchain để xử lý một lượng lớn giao dịch.

Sự phân tách lớn đầu tiên của mạng Bitcoin bắt nguồn từ vấn đề mở rộng. Vào ngày 1 tháng 8 năm 2017, Bitcoin ABC đã tự phát triển hệ thống khách hàng 8MB và bắt đầu hoạt động, dẫn đến sự phân tách lớn đầu tiên trong lịch sử Bitcoin, tạo ra đồng tiền mới BCH.

Mạng Ethereum cũng chọn hy sinh một phần khả năng mở rộng để đảm bảo an ninh và tính phi tập trung của mạng. Từ CryptoKitties năm 2017, đến sự nổi lên của DeFi summer, GameFi và NFT, nhu cầu của thị trường về thông lượng ngày càng tăng, nhưng Ethereum chỉ có thể xử lý 15-45 giao dịch mỗi giây. Điều này dẫn đến chi phí giao dịch tăng, thời gian thanh toán kéo dài, khiến phần lớn DApps khó có thể chịu đựng chi phí hoạt động. Giải pháp mở rộng lý tưởng là: nâng cao tốc độ giao dịch và thông lượng của mạng blockchain mà không hy sinh tính phi tập trung và an ninh.

2. Các loại giải pháp mở rộng

Chúng tôi phân loại các giải pháp mở rộng thành hai loại lớn: mở rộng trên chuỗi và mở rộng off-chain, dựa trên tiêu chuẩn "Có thay đổi một lớp mạng chính hay không".

2.1 Mở rộng trên chuỗi

Khái niệm cốt lõi: giải pháp đạt được hiệu quả mở rộng bằng cách thay đổi một lớp giao thức mạng chính, hiện tại giải pháp chính là phân mảnh.

Mở rộng chuỗi có nhiều phương án, bài viết này sẽ không mở rộng, chỉ liệt kê ngắn gọn hai loại:

Mở rộng không gian khối: Tăng số lượng giao dịch được đóng gói trong mỗi khối, nhưng sẽ giảm mức độ "phi tập trung".
Phân mảnh: Chia sổ cái blockchain thành nhiều phần, mỗi phần phụ trách ghi chép khác nhau. Có thể giảm áp lực tính toán của các nút, cải thiện tốc độ xử lý giao dịch và mức độ phi tập trung, nhưng sẽ giảm "độ an toàn" của toàn mạng.

Thay đổi giao thức mạng chính có thể gây ra những tác động tiêu cực khó lường, bất kỳ lỗ hổng bảo mật nào nhỏ nhất trong lớp nền đều có thể đe dọa nghiêm trọng đến tính an toàn của toàn bộ mạng.

2.2 Mở rộng off-chain

Khái niệm cốt lõi: giải pháp mở rộng không thay đổi giao thức mạng chính lớp 1 hiện tại.

Giải pháp mở rộng off-chain có thể được chia thành Layer2 và các giải pháp khác:

Layer2: Kênh trạng thái, Plasma, Rollups
Các giải pháp khác: Sidechains, Validium

3. Giải pháp mở rộng off-chain

3.1 Kênh trạng thái

3.1.1 Tóm tắt

Trạng thái kênh quy định rằng người dùng chỉ cần tương tác với mạng chính khi mở, đóng hoặc giải quyết tranh chấp kênh, để các tương tác giữa người dùng diễn ra off-chain, từ đó giảm thời gian và chi phí giao dịch, đạt được số lần giao dịch không giới hạn.

Kênh trạng thái là giao thức P2P đơn giản, phù hợp cho "các ứng dụng dựa trên lượt", như trò chơi cờ vua hai người. Mỗi kênh được quản lý bởi hợp đồng thông minh đa ký chạy trên mạng chính, hợp đồng này kiểm soát tài sản được gửi vào kênh, xác thực cập nhật trạng thái, và phân xử tranh chấp giữa các bên tham gia.

3.1.2 Thời gian

2015/02: Joseph Poon và Thaddeus Dryja phát hành bản nháp white paper về mạng lưới Lightning.
2015/11: Jeff Coleman lần đầu tiên hệ thống hóa khái niệm State Channel.
2016/01: Joseph Poon và Thaddeus Dryja chính thức công bố tài liệu trắng về mạng lưới ánh sáng.
2017/11: Tiêu chuẩn thiết kế State Channel đầu tiên dựa trên khung Payment Channel có tên Sprites được đề xuất.
2018/06: Counterfactual đã đưa ra thiết kế Kênh Trạng thái Tổng quát chi tiết.
2018/10: Đề xuất khái niệm Mạng Kênh Trạng thái và Kênh ảo.
2019/02: Khái niệm kênh trạng thái được mở rộng đến N-Party Channels, Nitro là giao thức đầu tiên được xây dựng dựa trên ý tưởng này.
2019/10: Pisa mở rộng khái niệm Watchtowers, giải quyết vấn đề người tham gia cần phải trực tuyến liên tục.
2020/03: Hydra đã đề xuất Kênh Isomorphic Nhanh.

3.1.3 Nguyên lý kỹ thuật

Quy trình làm việc của kênh trạng thái:

Người tham gia triển khai hợp đồng đa ký trên mạng chính và gửi tiền để khóa, sau khi cả hai bên ký xác nhận, kênh sẽ được mở.
Người tham gia có thể thực hiện giao dịch miễn phí không giới hạn số lần trên off-chain.
Các bên tham gia lần lượt gửi cập nhật trạng thái cho nhau, chờ đối phương ký xác nhận.
Khi đóng kênh, bất kỳ người tham gia nào cũng có thể đưa ra yêu cầu giao dịch trên mạng chính. Nếu được tất cả các thành viên phê duyệt, sẽ được thực hiện ngay lập tức; nếu không sẽ chờ kết thúc "thời gian thách thức" để thực hiện.

3.1.4 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Xác nhận giao dịch ngay lập tức
Phí giao dịch thấp
Khả năng thông lượng cao
Bảo mật tốt

Nhược điểm:

Cần khóa vốn
Cần giám sát trực tuyến liên tục
Tương tác phức tạp khó thực hiện
Có thể gặp khó khăn trong thời gian thách thức khi đóng kênh
Khó mở rộng cho các giao dịch đa bên

3.1.5 Ứng dụng

Chủ yếu bao gồm mạng lưới Bitcoin Lightning, mạng lưới Ethereum Lightning và Celer Network.

Mạng lưới ánh sáng Bitcoin:

Được đề xuất lần đầu vào tháng 2 năm 2015
Phiên bản mainnet được phát hành vào tháng 3 năm 2018
Hiện tại (2022 năm 11 tháng ) có 76,236 kênh thanh toán, quỹ kênh là 5049 BTC
Hệ sinh thái bao gồm thanh toán, ví, quản lý nút và hơn 100 ứng dụng khác.

Mạng điện Ethereum:

Thành lập năm 2017
Phát hành khách hàng chính thức đầu tiên vào tháng 5 năm 2020
Hiện tại phát triển chậm, ngưỡng sử dụng cao, công nghệ mở rộng tiên tiến hơn xuất hiện

Celer Network:

Thành lập năm 2018
Mạng chính ra mắt vào tháng 7 năm 2019
Hiện tại đã chuyển đổi thành nền tảng mở rộng L2 đa chuỗi

3.1.6 So sánh ứng dụng

Mạng lưới Lightning của Bitcoin là成熟 nhất và có hệ sinh thái phong phú nhất. Mạng lưới Lightning của Ethereum và Celer Network đã lần lượt chuyển đổi. Nhìn chung, công nghệ kênh trạng thái phù hợp với các tình huống thanh toán nhỏ và tần suất cao, nhưng có những hạn chế trong các tình huống ứng dụng phức tạp.

3.2 Sidechains

3.2.1 Tóm tắt

Chuỗi bên là hình thức blockchain xuất hiện để tăng tốc giao dịch Bitcoin, có thể sử dụng hợp đồng phức tạp hơn hoặc cải thiện cơ chế đồng thuận. Kết quả giao dịch của chuỗi bên cuối cùng sẽ được ghi lại ở phía xác thực, là cơ sở hạ tầng gắn liền với chuỗi chính và hỗ trợ chuỗi chính giải quyết vấn đề.

3.2.2 Thời gian

2012/01: Khái niệm sidechain của Bitcoin lần đầu tiên được đưa ra
2014/10: Bài báo về sidechain Bitcoin được công bố
2017/04: Mạng POA ra mắt thử nghiệm
2017/10: Matic Network khởi động
2017/12: Mạng POA chính thức ra mắt
2018/01: Mạng thử nghiệm Skale chính thức ra mắt
2018/10: Ra mắt mạng thử nghiệm xDai Chain
2020/06: Ra mắt mạng chính Skale
2020/06: Matic PoS Chain chính thức ra mắt trên mạng chính
2021/02:Matic Network đã đổi tên thành Polygon Network
2021/02: Mạng chính Ronin của Axie Infinity ra mắt trên chuỗi bên.
2021/12:xDai Chain hợp nhất với Gnosis Dao thành Gnosis Chain
2022/03: Mạng POA hợp nhất vào Chuỗi Gnosis

3.2.3 Nguyên lý kỹ thuật

Có hai loại công nghệ cross-chain chính cho sidechain:

Neo hai (Symmetric Pegged): Người xác thực chuỗi chính và chuỗi phụ ghi lại trạng thái của nhau theo thời gian thực.

Quy trình chính:

Người dùng gửi tài sản đến địa chỉ đặc biệt
Gửi bằng chứng đến chuỗi phụ sau khi thời gian xác nhận kết thúc
Chờ đợi kết thúc thời gian thách thức
Người dùng có thể sử dụng tài sản được đóng gói mới được đúc trên chuỗi phụ

Không phối hợp neo ( Asymmetric Pegged ): Các validator của sidechain giám sát hoạt động của mainchain, mainchain xác minh giao dịch sidechain thông qua cơ chế Certifiers.

Certifiers ghi lại:

ID hợp đồng thông minh, ID người xác thực và các thông tin khác
Danh sách chuyển nhượng
Danh sách báo cáo lỗi
Tập hợp tất cả các chữ ký

Hiện tại, nhiều sidechain sử dụng người chứng thực bên thứ ba ( PoA ) hoặc Relayers làm lớp trung gian để thực hiện cross-chain.

Tóm tắt cơ chế chuỗi bên: Chuỗi phụ: Chuỗi chính khóa tài sản, chuỗi phụ tạo ra tài sản đóng gói Mainchain: Sidechain tiêu hủy tài sản đóng gói, Mainchain mở khóa tài sản

An toàn của tài sản chuỗi phụ phụ thuộc vào cơ chế đồng thuận của chuỗi phụ.

3.2.4 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Xác nhận nhanh chóng
Phí giao dịch thấp
Khả năng thông lượng cao
Tính linh hoạt cao

Nhược điểm:

Độ sâu kém
Độ sâu trung tâm thấp
Chi phí xuyên chuỗi cao
Phân tán thanh khoản

3.2.5 Ứng dụng

Chủ yếu bao gồm xDai( hiện Gnosis Chain), Polygon và Ronin.

xDai(Chuỗi Gnosis):

Ra mắt mạng chính vào tháng 9 năm 2018
Sáp nhập với Gnosis vào tháng 11 năm 2021
Sử dụng cơ chế đồng thuận PoSDAO
Hiện tại TVL khoảng $53M, có 35 dự án đang diễn ra

Polygon:

Thành lập năm 2017
Mạng chính ra mắt vào tháng 6 năm 2020
Hiện tại chuyển đổi thành bộ tổng hợp mở rộng L2
Có hơn 37k DApp, tổng số giao dịch 1.8B, hơn 135M người dùng

Ronin:

Mạng chính ra mắt vào tháng 3 năm 2021
Phát triển trò chơi Axie Infinity
Sử dụng đồng thuận PoA, tối đa 25 nút xác thực
Đã từng chịu đựng các cuộc tấn công của hacker nghiêm trọng

3.2.6 So sánh ứng dụng

xDai tập trung vào các tình huống thanh toán, Polygon phát triển thành một bộ mở rộng, Ronin được thiết kế đặc biệt cho trò chơi. Nhìn chung, các chuỗi phụ thể hiện tốt về hiệu suất và tính linh hoạt, nhưng có thiếu sót về mặt an ninh và tính phi tập trung.

3.3 Plasma

3.3.1 Tóm tắt

Plasma là một khung xây dựng DApp có thể mở rộng, nhằm giảm thiểu niềm tin của người dùng vào các nhà điều hành sidechain. Nguyên tắc cơ bản của Plasma là, ngay cả khi chuỗi Plasma gặp sự cố bảo mật, tài sản của người dùng vẫn có thể được rút về mạng chính.

3.3.2 Thời gian

2017/08: Vitalik và Joseph Poon đã đề xuất tài liệu trắng Plasma
2018/01: Vitalik đề xuất Plasma MVP
2018/03: Vitalik đề xuất Plasma Cash
2018/06: Dan Robinson đề xuất Plasma Debit
2018/11: Quỹ BANKEX đã đề xuất Plasma Prime
Cuối năm 2018: Tiến độ phát triển đã dừng lại
Từ năm 2019: Cộng đồng Ethereum bắt đầu khám phá Rollups

3.3.3 Nguyên lý kỹ thuật

Ba ý tưởng cốt lõi:

off-chain thực thi: mạng chính không xác minh tất cả các giao dịch
Cam kết trạng thái: Operator định kỳ gửi Merkle Root
Cơ chế rút tiền: Người dùng cần chứng minh có tiền có thể rút.

Sử dụng quy trình:

Người dùng gửi tiền vào hợp đồng trên mạng chính
Người dùng giao dịch trên chuỗi Plasma
Operator đóng gói giao dịch và gửi cam kết trạng thái
Người dùng phải nộp chứng minh và chờ đợi thời gian thách thức

3.3.4 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

Khả năng thông qua cao
Phí giao dịch thấp
Kế thừa tính an toàn của mạng chính

Nhược điểm:

Cơ chế thoát phức tạp
Vấn đề khả năng dữ liệu
Chức năng hợp đồng thông minh bị hạn chế
Vấn đề thoát quy mô lớn

3.3.5 Ứng dụng

Chủ yếu bao gồm

Xem bản gốc

Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.

10 thích