Kiến thức cơ bản về mạng lớp hai của Bitcoin

Sự trỗi dậy của các ký hiệu Bitcoin đã mang lại sức sống mới cho hệ sinh thái Bitcoin, khiến nhiều người quay trở lại chú ý đến Bitcoin. Có ý kiến cho rằng, điều này đã mở ra chiếc hộp Pandora của hệ sinh thái Bitcoin. Trong nhiều phát triển công nghệ của hệ sinh thái Bitcoin, việc xây dựng lớp hai đặc biệt quan trọng. Bài viết này dựa trên một số bài viết nổi tiếng trên mạng, trao đổi với nhiều chuyên gia trong ngành, cũng như những kinh nghiệm khám phá của nhóm chúng tôi trong thiết kế và phát triển sản phẩm Web3, tổng hợp kiến thức cơ bản về lớp hai của Bitcoin. Hy vọng có thể gợi ý cho nhiều người hoàn thiện những ý tưởng liên quan, thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực này.

Có ý kiến cho rằng, thế giới blockchain bắt đầu với Bitcoin và kết thúc với hệ sinh thái Bitcoin. Ethereum thực ra cũng là một dạng khám phá công nghệ sidechain của Bitcoin.

Trong bài viết này, "xây dựng lớp hai" và "xây dựng mạng lớp hai" cơ bản đồng nghĩa, xây dựng lớp hai là một khái niệm rộng hơn. Để giữ cho nhất quán với cách nói thường dùng trong ngành, bài viết cũng sẽ sử dụng cụm từ "xây dựng mạng lớp hai".

1. Sứ mệnh của mạng lớp hai

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

1.1 Các đặc tính cơ bản và nhu cầu của blockchain

Chúng tôi áp dụng khái niệm mà Vitalik đã đưa ra: Blockchain là một "máy tính thế giới". Từ góc độ này, việc hiểu rõ về nhiều đặc điểm của blockchain sẽ dễ dàng hơn. Phần sau cũng sẽ phân tích khả năng phát triển của "máy tính thế giới" này dựa trên cấu trúc von Neumann trong máy tính.

Một số đặc điểm cơ bản của blockchain:

Công khai và minh bạch: Đây là đặc điểm lưu trữ dữ liệu và thực hiện chỉ thị của "máy tính thế giới" blockchain, cũng là đặc điểm nhu cầu nội tại cần sự tham gia tính toán của nhiều nút phân tán trên toàn cầu. Đặc điểm này chính xác đáp ứng quyền được biết về dữ liệu của người sử dụng, 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 đều dựa trên lý thuyết tướng quân Byzantine. Hệ thống không phải tướng quân Byzantine về lý thuyết không phải là hệ thống blockchain. Mức độ phi tập trung là một chỉ số quan trọng về độ an toàn của blockchain, cũng là nền tảng cho một số đặc điểm.

An toàn: An toàn được hình thành từ nhu cầu nội tại do đặc điểm kiến trúc của "máy tính toàn cầu" và nhu cầu bên ngoài của người sử dụng. Từ góc độ vi mô, an toàn được đảm bảo bởi các công nghệ liên quan đến mật mã, trong khi từ góc độ vĩ mô, nó được đảm bảo bởi tính phi tập trung của kiến trúc, do đó không bị ảnh hưởng bởi sự giả mạo dữ liệu vi mô hoặc sự phá hủy kiến trúc vĩ mô của "máy tính toàn cầu".

Tính toán khả năng: Một trong những chức năng chính của máy tính thế giới blockchain là khả năng tính toán. Để đo lường chỉ số này, chúng tôi thường xem xét xem nó có đủ Turing hay không. Một số chuỗi để giữ lại các đặc điểm chính của mình, đã được thiết kế cố ý không đủ Turing. Ví dụ, mạng Bitcoin, Satoshi Nakamoto không chỉ làm cho mã lệnh của nó không đủ Turing, mà còn cố tình xóa bớt một số tập lệnh trong quá trình phát triển, nhằm giữ cho tính ổn định và an toàn. Tất cả các công nghệ đủ Turing đều nhằm mở rộng khả năng tính toán của blockchain. Từ góc độ thiết kế phân lớp, các hệ thống đơn giản hơn phù hợp hơn để làm lớp nền.

Hiệu suất: Trong trường hợp có cùng khả năng tính toán, hiệu suất là một khả năng chính khác để đánh giá máy tính trong thế giới blockchain. Thông thường, nó được đo bằng TPS, tức là số lượng giao dịch được xử lý mỗi giây.

Lưu trữ: Blockchain được mô tả là "máy tính toàn cầu", vì vậy nó phải có chức năng lưu trữ, đó là khả năng ghi lại dữ liệu. Hiện tại, hầu hết đều được lưu trữ trong khối, trong khi lưu trữ ngoài chuỗi chuyên nghiệp hơn vẫn đang trong quá trình phát triển.

Quyền riêng tư: Quyền riêng tư là một nhu cầu phân đoạn trong "máy tính thế giới", tức là yêu cầu giữ phạm vi quyền hạn 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 có một chỉ số tổng hợp về khả năng mở rộng, thường đề cập đến 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. Ngoài ra còn có một số khả năng kết nối, hoặc một số khả năng trong các tình huống cụ thể khác, ở đây không đi sâu vào thảo luận, khi gặp những tình huống đặc biệt này, sẽ phân tích chi tiết hơn.

Trong những đặc tính cơ bản của các blockchain này, hầu hết đều bị hạn chế bởi tam giác không thể. Ví dụ, giả thuyết DSS tức là phân quyền (Decentralization, D), an toàn (Security, S) và khả năng mở rộng (Scalability, S).

Trong hệ thống phân tán, tam giác không thể giống nhau là nguyên lý CAP, CAP chỉ ra rằng trong một hệ thống phân tán, Consistency( tính nhất quán), Availability( tính khả dụng), và Partition tolerance( khả năng chịu phân vùng) không thể đạt được đồng thời. Hệ thống blockchain là một hệ thống phân tán có vấn đề tướng Byzantine, vì vậy cũng áp dụng nguyên lý CAP.

1.2 Vai trò của xây dựng lớp thứ hai

Các vai trò nào cần hoàn thành trong việc xây dựng lớp hai? Cung cấp những chức năng nào? Việc xây dựng lớp hai chắc chắn là để mở rộng những thiếu sót của hệ thống lớp một, sẽ không phù hợp để hoàn thành những việc không thể thực hiện trên hệ thống lớp một, mà hoàn thành trên việc xây dựng lớp hai.

Từ những đặc điểm của blockchain mà chúng ta đã tổng hợp ở trên, chúng ta có thể rút ra một kết luận sơ bộ, đó là nhất định phải mở rộng những khả năng cơ bản này: công khai minh bạch, phi tập trung, 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 được giải quyết, đó là giảm chi phí, thường thì chi phí tổng hợp cho việc thực hiện giao dịch trên một mạng lớp một là khá cao, cần sử dụng mạng lớp hai để giảm chi phí này.

Tóm lại, để tăng dung lượng, giảm chi phí và các đặc tính tùy chỉnh, tất cả các giải pháp đều là xây dựng lớp hai. Về các đặc tính tùy chỉnh, hiện tại vẫn chưa rõ ràng, hoặc thường bị ẩn giấu trong hai đặc tính đầu tiên, có một số điều khó hiểu. Chúng ta có thể hiểu như sau, đặc tính của mạng lớp một đối với nhiều ứng dụng có mức độ cần thiết khác nhau, có thể điều chỉnh lại mức độ thực hiện của các đặc tính khác nhau cho một số ứng dụng trên lớp hai.

Trong việc xây dựng lớp hai, khả năng cơ bản của blockchain sẽ có sự lựa chọn khác nhau, sẽ giảm bớt một số đặc tính, thậm chí từ bỏ một số đặc tính, để đổi lấy sự cải thiện đáng kể của một số đặc tính. Ví dụ: một số lớp hai để cải thiện hiệu suất sẽ giảm mức độ phi tập trung, sẽ giảm độ an toàn; một số lớp hai để tăng thông lượng, như mạng Lightning, sẽ thay đổi cấu trúc hệ thống và cách thức thanh toán. Cũng có một số lớp hai không giảm thiểu các đặc tính cơ bản, nhưng tăng cường một số đặc tính, chẳng hạn như cách xử lý RGB, rõ ràng tăng cường tính riêng tư và khả năng chống kiểm duyệt, nhưng làm tăng độ khó trong việc thực hiện kỹ thuật. Trong các trường hợp sau, chúng ta sẽ thấy việc đồng thời giảm hoặc thay đổi một số đặc tính trong việc xây dựng lớp hai.

Trong đó, việc giảm chi phí nên là một nhu cầu cơ bản của tất cả các dự án xây dựng lớp thứ hai.

1.3 Tại sao phải thực hiện thiết kế phân lớp?

Thiết kế phân lớp 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 lớp và định nghĩa mối quan hệ và chức năng giữa các lớp, nhằm đạt được tính mô-đun, khả năng bảo trì và khả năng mở rộng cho 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 lớn và phức tạp, việc sử dụng phân lớp sẽ mang lại lợi ích rõ rệt. Điều này giúp mọi người dễ hiểu, dễ phân công thực hiện và dễ cải tiến theo từng mô-đun. 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 tầng là độc lập với nhau. Một tầng không cần biết tầng tiếp theo được thực hiện như thế nào, mà chỉ cần biết tầng đó cung cấp dịch vụ thông qua giao diện giữa các tầng. Như vậy, độ phức tạp của toàn bộ vấn đề đã giảm xuống. Nói cách khác, cách thức làm việc của tầng trước không ảnh hưởng đến công việc của tầng tiếp theo, vì vậy khi thiết kế công việc cho mỗi tầng, chỉ cần đảm bảo giao diện không thay đổi, có thể tùy ý điều chỉnh cách làm việc trong tầng.

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

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

4.Dễ dàng thực hiện và bảo trì. Cấu trúc này làm cho 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 chia thành nhiều hệ thống con tương đối độc lập. Khi gỡ lỗi và bảo trì, có thể gỡ lỗi riêng cho từng lớp, tránh tình huống không tìm ra và giải quyết sai vấn đề.

5.Có thể thúc đẩy công việc chuẩn hóa. Bởi vì chức năng của mỗi lớp và các dịch vụ mà nó cung cấp đã được mô tả một cách chính xác. Lợi ích của việc chuẩn hóa là có thể dễ dàng thay thế một lớp nào đó, rất thuận tiện 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 kỹ thuật đối với một chức năng lớn, cần sự hợp tác của nhiều người và liên tục cải tiến các dự án kỹ thuật, và đây là phương pháp đã được kiểm nghiệm trong thực tiễn, có hiệu quả.

2. Một số hướng xây dựng Layer2 của Bitcoin

Bitcoin có ba lộ trình xây dựng nổi bật cho lớp hai:

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

(2)Dựa trên lộ trình phân phối, với mạng chớp làm đại diện, là cấu trúc phân phối.

(3)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 những sản phẩm đang trong quá trình khám phá. Đối với phương pháp đầu tiên, nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của Ethereum và sự khám phá của các chuỗi mô phỏng Bitcoin khác, việc mở rộng lớp thứ 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 cũng chậm hơn, điển hình là mạng Lightning. Phương pháp thứ ba rất gây tranh cãi, vì nó không giống như một công trình lớp thứ hai, nhưng dường như lại hoàn thành chức năng của một công trình lớp thứ hai.

Giải pháp xây dựng lớp hai nào là tốt hơn? Chúng ta sử dụng kết quả thị trường làm tiêu chuẩn đánh giá, mạng lớp hai nào có tổng giá trị bị 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 thay đổi.

Đối với định nghĩa mạng lớp hai của Bitcoin, chỉ cần dựa vào mạng Bitcoin, và thiết lập mối liên hệ kỹ thuật với mạng Bitcoin, một số đặc tính vượt trội hơn mạng lớp một của Bitcoin, đều được coi là xây dựng mạng 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 được coi là xây dựng lớp hai. Dựa trên đánh giá này, chúng ta nên công nhận loại xây dựng mạng lớp hai thứ ba, tức là xây dựng lớp hai với cấu trúc tập trung.

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

![Một tài liệu tổng hợp kiến thức cơ bản về mạng lớp hai của Bitcoin])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-2c2d6311345cff334bcb6338cbfe47bd.webp(

) 2.1 Xây dựng lớp thứ hai dựa trên chuỗi

Các chuỗi mô phỏng Bitcoin sớm đã thực hiện nhiều cuộc khám phá, như "Colorcoin"###