Kiến thức cơ bản về mạng lưới 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 trở lại chú ý đến Bitcoin. Trong sự phát triển công nghệ của hệ sinh thái Bitcoin, xây dựng lớp thứ hai là trọng tâm hàng đầu. Bài viết này tóm tắt kiến thức cơ bản về lớp thứ hai của Bitcoin, hy vọng có thể gợi ý cho những ý tưởng mới và thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực này.

Thế giới blockchain bắt đầu với 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 mà lớp thứ hai cần hoàn thành

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

1.1 Các đặc tính cơ bản và nhu cầu của blockchain

Blockchain có thể được coi là một "máy tính thế giới". Chúng ta hiểu nhiều đặc điểm của blockchain từ góc độ này:

• Công khai minh bạch: Đây là đặc điểm lưu trữ dữ liệu và thực hiện lệnh của blockchain, cũng là đặc điểm nhu cầu nội bộ cần sự tham gia tính toán của nhiều nút phân tán toàn cầu.

• Phi tập trung: Đây là đặc điểm kiến trúc của blockchain, mức độ phi tập trung và khả năng chịu lỗi được hỗ trợ bởi lý thuyết tướng lĩnh Byzantine. Mức độ phi tập trung là một chỉ số quan trọng về độ an toàn của blockchain.

• An toàn: Được tạo thành từ nhu cầu nội tại do đặc điểm kiến trúc và nhu cầu bên ngoài của người dùng. Được đảm bảo từ góc độ vi mô bằng công nghệ mật mã, và từ góc độ vĩ mô bằng kiến trúc phi tập trung.

• Khả năng tính toán: Một chức năng chính của blockchain là khả năng tính toán. Thông thường được xem xét dựa trên việc có phải là Turing hoàn chỉnh hay không.

• Hiệu suất: Trong trường hợp có cùng khả năng tính toán, hiệu suất là một khả năng chính khác để đánh giá blockchain. Thông thường được đo bằng TPS.

• Lưu trữ: Blockchain có chức năng lưu trữ dữ liệu. Hiện tại, hầu hết đều lưu trữ trong khối, còn lưu trữ trên chuỗi ngoài khối chuyên nghiệp vẫn đang trong quá trình phát triển.

• Quyền riêng tư: yêu cầu giữ phạm vi quyền hạn của nhà 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.

Những đặc điểm này chủ yếu bị giới hạn bởi tam giác không thể, chẳng hạn như giả thuyết DSS ( phân quyền, tính bảo mật, khả năng mở rộng ) và nguyên lý CAP ( tính nhất quán, tính khả dụng, khả năng chịu lỗi phân vùng ).

1.2 Vai trò của xây dựng lớp hai

Xây dựng lớp hai cần mở rộng những thiếu sót của hệ thống lớp một, hoàn thành những việc mà hệ thống lớp một không thích hợp để thực hiện. Chủ yếu là:

• Mở rộng khả năng cơ bản: công khai minh bạch, phi tập trung, an toàn, khả năng tính toán, hiệu suất, lưu trữ, quyền riêng tư, v.v.
• Giảm chi phí: Thông thường, chi phí tổng hợp của các giao dịch thực hiện trên một lớp mạng là khá cao
• Tính năng tùy chỉnh: Điều chỉnh mức thực hiện của các tính năng khác nhau cho một số ứng dụng nhất định.

Tóm tắt theo ba chiều: tăng dung lượng, giảm chi phí, và tính năng tùy chỉnh.

1.3 Tại sao phải thực hiện thiết kế phân lớp?

Thiết kế phân lớp là một phương pháp và phương pháp để xử lý các hệ thống phức tạp, thông qua việc phân chia nhiều cấu trúc lớp và định nghĩa mối quan hệ và chức năng của từng lớp, đạt được tính mô-đun, khả năng bảo trì và khả năng mở rộng của hệ thống.

Ưu điểm của thiết kế phân lớp:

1. Các lớp độc lập, không cần biết chi tiết thực hiện của lớp dưới.
2. Tính linh hoạt tốt, sự thay đổi ở một lớp không ảnh hưởng đến các lớp khác
3. Cấu trúc có thể phân tách, mỗi lớp có thể sử dụng công nghệ phù hợp nhất
4. Dễ dàng thực hiện và bảo trì
5. Thúc đẩy tiêu chuẩn hóa

Thiết kế phân tầng mô-đun là một phương pháp hiệu quả trong lĩnh vực công nghệ để xử lý các dự án lớn với nhiều chức năng, cần sự hợp tác của nhiều người và liên tục cải tiến.

2. Một số ý tưởng xây dựng Layer2 của Bitcoin

Bitcoin có ba con đường chính cho xây dựng lớp hai:

1. Lộ trình mở rộng dựa trên chuỗi: tương tự như lớp hai EVM, là cấu trúc blockchain.
2. Đường đi dựa trên phân tán: đại diện là mạng lưới Lightning, là cấu trúc phân tán
3. Lộ trình dựa trên hệ thống tập trung: đại diện là chỉ mục tập trung, là cấu trúc tập trung

Giải pháp nào tốt hơn? Có thể sử dụng tổng giá trị khóa (TVL) làm tiêu chuẩn đánh giá, giải pháp có TVL cao hơn sẽ tốt hơn. Theo thời gian và sự phát triển của công nghệ, giải pháp tối ưu sẽ thay đổi.

Đối với định nghĩa mạng lớp hai của Bitcoin: chỉ cần dựa vào mạng Bitcoin, thiết lập mối liên hệ kỹ thuật, một số đặc điểm vượt trội hơn mạng lớp một của Bitcoin, đều được coi là xây dựng mạng lớp hai của Bitcoin.

2.1 Xây dựng lớp thứ hai dựa trên chuỗi

Các chuỗi mô phỏng Bitcoin thời kỳ đầu đã thực hiện nhiều khám phá, chẳng hạn như "Colorcoin", "MasterCoin"; các chuỗi mô phỏng Bitcoin mở rộng khác nhau, chẳng hạn như BCH, BSV, BTG; và các công nghệ sidechain khác nhau đều dựa trên các trường hợp xây dựng mở rộng chuỗi.

Ethereum cũng có thể được coi là một cuộc khám phá cải tiến dựa trên Bitcoin. Sự cải tiến của Ethereum so với Bitcoin và sự phát triển của Ethereum Layer 2 đã cung cấp tham khảo cho sự phát triển mạng lưới Layer 2 dựa trên chuỗi của Bitcoin.

Xây dựng lớp thứ hai dựa trên chuỗi trong Bitcoin chủ yếu bao gồm hai loại chuỗi:

• Mô hình tài khoản tương thích với EVM: như Ethereum, Polygon, BSC, Arbitrum, v.v.
• Mô hình UTXO tương tự Bitcoin: như CKB(Nervos), Chia, v.v.

Ưu điểm của xây dựng lớp thứ hai dựa trên chuỗi:

• Giữ lại hầu hết các đặc điểm cơ bản của blockchain
• Giải quyết vấn đề Turing hoàn chỉnh
• Giảm đáng kể chi phí giao dịch
• Mở rộng khả năng mạng ở một mức độ nhất định
• Việc thực hiện kỹ thuật tương đối dễ dàng, có nhiều trường hợp khám phá.
• Ứng dụng cấp trên di chuyển thuận tiện, có thể nhanh chóng thực hiện

Nhược điểm:

• Bị giới hạn bởi các hạn chế của blockchain, hiệu suất cải thiện có hạn
• Có thể làm giảm mức độ phi tập trung hoặc an ninh

Phán đoán: Cấu trúc chuỗi dựa trên lớp hai có thể tồn tại nhiều dự án, trong các lĩnh vực dọc có một hoặc nhiều lớp hai, đáp ứng các nhu cầu ứng dụng khác nhau. Giá trị của nó được xác định bởi số lượng ứng dụng ở lớp trên và tổng giá trị.

2.2 Xây dựng lớp thứ hai dựa trên hệ thống phân tán

Một số xây dựng lớp hai dựa trên hệ thống phân tán, cấu trúc và khung không phải là cấu trúc blockchain, mà là hệ thống phân tán dựa trên Channel. Mạng Lightning là đại diện điển hình.

Xây dựng lớp thứ hai của hệ thống phân tán được chia thành hai loại:

1. Chỉ hoàn thành việc truyền giá trị, như mạng lưới ánh sáng
2. Hoàn thành việc truyền giá trị và tính toán Turing hoàn chỉnh, như RGB

Ưu điểm của việc xây dựng lớp thứ hai dựa trên phân phối:

• Hệ thống càng trở nên phi tập trung
• Có thể chứa vô số nút
• Tính riêng tư và khả năng chống kiểm duyệt tốt hơn
• Có khả năng mở rộng vô hạn, về lý thuyết hiệu suất rất lớn

Nhược điểm:

• Thực hiện công nghệ phức tạp
• Thiếu kinh nghiệm thực hiện dự án và cơ sở hạ tầng trong việc truyền tải giá trị
• Việc hiện thực hóa hệ thống Turing hoàn chỉnh là một thách thức lớn.

Phán đoán: Cấu trúc phân phối dựa trên Channel có thể chỉ tồn tại một vài dự án song song, lý do:

1. Hệ thống có khả năng mở rộng vô hạn
2. Độ khó kỹ thuật để thực hiện lớn

Hệ thống này yêu cầu thiết kế và ý tưởng mở hơn, có thể chứa nhiều người và đội ngũ tham gia hơn.

2.3 Xây dựng lớp thứ hai dựa trên hệ thống tập trung

Cấu trúc chỉ mục tập trung như Ordinals, hoặc một số chỉ mục của các nút chức năng là cấu trúc tập trung, cũng là một tư duy xây dựng lớp thứ hai.

Cách tư duy xây dựng này ít được công nhận, vì lớp hai quá tập trung, hạn chế sự mở rộng của mạng lớp một. Cấu trúc tập trung của lớp hai phụ thuộc vào các đặc tính cơ bản của blockchain của mạng lớp một, lớp hai chỉ thực hiện các tính toán đơn giản và chức năng thống kê.

Ưu điểm:

• Hệ thống tập trung rất phát triển
• Có nhiều trường hợp sử dụng và giải pháp tối ưu có sẵn
• Turing hoàn chỉnh và hiệu suất xuất sắc

Nhược điểm:

• Tầng hai cực kỳ tập trung
• Tất cả các đặc tính cơ bản của blockchain đều phụ thuộc vào một lớp mạng

Phán đoán: Các lớp thứ hai dựa trên cấu trúc tập trung có thể chỉ tồn tại một số dự án ít ỏi, thậm chí chỉ tồn tại tạm thời. Khi cấu trúc phân phối dựa trên chuỗi và Channel trở nên trưởng thành, hầu hết các lớp thứ hai xây dựng dựa trên cấu trúc tập trung có thể sẽ biến mất, hoặc chỉ để lại một số ít tình huống đặc biệt sử dụng.

3. Những vấn đề liên quan đến xây dựng lớp thứ hai

3.1 Kỹ thuật kết nối giữa lớp một và lớp hai

Công nghệ phát triển của Bitcoin như sửa đổi OP_RETURN, Taproot, chữ ký Schnorr, MAST, Tapscript, v.v. đều nên được thiết kế với mục đích kết nối mạng lớp một và lớp hai. Các công nghệ phổ biến kết nối blockchain lớp một và mạng lớp hai bao gồm:

• Công nghệ chuỗi chéo: thực hiện khả năng tương tác giữa các chuỗi khối khác nhau, chuyển giao tài sản qua chuỗi và tương tác.
• Công nghệ xác thực tách biệt: Tách biệt dữ liệu giao dịch một lớp, xử lý bằng xác thực lớp hai
• Công nghệ chuỗi bên: kết nối chuỗi chính và chuỗi bên, thực hiện truyền dữ liệu
• Công nghệ Kênh Nhà nước: Xây dựng kênh giao tiếp ngoài chuỗi, nâng cao tốc độ giao dịch và khả năng xử lý
• Công nghệ Plasma: xử lý phân mảnh dữ liệu giao dịch thành một lớp, được xác minh bởi lớp thứ hai

Khảo sát các chỉ số của công nghệ kết nối lớp một và lớp hai:

• Một lớp có thể xác thực giao dịch của lớp hai hay không
• Tài sản lớp một có thể thoát khỏi sự sụp đổ của lớp hai hay không
• Liệu công nghệ kết nối có làm giảm một số đặc tính của hệ thống không?

3.2 Tham khảo cấu trúc von Neumann để xem sự phát triển của blockchain

Công nghệ blockchain này có thể được so sánh và phân tích với cấu trúc Von Neumann của máy tính truyền thống. Năm thành phần chính của máy tính cấu trúc Von Neumann: bộ xử lý, bộ điều khiển, bộ nhớ, thiết bị nhập và thiết bị xuất. Trong hệ thống blockchain cũng tồn tại những thành phần tương tự.

Một số so sánh:

1. Mở rộng CPU tương tự như việc mở rộng khả năng tính toán và thông lượng ở lớp một và lớp hai.
2. Mở rộng bộ nhớ sẽ từ không gian trên chuỗi cạnh tranh, đến việc sử dụng lưu trữ blockchain thực sự.
3. Thiết bị đầu vào và đầu ra trong hệ thống blockchain là oracle
4. Một số chuỗi đặc biệt và chức năng tương tự như GPU của máy tính truyền thống, thẻ thiết bị chuyên dụng, v.v.
5. Ứng dụng trên chuỗi và ứng dụng cấp cao hơn tương tự như giai đoạn mà máy tính truyền thống chưa phân biệt hệ điều hành và phần mềm ứng dụng.
6. Ứng dụng blockchain sẽ mở rộng từ các ứng dụng tài chính ban đầu sang các ứng dụng rộng rãi hơn.

4. Tình hình xây dựng Layer2 của Bitcoin hiện tại

4.1 Các dự án Bitcoin Layer 2 đã hoạt động

1. Mạng Lightning (Lightning Network )

• Xây dựng lớp thứ hai dựa trên phân phối
• Được đề xuất vào năm 2015, thực hiện đầy đủ vào năm 2018
• Đặc điểm: nhanh chóng, chi phí thấp, có thể mở rộng
• Thực hiện giao dịch ngoài chuỗi thông qua kênh thanh toán, giảm đáng kể thời gian xác nhận và chi phí
• Đối mặt với các thách thức về độ ổn định mạng, thuật toán định tuyến, v.v.

2. Thanh khoản

• Xây dựng lớp thứ hai dựa trên chuỗi
• Giải pháp sidechain được Blockstream giới thiệu vào năm 2015
• Đặc điểm: xác nhận giao dịch nhanh chóng (2 phút ), tính riêng tư giao dịch, khả năng xử lý cao.
• Sử dụng công nghệ Giao dịch Bảo mật để ẩn số tiền giao dịch
• Sử dụng công nghệ Federated Peg hỗ trợ nhiều giao dịch song song

3. Rootstock(RSK)

• Xây dựng lớp hai dựa trên chuỗi
• Được đề xuất vào năm 2015, chính thức ra mắt vào năm 2018
• Đặc điểm: Neo gắn kết hai chiều với Bitcoin, hỗ trợ hợp đồng thông minh
• Cung cấp chức năng giống như Ethereum cho Bitcoin
• Phát triển tương đối chậm, nhưng có tiềm năng trở thành nền tảng hợp đồng thông minh quan trọng

4. RGB

• Xây dựng lớp hai dựa trên phân tán + Turing đầy đủ
• Nguồn gốc từ năm 2016, được phát triển bởi Hiệp hội tiêu chuẩn LNP/BP
• Đặc điểm: Có thể mở rộng, bảo mật, không cần giới thiệu token trong giao thức phi tập trung
• Áp dụng khái niệm xác thực phía khách hàng và niêm phong một lần
• Phát hành token có thể thực thi, đúc NFT, DeFi, DAO và các hợp đồng thông minh phức tạp khác

5. Stacks

• Xây dựng lớp hai dựa trên chuỗi
• Được đề xuất vào năm 2013, tiến hành ICO vào năm 2017
• Đặc điểm: Cung cấp chức năng xác thực danh tính phi tập trung, lưu trữ và hợp đồng thông minh
• Áp dụng cơ chế đồng thuận "Stacking"
• Đã trở thành một trong những nền tảng quan trọng trong lĩnh vực ứng dụng phi tập trung

6. Các dự án mới nổi khác

• B² Network: Phát triển dựa trên ZK-Rollup, tương thích với EVM
• BEVM: L2 Bitcoin phi tập trung tương thích với EVM
• Dovi: Layer2 Bitcoin tương thích với hợp đồng thông minh EVM
• Map Protocol: Tập trung vào giao thức chuỗi chéo
• Merlin Chain: Tích hợp mạng ZK-Rollup, oracle phi tập trung và mô-đun chống gian lận BTC trên chuỗi
• Bison: zk-rollup gốc của Bitcoin

4.2 Bit