Layer 2 là gì? Ưu và nhược điểm của 2 loại Ethereum rollup chính

Mạng blockchain lớn thứ hai thế giới Ethereum liên tục phải vật lộn với các vấn đề về khả năng mở rộng do tính phổ biến và tình trạng tắc nghẽn mạng ngày càng gia tăng. Kể từ giữa năm 2014, khái niệm về chain Layer 2 đã xuất hiện – một bước tiến quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng của các blockchain hiện tại

Khi nhiều người dùng và DApp được phát hành, chi phí giao dịch tăng vọt và thời gian xử lý chậm lại đáng kể. Để giải quyết những thách thức này, các nhà phát triển đã khám phá nhiều giải pháp mở rộng quy mô khác nhau để tối ưu hóa Layer 2, trong đó việc triển khai Ethereum đang nổi lên như một trong những phương pháp hứa hẹn nhất.

Layer 2 là gì?

Layer 2 (L2) là khái niệm trong công nghệ blockchain dùng để chỉ các giải pháp hoặc giao thức được xây dựng trên một blockchain hiện có (L1) nhằm cải thiện khả năng mở rộng, tốc độ giao dịch và giảm chi phí giao dịch. Các giải pháp L2 hoạt động bằng cách xử lý các giao dịch bên ngoài chain chính (L1) nhưng vẫn đảm bảo an toàn và bảo mật bằng cách liên kết trở lại chain chính khi cần thiết.

L1 vs L2

• L1: là layer nền tảng của blockchain, ví dụ như Bitcoin, Ethereum. Các giao dịch trên L1 được xử lý và xác nhận trực tiếp trên blockchain này.
• L2: là các giao thức hoặc giải pháp được xây dựng trên L1 nhằm cải thiện hiệu suất của blockchain bằng cách xử lý các giao dịch ngoài chain chính.

Mục tiêu 

• Tăng cường khả năng mở rộng: L2 giúp blockchain xử lý nhiều giao dịch hơn mà không bị tắc nghẽn.
• Giảm chi phí giao dịch: Bằng cách xử lý các giao dịch ngoài chain chính, L2 có thể giảm phí giao dịch.
• Tăng tốc độ giao dịch: L2 giúp xử lý giao dịch nhanh hơn so với việc xử lý trực tiếp trên L1.

Các loại giải pháp L2

• State Channel (Kênh trạng thái): Là các kênh giao dịch mở giữa các bên, cho phép họ thực hiện nhiều giao dịch offchain. Chỉ khi kênh này đóng lại, trạng thái cuối cùng mới được ghi lại trên chain chính. Ví dụ: Lightning Network của Bitcoin.
• Rollup: Gộp nhiều giao dịch lại thành một và ghi lại trên chain chính, giúp giảm tải cho L1. Rollup có hai loại chính: ZK-Rollup (Zero-Knowledge Rollup) và Optimistic Rollup.
• Plasma: Tạo ra các child chain để xử lý các giao dịch nhỏ lẻ, và sau đó chỉ gửi thông tin tổng hợp về các giao dịch này trở lại chain chính.
• Sidechain: Các blockchain độc lập chạy song song với chain chính, có khả năng tương tác với chain chính thông qua các cầu nối (bridge).

Ưu điểm 

• Hiệu suất cao: Cho phép xử lý số lượng lớn giao dịch một cách nhanh chóng với chi phí thấp.
• Tính linh hoạt: Dễ dàng triển khai và tương thích với nhiều loại ứng dụng khác nhau, từ DeFi đến game blockchain.

Nhược điểm và thách thức

• Bảo mật: Dù các giải pháp L2 giúp giảm tải cho L1, nhưng việc đảm bảo an toàn và bảo mật của các giao dịch offchain vẫn là một thách thức.
• Phức tạp trong triển khai: Việc triển khai và duy trì các giải pháp L2 có thể phức tạp và yêu cầu sự hiểu biết sâu về công nghệ blockchain.

Ứng dụng của Layer 2

• Tài chính phi tập trung (DeFi): Giảm thiểu phí giao dịch và tăng tốc độ giao dịch cho các ứng dụng DeFi.
• Giao dịch tiền điện tử: Các sàn giao dịch phi tập trung (DEX) sử dụng L2 để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí giao dịch.
• Game blockchain: L2 cho phép các game blockchain xử lý nhiều giao dịch trong game một cách nhanh chóng với chi phí thấp.
• Thanh toán vi mô: L2 phù hợp với các ứng dụng thanh toán vi mô, nơi yêu cầu giao dịch nhanh và chi phí thấp.

Chi tiết về Ethereum rollup

Ethereum rollup là một giải pháp mở rộng quy mô Layer 2, xử lý nhiều giao dịch ngoài blockchain Ethereum chính (L1), gộp chúng thành một giao dịch duy nhất và sau đó gửi trở lại chain chính. Bằng cách di chuyển phần lớn quá trình xử lý giao dịch ra khỏi chain chính, rollup có thể tăng đáng kể thông lượng của mạng Ethereum đồng thời giảm phí gas cho người dùng.

Rollup được thiết kế để duy trì tính bảo mật và phân cấp của mainnet Ethereum đồng thời cải thiện khả năng mở rộng cho mạng bằng cách tận dụng chain chính để lưu trữ dữ liệu và giải quyết tranh chấp trong khi thực hiện các giao dịch trên một layer riêng biệt. Cách tiếp cận này cho phép các rollup được hưởng lợi từ tính bảo mật của Ethereum trong khi giảm thiểu tải trọng cho mainnet.

Có hai loại Ethereum rollup chính: Optimistic Rollup và ZK-Rollup. Hãy cùng tìm hiểu cơ chế hoạt động và ưu, nhược điểm của mỗi loại trong phần bên dưới.

1. Optimistic Rollup

Optimistic Rollup hoạt động dựa trên giả định rằng tất cả các giao dịch đều hợp lệ cho đến khi được chứng minh ngược lại. Họ xử lý các giao dịch offchain và gửi dữ liệu giao dịch đến chain Ethereum chính cùng với bằng chứng mật mã. Bất kỳ ai nghi ngờ một giao dịch gian lận đều có thể khiếu nại giao dịch đó trong thời gian tranh chấp. Nếu một giao dịch được chứng minh là không hợp lệ, thì rollup sẽ thực hiện “chống gian lận” và hoàn nguyên giao dịch không hợp lệ.

Cơ chế hoạt động

• Tổng hợp giao dịch: Optimistic Rollup gộp nhiều giao dịch lại thành một “rollup” duy nhất. Các giao dịch này được thực hiện và lưu trữ ngoài chain chính.
• Đăng tải lên chain chính: Các giao dịch đã gộp được đăng tải lên chain chính (Layer 1) theo một block, bao gồm dữ liệu tối thiểu cần thiết để xác minh các giao dịch.
• Không có bằng chứng ngay lập tức: Optimistic Rollup giả định rằng các giao dịch là hợp lệ theo mặc định (do đó gọi là “optimistic”). Chỉ khi có tranh chấp, một quá trình xác minh (challenge) mới được kích hoạt để kiểm tra tính hợp lệ của giao dịch.

Xác minh và bảo mật

• Challenge period (giai đoạn thách thức): Sau khi một block Rollup được đăng tải lên chain chính, có một khoảng thời gian cho phép bất kỳ ai cũng có thể thách thức tính hợp lệ của các giao dịch trong block đó.
• Fraud proof (bằng chứng gian lận): Nếu có ai đó thách thức một giao dịch và cung cấp bằng chứng gian lận chứng minh giao dịch đó không hợp lệ, giao dịch đó sẽ bị hủy bỏ và người tạo ra block không hợp lệ có thể bị phạt.

Ưu điểm

• Tăng cường khả năng mở rộng: Optimistic Rollup giúp tăng cường khả năng xử lý giao dịch của blockchain lên hàng trăm đến hàng nghìn giao dịch mỗi giây, so với khoảng 15 giao dịch mỗi giây trên Ethereum L1.
• Giảm chi phí giao dịch: Bằng cách gộp nhiều giao dịch lại thành một và chỉ đăng tải kết quả cuối cùng lên chain chính, Optimistic Rollup giảm đáng kể phí giao dịch.
• Tương thích với EVM: Optimistic Rollup có thể tương thích với Máy ảo Ethereum, cho phép các hợp đồng thông minh hiện tại trên Ethereum dễ dàng chuyển sang sử dụng L2 mà không cần thay đổi mã nguồn nhiều.

Nhược điểm và thách thức

• Thời gian xác minh: Giai đoạn thách thức có thể kéo dài vài ngày, gây ra sự chậm trễ trong việc rút tài sản từ L2 về L1.
• Phức tạp trong triển khai: Triển khai Optimistic Rollup đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về công nghệ blockchain và có thể phức tạp trong việc đảm bảo tính bảo mật và hiệu suất.

Ứng dụng của Optimistic Rollup

• DeFi: Các ứng dụng DeFi có thể sử dụng Optimistic Rollup để giảm phí giao dịch và tăng tốc độ xử lý giao dịch.
• Giao dịch tiền điện tử: Các DEX có thể áp dụng Optimistic Rollup để cung cấp trải nghiệm giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn cho người dùng.
• DApp: Nhiều DApp có thể tận dụng Optimistic Rollup để cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng của mình.

Ví dụ

• Optimism: là một trong những rollup nổi tiếng thuộc Optimistic Rollup trên Ethereum, giúp tăng cường khả năng mở rộng cho các ứng dụng DeFi và DApp.
• Arbitrum: Một nền tảng khác sử dụng Optimistic Rollup, cung cấp môi trường phát triển tương thích với Ethereum và hỗ trợ các ứng dụng có nhu cầu xử lý giao dịch lớn.

2. ZK-Rollup

ZK-Rollup sử dụng bằng chứng zero-knowledge, một kỹ thuật mã hóa cho phép một bên chứng minh tính hợp lệ của tuyên bố cho bên khác mà không tiết lộ bất kỳ thông tin bổ sung nào. Trong bối cảnh Ethereum rollup, ZK-Rollup xử lý các giao dịch offchain và tạo ra bằng chứng mật mã, được gọi là SNARK (Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)*, sau đó được gửi tới chain Ethereum chính.

Cơ chế hoạt động

• ZK-Rollup sử dụng kỹ thuật chứng minh không tương tác (non-interactive zero-knowledge proofs) để tạo ra một bằng chứng ngắn gọn nhưng vẫn đủ để chứng minh tính đúng đắn của các giao dịch.
• Thay vì thực hiện và lưu trữ tất cả các giao dịch trên chain chính (L1), ZK-Rollup chỉ cần lưu trữ một phần tóm tắt (summary) của các giao dịch trên chain chính.

Phân loại

• ZK-Rollup dựa trên cơ sở: Các giao dịch được thực hiện ngoài chain chính và sau đó một bằng chứng ZK được tạo ra để chứng minh tính đúng đắn của các giao dịch. Ví dụ: Loopring, zkSync.
• ZK-Rollup độc lập: Các giao dịch được thực hiện trên một child chain riêng và sau đó một bằng chứng ZK được tạo ra để chứng minh tính đúng đắn của các giao dịch trên child chain đó. Ví dụ: Matter Labs, zkPorter.

Ưu điểm

• Tăng cường tính bảo mật: Thông tin chi tiết về các giao dịch không cần phải được lưu trữ trên chain chính, giúp cải thiện tính bảo mật cho người dùng.
• Giảm chi phí giao dịch: Bằng cách tóm tắt các giao dịch và sử dụng chứng minh không tương tác, ZK-Rollup giảm chi phí giao dịch cho người dùng.

Nhược điểm và thách thức

• Tính phức tạp khi triển khai: Việc triển khai ZK-Rollup có thể phức tạp và đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về mật mã và công nghệ blockchain.
• Tính chậm chạp trong việc rút tiền: Do các bằng chứng ZK cần được xác minh trên chain chính, việc rút tiền từ child chain về chain chính có thể mất thời gian.

Ứng dụng của ZK-Rollup

• DeFi: ZK-Rollup được sử dụng trong các ứng dụng DeFi để cải thiện hiệu suất và tính bảo mật của các giao dịch.
• Giao dịch tiền điện tử: Các DEX sử dụng ZK-Rollup để giảm chi phí giao dịch và tăng tốc độ xử lý.

Ví dụ

• Loopring: Một giao thức giao dịch phi tập trung sử dụng ZK-Rollup để cải thiện hiệu suất và tính bảo mật của giao dịch trên Ethereum.
• zkSync: Một nền tảng Layer 2 sử dụng ZK-Rollup để tăng cường khả năng mở rộng, giảm chi phí và cải thiện hiệu suất trong quá trình xử lý các giao dịch.

Ethereum rollup thể hiện một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để mở rộng mạng Ethereum trong khi vẫn duy trì tính bảo mật và phân cấp của nó. Khi hệ sinh thái trưởng thành hơn và nhiều dự án triển khai các giải pháp rollup hơn, người dùng có thể mong đợi chi phí giao dịch thấp hơn, thời gian xử lý nhanh hơn cũng như trải nghiệm thân thiện và dễ tiếp cận hơn trên mạng Ethereum.

*SNARK là một phương pháp mã hóa trong lĩnh vực mật mã và khoa học máy tính, được sử dụng để xác minh tính đúng đắn của thông tin một cách hiệu quả và bảo mật trên blockchain. SNARK sử dụng các hệ thống mã hóa và toán học phức tạp như Elliptic Curve Cryptography (ECC) và Zero-Knowledge Proofs (ZKPs) để tạo ra một bằng chứng ngắn gọn nhưng vẫn đủ để chứng minh một câu trả lời đúng mà không cần phải tiết lộ thông tin chi tiết.

Tham gia Telegram của Tạp Chí Bitcoin: https://t.me/tapchibitcoinvn

Theo dõi Twitter (X): https://twitter.com/tapchibtc_io

Theo dõi Tiktok: https://www.tiktok.com/@tapchibitcoin

• Optimism bắt đầu thử nghiệm ‘Fault Proofs’ – nâng cấp quan trọng và gây tranh cãi
• Swell sẽ ra mắt Layer 2 ‘restaked rollup’ cùng với token quản trị gốc trong năm nay

Itadori

Tạp chí Bitcoin