Tác giả: Kalle Rosenbaum & Linnéa Rosenbaum
Trong chương này, chúng ta sẽ khám phá cách Bitcoin có thể mở rộng quy mô và phương pháp nào không thể. Chúng ta sẽ bắt đầu bằng cách xem xét cách mọi người đã từng suy nghĩ về vấn đề này. Phần chính của chương này sau đó sẽ giải thích các phương pháp khác nhau để tăng thông lượng Bitcoin, cụ thể là mở rộng quy mô theo chiều dọc, mở rộng quy mô theo chiều ngang, mở rộng quy mô hướng vào trong và mở rộng quy mô theo cấp bậc. Mỗi phương pháp sẽ được thảo luận sau đó để xem liệu nó có mâu thuẫn với giá trị cốt lõi của Bitcoin hay không.
Trong thế giới Bitcoin, thuật ngữ "mở rộng quy mô" thường được sử dụng theo nhiều nghĩa khác nhau. Một số người cho rằng rằng nó đề cập đến việc tăng thông lượng giao dịch blockchain, số khác lại cho rằng nó có nghĩa là sử dụng blockchain hiệu quả hơn, và một số khác nữa cho rằng nó đề cập đến việc phát triển các hệ thống được xây dựng trên nền tảng Bitcoin.
Trong bối cảnh của Bitcoin, và cho mục đích của cuốn sách này, chúng tôi định nghĩa "mở rộng quy mô" là " tăng thông lượng khả dụng của Bitcoin mà không làm giảm khả năng chống kiểm duyệt của nó ". Định nghĩa này bao gồm một số thay đổi, chẳng hạn như:
- Giảm số byte sử dụng cho dữ liệu đầu vào giao dịch.
- Nâng cao hiệu quả xác thực chữ ký
- Cho phép mạng ngang hàng của Bitcoin sử dụng ít băng thông hơn.
- Xử lý giao dịch theo lô
- Kiến trúc nhiều lớp
Chúng ta sẽ sớm đi sâu vào phương pháp mở rộng quy mô khác nhau, nhưng trước tiên, hãy bắt đầu với một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về lịch sử Bitcoin từ góc độ mở rộng quy mô.
8.1 Lịch sử
Vấn đề mở rộng quy mô luôn là trọng tâm của các cuộc thảo luận kể từ khi Bitcoin ra đời. Đoạn đầu tiên trong thư trả lời danh sách gửi thư về mật mã học gửi cho Satoshi Nakamoto để thông báo về Sách trắng Bitcoin cũng đề cập đến vấn đề mở rộng quy mô:
Satoshi Nakamoto đã viết:
Tôi đã và đang nghiên cứu một hệ thống tiền điện tử hoàn toàn mới.
> Kết nối ngang hàng, không cần bên thứ ba đáng tin cậy.
>
Bài báo có thể được tìm thấy tại:
http://www.bitcoin.org/bitcoin.pdfChúng ta vô cùng cần một hệ thống như vậy, nhưng theo như tôi hiểu Đề án của bạn, dường như không thể mở rộng quy mô để đáp ứng yêu cầu.
— Phản hồi của James A. Donald Satoshi Nakamoto, danh sách gửi thư về mật mã học (2018)
Cuộc thảo luận này có thể không thú vị hoặc chính xác lắm, nhưng nó cho thấy rằng vấn đề mở rộng quy mô đã là mối quan tâm ngay từ đầu.
Cuộc thảo luận về vấn đề mở rộng quy mô đạt đỉnh điểm từ năm 2015 đến năm 2017, khi nhiều ý kiến khác nhau được đưa ra về việc có nên tăng giới hạn kích thước tối đa của các khối Bitcoin hay không. Đây là một cuộc tranh luận khá tẻ nhạt về việc có nên thay đổi một tham số trong mã nguồn hay không. Một thay đổi như vậy về cơ bản sẽ không giải quyết được bất kỳ vấn đề nào; nó chỉ trì hoãn vấn đề mở rộng quy mô trong một thời gian, về cơ bản là tích lũy "nợ kỹ thuật".
Năm 2015, một hội nghị mang tên " Mở rộng quy mô Bitcoin " được tổ chức tại Montreal; sáu tháng sau, một hội nghị tiếp theo được tổ chức tại Hồng Kông; và sau đó, một loạt các hội nghị đã được tổ chức trên khắp thế giới. Trọng tâm của các hội nghị "Mở rộng quy mô Bitcoin" hoàn toàn tập trung vào việc giải quyết vấn đề mở rộng quy mô. Nhiều nhà phát triển và những người đam mê Bitcoin đã tập trung tại các hội nghị này để thảo luận về nhiều vấn đề và Đề án quan đến mở rộng quy mô. Phần lớn các cuộc thảo luận không rơi vào lối mòn tăng giới hạn kích thước khối, mà tập trung vào các giải pháp dài hạn hơn.
Sau hội nghị Hồng Kông vào tháng 12 năm 2015, Gregory Maxwell đã tóm tắt quan điểm của mình về nhiều vấn đề được thảo luận , nhưng điểm xuất phát của ông là một triết lý rộng hơn về sự bành trướng.
Hiện nay, các công nghệ hiện có đang tồn tại một mâu thuẫn cơ bản giữa khả năng mở rộng và phi tập trung. Nếu chi phí sử dụng hệ thống Bitcoin trở nên quá cao, người dùng sẽ buộc phải tin tưởng vào bên thứ ba thay vì tự mình thực thi các quy tắc của hệ thống. Nếu mức tiêu thụ tài nguyên của blockchain Bitcoin quá lớn so với công nghệ hiện có, Bitcoin sẽ mất lợi thế cạnh tranh so với các hệ thống truyền thống vì chi phí xác minh trở nên quá cao (làm mất đi nhiều người dùng), từ đó buộc hệ thống phải tái đưa các yếu tố tin cậy vào hệ thống. Nếu thông lượng quá thấp và phương pháp xây dựng giao dịch của chúng ta quá kém hiệu quả, chi phí truy cập blockchain để giải quyết tranh chấp sẽ trở nên quá cao, cũng đẩy các yếu tố tin cậy vào hệ thống.
— Gregory Maxwell, "Cải thiện hiệu suất trong hệ thống Bitcoin" (2015)
Ông ấy đang nói về sự đánh đổi giữa thông lượng và phi tập trung. Nếu cho phép các khối lớn hơn, một số người dùng sẽ bị loại khỏi mạng vì họ không có đủ tài nguyên tính toán để xác thực các khối mở rộng. Nhưng mặt khác, nếu việc sử dụng không gian khối trở nên đắt đỏ hơn, sẽ có ít người đủ khả năng sử dụng nó như một cơ chế giải quyết tranh chấp. Trong cả hai trường hợp, người dùng sẽ hướng đến các dịch vụ đòi hỏi sự tin tưởng.
Sau đó, ông tóm tắt nhiều phương pháp mở rộng quy mô đã được đề xuất tại hội nghị, bao gồm: xác minh chữ ký hiệu quả hơn về mặt tính toán, " Segregated Witness " tích hợp thay đổi kích thước khối, cơ chế lan truyền khối tiết kiệm không gian hơn và phát triển giao thức phân lớp trên Bitcoin. Kể từ đó, nhiều phương pháp trong số này đã được triển khai.
8.2 Phương pháp mở rộng
Như đã đề cập trước đó, việc tăng thông lượng Bitcoin không nhất thiết phải tăng giới hạn kích thước khối hoặc các hạn chế khác. Bây giờ, chúng ta sẽ liệt kê phương pháp mở rộng quy mô phổ biến, một số trong đó không bị ràng buộc bởi mâu thuẫn giữa thông lượng phi tập trung đã đề cập ở phần trước.
8.2.1 Mở rộng theo chiều dọc
"Mở rộng theo chiều dọc" đề cập đến việc tăng cường tài nguyên tính toán của các máy xử lý dữ liệu. Trong bối cảnh Bitcoin, các máy này là nút đầy đủ (full nodes), là những máy xác minh blockchain thay mặt người dùng.
Trong thế giới Bitcoin, kỹ thuật mở rộng theo chiều dọc được thảo luận nhiều nhất là tăng giới hạn kích thước khối. Điều này đòi hỏi một số nút đầy đủ nâng cấp phần cứng để đáp ứng nhu cầu tính toán ngày càng tăng. Nhược điểm của phương pháp này là nó dẫn đến sự tập trung hóa, như chúng ta đã thảo luận trong các chương trước; một cuộc thảo luận chuyên sâu hơn có thể được tìm thấy trong Chương 1.2 ( bản dịch tiếng Trung ).
Ngoài việc tác động tiêu cực đến " phi tập trung nút đầy đủ", việc mở rộng theo chiều dọc cũng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến " phi tập trung thợ đào " của Bitcoin (xem Chương 1.1 ( bản dịch tiếng Trung ) để biết giải thích chi tiết) và tính bảo mật, mặc dù theo cách tinh tế hơn. Trước tiên, hãy xem cách thợ đào"nên" hoạt động. Giả sử một thợ đào đào khai thác một khối ở độ cao 7 và công bố nó lên mạng Bitcoin; khối này cần một khoảng thời gian để được mạng lưới chấp nhận rộng rãi trong đó hai lý do:
- Do hạn chế về băng thông, việc truyền tải các khối dữ liệu giữa nút cần có thời gian.
- Việc xác thực các khối cũng tốn thời gian.
Trong khi khối này đang lan truyền trên mạng, nhiều thợ đào vẫn đang khai thác dựa trên khối 6 (tức là vẫn khai thác ở Block Height 7) vì họ chưa nhận được và chưa xác minh nó. Nếu trong thời gian này, một trong thợ đào này phát hiện ra một khối mới ở Block Height 7, thì hai khối cạnh tranh sẽ được hình thành ở độ cao đó. Chỉ có một khối ở mỗi độ cao có thể được toàn bộ mạng lưới công nhận, có nghĩa là một trong hai khối ứng cử viên này phải bị loại bỏ.
Nói tóm lại, những "khối dữ liệu cũ" như vậy xuất hiện trên mạng vì mỗi khối dữ liệu cần thời gian để lan truyền, và thời gian lan truyền càng lâu thì xác suất xuất hiện các khối dữ liệu cũ càng cao.
Nếu loại bỏ giới hạn kích thước khối, kích thước trung bình của các khối được khai thác thực tế sẽ tăng lên đáng kể, điều này sẽ làm chậm tốc độ lan truyền của các khối trong mạng (do hạn chế về băng thông và thời gian xác minh). Thời gian lan truyền tăng lên này cũng sẽ làm tăng khả năng xuất hiện các khối lỗi thời.
Thợ đào chắc chắn không muốn các khối của họ trở thành khối cũ; điều đó giống như một con vịt chín bay mất vậy. Do đó, họ nhất định sẽ cố gắng tránh tình trạng này. Các biện pháp họ có thể thực hiện bao gồm:
- Việc trì hoãn xác minh các khối đến cũng được gọi là "khai tháckhông cần xác thực " (sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong mục 9.2.4.4 ). Thợ đào chỉ cần kiểm tra Bằng chứng công việc trong Block Header và sau đó tiếp tục khai thác cho đến khi toàn bộ khối được tải xuống, lúc đó họ mới có thể xác thực nó.
- Hãy kết nối với một nhóm khai thác có băng thông cao hơn và kết nối ổn định hơn.
Khai thác không được xác minh càng làm giảm phi tập trung nút đầy đủ vì thợ đào tin tưởng trực tiếp vào các khối đến — ít nhất là tạm thời. Điều này cũng ít nhiều gây hại đến bảo mật vì một tỷ lệ nhất định tỷ lệ băm khai thác có thể được sử dụng trên một blockchain không hợp lệ thay vì được sử dụng để xây dựng blockchain mạnh mẽ và hiệu quả nhất.
Điểm thứ hai nêu trên cũng có tác động tiêu cực đến phi tập trung thợ đào , xem Chương 1.1 ( bản dịch tiếng Trung ) để biết thêm chi tiết, bởi vì nhìn chung, nhóm khai thác có kết nối ổn định nhất và băng thông lớn nhất thường là nhóm khai thác lớn nhất, điều này khiến thợ đào dần tập trung vào một vài nhóm khai thác.
8.2.2 Mở rộng theo chiều ngang
"Mở rộng theo chiều ngang" đề cập đến kỹ thuật phân phối khối lượng công việc trên nhiều máy. Mặc dù đây là phương pháp mở rộng phổ biến đối với các trang web và cơ sở dữ liệu thông dụng, nhưng việc triển khai nó trên Bitcoin lại không dễ dàng.
Nhiều người gọi phương pháp mở rộng quy mô Bitcoin này là "phân mảnh" (sharding ). Về cơ bản, nó có nghĩa là mỗi nút đầy đủ chỉ xác minh một phần của blockchain. Peter Todd đã dành khá nhiều thời gian cho khái niệm này. Ông đã viết một bài đăng trên blog giải thích về phân mảnh theo nghĩa rộng hơn và cũng đề xuất ý tưởng của riêng mình gọi là "Chuỗi" (treechains). Bài viết khá khó đọc, nhưng một số quan điểm của Todd rất dễ hiểu.
Trong một hệ thống phân mảnh, "rào chắn nút đầy đủ" không thể hoạt động, hoặc ít nhất là không trực tiếp. Lý do cơ bản là không phải ai cũng nắm giữ tất cả dữ liệu, vì vậy bạn phải xác định điều gì đã xảy ra khi không phải tất cả dữ liệu đều có sẵn.
— Peter Todd, "Tại sao việc phân mảnh Bitcoin lại khó mở rộng quy mô đến vậy" (2015)
Sau đó, ông trình bày nhiều ý tưởng liên quan đến việc xử lý phân vùng (hay mở rộng theo chiều ngang). Cuối bài viết, ông kết luận:
Nhưng có một vấn đề lớn: Trời ơi! XXX phức tạp hơn Bitcoin rất nhiều! Ngay cả phiên bản "rút gọn" của phân mảnh dữ liệu — giải pháp tuyến tính hóa của tôi, không sử dụng bằng chứng không tiết lộ thông tin zk-SNARK — vẫn phức tạp hơn giao thức Bitcoin hiện đang được sử dụng từ một đến hai bậc; và hiện nay, nhiều công ty trong ngành dường như đã ngừng sử dụng trực tiếp giao thức Bitcoin và thay vào đó sử dụng các nhà cung cấp API tập trung. Việc triển khai giải pháp trên và cung cấp nó cho người dùng cuối sẽ không phải là một nhiệm vụ đơn giản.
Mặt khác, phi tập trung không hề rẻ: sử dụng PayPal đơn giản hơn từ một đến hai bậc so với sử dụng giao thức Bitcoin.
— Peter Todd, "Tại sao việc phân mảnh Bitcoin lại khó mở rộng quy mô đến vậy" (2015)
Kết luận của ông là việc phân mảnh dữ liệu có thể khả thi về mặt kỹ thuật, nhưng nó sẽ làm tăng lượng lớn độ phức tạp cho hệ thống. Vì nhiều người dùng hiện nay thấy Bitcoin quá phức tạp và thích các dịch vụ tập trung hơn, nên việc thuyết phục họ sử dụng một hệ thống phức tạp hơn sẽ rất khó khăn.
8.3 Mở rộng nội bộ
Mặc dù việc mở rộng theo chiều ngang và chiều dọc đã chứng tỏ hiệu quả cao trong các hệ thống tập trung như cơ sở dữ liệu và máy chủ internet, nhưng chúng dường như không phù hợp với các hệ thống phi tập trung như Bitcoin do tác động tập trung của chúng.
Một phương pháp ít được chú ý hơn có thể được gọi là "thu hẹp quy mô nội bộ", nghĩa là "làm được nhiều hơn với ít nguồn lực hơn". Nó đề cập đến công việc đang được nhiều nhà phát triển thực hiện: tối ưu hóa hiệu suất của các thuật toán hiện có để chúng ta có thể làm tốt hơn trong phạm vi giới hạn hiện tại của hệ thống.
Những cải tiến đạt được thông qua việc thu nhỏ quy mô là đáng kinh ngạc—và điều đó không hề phóng đại. Để bạn có cái nhìn tổng quan về những cải tiến qua nhiều năm, Jameson Lopp đã thực hiện các bài kiểm tra hiệu năng về đồng bộ hóa blockchain, so sánh các phiên bản Bitcoin Core kể từ 0.8.
Hình 7. Hiệu suất tải xuống khối ban đầu trên nhiều phiên bản của `Bitcoin Core`. Trục Y biểu thị Block Height mà quá trình đồng bộ hóa được thực hiện, và trục X biểu thị thời gian cần thiết để đồng bộ hóa đến chiều cao đó.
Các đường kẻ màu khác nhau biểu thị các phiên bản khác nhau của Bitcoin Core . Đường kẻ bên trái là phiên bản mới nhất, phiên bản 0.22, được phát hành vào tháng 9 năm 2021, mất 396 phút để đồng bộ hóa. Đường kẻ bên phải là phiên bản 0.8, được phát hành vào tháng 11 năm 2013, mất 3452 phút để đồng bộ hóa. Tất cả những cải tiến này—tăng hiệu suất khoảng 10 lần—đều đạt được nhờ việc mở rộng quy mô nội bộ.
Những cải tiến này có thể được phân loại là tiết kiệm không gian (bộ nhớ, dung lượng ổ đĩa, băng thông, v.v.) hoặc tiết kiệm sức mạnh tính toán. Bất kể loại cải tiến nào, tất cả đều góp phần vào những cải tiến được thể hiện trong sơ đồ trên.
Một ví dụ điển hình về tối ưu hóa tính toán là thư viện libsecp256k1 , thư viện này (và các phần khác) triển khai các thuật toán mật mã để tạo và xác minh chữ ký số. Pieter Wuille, một trong những người đóng góp cho thư viện này, đã từng đăng một Tweet dài trên Twitter để chứng minh cách thức đạt được những cải tiến về hiệu suất thông qua nhiều yêu cầu kéo (pull request).
Hình 8. Hiệu suất xác thực chữ ký được cải thiện dần dần như thế nào; các PR quan trọng được đánh dấu trên trục X.
Biểu đồ trên minh họa xu hướng hiệu năng của việc xác thực chữ ký trên hai loại CPU 64-bit (ARM và x86). Sự khác biệt về hiệu năng giữa hai CPU xuất phát từ thực tế là kiến trúc x86 có nhiều lệnh chuyên dụng hơn, trong khi kiến trúc ARM có ít lệnh hơn nhưng mang tính tổng quát hơn. Tuy nhiên, xu hướng tương tự xuất hiện trên cả hai kiến trúc. Lưu ý rằng trục Y được biểu diễn theo đơn vị logarit, điều này làm giảm tác động trực quan; hiệu ứng thực tế lại đáng ngạc nhiên hơn nhiều.
Có rất nhiều ví dụ tốt khác về những cải tiến giúp tiết kiệm không gian. Trong một bài đăng trên blog Medium về cách "Taproot" có thể giúp tiết kiệm không gian, Murch đã so sánh không gian khối mà các tập lệnh chữ ký ngưỡng 2/3 khác nhau chiếm dụng; cũng có một số cách để triển khai chữ ký ngưỡng 2/3 trong một tập lệnh Taproot.
Hình 9. Mức sử dụng không gian khối cho các loại tập lệnh có chi phí khác nhau; Taproot so với các loại tập lệnh truyền thống hơn.
Chữ ký ngưỡng 2/3 sử dụng tập lệnh Segregated Witness gốc yêu cầu tổng cộng 104,5 + 43 vB = 147,5 vB (byte ảo); trong khi tập lệnh Taproot tiết kiệm không gian nhất chỉ yêu cầu 57,5 + 43 vB = 100,5 vB (trong các trường hợp sử dụng thông thường). Trong trường hợp xấu nhất, cũng rất hiếm gặp, chẳng hạn như khi người ký không khả dụng vì lý do nào đó, tập lệnh Taproot sẽ sử dụng 107,5 + 43 vB = 150,5 vB. Bạn không cần phải hiểu tất cả các chi tiết để thấy các nhà phát triển đã suy nghĩ về việc tiết kiệm không gian như thế nào — tỉ mỉ đến từng chi tiết nhỏ nhất.
Ghi chú của người dịch: Các tập lệnh Taproot có thể giảm mức sử dụng không gian khối giao dịch trong nhiều trường hợp — nhưng không phải tính theo byte thô, mà là theo "vB (byte ảo)". Sau khi nâng cấp Segregated Witness, các phần khác nhau của một giao dịch (có thể được chia đơn giản thành dữ liệu thân giao dịch và dữ liệu chữ ký) có một hệ số nhân khi tính toán mức sử dụng không gian khối, đây là nguồn gốc của đơn vị vB. Tuy nhiên, khó có thể nói rằng sự thay đổi trong loại tập lệnh mà người dùng sử dụng giúp cải thiện tốc độ đồng bộ hóa khởi tạo được hiển thị trong Hình 7 do việc giảm kích thước giao dịch, bởi vì kích thước khối có thể không nhất thiết bị giảm; nhiều khả năng việc giảm này chủ yếu đến từ việc giảm gánh nặng tính toán xác minh của Segregated Witness và các phiên bản tập lệnh tiếp theo.
Ngoài việc tự mở rộng Bitcoin, người dùng còn có nhiều phương pháp khác để đóng góp vào việc mở rộng. Họ có thể tạo ra các giao dịch thông minh hơn, tiết kiệm phí giao dịch và giảm sự phụ thuộc vào tài nguyên nút đầy đủ. Hai kỹ thuật thường được sử dụng nhằm mục đích này là "gom nhóm giao dịch" và "hợp nhất đầu ra".
Ý tưởng đằng sau việc gom giao dịch là kết hợp nhiều khoản thanh toán thành một giao dịch duy nhất, thay vì thực hiện chúng thành các giao dịch riêng biệt. Điều này có thể giúp bạn tiết kiệm được rất nhiều phí giao dịch đồng thời giảm dung lượng bộ nhớ cần thiết.
Hình 10. Xử lý giao dịch theo lô kết hợp nhiều khoản thanh toán thành một giao dịch duy nhất để tiết kiệm phí giao dịch.
Ý tưởng đằng sau việc hợp nhất đầu ra là kết hợp nhiều đầu ra giao dịch thành một đầu ra duy nhất trong thời gian nhu cầu về không gian khối thấp. Điều này có thể giúp bạn tiết kiệm phí giao dịch sau này khi cần thực hiện giao dịch trong thời gian nhu cầu về không gian khối cao hơn.
- Hình 11. Hợp nhất đầu ra. Khi phí giao dịch mạng thấp, đúc nhiều loại tiền điện tử của bạn thành một để tiết kiệm phí về sau.
Mức độ mà việc hợp nhất đầu ra cấu thành việc mở rộng quy mô nội bộ có thể không rõ ràng ngay lập tức. Xét cho cùng, dữ liệu của blockchain có thể tăng lên một chút do phương pháp này. Tuy nhiên, tập hợp UTXO — cơ sở dữ liệu theo dõi địa chỉ nào sở hữu đồng tiền nào — sẽ giảm nếu bạn chi tiêu nhiều UTXO hơn số lượng bạn tạo ra. Điều này làm giảm gánh nặng cho nút đầy đủ trong việc duy trì tập hợp UTXO.
Thật không may, cả hai kỹ thuật quản lý UTXO này đều có thể xâm phạm quyền riêng tư của bạn hoặc người nhận. Trong xử lý theo lô, mỗi người nhận sẽ biết rằng dữ liệu đầu vào theo lô đến từ bạn và mỗi dữ liệu đầu ra khác được gửi đến một người nhận (ngoại trừ tiền thừa, số tiền này thuộc về bạn). Trong hợp nhất UTXO, bạn sẽ phát hiện ra rằng tất cả các dữ liệu đầu ra được hợp nhất đều đến từ cùng một ví. Bạn có thể phải đánh đổi giữa hiệu quả chi phí và quyền riêng tư.
8.2.4 Mở rộng theo cấp bậc
Phương pháp mở rộng quy mô mạnh mẽ nhất có lẽ là "phân lớp". Ý tưởng đằng sau phân lớp là một giao thức duy nhất có thể quyết toán các khoản thanh toán giữa người dùng mà không cần blockchain xác nhận giao dịch của họ. Điều này đã được thảo luận ngắn gọn trong Chương 2 ( bản dịch tiếng Trung ) và Chương 3.7 ( bản dịch tiếng Trung ).
Điểm khởi đầu của một giao thức phân lớp là hai hoặc nhiều người đồng ý về một giao dịch ban đầu và công bố nó lên mạng blockchain, như thể hiện trong Hình 12.
Hình 12. Một giao thức Layer 2 tiêu chuẩn được xây dựng trên nền tảng lớp 1 Bitcoin.
Cấu trúc của giao dịch khởi đầu này thay đổi tùy thuộc vào giao thức, nhưng một cách tiếp cận phổ biến là các bên tham gia trước tiên tạo ra một giao dịch khởi đầu để được ký, cùng với sê-ri các giao dịch phạt đã được ký trước; các giao dịch phạt này sử dụng đầu ra của giao dịch khởi đầu theo những cách khác nhau. Sau đó, giao dịch khởi đầu thu thập tất cả các chữ ký và được phát sóng lên blockchain, trong khi các giao dịch phạt (do từng người dùng nắm giữ) nhận được tất cả các chữ ký và được công bố lên blockchain để trừng phạt những người tham gia có hành vi sai trái. Điều này khích lệ tất cả các bên giữ lời hứa của mình, do đó đạt được tính không cần tin tưởng trong giao thức.
Sau khi giao dịch ban đầu được xác nhận trong một khối, giao thức có thể bắt đầu hoạt động. Ví dụ, nó có thể cho phép thanh toán rất nhanh giữa các bên tham gia, triển khai các công nghệ bảo vệ quyền riêng tư hoặc cho phép lập trình phức tạp hơn mà blockchain Bitcoin không thể hỗ trợ.
Chúng ta sẽ không đi sâu vào chi tiết cách thức hoạt động của từng giao thức cụ thể, nhưng như bạn có thể thấy trong Hình 12, blockchain hiếm khi được sử dụng trong toàn bộ vòng đời của các giao thức phân lớp. Tất cả các hoạt động quan trọng đều diễn ra ngoài chuỗi . Chúng ta đã thấy điều này có khả năng tăng cường quyền riêng tư (nếu được triển khai đúng cách), nhưng nó cũng mang lại lợi ích cho mở rộng .
Trong một bài đăng trên Reddit có tiêu đề "Để lên Mặt Trăng cần tên lửa nhiều tầng, nếu không phương trình tên lửa sẽ nuốt chửng bữa trưa của bạn... Đưa tất cả những người giống như chú hề lên máy phóng và chờ đợi thành công là cách đúng đắn để làm điều đó", Gregory Maxwell giải thích lý do tại sao việc phân lớp là phương pháp tốt nhất để tăng thông lượng Bitcoin lên nhiều bậc.
Ông bắt đầu bằng cách nhấn mạnh rằng việc coi Visa và Mastercard là đối thủ cạnh tranh chính của Bitcoin là một sai lầm, và việc tăng giới hạn kích thước khối là một phương pháp thiếu sót xuất phát từ những nhận thức sai lầm đó. Sau đó, ông thảo luận về cách mà việc phân lớp có thể thực sự thay đổi tình hình.
Vậy, điều này có nghĩa là Bitcoin không thể trở thành người chiến thắng lớn trong công nghệ thanh toán? Không. Điều đó chỉ đơn giản có nghĩa là để đạt được tốc độ xử lý cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu thanh toán toàn cầu, chúng ta phải thông minh hơn.
Ngay từ đầu, Bitcoin được thiết kế để kết hợp an toàn nhiều lớp khác nhau thông qua khả năng lập trình hợp đồng thông minh của nó (bạn nghĩ rằng điều này chỉ để cho phép mọi người thổi phồng những "Tổ chức tự trị phi phi tập trung(DAO)" vô nghĩa như một phát minh vĩ đại sao?). Đã đến lúc chúng ta sử dụng hệ thống Bitcoin như một thẩm phán robot dễ tiếp cận, hoàn toàn đáng tin cậy, quản lý phần lớn các hoạt động kinh doanh của chúng ta bên ngoài tòa án—chỉ có điều, cách chúng ta giao dịch sẽ quyết định rằng nếu có bất kỳ điều gì sai sót, chúng ta sẽ có đầy đủ bằng chứng và hợp đồng đã được thiết lập để tự tin rằng tòa án robot này sẽ đưa ra quyết định đúng đắn. (Ghi chú dành cho dân kỹ thuật: Nếu điều này có vẻ bất khả thi, vui lòng xem lại bài viết cũ hơn này về giao dịch cắt ngang.)
Điều này có thể thực hiện được nhờ vào các đặc tính cốt lõi của Bitcoin. Một hệ thống nền tảng có thể bị kiểm duyệt và đảo ngược không phù hợp để phát triển các hệ thống xử lý giao dịch lớp trên mạnh mẽ hơn — hơn nữa, nếu tài sản nền tảng không đáng tin cậy, thì việc sử dụng chúng cho các giao dịch là vô nghĩa.
—Gregory Maxwell, r/Bitcoin trên Reddit (2016)
Ví dụ so sánh của vị thẩm phán này minh họa rõ nét nguyên tắc hoạt động của việc phân lớp: thẩm phán phải liêm khiết và không thay đổi liên tục; nếu không, các lớp nằm trên lớp nền Bitcoin sẽ không hoạt động đáng tin cậy.
Sau đó, ông đưa ra quan điểm của mình về các dịch vụ tập trung. Nói chung, không có gì sai khi tin tưởng vào một máy chủ trung tâm để sử dụng một lượng Bitcoin nhỏ: đó cũng là một hình thức mở rộng theo từng cấp độ.
Kể từ khi Maxwell viết bài báo này, nhiều lớp mới đã xuất hiện, và những lời ông nói vẫn đúng. Sự thành công của Mạng Lightning chứng minh rằng việc phân lớp là cách đúng đắn để nâng cao tính hữu ích của Bitcoin .
8.3 Kết luận
Chúng ta đã thảo luận về một số phương pháp được đề xuất để mở rộng quy Bitcoin(tăng thông lượng khả dụng của Bitcoin ). Mở rộng quy mô là một trong những mối quan ngại xoay quanh Bitcoin ngay từ những ngày đầu.
Ngày nay, chúng ta biết rằng Bitcoin không thể mở rộng tốt theo chiều dọc ("mua thêm phần cứng tiên tiến") và chiều ngang ("chỉ xác minh một phần dữ liệu"), nhưng nó có thể mở rộng theo chiều ngang ("quản lý nhiều hơn với ít hơn") và theo chiều dọc ("phát triển các giao thức trên Bitcoin").
