Giới thiệu

Ba khó khăn của Blockchain

Doanh nghiệp có thể tận dụng công nghệ Blockchain để tạo ra sự đột phá trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ tính phi tập trung, tính bất biến và tính minh bạch của nó. Tuy nhiên, Trilemma Blockchain nổi tiếng luôn thách thức việc áp dụng công nghệ này - khó khăn trong việc đồng thời đạt được tính phi tập trung, an ninh và khả năng mở rộng. Ba yếu tố này tự nhiên phụ thuộc lẫn nhau, khiến cho việc tối ưu hóa tất cả ba yếu tố cùng một lúc trở nên khó khăn đối với các hệ thống Blockchain.

• Phân quyền đảm bảo rằng mạng lưới Blockchain hoạt động độc lập với bất kỳ tổ chức kiểm soát đơn lẻ nào. Tuy nhiên, một mạng lưới phân quyền cao có thể dẫn đến hiệu suất giao dịch giảm.
• Bảo mật là điều cần thiết để bảo vệ mạng khỏi các cuộc tấn công độc hại, nhưng việc nâng cao bảo mật thường đòi hỏi thêm tài nguyên tính toán, điều này có thể làm chậm quá trình xử lý giao dịch.
• Khả năng mở rộng tập trung vào việc cải thiện tốc độ giao dịch và khả năng chứa, nhưng việc đạt được điều này thường đến với chi phí là sự phân quyền hoặc an ninh.

Khi các ứng dụng blockchain mở rộng, việc tìm ra sự cân bằng tối ưu trong ba yếu tố đã trở thành thách thức quan trọng đối với các nhà phát triển và nhà nghiên cứu.

Biểu đồ: Blockchain Trilemma (Nguồn:IT Home)

Lộ trình của Ethereum

Người đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã đặt mục tiêu tham vọng cho giai đoạn mạng Ethereum tiếp theo: vượt qua 100.000 giao dịch mỗi giây. Trong một bài đăng trên blog vào tháng 10 năm 2024, anh ấy đã phản ánh về những ngày đầu của công nghệ blockchain, nhấn mạnh hai chiến lược chính về mở rộng được đề xuất trong lộ trình Ethereum: Sharding và Layer 2 (L2) protocols.

• Sharding giảm áp lực cho các nút cá nhân bằng cách cho phép chúng xác minh và lưu trữ chỉ một phần nhỏ của giao dịch, tương tự như cách mạng ngang hàng như BitTorrent hoạt động. Phương pháp này tăng cường tính mở rộng của mạng bằng cách phân phối công việc một cách hiệu quả.
• Các giao thức Layer 2 được xây dựng trên mainnet của Ethereum, giữ dữ liệu và tính toán ngoại chuỗi trong khi kế thừa các cam kết bảo mật của Ethereum.

Sơ đồ: The Surge - Phiên bản Lộ trình 2023 (Nguồn:Blog của Vitalik)

Các tiến triển đáng kể đã được đạt được trong chiến lược mở rộng của Ethereum suốt năm 2024. Tuy nhiên, vẫn còn một số thách thức tồn tại:

• Rollups yêu cầu băng thông dữ liệu trên chuỗi lớn, điều này có nghĩa là chúng vẫn phụ thuộc nặng vào tài nguyên mainnet của Ethereum.
• Các bộ xử lý tập trung trong rollups đặt ra nguy cơ kiểm duyệt giao dịch và khai thác Giá trị Có thể Khai Thác (MEV).
• Hệ sinh thái Layer 2 bị phân mảnh buộc các nhà phát triển phải đối mặt với thách thức tương thích và phức tạp trong việc ra quyết định tại Gate.io.

Blog của Vitalik nhấn mạnh rằng ưu tiên hiện tại là tinh chỉnh lộ trình tập trung vào rollup đồng thời đảm bảo tính linh hoạt và phân quyền của Layer 1 (L1) của Ethereum. Trong bối cảnh này, các đổi mới về mở rộng như Based Rollups và Preconfirmation đã xuất hiện:

• Bộ xếp hạng được chia sẻ: Cung cấp dịch vụ sắp xếp giao dịch thống nhất cho nhiều chuỗi Layer 2. Tuy nhiên, với vai trò của các nhà điều hành bên thứ ba, họ đưa ra các vấn đề liên quan đến niềm tin và động cơ.
• Dựa trên Rollups: Phụ thuộc vào L1 của Ethereum để xếp hàng giao dịch, đơn giản hóa kiến trúc và tăng cường phân cấp. Tuy nhiên, tốc độ hoàn tất giao dịch của họ vẫn bị hạn chế bởi thời gian khối của Ethereum.
• Xác nhận trước: Cung cấp xác nhận giao dịch sơ bộ bằng cách theo dõi hoạt động của mempool trước khi chính thức được bao gồm trong một khối. Điều này giảm đáng kể thời gian chờ đợi của người dùng, mở ra những khả năng mới để cải thiện hiệu suất và trải nghiệm người dùng.

Bài viết hôm nay sẽ đi sâu vào các nguyên lý kỹ thuật của việc xác nhận trước, các trường hợp sử dụng của nó, và cách nó giúp tạo ra sự cân bằng tốt hơn giữa hiệu suất và phân cấp trong các mạng blockchain.

Preconfirmation là gì?

Khái niệm về việc xác nhận trước

Việc xác nhận trước có thể được hiểu là một cam kết đáng tin cậy đối với một giao dịch trước khi chính thức được xác nhận trên Blockchain. Cơ chế này cung cấp một tín hiệu xác nhận sớm, giảm thời gian chờ đợi của người dùng và cải thiện hiệu suất giao dịch. Điều này đặc biệt hữu ích trong các tình huống có số lượng lớn hoặc cấp bách về thời gian nơi phản hồi nhanh chóng là rất quan trọng.

Trước khi xác nhận tương tự như các tình huống thực tế khi cam kết sơ bộ được đưa ra trước khi xác nhận cuối cùng:

• Đặt chỗ ở nhà hàng: Khi bạn đặt bàn, nhà hàng xác nhận đặt chỗ của bạn, nhưng xác nhận cuối cùng xảy ra khi bạn đến. Điều này tương tự như việc xác nhận trước - một bản xem trước đáng tin cậy về một việc thực hiện trong tương lai.
• Đơn Đặt Hàng Trực Tuyến: Khi bạn đặt hàng, trạng thái có thể hiển thị là “Đang Xử Lý,” có nghĩa là nhà cung cấp đã nhận yêu cầu của bạn và dự trữ hàng. Tuy nhiên, xác nhận cuối cùng yêu cầu xác minh thanh toán và vận chuyển. Điều này giống như bước xác nhận trước trên Blockchain, nơi giao dịch được tạm chấp nhận nhưng vẫn cần xác nhận cuối cùng.
• Đặt vé máy bay: Sau khi mua vé, ghế của bạn sẽ được đặt tạm thời, đại diện cho một sự xác nhận trước. Xác nhận cuối cùng xảy ra trong quá trình làm thủ tục. Tương tự, sự xác nhận trước trong Blockchain cung cấp cam kết ban đầu cho một giao dịch mà không phải là xác nhận cuối cùng của nó.

Khái niệm 0conf của Bitcoin

Vào những ngày đầu của blockchain, cộng đồng Bitcoin khám phá một khái niệm tương tự gọi là “0conf” (giao dịch không xác nhận). Phương pháp này cho phép giao dịch được coi là hợp lệ tạm thời trước khi hoàn toàn được xác nhận trên blockchain.

0conf đặc biệt hữu ích cho các kịch bản thanh toán nhanh đòi hỏi xử lý giao dịch ngay lập tức. Tuy nhiên, do rủi ro giao dịch kép, nơi các đối tác độc hại có thể phát sóng các giao dịch xung đột, 0conf không bao giờ trở thành một giải pháp phổ biến.

Xác nhận trước dựa trên chuỗi của Ethereum

Năm 2023, nhà nghiên cứu blockchain Uri Klarman mở rộng khái niệm xác nhận trước đến Ethereum, giới thiệu ý tưởng về “xác nhận trước dựa trên chuỗi.” Điểm đột phá chính là các preconfirmers trong tương lai thừa kế các bản ghi xác nhận trước đó, tạo thành một chuỗi xác nhận trước liên tục giúp tăng cường độ tin cậy giao dịch.

Cùng năm đó, nhóm Primev đã tiến xa hơn trong công nghệ xác nhận trước bằng cách thiết kế mev-commit, một nền tảng nhằm phối hợp Giá Trị Có Thể Khai Thác của Miner (MEV). Bằng cách tích hợp cơ chế đấu giá, mev-commit đã làm cho việc xác nhận giao dịch trước trở nên hiệu quả và đáng tin cậy hơn.

Vấn đề Nào Mà Preconfirmation Nhắm Đến Giải Quyết?

Trong công nghệ Blockchain—đặc biệt là trong các hệ thống dựa trên Rollup—sự không hiệu quả trong xác nhận giao dịch đã lâu nay là một điểm đau đáng kể đối với trải nghiệm người dùng. Khi người dùng gửi giao dịch trên Layer 2 (L2), việc xác nhận cuối cùng phụ thuộc vào việc đăng dữ liệu trở lại Layer 1 (L1). Quá trình này đưa ra một số thách thức, đặc biệt là trong giao dịch tần suất cao hoặc các tình huống tài chính phi tập trung (DeFi), chẳng hạn như:

• Sự Trễ Trong Giao Dịch và Sự Không Chắc Chắn Trong Xác Nhận
  Trong cơ chế Rollup, xác nhận cuối cùng của giao dịch của người dùng yêu cầu chờ đợi việc tạo khối L1. Quá trình này có thể bị trì hoãn do tắc nghẽn mạng hoặc vấn đề xếp giao dịch. Ví dụ, trong Rollups lạc quan, cửa sổ thách thức thường kéo dài bảy ngày để ngăn chặn giao dịch gian lận, gây ra sự trì hoãn rút tiền và giảm tính thanh khoản. Trong khi Rollups ZK cung cấp xác nhận nhanh hơn, việc tạo chứng minh không có tri thức yêu cầu tài nguyên tính toán đáng kể.

• Lỗ lãi trong giao dịch tần số cao
  Người dùng DeFi và giao thức giao dịch lợi nhuận dựa vào tính chấp nhận giao dịch để nắm bắt cơ hội thị trường. Tuy nhiên, khi tính chấp nhận giao dịch mất quá lâu hoặc khi thứ tự giao dịch thay đổi, người dùng có thể gánh chịu thiệt hại tài chính.

• Vấn đề tin tưởng với các bộ sắp xếp tập trung
  Hầu hết các Rollups dựa vào các sequencers tập trung để sắp xếp các giao dịch, điều này mang lại các rủi ro tiềm năng như kiểm duyệt giao dịch và thực thi giao dịch không công bằng do Giá trị có thể khai thác của Miner (MEV).

Giải pháp trước xác nhận

Preconfirmation cung cấp xác nhận ban đầu trước khi giao dịch được ghi chính thức trên chuỗi, giải quyết các vấn đề được đề cập ở trên:

• Giảm thời gian chờ đợi của người dùng – Cung cấp phản hồi trạng thái giao dịch thời gian thực, giảm thiểu sự không chắc chắn do sự trễ.
• Nâng cao sự tự tin của người dùng – Cho phép người dùng theo dõi tiến độ giao dịch một cách minh bạch hơn, tăng cơ hội tin cậy vào mạng lưới.
• Nâng cao sự minh bạch về thứ tự giao dịch – Cam kết thứ tự giao dịch trước, giảm thiểu tổn thất tài chính do thay đổi thứ tự.

Sự khác biệt giữa cơ chế xác nhận trước và cơ chế xác nhận truyền thống

Khái niệm cơ bản và hoạt động

• Cơ chế xác nhận truyền thống:

  • Một giao dịch được gửi lần đầu tiên đến mempool, sau đó các thợ đào chờ đóng gói nó vào khối tiếp theo. Giao dịch chỉ được xem xét chính thức được xác nhận khi khối được xác thực thông qua cơ chế đồng thuận (như Proof of Work (PoW) hoặc Proof of Stake (PoS)). Quá trình này đòi hỏi phải chờ ít nhất một thời gian tạo khối.

• Xác nhận trước:

  • Sau khi giao dịch nhập vào mempool, khả năng được bao gồm trong khối tiếp theo được dự đoán dựa trên các yếu tố như phí gas, ưu tiên và điều kiện mạng. Người dùng có thể nhận được một tín hiệu xác nhận ban đầu trong vài giây, mà không cần chờ quá trình tạo khối đầy đủ.
  • Để cải thiện đáng tin cậy, Layer 2 (L2) trình tự tập trung (ví dụ, Rollups) có thể cung cấp cam kết, hoặc cơ chế xác nhận trước trên chuỗi có thể được sử dụng.

Tốc độ Xác nhận

• Cơ chế xác nhận truyền thống:
• Xác nhận giao dịch yêu cầu đợi cho việc tạo khối và nhiều lần xác nhận.
• Một khi giao dịch được bao gồm trong một khối, khối đó trở thành một phần của chuỗi khối.
• Khi có nhiều khối tiếp theo được liên kết với nó, số lần xác nhận tăng lên, làm cho giao dịch an toàn hơn.
• Sự tắc nghẽn mạng lưới hoặc sự chậm trễ trong việc đạt được sự nhất quán có thể làm chậm quá trình.

Độ tin cậy của xác nhận

• Cơ chế xác nhận truyền thống:

  • Đáng tin cậy cao - Khi một giao dịch được xác nhận nhiều lần, nó thực sự không thể đảo ngược và bất biến, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng bảo mật cao.
  • Đảm bảo sự hoàn thiện - Xác nhận được hỗ trợ bởi cơ chế đồng thuận của Blockchain, và khi một giao dịch đạt đến một số lần xác nhận nhất định, thì gần như không thể đảo ngược được.

• Xác nhận trước:

  • Cam kết ban đầu chỉ - Nó cung cấp một dự đoán rằng giao dịch có thể được bao gồm trong khối tiếp theo nhưng không đảm bảo tính cuối cùng.
  • Rủi ro của việc sắp xếp lại hoặc hủy bỏ – Nếu điều kiện mạng thay đổi hoặc bộ sắp xếp hành vi khác đi, giao dịch vẫn có thể bị loại bỏ hoặc ưu tiên lại. Phù hợp cho các kịch bản tốc độ cao nơi mà tính chắc chắn ít quan trọng hơn.

Công nghệ và Chi phí Triển khai

• Cơ chế xác nhận truyền thống:
  • Hoàn toàn phụ thuộc vào cơ chế đồng thuận của Blockchain.
• Xác nhận trước:
  • Yêu cầu phân tích dữ liệu mempool mở rộng, thuật toán đặt hàng giao dịch và trình tự đáng tin cậy.
  • Cần cơ chế dự phòng trong trường hợp xác nhận trước không thành công.

Bảng: So sánh Cơ chế Truyền thống và Xác nhận trước (Nguồn: Tự biên soạn)

Case Study: Preconfirmation in Taiko

Nâng cao hiệu suất và phân quyền với Cơ chế Xác nhận Trước của Taiko

Taiko là một dự án ZK-EVM Rollup phi tập trung được xây dựng trên Ethereum. Thiết kế cốt lõi của nó tập trung vào việc đạt được tính tương thích đầy đủ với Ethereum trong khi tận dụng cơ chế xác nhận trước và hệ thống đề xuất phi tập trung để giải quyết các vấn đề về hiệu suất giao dịch và công bằng.

(Nguồn:Trang web chính thức của Taiko)

Taiko Tổng quan

• Kinh Nghiệm Người Dùng Mượt Mà - EVM của Taiko hoàn toàn tương thích với Ethereum, không cần biên dịch lại hoặc thay đổi công cụ phát triển. Các nhà phát triển có thể sử dụng hợp đồng thông minh và công cụ Ethereum hiện có mà không cần chỉnh sửa.
• Community-Driven – Taiko hoàn toàn mã nguồn mở, cho phép cộng đồng tự do sử dụng và sửa đổi mã nguồn của nó, thúc đẩy phân quyền và sự tham gia của cộng đồng.
• Tiếp cận An toàn đầu tiên - Với vai trò là một Rollup dựa trên Ethereum, Taiko có một mạng lưới người đề xuất và người chứng minh phi cấp phép, phi tập trung, kế thừa sự an toàn và phi tập trung của Ethereum.
• Dựa trên Ethereum - Taiko sử dụng cơ chế xếp hàng giao dịch dựa trên Ethereum, trong đó các người xác minh Ethereum xử lý việc sắp xếp giao dịch. Điều này đảm bảo tính đơn giản trong khi duy trì tính sống còn và tính trung lập được tối thiểu hóa niềm tin của Ethereum.

Cơ chế xác nhận trước của Taiko

Cơ chế Sắp xếp dựa trên Taiko cho phép các nhà xác minh Ethereum tham gia trực tiếp vào việc sắp xếp giao dịch Layer 2 (L2). Nhà xác minh có thể nối ETH vào mạng lưới Taiko bằng dịch vụ nối Taiko để cung cấp sự xác nhận trước tức thì, tăng cường sự ngay lập tức của giao dịch và trải nghiệm người dùng trong khi duy trì tính phân cấp và an toàn.

Mô hình tổng hợp có thể tranh cãi (BCR) dựa trên Taiko

Taiko áp dụng mô hình Based Contestable Rollup (BCR), được thiết kế để đảm bảo công bằng và minh bạch thông qua một hệ thống mở và không cần phép

• ✅ Hoàn toàn không cần phép & Phi tập trung - Bất kỳ ai cũng có thể tham gia vào hệ thống Taiko mà không cần quyền hạn đặc biệt, đảm bảo mức độ phi tập trung cao.
• ✅ Mô hình người đề xuất cạnh tranh - Người đề xuất cạnh tranh về Giá trị Có thể Trích xuất Tối đa (MEV) và các động lực kinh tế khác, đồng thời chịu trách nhiệm vận hành, cải thiện hiệu quả và ổn định của hệ thống.
• ✅ Chuỗi tích hợp Ethereum - Taiko loại bỏ nhu cầu cho một bộ xếp chồng tập trung bằng cách chia sẻ cùng một vai trò như các người đề xuất khối Ethereum, hoàn toàn phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng Ethereum.
• Cơ chế Bầu lãnh đạo - Tại bất kỳ thời điểm nào, chỉ có một người đề xuất được bầu làm lãnh đạo, trao cho họ quyền độc quyền để hoàn tất một khối. Điều này tránh lãng phí tài nguyên và xung đột.

Lưu ý: Hiện tại, Taiko sử dụng SGX như một Môi trường Thực thi Đáng tin cậy (TEE) bằng chứng, RiscZero và SP1 cho Bằng chứng Zero-Knowledge (ZKP), và Guardian (xác minh đa chữ ký) bởi Taiko Labs. Thêm chi tiết có thể được tìm thấy trong Tài liệu của Taiko.

Ví dụ: Quá trình cuộn dây có thể tranh luận dựa trên Taiko

Tổng quan về quy trình:

Đề xuất Khối – Người đề xuất gửi một khối mới.

Nộp Bằng Chứng Chính Thức Đầu Tiên - Một bên chứng minh hàng đầu (ví dụ, sử dụng SGX TEE) nộp một bằng chứng về tính hợp lệ cho khối và cung cấp một khoản đặt cọc TAIKO.

Thời gian tạm dừng & thử thách (~ 4 giờ) - Trong thời gian này, bất kỳ ai cũng có thể thách thức bằng chứng hợp lệ bằng cách gửi khoản tiền gửi của riêng họ (ví dụ: "Cindy" trong sơ đồ).

Xác minh chứng cứ tiên tiến – Một bên xác minh cấp cao hơn (ví dụ, sử dụng ZKPs từ RiscZero hoặc Succinct) xác minh tính đúng đắn của chứng cứ chính.

Kết quả & Phần thưởng:

• Nếu bằng chứng chính là chính xác → Người chứng minh chính được hoàn lại tiền đặt cọc và kiếm được phần thưởng, trong khi người thách thức mất tiền đặt cọc.
• Nếu bằng chứng chính không chính xác → Người thách thức sẽ được hoàn trả tiền ký quỹ và nhận phần thưởng, trong khi người chứng minh chính sẽ mất tiền ký quỹ của mình.

Cơ chế chứng minh đa tầng này đảm bảo rằng bất kỳ ai cũng có thể thách thức các chứng minh ở các cấp độ khác nhau, tăng cường tính bảo mật và phân tán của hệ thống.

Sơ đồ: Ví dụ về Quy trình Cuộn của Taiko (Nguồn:Tài liệu cuộn có thể cạnh tranh của Taiko)

Kết thúc

Công nghệ xác nhận trước đang trở thành một giải pháp then chốt để cải thiện hiệu suất giao dịch blockchain và trải nghiệm người dùng. Trong khi các cơ chế xác nhận giao dịch truyền thống cung cấp tính bảo mật và đáng tin cậy cao, họ gặp khó khăn với thời gian chờ đợi dài và hiệu suất thấp, khiến chúng không phù hợp cho giao dịch tần suất cao và các ứng dụng thời gian thực như thanh toán. Xác nhận trước, với cách tiếp cận phản hồi nhanh chóng và cam kết dự báo sơ bộ của mình, giúp giảm thiểu những hạn chế này, mang lại cho người dùng trải nghiệm giao dịch nhanh chóng và minh bạch hơn.

Ví dụ, dự án Taiko tích hợp mô hình Rollup cạnh tranh để cân bằng giữa phân cấp và hiệu quả. Ngoài ra, cấu trúc bằng chứng nhiều lớp và cơ chế lựa chọn nhà lãnh đạo của Taiko đảm bảo sự công bằng và bảo mật thông qua các ưu đãi kinh tế và cạnh tranh minh bạch, đóng vai trò là tài liệu tham khảo có giá trị cho các thiết kế khả năng mở rộng blockchain trong tương lai.

Tuy nhiên, việc xác nhận trước không phải là một giải pháp hoàn hảo. Độ tin cậy của các xác nhận ban đầu và nguy cơ thu hồi giao dịch vẫn đòi hỏi các tối ưu hóa kỹ thuật và cơ chế dự phòng tiếp theo. Sự đổi mới liên tục là cần thiết để nâng cao trải nghiệm giao dịch trong khi địa lý hóa, bảo mật và khả năng mở rộng của blockchain.

Vượt xa sự đổi mới kỹ thuật, việc xác nhận trước là một công cụ xây dựng niềm tin có thể thúc đẩy việc áp dụng Blockchain. Khi công nghệ xác nhận trước mở rộng ra khỏi giao dịch tần suất cao vào các thanh toán hàng ngày, Blockchain sẽ trở nên tích hợp hơn vào cuộc sống hàng ngày, giúp thực hiện tầm nhìn về sự bao gồm tài chính toàn cầu.