Công nghệ Blockchain đã xuất hiện hơn một thập kỷ và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác nhau. Tuy nhiên, công nghệ này đã phát triển và phân tách thành các blockchain layer khác nhau, mỗi layer có đặc điểm và mục đích riêng. Các blockchain layer này được gọi là layer 0, layer 1, layer 2 và layer 3. Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu từng blockchain layer.
1. Blockchain layer là gì?
blockchain layer là những cấp độ cơ sở hạ tầng khác nhau, hoạt động cùng nhau để vận hành một hệ thống dựa trên blockchain. Mỗi layer được xây dựng trên layer trước đó và tận dụng cơ sở hạ tầng của layer trước.
Một hệ thống blockchain điển hình bao gồm một số layer hoạt động cùng nhau để đảm bảo tính toàn vẹn và hiệu quả của các giao dịch. Các layer này bao gồm:
- Network Layer: layer này bao gồm mạng vật lý của các máy tính và các node giao tiếp với nhau để tạo thành mạng blockchain. Network Laye chịu trách nhiệm kết nối các node và phân phối dữ liệu trên mạng.
- Consensus Layer: layer này đảm bảo rằng tất cả các node trong mạng đều đồng ý về tính hợp lệ của mỗi giao dịch. Nó dựa trên cơ chế đồng thuận, chẳng hạn như Proof of Work (PoW) hoặc Proof of Stake (PoS) để xác thực các giao dịch và thêm chúng vào blockchain.
- Data Layer: layer này lưu trữ tất cả dữ liệu giao dịch một cách an toàn và không thể thay đổi. Nó bao gồm sổ cái giao dịch, chứa tất cả các giao dịch trong blockchain và cơ sở dữ liệu trạng thái, lưu trữ trạng thái hiện tại của blockchain.
- Application Layer: layer này bao gồm các hợp đồng thông minh, ứng dụng phi tập trung (dApp) và phần mềm khác chạy trên mạng blockchain. Nó cho phép các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng và dịch vụ mới tận dụng tính bảo mật và minh bạch của blockchain.
- Hardware Layer: layer này bao gồm các thiết bị vật lý, chẳng hạn như máy tính và máy chủ, hỗ trợ mạng blockchain. Nó bao gồm cơ sở hạ tầng phần cứng, chẳng hạn như thiết bị khai thác, được sử dụng để xác thực các giao dịch và thêm chúng vào blockchain.
Mỗi layer trong hệ thống blockchain đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính bảo mật, minh bạch và hiệu quả của các giao dịch. Trong các phần sau, chúng ta sẽ khám phá từng layer chi tiết hơn và tầm quan trọng của nó đối với công nghệ blockchain.
2. Layer 0, Layer 1, Layer 2, Layer 3 là gì?
2.1. Blockchain Layer 0
Các giao thức layer 0 tạo thành nền tảng mà các blockchain layer 1 được xây dựng trên đó. Đóng vai trò là cơ sở hạ tầng cho các mạng và ứng dụng blockchain, chúng đại diện cho một giải pháp nhằm giải quyết các vấn đề mà ngành đang phải đối mặt, bao gồm khả năng mở rộng và cho phép khả năng tương tác giữa các blockchain. Đây là công nghệ cho phép Bitcoin, Ethereum và các mạng blockchain khác hoạt động. Các thành phần của layer 0 bao gồm internet, phần cứng và các kết nối giúp layer 1 vận hành một cách trơn tru.
Giao thức layer 0 cho phép các nhà phát triển khởi chạy các blockchain layer 1 tùy chỉnh được thiết kế cho các ứng dụng hoặc trường hợp sử dụng cụ thể. Với sự hỗ trợ của Layer 0, các nhà phát triển có thể tập trung vào các ứng dụng thay vì sự đồng thuận và bảo mật.
Với mục đích cho phép các blockchain layer 1 giao tiếp và tương tác, các giao thức Layer 0 cung cấp cho người dùng trải nghiệm liền mạch trên nhiều mạng. Nếu không có các giải pháp tương tác được cung cấp bởi mạng layer 0, các blockchain riêng lẻ phần lớn sẽ hoạt động độc lập. Điều này hạn chế tiện ích của chúng và cản trở các hiệu ứng mạng phát sinh khi các hệ thống không thể giao tiếp và tương tác với nhau.
Hiện tại, Cosmos, Polkadot và Avalanche là những ví dụ nổi bật về mạng layer 0 sử dụng cấu trúc relay/sidechain.
2.2. Blockchain Layer 1
2.2.1. Blockchain Layer 1 là gì?
Layer 1 là network layer, và tính bảo mật của nó dựa trên tính bất biến của dữ liệu. Mạng lưới Ethereum, hay Layer 1, là thứ mọi người nhắc đến khi họ nói về Ethereum. Layer này chịu trách nhiệm về các quy trình đồng thuận, ngôn ngữ lập trình, thời gian khối, giải quyết tranh chấp và các quy tắc, tham số duy trì chức năng cơ bản của mạng lưới blockchain. Nó cũng được gọi là Layer triển khai. Bitcoin là một ví dụ về blockchain Layer 1.
Ví dụ về blockchain layer 1 bao gồm Bitcoin, Ethereum, Cardano, BNB Chain, Solana, TRON, NEAR Protocol, Aptos,… Các blockchain này xử lý việc triển khai và bảo mật mạng thông qua cơ chế đồng thuận chung, chẳng hạn như Proof of Work (PoW) hoặc Proof of Stake (PoS).
2.2.2. Những vấn đề mà blockchain Layer 1 gặp phải
Các giải pháp mở rộng này giúp tăng thông lượng của mạng khi được sử dụng cùng nhau. Tuy nhiên, với số lượng người dùng blockchain ngày càng tăng, Layer 1 dường như đang gặp hạn chế. Quy trình đồng thuận proof-of-work lỗi thời và cồng kềnh vẫn được sử dụng trên blockchain Layer 1.
Mặc dù phương pháp này an toàn hơn những phương pháp khác, nhưng nó bị giới hạn về tốc độ. Thợ đào (miner) được yêu cầu giải các thuật toán mã hóa bằng sức mạnh tính toán. Do đó, về lâu dài sẽ cần nhiều sức mạnh tính toán và thời gian hơn. Ngoài ra, khối lượng công việc trên blockchain layer 1 tăng lên theo số lượng người dùng. Kết quả là tốc độ xử lý và dung lượng bị chậm lại.
2.2.3. Các giải pháp tiềm năng cho các vấn đề của blockchain Layer 1
Proof-of-stake là một sự đồng thuận thay thế mà Ethereum 2.0 sẽ áp dụng. Cách tiếp cận đồng thuận này chứng nhận các khối dữ liệu giao dịch mới dựa trên tài sản thế chấp của những người tham gia mạng, dẫn đến một quy trình hiệu quả hơn.
Sharding (phân mảnh) là một giải pháp mở rộng cho vấn đề quá tải trên blockchain Layer 1. Nói một cách đơn giản, sharding chia nhỏ nhiệm vụ xác nhận và xác thực giao dịch thành các khối nhỏ hơn, dễ quản lý hơn. Kết quả là khối lượng công việc có thể được phân phối trên mạng lưới để sử dụng khả năng tính toán của nhiều node (node) hơn. Do mạng lưới xử lý các shard này song song, nên nhiều giao dịch có thể được xử lý đồng thời theo cả trình tự và song song.
2.3. Blockchain Layer 2
2.3.1. Blockchain Layer 2 là gì?
Mạng Layer 2 là consensus layer, các mạng chồng lên trên network layer. Các giao thức tận dụng Layer 2 để cải thiện khả năng mở rộng bằng cách tách một số tương tác ra khỏi layer cơ bản. Do đó, các hợp đồng thông minh trên giao thức blockchain chính chỉ xử lý việc gửi và nhận tiền, đồng thời đảm bảo các giao dịch ngoài chuỗi tuân theo quy định. Các ví dụ cụ thể về mạng layer 2 bao gồm: Polygon, Arbitrum, Optimism, Starknet, Manta Network, Bitcoin Lightning Network,…
2.3.2. Sự khác biệt giữa blockchain Layer 1 và blockchain Layer 2?
Layer 1 là layer đầu tiên trong một hệ sinh thái phi tập trung. Layer 2 là sự tích hợp của bên thứ ba được sử dụng kết hợp với Layer 1 để tăng số lượng các node và do đó, cải thiện thông lượng của hệ thống. Hiện nay, nhiều giải pháp mở rộng blockchain Layer 2 đang được triển khai.
2.3.3. Các giải pháp mở rộng Layer 2
Các giao thức layer 2 đã trở nên phổ biến trong những năm gần đây và chúng đang chứng tỏ là cách hiệu quả nhất để giải quyết các vấn đề về mở rộng quy mô, đặc biệt là trong các mạng Proof-of-Work (PoW).
Blockchain Lồng nhau (Nested Blockchain):
Blockchain layer 2 lồng nhau hoạt động trên một blockchain khác. Về bản chất, layer 1 thiết lập các quy tắc, trong khi layer 2 thực hiện các giao dịch. Có thể có nhiều layer blockchain trên một chuỗi chính (mainchain). Hãy tưởng tượng nó giống như một cấu trúc tổ chức doanh nghiệp điển hình.
Thay vì để một người (ví dụ: quản lý) thực hiện tất cả công việc, quản lý sẽ phân công nhiệm vụ cho cấp dưới, những người sau đó báo cáo lại cho ban quản lý khi hoàn thành. Do đó, khối lượng công việc của quản lý giảm xuống trong khi khả năng mở rộng được cải thiện. Ví dụ, OMG Plasma Project hoạt động như một blockchain Layer 2 cho giao thức Layer 1 của Ethereum, cho phép thực hiện các giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn.
Kênh trạng thái (State Channels):
Kênh trạng thái cải thiện tổng dung lượng và tốc độ giao dịch bằng cách tạo điều kiện cho giao tiếp hai chiều giữa blockchain và các kênh giao dịch ngoài chuỗi thông qua các phương thức khác nhau. Để xác nhận giao dịch trên kênh trạng thái, thợ đào không cần tham gia ngay lập tức.
Thay vào đó, nó là một tài nguyên bổ sung cho mạng được bảo vệ thông qua cơ chế đa chữ ký hoặc hợp đồng thông minh. Khi một giao dịch hoặc một loạt giao dịch được hoàn thành trên kênh trạng thái, “trạng thái” cuối cùng của “kênh” và tất cả các chuyển đổi nội tại của nó sẽ được đăng lên blockchain nền tảng. Các ví dụ về kênh trạng thái bao gồm Bitcoin Lightning Network và Raiden Network của Ethereum. Trong sự đánh đổi giữa ba yếu tố then chốt (phân cấp, bảo mật, khả năng mở rộng), các kênh trạng thái hy sinh một phần tính phân cấp để đổi lấy khả năng mở rộng hơn.
Chuỗi bên (Sidechains):
Chuỗi bên là một chuỗi giao dịch chạy song song với blockchain và được sử dụng cho các giao dịch khối lượng lớn. Chuỗi bên có phương thức đồng thuận riêng, có thể được điều chỉnh để tăng tốc độ và khả năng mở rộng, và thường sử dụng một token tiện ích như một phần của cơ chế chuyển dữ liệu giữa chuỗi bên và chuỗi chính. Chức năng chính của chuỗi chính là cung cấp bảo mật tổng thể và giải quyết tranh chấp.
Chuỗi bên khác với kênh trạng thái theo một số cách quan trọng. Thứ nhất, các giao dịch trên chuỗi bên không phải là riêng tư giữa những người tham gia; thay vào đó, chúng được công khai trên sổ cái. Thứ hai, vi phạm bảo mật trên chuỗi bên không ảnh hưởng đến chuỗi chính hoặc các chuỗi bên khác. Việc xây dựng một chuỗi bên từ đầu đòi hỏi rất nhiều thời gian và công sức.
Rollups
Rollups là các giải pháp mở rộng blockchain Layer 2 thực hiện các giao dịch bên ngoài mạng Layer 1, sau đó tải dữ liệu từ các giao dịch lên blockchain Layer 2. Layer 1 có thể giữ cho rollups được an toàn vì dữ liệu nằm trên layer cơ sở. Người dùng nhận được lợi ích từ rollups vì chúng giúp tăng thông lượng giao dịch, mở rộng quyền tham gia và giảm phí gas.
2.4. Blockchain Layer 3
2.4.1. Blockchain layer 3 là gì?
Layer 3, thường được gọi là layer ứng dụng, đóng vai trò như giao diện người dùng, che giấu các khía cạnh kỹ thuật của kênh liên lạc. Các ứng dụng Layer 3 là thứ mang lại khả năng ứng dụng thực tế cho blockchain. Các ví dụ về blockchain layer 3 bao gồm XAI, Orbs, Arbitrum Orbit, zkSync Hyperchains,…
2.4.2. Blockchain Layer 3 giải quyết vấn đề gì
Khả năng mở rộng vượt trội: Được thiết kế để cải thiện khả năng mở rộng vượt ra ngoài khả năng hiện tại của Layer 1 và Layer 2, Layer 3 có tính mở rộng cực cao. Do đó, mạng lưới có thể xử lý khối lượng giao dịch lớn hơn nhiều và hỗ trợ nhiều ứng dụng phức tạp hơn cùng một lúc.
Hỗ trợ các ứng dụng phi tập trung (dApp) phức tạp: Layer 3 có thể cung cấp cơ sở hạ tầng cần thiết để phát triển các ứng dụng phi tập trung phức tạp hơn yêu cầu các tính năng tiên tiến. Điều này có thể giúp cải thiện thiết kế web để bao gồm các tính năng nâng cao hơn trên ứng dụng, giúp người dùng phổ thông dễ dàng tiếp cận hơn. Tùy thuộc vào nhu cầu của nhà phát triển, Layer 3 cũng có thể tạo điều kiện cho các thiết kế hợp đồng thông minh phức tạp hơn mà Layer 1 và Layer 2 không thể xử lý do khả năng mở rộng hạn chế.
Khả năng tương tác giữa các Blockchain: Layer 3 cũng giải quyết vấn đề về khả năng tương tác. Layer 3 có thể hoạt động như một cầu nối giữa các blockchain khác nhau để các giao dịch và dữ liệu có thể di chuyển giữa các nền tảng khác nhau. Điều này có nghĩa là các dApp trên Layer 3 có chức năng kết nối với các blockchain khác nhau như Ethereum và Solana.
Tính tùy biến cao: Layer 3 cũng có thể được tùy chỉnh theo các nhu cầu riêng của nhà phát triển. Ví dụ: nhà phát triển có thể giới thiệu các cơ chế dành riêng cho ứng dụng, chỉ cho phép thực hiện các giao dịch và hợp đồng riêng tư, chỉ cho phép tiết lộ một số dữ liệu. Do chức năng tùy chỉnh cao của Layer 3, nhà phát triển có thể tùy chỉnh cơ chế quản trị, quy tắc và chức năng của dApp theo nhu cầu của họ.
Tiết kiệm chi phí: Vì các mạng Layer 3 xử lý một số giao dịch và hoạt động ngoài chuỗi, điều này giúp giảm tắc nghẽn trên mạng, do đó giảm đáng kể phí giao dịch. Hiệu quả về chi phí này giúp giảm rào cản gia nhập về chi phí, khiến nó dễ tiếp cận hơn nhiều cho cả nhà phát triển và người dùng.
Ví dụ: Mạng Xai là một mạng chơi game chuyên dụng được xây dựng để hỗ trợ các trò chơi Web3. Được xây dựng thông qua mạng Layer 3 của Arbitrum, mạng Xai giới thiệu xử lý song song để tăng hiệu quả và khả năng mở rộng đồng thời giảm thêm chi phí.
Dễ dàng tiếp cận: Layer 3 cũng có thể được thiết kế để dễ tiếp cận hơn với mọi người và dễ triển khai hơn. Ví dụ, Layer 3 của Arbitrum, Arbitrum Orbit, cho phép bất kỳ ai xây dựng và triển khai Layer 3 của riêng họ trên Arbitrum Nitro mà không cần sự chấp thuận. Để so sánh, việc khởi chạy Layer 2 yêu cầu đề xuất về mô hình tin cậy của họ và cách họ sẽ đạt được sự phi tập trung hoàn toàn.
Kết luận
Vấn đề khả năng mở rộng là trở ngại lớn đối với sự phổ biến của tiền mã hóa và hoạt động blockchain. Các giao thức layer 1 và layer 2 đều có hạn chế riêng, khiến việc áp dụng các ứng dụng layer 3 (DApp) trở nên khó khăn. Để blockchain phát triển bền vững, cần có giải pháp mở rộng hiệu quả, hỗ trợ các trường hợp sử dụng thực tế.
