Điểm khác biệt giữa Layer 1 và Layer 2 là gì?

Blockchain Trilemma là gì?

Công nghệ blockchain ngày càng vượt ra ngoài lĩnh vực tài chính và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Do đó, yếu tố mở rộng đã trở thành vấn đề then chốt trong các hệ sinh thái blockchain. Việc nâng cao thông lượng giúp blockchain hỗ trợ các ứng dụng mới và tăng khối lượng giao dịch. Các cuộc thảo luận về mở rộng blockchain thường xoay quanh vai trò của giải pháp Layer 1 và Layer 2.

Các lớp blockchain được phát triển để tăng cường bảo mật mạng và đảm bảo toàn vẹn dữ liệu. Bài viết này sẽ phân tích cách các lớp này phối hợp với nhau nhằm cải thiện khả năng tương tác giữa các blockchain.

Blockchain scalability trilemma là thách thức phải đồng thời đạt được ba yếu tố cốt lõi—bảo mật, phi tập trung và mở rộng. Đây là rào cản lớn trong tiến trình phát triển công nghệ blockchain.

Theo bộ ba thách thức này, một blockchain chỉ có thể tối ưu hoàn toàn hai trong ba yếu tố tại cùng một thời điểm, khiến việc đạt cả ba cùng lúc gần như bất khả thi về mặt kỹ thuật. Trong thực tế, đa số dự án blockchain đều phải hy sinh một yếu tố để đảm bảo vận hành hệ thống.

Chẳng hạn, Bitcoin ưu tiên phi tập trung và bảo mật nhưng đánh đổi khả năng mở rộng. Ethereum gặp vấn đề tương tự, đang nỗ lực tăng thông lượng giao dịch mà vẫn giữ vững an toàn và phi tập trung.

Hiện chưa có loại tiền điện tử nào cân bằng tối ưu cả ba yếu tố này. Mỗi dự án crypto đều sẽ ưu tiên hai—thậm chí ba—thuộc tính, và chấp nhận đánh đổi yếu tố còn lại khi cần thiết.

Nhiều nhà phát triển đã ứng dụng các giải pháp công nghệ và ý tưởng nhằm giải quyết vấn đề mở rộng cũng như bộ ba thách thức này. Tùy vào cách triển khai, các sáng kiến này xuất hiện dưới dạng Layer 1 hoặc Layer 2.

Một số dự án tiền điện tử có thể xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây, nhưng thường phải đánh đổi yếu tố phi tập trung hoặc bảo mật. Ngược lại, Bitcoin và Ethereum vẫn là những ví dụ điển hình về bảo mật và phi tập trung cao. Cardano, Avalanche và Solana là những Layer 1 nổi bật đang được quan tâm nhờ tập trung giải quyết bài toán mở rộng của Bitcoin và Ethereum.

Giải pháp mở rộng Layer 1

Để phân biệt giữa mở rộng Layer 1 và Layer 2, cần hiểu rõ Layer 1 là gì. Layer 1 chỉ mạng blockchain ở tầng giao thức nền tảng. Kiến trúc này đóng vai trò là bản ghi cuối cùng cho mọi giao dịch.

Giải pháp mở rộng Layer 1 là các phương án nâng cấp trực tiếp nền tảng blockchain nhằm tăng khả năng mở rộng. Các giải pháp này cung cấp nhiều cách tăng thông lượng mạng, chẳng hạn điều chỉnh quy tắc giao thức để cải thiện sức chứa và tốc độ xử lý giao dịch, đồng thời mở rộng năng lực phục vụ nhiều dữ liệu và người dùng hơn.

Xét về Layer 1 và Layer 2, hai giải pháp mở rộng Layer 1 chính là cải tiến giao thức đồng thuận và sharding. Cả hai đều đóng vai trò then chốt để đạt khả năng mở rộng ở tầng Layer 1.

Ví dụ, cơ chế đồng thuận Proof of Stake (PoS) được xem hiệu quả hơn Proof of Work (PoW) ở tầng blockchain. PoS giữ vững bảo mật mạng đồng thời giảm đáng kể tiêu thụ tài nguyên tính toán. Trong khi đó, sharding phân bổ khối lượng công việc trên mạng thành các tập dữ liệu (“shard”), giúp xử lý song song.

Ưu điểm

• Tăng khả năng mở rộng: Đây là lợi thế rõ ràng nhất của Layer 1. Nhờ điều chỉnh giao thức nền, các giải pháp này giúp nâng cao năng lực xử lý chung của mạng.

• Bảo toàn bảo mật và phi tập trung: Layer 1 cung cấp khả năng mở rộng cao mà vẫn giữ được phi tập trung và bảo mật, đảm bảo mạng luôn ổn định và an toàn.

• Thúc đẩy phát triển hệ sinh thái: Layer 1 cho phép tích hợp các công cụ, công nghệ mới và đổi mới trực tiếp vào nền tảng—thúc đẩy tăng trưởng toàn diện cho hệ sinh thái.

Nhược điểm

Khả năng mở rộng vẫn là trở ngại lớn với Layer 1. Bitcoin và các blockchain lớn khác thường quá tải khi nhu cầu tăng cao. Đặc biệt, cơ chế PoW của Bitcoin tiêu tốn rất nhiều năng lượng và tài nguyên tính toán.

Thay đổi ở Layer 1 tác động trực tiếp tới giao thức nên cần được cân nhắc kỹ và phải có đồng thuận rộng. Khi đã triển khai, rất khó đảo ngược nếu phát sinh vấn đề.

Giải pháp cho thách thức Layer 1

Mở rộng mạng Layer 1 đòi hỏi các nâng cấp căn bản về blockchain. Các giải pháp sau tập trung vào cải tiến nền tảng mạng.

Cải tiến giao thức đồng thuận

Thuật toán đồng thuận là cơ chế giúp các thành viên mạng blockchain đi đến thống nhất. Có nhiều dạng như PoW và PoS, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng.

PoW vẫn phổ biến nhất nhưng thông lượng thấp và tiêu hao năng lượng lớn. Thợ đào phải giải toán phức tạp, đòi hỏi sức mạnh tính toán cao. Ngược lại, PoS có thông lượng tốt hơn PoW.

Với PoS, thành viên mạng xử lý/xác thực khối giao dịch dựa trên số tài sản tiền điện tử sở hữu, không cần tiêu tốn nhiều năng lượng. Nhờ đó, hệ thống xử lý giao dịch nhanh và tiết kiệm điện hơn. Ethereum đã chuyển sang PoS để tăng sức chứa mạng và phi tập trung, đồng thời vẫn giữ bảo mật.

Sharding

Sharding, kế thừa từ hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán, là giải pháp mở rộng Layer 1 phổ biến. Sharding chia trạng thái tổng thể của mạng thành các tập dữ liệu (“shard”) riêng biệt.

Thay vì mỗi node xử lý toàn bộ mạng, công việc được chia nhỏ hơn. Nhờ đó, mạng có thể xử lý các shard song song, thực hiện nhiều giao dịch cùng lúc. Mỗi node chỉ phụ trách một shard cụ thể, không phải lưu toàn bộ blockchain, giúp giảm tải và tăng hiệu quả mạng.

Mỗi shard gửi bằng chứng cho chuỗi chính và tương tác với các shard khác qua giao tiếp liên shard để chia sẻ địa chỉ, trạng thái, số dư. Hệ thống này duy trì phối hợp và nhất quán trên mạng. Ethereum 2.0 cùng Zilliqa, Qtum, Tezos là những dự án lớn đang phát triển công nghệ sharding.

Giải pháp mở rộng Layer 2

Mục tiêu của Layer 2 là tận dụng các mạng hoặc công nghệ được xây dựng trên blockchain nền tảng. Các giao thức ngoài chuỗi hoặc mạng hỗ trợ giúp blockchain tăng mở rộng và hiệu suất.

Giải pháp Layer 2 chuyển tải khối lượng giao dịch khỏi giao thức blockchain sang các kiến trúc ngoài chuỗi. Các hệ thống này sẽ chỉ báo cáo kết quả cuối cùng lên blockchain chính. Bằng cách này, Layer 2 giúp giảm tắc nghẽn mạng lõi, làm cho mở rộng khả thi.

Lightning Network (dùng để mở rộng cho Bitcoin) là một trong những Layer 2 nổi bật nhất. Lightning xử lý giao dịch ngoài chuỗi và chỉ ghi nhận kết quả cuối trên chuỗi chính, giúp giao dịch nhanh và rẻ. Nhiều giải pháp Layer 2 khác cũng rất được chú ý trong cộng đồng blockchain.

Ưu điểm

• Giữ vững bảo mật và phi tập trung của Layer 1: Layer 2 xử lý giao dịch ngoài chuỗi, giúp mạng giữ nguyên bảo mật và phi tập trung của Layer 1. Chuỗi chính vẫn là lớp quyết toán cuối cùng, đảm bảo an toàn và tin cậy.

• Tăng tốc giao dịch nhỏ: Giao dịch ngoài chuỗi giúp thực hiện các giao dịch nhỏ rất nhanh. Nhờ đó, các trường hợp như thanh toán nhỏ, giao dịch thời gian thực trở nên khả thi—vốn khó với blockchain truyền thống.

• Giảm phí giao dịch: Việc giảm tắc nghẽn trên chuỗi chính nhờ xử lý ngoài chuỗi giúp giảm phí giao dịch đáng kể.

Nhược điểm

• Thách thức về khả năng tương tác: Người dùng Layer 2 bị phụ thuộc vào giao thức của giải pháp mình chọn, điều này có thể hạn chế kết nối giữa các blockchain. Khả năng tương tác giữa các Layer 2 vẫn là vấn đề lớn.

• Rủi ro bảo mật và quyền riêng tư: Xử lý giao dịch ngoài Layer 1 phát sinh các rủi ro mới về bảo mật và quyền riêng tư. Cần đảm bảo an ninh cho các giao dịch ngoài chuỗi.

• Phân mảnh thanh khoản: Nhiều Layer 2 có thể khiến thanh khoản bị phân mảnh, ảnh hưởng trải nghiệm người dùng.

Giải pháp cho thách thức Layer 2

Nhiều phương pháp kỹ thuật đã được đề xuất để giải quyết vấn đề Layer 2. Dưới đây là các giải pháp Layer 2 tiêu biểu.

Blockchain lồng nhau: Phân phối xử lý cha-con

Blockchain lồng nhau là cấu trúc phân cấp, nơi một blockchain chứa các blockchain khác. Cấu trúc này gồm một chuỗi chính (nền tảng) và nhiều chuỗi con xây trên chuỗi chính. Chuỗi chính đặt quy tắc và tham số chung, còn chuỗi con xử lý các tác vụ riêng.

Nhờ phân phối xử lý qua quan hệ cha-con, chuỗi chính giảm tải, tăng mở rộng. Chuỗi con có thể dùng cơ chế đồng thuận riêng và tối ưu hóa cho từng mục đích. OMG Plasma là ví dụ tiêu biểu về hạ tầng blockchain lồng nhau Layer 2 trên Ethereum.

State channel: Giao dịch ngoài chuỗi nhanh

State channel kết nối blockchain với các kênh giao dịch ngoài chuỗi, cho phép trao đổi hai chiều. State channel không cần xác thực từ node chuỗi chính nên tăng tốc độ xử lý giao dịch.

Các bên ghi trạng thái ban đầu của kênh lên chuỗi chính, sau đó tự do giao dịch ngoài chuỗi. Sau khi hoàn thành, chỉ trạng thái cuối và thay đổi được ghi lại trên chuỗi chính. Như vậy, chỉ kết quả cuối được ghi nhận, không phải mọi giao dịch trung gian, giúp tối ưu hiệu suất.

Liquid Network, Raiden Network của Ethereum, Celer và Bitcoin Lightning là các ví dụ state channel nổi bật. Tuy nhiên, state channel có thể phải hy sinh một phần phi tập trung để đạt mở rộng.

Sidechain: Chuỗi song song độc lập

Sidechain là các chuỗi giao dịch độc lập chạy song song với blockchain. Chúng có thể dùng cơ chế đồng thuận khác và được thiết kế để tăng tốc độ, mở rộng. Chuỗi chính vẫn đảm nhận bảo mật tổng thể, xác minh giao dịch tổng hợp và giải quyết tranh chấp.

Khác với state channel, sidechain công khai giao dịch và thiết kế sao cho sự cố bảo mật trên sidechain không ảnh hưởng chuỗi chính. Nhờ đó, rủi ro cho chain chính được giảm tối đa.

Tuy nhiên, xây dựng sidechain đòi hỏi phát triển hạ tầng từ đầu, rất tốn kém. Sidechain cũng cần bộ xác thực riêng, tạo mô hình bảo mật khác biệt với chuỗi chính.

So sánh chính Layer 1 và Layer 2

Có nhiều điểm khác biệt quan trọng giữa Layer 1 và Layer 2 trong mở rộng blockchain. Các mục dưới đây phân tích chi tiết các khác biệt này.

1: Khái niệm

Layer 1 là các phương pháp nâng cấp nền tảng blockchain nhằm tăng tốc và thông lượng, bao gồm tăng kích thước khối hoặc đổi thuật toán đồng thuận. Layer 1 giúp cải thiện hiệu suất mạng bằng cách thay đổi giao thức blockchain lõi.

Layer 2 là giải pháp ngoài chuỗi giúp giảm tải cho chuỗi chính bằng cách xử lý dữ liệu bên ngoài. Các tác vụ xử lý hoặc giao dịch được giao cho giao thức/mạng/ứng dụng Layer 2 và chỉ báo cáo kết quả về blockchain chính. Nhờ vậy, chuỗi chính giảm tải và giao dịch nhanh hơn.

2: Cách thức hoạt động

Layer 1 tập trung thay đổi giao thức cốt lõi của blockchain. Việc triển khai Layer 1 phải điều chỉnh trực tiếp giao thức, nên khó đảo ngược khi khối lượng giao dịch giảm mạnh. Thay đổi này đòi hỏi đồng thuận và nâng cấp toàn mạng.

Ngược lại, Layer 2 hoạt động độc lập như giải pháp ngoài chuỗi. Các mạng/giao thức này chỉ báo cáo kết quả cuối về blockchain chính, giúp mở rộng linh hoạt mà không cần thay đổi chuỗi gốc.

3: Loại giải pháp

Đối với Layer 1, các cải tiến giao thức đồng thuận và sharding là tiêu biểu. Ngoài ra, có thể điều chỉnh kích thước hoặc tốc độ tạo khối. Các phương pháp này thay đổi cấu trúc blockchain để nâng cao hiệu quả.

Với Layer 2, gần như không giới hạn cách triển khai. Bất kỳ giao thức, mạng hoặc ứng dụng nào cũng có thể là Layer 2 ngoài chuỗi, mở rộng linh hoạt cho nhiều mục đích sử dụng.

4: Chất lượng

Layer 1 là nguồn thông tin gốc và quyết toán giao dịch cuối. Layer 1 dùng token gốc và cung cấp quyền truy cập tài nguyên mạng. Sáng tạo về cơ chế đồng thuận là đặc điểm nổi bật. Vì Layer 1 ảnh hưởng toàn bộ mạng, cần lên kế hoạch và triển khai cẩn trọng.

Layer 2 cung cấp chức năng tương tự Layer 1, đồng thời tăng thông lượng, khả năng lập trình và giảm phí giao dịch. Mỗi giải pháp Layer 2 có phương thức riêng để chuyển đổi giao dịch về Layer 1. Layer 2 tận dụng bảo mật chuỗi chính để đạt giao dịch nhanh, phí thấp.

Tương lai mở rộng blockchain

Khả năng mở rộng là rào cản lớn của việc áp dụng blockchain trên diện rộng. Khi nhu cầu tiền điện tử tăng, các nền tảng blockchain phải mở rộng hơn nữa. Layer 1 và Layer 2 đều có lợi thế và chi phí riêng.

Layer 1 mang lại cải tiến nền tảng hỗ trợ sự phát triển bền vững lâu dài. Layer 2 giúp mở rộng ngay lập tức và cải thiện trải nghiệm người dùng. Vì thế, tương lai mở rộng blockchain sẽ dựa vào sự kết hợp cả Layer 1 và Layer 2.

Những năm gần đây, nhiều dự án blockchain đã áp dụng chiến lược mở rộng tổng thể, kết hợp Layer 1 và Layer 2. Chẳng hạn, Ethereum phát triển sharding (Layer 1) và rollup (Layer 2).

Khái niệm Layer 0 cũng xuất hiện. Blockchain Layer 0 cung cấp hạ tầng nền cho việc tạo chuỗi mới và tương tác xuyên chuỗi. Các chuỗi xây trên Layer 0 có thể giao tiếp với nhau và các blockchain khác. Layer 0 là nền tảng cho Layer 1. Cosmos, Polkadot và Avalanche là những Layer 0 tiêu biểu. Riêng Cosmos đóng vai trò nền tảng cho nhiều nền tảng blockchain lớn.

Nhìn về tương lai, hệ sinh thái blockchain sẽ tiến tới cấu trúc đa tầng tích hợp Layer 0, Layer 1 và Layer 2. Sự phát triển này sẽ giải quyết bộ ba thách thức bảo mật, phi tập trung và mở rộng—giúp hạ tầng blockchain đáp ứng ứng dụng quy mô lớn thực sự.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt cốt lõi Layer 1 và Layer 2 là gì?

Layer 1 là lớp blockchain nền tảng, Layer 2 là các công nghệ ngoài chuỗi xây trên đó. Layer 2 xử lý giao dịch ngoài chuỗi chính, giúp tăng mở rộng và giảm phí gas mạnh.

Ưu nhược điểm của Layer 2 như Lightning Network hay Polygon là gì?

Ưu điểm là phí rất thấp, tốc độ giao dịch cao, trải nghiệm người dùng tốt hơn. Nhược điểm là phải đánh đổi bảo mật, phi tập trung, phân mảnh giữa các Layer 2 và tăng độ phức tạp.

Khi nào nên chọn Layer 1 và Layer 2?

Layer 1 phù hợp giao dịch quy mô lớn, đòi hỏi bảo mật cao. Layer 2 thích hợp giao dịch thường xuyên, giá trị nhỏ, cần tốc độ và phí thấp. Lựa chọn lớp phù hợp giúp giao dịch tối ưu.

Layer 2 có an toàn không? Có rủi ro gì so với Layer 1?

Layer 2 về cơ bản an toàn, nhưng có rủi ro bảo mật cao hơn Layer 1. Một số vấn đề gồm chất lượng kiểm toán hợp đồng thông minh và sự tập trung bộ sắp xếp giao dịch. Các giao thức lớn liên tục cải tiến, dự kiến bảo mật sẽ tương đương Layer 1.

Layer 2 trên Bitcoin và Ethereum khác nhau thế nào?

Layer 2 của Ethereum hỗ trợ hợp đồng thông minh, giao dịch phức tạp; Layer 2 của Bitcoin tập trung thanh toán đơn giản. Ethereum vượt trội về thừa hưởng bảo mật; Bitcoin ưu tiên hiệu quả giao dịch.