Yếu tố nào tạo nên sự khác biệt giữa Layer 1 và Layer 2?

Blockchain Trilemma là gì?

Trilemma về khả năng mở rộng của blockchain chỉ ra thách thức cốt lõi trong việc đạt đồng thời ba yếu tố quan trọng—bảo mật, phi tập trung và khả năng mở rộng—trong các hệ thống blockchain. Khái niệm này là nền tảng lý thuyết quan trọng cho tiến trình phát triển của công nghệ blockchain.

Theo lý thuyết trilemma, một blockchain chỉ có thể tối ưu tối đa hai trên ba thuộc tính cùng lúc, và việc đạt cả ba chỉ tiêu này cùng lúc là thách thức cực lớn về mặt kỹ thuật. Vì vậy, các công nghệ blockchain hiện nay buộc phải đánh đổi một thuộc tính để vận hành thực tế. Hạn chế này được xem là bài toán căn bản trong thiết kế blockchain.

Bitcoin là ví dụ tiêu biểu nhất cho trilemma này. Blockchain của Bitcoin ưu tiên tối đa hóa tính phi tập trung và độ bảo mật, đồng thời phải hy sinh khả năng mở rộng. Cụ thể, Bitcoin chỉ xử lý được khoảng bảy giao dịch mỗi giây—một con số thấp hơn rất nhiều so với các hệ thống thanh toán truyền thống.

Quan trọng là, do giới hạn kỹ thuật, chưa có loại tiền điện tử nào đạt được cả ba yếu tố này ở mức cao nhất. Mỗi dự án sẽ ưu tiên hai hoặc ba thuộc tính dựa theo mục tiêu sử dụng, và chủ động đánh đổi yếu tố còn lại để tối ưu hóa thiết kế.

Các nhà phát triển đã đưa ra nhiều công nghệ và ý tưởng sáng tạo để giải quyết bài toán mở rộng và đối mặt với trilemma blockchain. Tùy vào cách triển khai, các giải pháp này thuộc lớp 1 hoặc lớp 2, mỗi loại mang đến những chiến lược riêng để vượt qua trilemma.

Một số loại tiền điện tử đạt khả năng mở rộng cao, xử lý được hàng nghìn giao dịch mỗi giây, nhưng lại phải đánh đổi về phi tập trung hoặc bảo mật. Trong khi đó, Bitcoin và Ethereum được xem là các đồng tiền điện tử an toàn và phi tập trung nhất, với thiết kế nhấn mạnh bảo mật và tính phi tập trung. Các dự án lớp 1 như Cardano, Avalanche và Solana đã nhận được nhiều sự quan tâm của thị trường nhờ khả năng khắc phục các hạn chế về mở rộng của Bitcoin và Ethereum bằng những tiến bộ kỹ thuật.

Giải pháp mở rộng Layer 1

Để phân biệt giữa mở rộng blockchain lớp 1 và lớp 2, cần hiểu rõ định nghĩa về blockchain lớp 1. Đúng như tên gọi, các mạng blockchain lớp 1 là các giao thức nền móng của hệ thống blockchain. Bao gồm các chuỗi chính như Bitcoin, Ethereum và Cardano—là nền tảng cơ sở ghi nhận toàn bộ giao dịch.

Giải pháp mở rộng lớp 1 tập trung cải tiến giao thức cốt lõi của blockchain để nâng cao khả năng mở rộng. Các phương án này có thể thay đổi trực tiếp các quy tắc nền tảng nhằm tăng tốc độ xử lý và thông lượng giao dịch. Vì các điều chỉnh này ảnh hưởng đến lõi của blockchain, nên phải được thiết kế và thực hiện cẩn trọng.

Mở rộng lớp 1 còn giúp tăng khả năng lưu trữ dữ liệu và người dùng mới, thường bằng cách mở rộng kích thước khối hoặc rút ngắn thời gian tạo khối.

Khi so sánh giữa blockchain lớp 1 và lớp 2, hai giải pháp mở rộng lớp 1 nổi bật là thay đổi giao thức đồng thuận và sharding (phân mảnh). Đây đều là các chiến lược cơ bản, hiệu quả để mở rộng mạng blockchain tại lớp 1.

Các cơ chế đồng thuận như Proof of Stake (PoS) được xem là hiệu quả hơn ở lớp giao thức so với Proof of Work (PoW). PoS cho phép thông lượng cao hơn với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn nhiều. Trong khi đó, sharding phân bổ tải mạng lưới lên nhiều tập dữ liệu—shard—giúp xử lý song song và tăng hiệu suất toàn hệ thống.

Ưu điểm

• Tăng khả năng mở rộng nền tảng: Ưu điểm lớn nhất của giải pháp blockchain lớp 1 là khả năng cải thiện mở rộng ngay ở tầng giao thức. Nhờ các thay đổi nền tảng, giải pháp lớp 1 mang lại sự cải tiến bền vững về khả năng mở rộng.

• Cân bằng hiệu suất: Giải pháp lớp 1 đạt được sự cân bằng giữa khả năng mở rộng cao và hiệu quả kinh tế, đồng thời vẫn giữ vững tính phi tập trung và bảo mật, giúp giải quyết bài toán trilemma blockchain.

• Thúc đẩy phát triển hệ sinh thái bền vững: Giải pháp mở rộng lớp 1 có thể tích hợp công cụ mới, đổi mới công nghệ và các tiến bộ vào giao thức nền, thúc đẩy hệ sinh thái blockchain phát triển lâu dài.

Nhược điểm

Các mạng lớp 1 gặp phải giới hạn nổi bật về khả năng mở rộng. Bitcoin và nhiều blockchain lớn thường xử lý giao dịch chậm khi nhu cầu tăng cao. Tắc nghẽn mạng khiến phí giao dịch tăng vọt và thời gian xử lý kéo dài.

Cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW) của Bitcoin đòi hỏi lượng tài nguyên tính toán và điện năng khổng lồ, gây ra bài toán môi trường, chi phí vận hành và thúc đẩy nhu cầu chuyển đổi sang giải pháp bền vững hơn.

Giải quyết thách thức Layer 1

Để mở rộng mạng lớp 1, blockchain cần có các nâng cấp cấu trúc nền. Những thay đổi này giúp cải thiện mạnh mẽ hiệu suất, hỗ trợ nhiều người dùng và khối lượng giao dịch lớn hơn.

Cải tiến giao thức đồng thuận

Thuật toán đồng thuận là nền tảng đảm bảo sự nhất quán trong mạng blockchain. Chúng đóng vai trò quan trọng trong xác minh tính hợp lệ giao dịch và duy trì toàn vẹn cho mạng phi tập trung. Những thuật toán phổ biến gồm PoW (Proof of Work) và PoS (Proof of Stake), mỗi loại có đặc trưng và lợi thế riêng.

PoW vẫn là thuật toán đồng thuận phổ biến nhất trên các blockchain lớn như Bitcoin, nhưng bị giới hạn bởi thông lượng thấp và tiêu thụ nhiều năng lượng. Thợ đào phải giải các bài toán phức tạp, tiêu tốn nhiều tài nguyên, dẫn tới điểm nghẽn mở rộng.

Ngược lại, PoS mang lại thông lượng vượt trội. Trong PoS, người nắm token tham gia khóa tài sản để trở thành trình xác thực mạng. Cơ chế này cho phép xác thực và xử lý khối giao dịch mà không tiêu hao nhiều năng lượng, tăng hiệu quả năng lượng, giúp giao dịch nhanh hơn.

Ethereum đã hoàn tất chuyển đổi từ PoW sang PoS để mở rộng dung lượng mạng, nâng cao phi tập trung và duy trì bảo mật. Động thái này giúp Ethereum giảm tiêu thụ năng lượng khoảng 99,95% và cải thiện đáng kể dấu ấn môi trường.

Sharding

Sharding, một ý tưởng từ cơ sở dữ liệu phân tán, là một trong những giải pháp mở rộng lớp 1 tiên tiến và phổ biến nhất hiện nay. Sharding chia trạng thái mạng blockchain thành các tập dữ liệu riêng—shard—cho phép xử lý song song và tăng mạnh năng lực xử lý.

Thay vì để mỗi node xử lý toàn bộ mạng, sharding chia nhỏ tác vụ thành các phần có thể chạy song song, từ đó đẩy mạnh thông lượng.

Mỗi node được phân bổ vào một shard cụ thể thay vì lưu toàn bộ blockchain, giúp giảm dung lượng lưu trữ và tăng số lượng người tham gia. Shard gửi bằng chứng lên chuỗi chính và sử dụng giao tiếp chéo shard để chia sẻ địa chỉ, trạng thái, số dư.

Ethereum 2.0 (nay là lớp đồng thuận của Ethereum), Zilliqa, Qtum và Tezos là các blockchain đi đầu trong nghiên cứu, triển khai sharding để tăng khả năng mở rộng.

Giải pháp mở rộng Layer 2

Mở rộng lớp 2 giúp giảm tải cho chuỗi chính bằng cách sử dụng các mạng hoặc công nghệ vận hành trên giao thức blockchain. Giao thức hoặc mạng ngoài chuỗi có thể cải thiện đáng kể khả năng mở rộng và hiệu quả hoạt động.

Giải pháp lớp 2 chuyển tải giao dịch của blockchain sang các kiến trúc ngoài chuỗi, nơi xử lý giao dịch và chỉ cập nhật kết quả cuối cùng lên blockchain chính. Nhờ vậy, chuỗi chính tập trung vào thanh toán và giải quyết tranh chấp, giảm tải các giao dịch thường nhật.

Giải pháp lớp 2 giúp chia sẻ xử lý dữ liệu cho các kiến trúc hỗ trợ, đảm bảo vận hành linh hoạt, hiệu quả. Blockchain lõi tránh được tắc nghẽn, đạt khả năng mở rộng cao—giảm phí và tăng tốc độ giao dịch.

Lightning Network của Bitcoin là giải pháp mở rộng lớp 2 tiêu biểu được ứng dụng rộng rãi. Xây dựng trên blockchain Bitcoin, Lightning Network cho phép thanh toán tức thì, chi phí thấp. Ngoài ra, nhiều giải pháp lớp 2 khác cũng xuất hiện, mỗi loại hỗ trợ các chiến lược mở rộng vượt ra ngoài lớp 1 khác biệt.

Ưu điểm

• Bảo toàn bảo mật và phi tập trung của Layer 1: Lớp 2 xử lý giao dịch ngoài Layer 1, nâng cao khả năng mở rộng mà vẫn giữ được bảo mật, phi tập trung vững chắc của lớp 1. Việc thanh toán cuối cùng trên chuỗi chính đảm bảo an toàn hệ thống.

• Xử lý vi giao dịch tức thì: Nhờ xử lý ngoài chuỗi, giải pháp lớp 2 tăng tốc độ vi giao dịch, lý tưởng cho thanh toán nhỏ, giao dịch trong game.

• Phí giao dịch thấp: Xử lý ngoài chuỗi giúp giảm mạnh phí giao dịch, rất phù hợp với thanh toán thường ngày và giao dịch nhỏ giá trị thấp.

Nhược điểm

• Kết nối blockchain bị hạn chế: Người dùng lớp 2 có thể bị ràng buộc bởi giao thức giải pháp mình dùng, gây khó khăn cho khả năng kết nối giữa các mạng lớp 2, blockchain khác—làm giảm tính tương tác.

• Vấn đề bảo mật và quyền riêng tư: Lớp 2 xử lý giao dịch ngoài lớp 1, nên mô hình bảo mật, quyền riêng tư sẽ khác biệt. Mỗi giải pháp phải tự xây dựng đảm bảo, người dùng cần nắm rõ rủi ro liên quan.

• Thanh khoản bị phân mảnh: Việc tồn tại nhiều giải pháp lớp 2 có thể làm phân mảnh thanh khoản, ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng.

Giải quyết thách thức Layer 2

Các thách thức lớp 2 có thể được giải quyết bằng nhiều phương pháp, mỗi giải pháp có đặc trưng kỹ thuật và lợi ích riêng theo từng trường hợp sử dụng.

Blockchain lồng ghép: Phân tán xử lý thứ bậc

Blockchain lồng ghép có kiến trúc phân cấp, với các blockchain con tích hợp vào chuỗi chính, tăng hiệu quả và linh hoạt. Chuỗi chính đưa ra quy tắc, đảm bảo an toàn; chuỗi con xử lý chuyên biệt ứng dụng và nhu cầu cụ thể. Phân bổ tải theo mô hình cha-con giảm mạnh tải cho chuỗi chính, cải thiện khả năng mở rộng.

Dự án OMG Plasma là ví dụ tiêu biểu về hạ tầng blockchain lồng ghép lớp 2 trên Ethereum. Plasma đạt thông lượng cao nhờ xử lý giao dịch lớn trên chuỗi con và báo cáo trạng thái định kỳ lên chuỗi chính.

Kênh trạng thái: Xử lý ngoài chuỗi tốc độ cao

Kênh trạng thái kết nối blockchain với các kênh giao dịch ngoài chuỗi, cho phép trao đổi hai chiều, xử lý nhanh mà không cần xác thực bởi chuỗi chính. Các bên mở kênh, thực hiện nhiều giao dịch ngoài chuỗi và chỉ ghi nhận trạng thái cuối cùng lên chuỗi chính—giúp giảm phí, tiết kiệm thời gian.

Liquid Network, Raiden Network của Ethereum, Celer và Bitcoin Lightning là các giải pháp đi đầu triển khai kênh trạng thái, hiệu quả cho thanh toán và vi giao dịch. Tuy vậy, kênh trạng thái thường đánh đổi một phần phi tập trung để đạt mở rộng.

Sidechain: Chuỗi song song độc lập

Sidechain là các chuỗi giao dịch độc lập hoạt động song song với blockchain chính, thường dùng cơ chế đồng thuận, thiết kế riêng để tăng tốc, mở rộng.

Chuỗi chính giữ an toàn tổng thể, xác thực giao dịch tổng hợp, giải quyết tranh chấp; sidechain vận hành độc lập, trao đổi tài sản hoặc dữ liệu khi cần với chuỗi chính.

Khác kênh trạng thái, sidechain ghi nhận giao dịch công khai, nếu bị tấn công cũng không ảnh hưởng trực tiếp chuỗi chính, nhờ đó tách biệt bảo mật, minh bạch hơn. Xây dựng sidechain cần hạ tầng mới, có thể tốn kém và phức tạp.

Sự khác biệt lớn giữa Layer 1 và Layer 2

Định nghĩa

Layer 1 nâng thông lượng, năng lực giao dịch bằng cách thay đổi lớp giao thức nền—ví dụ tăng kích thước khối, thay đổi thuật toán đồng thuận, triển khai sharding. Những thay đổi này tác động toàn bộ mạng.

Layer 2 là các giải pháp ngoài chuỗi, xử lý phía trên giao thức blockchain chính, giúp giảm tải. Giao dịch, dữ liệu được chuyển cho mạng hoặc ứng dụng lớp 2, chỉ báo cáo kết quả cuối cùng về chuỗi chính. Nhờ vậy, tăng thông lượng, giảm gánh nặng cho mạng nền.

Cách vận hành

Mở rộng lớp 1 là thay đổi giao thức nền, cần sự đồng thuận toàn mạng, đôi khi hard fork. Khi đã triển khai, các thay đổi khó đảo ngược—kể cả khi giao dịch giảm.

Giải pháp mở rộng lớp 2 vận hành độc lập như hệ thống ngoài chuỗi, xử lý giao dịch bên ngoài giao thức chính, chỉ báo cáo kết quả lên chuỗi chính. Đặc điểm này giúp lớp 2 linh hoạt, có thể triển khai nhanh, cập nhật liên tục.

Loại hình giải pháp

Giải pháp lớp 1 gồm nâng cấp giao thức đồng thuận và sharding. Ngoài ra có thể điều chỉnh kích thước khối, tốc độ tạo khối, cơ chế đồng thuận nhằm đạt mục tiêu mong muốn.

Giải pháp lớp 2 gần như không giới hạn về triển khai. Bất kỳ giao thức, mạng, ứng dụng nào cũng có thể thành giải pháp ngoài chuỗi lớp 2. Phổ biến nhất là kênh trạng thái, sidechain, rollup, Plasma—mỗi loại có đặc điểm, lợi ích riêng.

Đặc điểm và tính chất

Layer 1 là nguồn thông tin chuẩn, quyết toán giao dịch, sử dụng token gốc, cung cấp quyền truy cập tài nguyên mạng. Đổi mới trong thiết kế đồng thuận là điểm nhấn của lớp 1, mang lại bảo mật, phi tập trung tối đa với vai trò nền tảng blockchain.

Layer 2 cung cấp tính năng tương tự nhưng thông lượng vượt trội, khả năng lập trình cao, phí giao dịch thấp hơn nhiều. Mỗi giải pháp lớp 2 ánh xạ giao dịch lên lớp 1 theo cách riêng, tối ưu từng lựa chọn đánh đổi. Layer 2 hướng đến kế thừa bảo mật lớp 1 và tăng hiệu quả vận hành.

Tương lai mở rộng blockchain

Khả năng mở rộng tiếp tục là rào cản lớn với việc phổ cập blockchain. Khi nhu cầu với tiền điện tử, blockchain tăng, yêu cầu mở rộng nền tảng sẽ ngày càng lớn.

Mở rộng lớp 1 và lớp 2 đều có chi phí, lợi ích riêng. Layer 1 mang lại cải tiến nền sâu, layer 2 linh hoạt, triển khai nhanh. Tương lai mở rộng sẽ theo hướng kết hợp, tận dụng ưu thế của cả lớp 1 và lớp 2.

Cụ thể, các nâng cấp lớp 1 sẽ tiếp tục tăng hiệu suất lõi, còn các giải pháp lớp 2 xây môi trường tối ưu cho từng trường hợp sử dụng—tạo ra mô hình đa tầng trở thành tiêu chuẩn. Cách tiếp cận này sẽ tối ưu sự cân bằng giữa bảo mật, phi tập trung, khả năng mở rộng, phục vụ giải pháp thực tiễn cho blockchain trilemma.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt cơ bản giữa Layer 1 và Layer 2 là gì?

Layer 1 là blockchain gốc, Layer 2 tận dụng công nghệ ngoài chuỗi để xử lý giao dịch ngoài chuỗi chính. Layer 2 tăng khả năng mở rộng, khối lượng giao dịch, giảm phí.

Lợi ích của Layer 2 là gì? (Phí, tốc độ, v.v.)

Layer 2 tăng tốc xử lý giao dịch, có thể giảm phí như phí gas trên 90%. Khả năng mở rộng tốt hơn, người dùng giao dịch nhanh, chi phí thấp.

Layer 1 và Layer 2 khác nhau thế nào về bảo mật?

Layer 1 là blockchain nền tảng, bảo mật cao nhất. Layer 2 xử lý giao dịch ngoài chuỗi, tăng tốc độ nhưng phụ thuộc bảo mật lớp 1. Layer 1 bảo mật vượt trội hơn.

Có những loại giải pháp Layer 2 nào (như Lightning Network, Polygon)?

Giải pháp lớp 2 gồm Lightning Network (Bitcoin), Polygon (Ethereum), Arbitrum, Optimism và các nền tảng khác. Các nền tảng này được thiết kế tăng tốc giao dịch, giảm phí.

Nên dùng Layer 1 khi nào, Layer 2 khi nào?

Layer 1 phù hợp giao dịch lớn, lưu trữ tài sản an toàn. Layer 2 lý tưởng cho giao dịch thường ngày, vi giao dịch—nơi tốc độ, chi phí thấp là quan trọng nhất.