Hành trình tiến hóa công nghệ của hệ thống Bằng chứng Ethereum

Người đồng sáng lập Ethereum, Vitalik Buterin, gần đây đã phát hành một loạt bài viết, khám phá hướng phát triển trong tương lai của giao thức Ethereum. Những bài viết này bao gồm sáu phần chính của lộ trình Ethereum, bài viết này sẽ tập trung vào phần đầu tiên - "The Merge"( hợp nhất), thảo luận về Bằng chứng(PoS) và những điểm nào có thể được cải thiện, cũng như cách thực hiện những cải tiến này.

Vitalik cho rằng, "Sát nhập" là sự kiện mốc quan trọng nhất trong lịch sử Ethereum, đánh dấu sự chuyển đổi từ Bằng chứng công việc (PoW) sang Bằng chứng (PoS). Hiện tại, Ethereum đã hoạt động ổn định như một hệ thống PoS gần hai năm, thể hiện xuất sắc về tính ổn định, hiệu suất và tính phi tập trung. Tuy nhiên, cơ chế PoS vẫn có một số lĩnh vực then chốt cần được tối ưu hóa thêm.

Lộ trình Ethereum năm 2023 phân chia các tối ưu hóa này thành hai loại lớn: cải tiến đặc tính kỹ thuật ( như độ ổn định, hiệu suất và khả năng tiếp cận của các xác thực viên nhỏ ), cũng như các cải cách kinh tế để đối phó với rủi ro tập trung. Vitalik nhấn mạnh rằng danh sách này không phải là toàn diện, mà là một số ý tưởng đang được xem xét tích cực hiện nay.

Mục tiêu chính của việc hợp nhất

1. Thực hiện tính xác định trong một khoảng thời gian (SSF): Hiện tại, các khối trên Ethereum cần khoảng 15 phút để được xác nhận cuối cùng. Bằng cách nâng cao hiệu quả của cơ chế đồng thuận, thời gian này có thể được rút ngắn đáng kể, cho phép các khối được đề xuất và xác nhận cuối cùng trong cùng một khoảng thời gian.

2. Xác nhận và hoàn thành giao dịch một cách nhanh chóng nhất có thể trong khi vẫn giữ được tính phi tập trung.

3. Nâng cao tính khả thi của việc đặt cọc riêng lẻ, giảm bớt rào cản tham gia.

4. Tăng cường tính ổn định của hệ thống.

5. Tăng cường khả năng chống lại và phục hồi của Ethereum trước các cuộc tấn công 51%, bao gồm ngăn chặn lật ngược tính cuối cùng, ngăn chặn tính cuối cùng và kiểm duyệt.

Định tính và dân chủ hóa staking theo thời gian đơn

Hiện tại, Ethereum cần 2-3 epoch ( khoảng 15 phút ) để hoàn thành một khối, và cần 32 ETH để trở thành người xác thực. Đây là kết quả của việc cân bằng giữa ba mục tiêu: tối đa hóa số lượng người xác thực tham gia staking, tối thiểu hóa thời gian cuối cùng, và tối thiểu hóa chi phí vận hành của các nút.

Trong lý tưởng, Ethereum hy vọng đạt được hai cải tiến trong khi vẫn giữ được tính cuối cùng của kinh tế:

1. Hoàn thành việc xác định khối trong một khe thời gian (slot), lý tưởng là giữ nguyên hoặc rút ngắn thời gian hiện tại là 12 giây.

2. Giảm ngưỡng staking từ 32 Ether xuống 1 Ether.

Hai điểm cải tiến này sẽ giúp nhiều người dùng được hưởng lợi từ mức bảo mật cao hơn, và giảm đáng kể rào cản để tham gia vào việc staking riêng lẻ. Tuy nhiên, những mục tiêu này mâu thuẫn với mục tiêu tối thiểu hóa chi phí, và đây cũng là lý do mà Ethereum không áp dụng tính chắc chắn theo thời gian đơn lẻ ban đầu. Tuy nhiên, nghiên cứu mới nhất đã đề xuất một số giải pháp khả thi.

Đề xuất xác định trong một khoảng thời gian

Để đạt được độ chắc chắn trong một khoảng thời gian đơn lẻ trong trường hợp số lượng người xác thực rất lớn, đồng thời không làm tăng đáng kể chi phí vận hành của nút, hiện có một số giải pháp chính:

1. Cải tiến giao thức tổng hợp chữ ký, có thể sẽ sử dụng công nghệ ZK-SNARKs, để xử lý hàng triệu chữ ký của các xác thực viên trong một khoảng thời gian.

2. Cơ chế Ủy ban Orbit: Chọn ngẫu nhiên một ủy ban có quy mô vừa chịu trách nhiệm về việc xác định cuối cùng của chuỗi, đồng thời giữ lại đặc tính chi phí tấn công cao.

3. Cơ chế staking hai lớp: Thiết lập hai loại người staking, một loại yêu cầu tiền gửi cao, loại còn lại yêu cầu thấp hơn. Chỉ có những người staking cấp cao mới tham gia trực tiếp vào quá trình cuối cùng của kinh tế.

Mỗi giải pháp đều có ưu nhược điểm riêng, cần cân nhắc giữa tính an toàn, tính phi tập trung và độ phức tạp kỹ thuật.

Bầu cử lãnh đạo bí mật đơn nhất

Hiện tại, người đề xuất khối tiếp theo có thể được biết trước, điều này có thể dẫn đến lỗ hổng bảo mật. Bầu cử lãnh đạo bí mật đơn lẻ (SSLE) được thiết kế để giải quyết vấn đề này, thông qua công nghệ mã hóa tạo ra "ID người xác thực mù" cho mỗi người xác thực, và cho phép nhiều người đề xuất có cơ hội tái cấu trúc và làm biến dạng lại hồ bơi ID mù.

Tuy nhiên, việc hiện thực hóa một giao thức SSLE đơn giản và hiệu quả không phải là điều dễ dàng. Cách thực hiện SSLE mà không làm tăng đáng kể độ phức tạp của giao thức, cũng như cách thiết kế một giao thức SSLE chống lại lượng tử, đều là những vấn đề cần giải quyết.

Xác nhận giao dịch nhanh hơn

Việc rút ngắn thời gian xác nhận giao dịch trên Ethereum từ 12 giây xuống 4 giây sẽ cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng, nâng cao hiệu quả của các giao thức DeFi, và góp phần vào sự phi tập trung của L2. Có hai phương thức kỹ thuật chính: giảm thời gian slot, hoặc cho phép người đề xuất phát hành xác nhận trước trong một slot.

Tuy nhiên, việc rút ngắn thời gian khoảng trống có thể làm tăng rủi ro tập trung hóa của các validator. Phương pháp xác nhận trước có thể cải thiện thời gian xác nhận trung bình, nhưng không thể cải thiện trường hợp tồi tệ nhất, và cách khuyến khích xác nhận trước vẫn là một vấn đề cần giải quyết.

Đe dọa từ tính toán lượng tử

Đối mặt với mối đe dọa có thể có của tính toán lượng tử trong tương lai, Ethereum cần tích cực phát triển các giải pháp thay thế chống lại các cuộc tấn công lượng tử. Mỗi phần của giao thức dựa vào đường cong ellip hiện tại đều cần có một giải pháp thay thế dựa trên hàm băm hoặc các công nghệ chống lượng tử khác. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc duy trì các giả định bảo thủ trong thiết kế Bằng chứng.

Kết luận

Con đường tiến hóa công nghệ của hệ thống Bằng chứng Ethereum đầy thách thức. Để đối phó với những thách thức này, tính xác định cuối cùng trong một khoảng thời gian, dân chủ hóa việc staking, bầu cử một lãnh đạo bí mật duy nhất, xác nhận giao dịch nhanh hơn và phát triển các giải pháp thay thế chống lại các cuộc tấn công lượng tử đều là những vấn đề quan trọng mà Ethereum cần giải quyết.

Vitalik đã có những suy nghĩ toàn diện về việc nâng cấp "The Merge", đưa ra nhiều giải pháp kỹ thuật kết hợp và thảo luận về tiềm năng thiết kế của công nghệ PoS trên Ethereum cũng như những con đường nâng cấp kỹ thuật khả thi hiện tại.

Trong quá trình nâng cấp công nghệ, Ethereum liên tục khám phá đổi mới, cân nhắc giữa các giải pháp khác nhau để tìm ra con đường phát triển tốt nhất, đạt được độ an toàn, hiệu suất và mức độ phi tập trung cao hơn. Quá trình này thể hiện sự quan tâm cao độ của cộng đồng Ethereum đối với sự ổn định và an toàn của hệ thống trong khi theo đuổi tiến bộ công nghệ.