Thời đại mở rộng Ethereum mới: Công nghệ zk-SNARK giúp đạt được 10.000 giao dịch mỗi giây

Ethereum sắp chào đón kỷ niệm 10 năm khối genesis, sau nhiều năm khám phá, lộ trình mở rộng của nó đang mở ra những chương mới. Mặc dù giá ETH gần đây đã tăng lên, nâng cao niềm tin của thị trường, nhưng điều thực sự đáng phấn khởi là Ethereum L1 cuối cùng đã tìm thấy một con đường khả thi để mở rộng quy mô lớn trong khi vẫn duy trì mức độ phi tập trung cao.

Trong vài năm tới, giới hạn Gas của Ethereum và TPS dự kiến sẽ tăng gấp nhiều lần mỗi năm. Các xác thực viên sẽ không còn cần phải thực hiện lại mỗi giao dịch, mà chỉ cần xác nhận một bản zk-SNARK, để xác nhận việc thực thi đúng đắn của nhóm giao dịch này. Điều này sẽ nâng cao TPS của mạng lưới cơ sở lên tới hàng chục ngàn giao dịch mỗi giây. Đồng thời, L2 cũng sẽ đồng bộ mở rộng, đạt được hàng trăm ngàn thậm chí hàng triệu TPS. Một loại L2 mới có tên "Rollup gốc" sẽ hoạt động như các phân đoạn có thể lập trình, cung cấp tính bảo mật tương tự như L1.

Mặc dù những đề xuất này chưa chính thức được phê duyệt qua quy trình quản trị của Ethereum, nhưng chúng dựa trên những ý tưởng mà người sáng lập Ethereum đã bắt đầu khám phá từ năm 2017 và được sự hỗ trợ mạnh mẽ từ các nhà nghiên cứu cốt lõi.

Tại hội nghị EthCC vào tháng 7 năm nay, một nhà nghiên cứu chính của quỹ Ethereum đã phát biểu: "Chúng ta đang ở một bước ngoặt quan trọng trong việc mở rộng Ethereum, tôi tin tưởng rằng chúng ta sắp bước vào kỷ nguyên GigaGas của L1 - khoảng 10.000 TPS, và chìa khóa để mở ra kỷ nguyên này là zkEVM và chứng minh thời gian thực."

Mục tiêu cuối cùng của anh ấy là trong 10 năm tới, hệ sinh thái Ethereum có thể đạt được 10 triệu TPS. Điều này có nghĩa là tương lai chắc chắn sẽ là một cấu trúc "mạng trong mạng": các L2 khác nhau đảm nhận các tình huống, sự cân bằng và lợi thế khác nhau, cùng nhau mở rộng toàn bộ hệ sinh thái để đáp ứng nhu cầu toàn cầu.

Thách thức của việc mở rộng L1 của Ethereum

Mặc dù các blockchain khác đã bắt đầu thử nghiệm sử dụng phần cứng và khả năng tính toán mạnh mẽ hơn để mở rộng khả năng xử lý, nhưng Ethereum vẫn giữ một sự kiên định gần như cuồng nhiệt đối với việc phi tập trung. Từ góc nhìn của những người ủng hộ ETH kiên định nhất, một số chuỗi có khả năng xử lý cao tồn tại hàng triệu đô la rủi ro tập trung, chính phủ có thể trực tiếp nhắm vào các nút này để kiểm tra giao dịch. Ngay cả những chuỗi có yêu cầu phần cứng tương đối thấp, chi phí và yêu cầu băng thông cũng có thể ảnh hưởng đến mức độ phi tập trung.

So với đó, Ethereum thậm chí có thể chạy trên Raspberry Pi, thiết kế với rào cản thấp này cho phép hơn 15.000 nút công khai và hàng triệu người xác thực tham gia vào mạng lưới, do đó gần như không thể kiểm duyệt các giao dịch trên Ethereum, và làm cho toàn bộ mạng lưới có khả năng kháng lại các cuộc tấn công rất mạnh mẽ. Tất nhiên, cái giá phải trả là tốc độ rất chậm - TPS hiện tại chỉ khoảng 18-20 giao dịch mỗi giây.

Từ một góc độ nào đó, kiến trúc blockchain tự bản thân nó đã tồn tại những nút thắt về hiệu suất. Mỗi khi có sự thay đổi trạng thái, tất cả các nút trong mạng đều cần phải xác minh lại toàn bộ trạng thái, điều này hạn chế nghiêm trọng khả năng mở rộng.

Chính vì không gian mở rộng mạng chính hạn chế trong khi giữ nguyên tính phi tập trung, Ethereum đã phải đi theo lộ trình mở rộng phân lớp L2 vào năm 2020.

Đột phá trong công nghệ zk-SNARK

Công nghệ zk-SNARK được coi là chìa khóa để giải quyết tam giác bất khả thi của blockchain. Nó có khả năng chứng minh toán học rằng một loạt các giao dịch phức tạp đã được thực hiện đúng mà không tiết lộ chi tiết giao dịch.

Quá trình tạo ra zk-SNARK rất phức tạp, nhưng việc xác thực một chứng minh có đúng hay không lại nhanh chóng và nhẹ nhàng. Do đó, tầm nhìn trong tương lai của Ethereum là: cho phép người xác thực chỉ cần kiểm tra một zk-SNARK cực nhỏ mà không cần thực hiện lại tất cả các giao dịch.

Điều này có nghĩa là, trong tương lai, khối lượng tính toán để xác thực zk-SNARK nhỏ đến mức ngay cả phiên bản Raspberry Pi giá 7 đô la cũng có thể đảm nhiệm, hoàn toàn không cần đến các trung tâm dữ liệu lớn.

zkEVM: Lộ trình đến 10.000 TPS

Gần đây có thông tin cho rằng, trong vòng một năm tới, mạng chính L1 có thể tích hợp máy ảo Ethereum zkEVM( được điều khiển bởi chứng minh không biết ). Đáng chú ý là, nhiều cuộc khảo sát thực tiễn về công nghệ chứng minh không biết thực ra đã bắt đầu từ các mạng L2. Ví dụ, một số mạng L2 là chuỗi công khai ZK Rollup 100% tương thích với EVM - bất kỳ ứng dụng nào có thể chạy trên Ethereum đều có thể chạy liền mạch trên các L2 này.

Công nghệ chứng minh không kiến thức đã cung cấp câu trả lời cho tam giác bất khả thi của blockchain: Chúng ta có thể tăng đáng kể giới hạn Gas của L1 mà không làm cho việc xác minh trở nên phức tạp hơn với sự mở rộng của khối lượng tính toán. Khi độ trễ và chi phí của việc tạo ra chứng minh không kiến thức giảm dần, chúng ta có khả năng xử lý được lượng giao dịch lớn hơn, trong khi vẫn giữ yêu cầu phần cứng cho việc xác minh ở mức rất thấp.

Tuy nhiên, cộng đồng cũng không cần phải quá lạc quan, ngay cả khi zkEVM được tích hợp thành công vào L1 trong năm tới, nó cũng sẽ không đạt được 10.000 TPS ngay trong ngày đầu tiên.

Lộ trình nâng cấp từng bước một

Ethereum hiện có năm khách hàng phần mềm chính có thể được sử dụng để vận hành mạng. Trong lộ trình nâng cấp trong tương lai, Ethereum dự định sẽ phát hành hai đến ba phiên bản cải tiến hỗ trợ xác minh ZK, cho phép các xác thực viên lựa chọn hoàn thành xác minh bằng cách kiểm tra zk-SNARK mà không cần thực hiện lại từng giao dịch.

Ban đầu, chỉ có một số ít người xác thực sẽ sớm chuyển sang chế độ xác thực mới, để kiểm tra và sửa chữa các vấn đề tiềm ẩn trong giai đoạn đầu. Việc chuyển sang EVM sử dụng zk-SNARK sẽ là một quá trình từng bước.

Người dùng sẽ dần cảm nhận được sự gia tăng giới hạn Gas của L1, tức là khả năng hoạt động kinh tế của mạng được cải thiện. Mặc dù quá trình chuyển đổi từ L1 sang xác minh ZK cần thời gian, nhưng việc mở rộng giới hạn Gas gần như đã sẵn sàng.

Gần đây, giới hạn Gas L1 vừa được tăng lên 22%, đạt 45 triệu. Một nhóm nghiên cứu đã đề xuất một kế hoạch, đề nghị các khách hàng tự động điều chỉnh giới hạn Gas ba lần mỗi năm, theo kế hoạch này, sau bốn năm mạng chính Ethereum có thể đạt khoảng 2000 TPS.

Có những nhà nghiên cứu thậm chí còn đề xuất, kéo dài nhịp độ này thêm hai năm, đến năm 2031 có thể đạt được 1 gigagas thông lượng, đạt khoảng 10.000 TPS.