Ethereum Roadmap: Bản tóm tắt

Introduction

Sau sự kiện the Merge, thì Ethereum chính thức bước vào giai đoạn Proof of Stake. Đây mới chỉ là khởi đầu cho một roadmap dài và đầy tham vọng của Ethereum Foundation và cá nhân Vitalik. Mục tiêu chính là đưa Ethereum trở thành to-go Smart Contracts Platform. Để làm được như vậy, Ethereum sẽ phải giải quyết được các vấn đề nhức nhối của mình như là phí giao dịch cao, độ trễ cao nhưng vẫn phải giữ được tính phi tập trung, bảo mật.

Hình ở trên mới nhìn vào sẽ thấy được sự phức tạp của vấn đề này. Bài viết hôm nay mình muốn giúp các bạn tiết kiệm thời gian. Hy vọng sẽ giúp đỡ được nhiều bạn hiểu rõ tầm nhìn này thông qua việc tóm tắt cái hình ở trên một cách dễ hiểu hơn. Trước khi đi vào bài viết, dành cho các bạn chưa hiểu Ethereum nói riêng hay Blockchain nói chung hoạt động thì có thể đọc qua 2 bài này của mình trước theo link dưới đây.

Ethereum sẽ hướng tới Adoption của Rollups.

Ban đầu, kế hoạch của Ethereum 2.0 là đạt được sự mở rộng thông qua việc phân tách Ethereum blockchain thành 64 shards (hệ thống nhỏ hơn). Với mỗi hệ thống nhỏ này sẽ có miners/validators riêng. Giao dịch của Users sẽ được gửi tới các hệ thống nhỏ này, tùy vào tình trạng của shard (nghẽn, băng thông, và tài nguyên máy tính) mà giao dịch sẽ được gửi tới shard đó.

Tuy nhiên với việc phát triển và thử nghiệm tương đối thành công với mô hình Rollup cộng thêm sự phức tạp của việc thực hiện Shardings cho nên roadmap của Ethereum đã có sự thay đổi rõ rệt. Chuyển từ Execution Sharding (Sharding hoàn toàn Ethereum) qua chỉ Sharding Data mà các validators lưu trữ mà thôi - hay có thể gọi là Data Sharding.

Ethereum Foundation tin rằng với sự phát triển của Rollups và sự gia tăng số lượng người dùng, thì Ethereum không nên là một platform làm tất cả mọi việc (Execution, Consensus, Settlement, Data Availability) mà chỉ nên tập trung làm Settlement và Data Availability Layers. Chừa lại phần việc Execution cho Rollups thực hiện.

Từ đó, mục tiêu là biến Ethereum thành lớp Settlement & Data Availability hiệu quả, ổn định để Rollups thửa hưởng bảo mật. Để hiểu rõ hơn về Rollups và cách hoạt động của hệ thống này thì các bạn có thể đọc ở đây:

Tiếp tục phía dưới sẽ là breakdown về roadmap mới này của Ethereum.

The Beacon Chain (The Merge)

Ethereum vừa trải qua giai đoạn này vào giữa tháng 9 vừa rồi. Cơ chế đồng thuận chuyển qua Proof of Stake. Cái tên The Merge (sự sát nhập) được sinh ra nhằm ám chỉ sự hợp nhất của EVM với Beacon Chain.

Beacon Chain đã được sinh ra từ khoảng 1 năm về trước và chain này chạy song song với Ethereum cũ cho tới ngày sát nhập. Trái với những gì số đông người nghĩ thì ở giai đoạn này Ethereum không thật sự đăt ra mục tiêu giảm phí giao dịch mà Ethereum Foundation muốn chuẩn bị cho Ethereum trở thành tầng hạ tầng nền cho Rollups.

Trước khi nói sơ qua cơ chế Proof of Stake mới này, các bạn nào chưa rõ về cách 1 blockchain Proof of Work hoạt động như thế nào thì hãy đọc bài này:

Khác với mô hình Proof of Work, ở mô hình Proof of Stake, Miners sẽ được đổi thành Validators. Các Validators được yêu cầu phải cọc ít nhất 32 $ETH để được phép tham gia vào mạng lưới và tạo blocks. Phần $ETH đặt cược sẽ bị trừ đi nếu Validators gian lận hoặc downtime giữa chừng. Ethereum còn giới thiệu vài concepts mới như sau:

• Committee: Là một nhóm các validators. Các committees được Network chỉ định ngẫu nhiên trong số các validators để bỏ phiếu trực tiếp trên blocks.
• Attestation: Là phiếu tổng hợp của một committee. Sẽ dễ dàng xác thực state của Beacon Chain hơn bằng cách kiểm theo phiếu attestation thay vì từng validators riêng lẻ → Giúp giảm block size và giảm tốc độ gia tăng data ⇒ Giảm tải cho validators.
• Mô hình này cũng củng cố sự đồng thuận, giảm thiểu khả năng diễn ra forking. Do validators là thành viên trong một committee được chọn ngẫu nhiên định kì → Từ đó các validators gian lận sẽ không đủ thời gian cấu kết khởi xướng cuộc tấn công lên mạng lưới.

Tóm gọn lại, the Merge chủ yếu là merge Execution Layer của ETH với Consensus Layer của Beacon Chain. Việc chuyển đổi này tạo tiền đề để thực hiện Data Sharding. Với việc Proof of Work không hỗ trợ đăng kí miner, miner có thể tự ý rời bỏ network ⇒ Data mà miner lưu trữ sẽ có không đảm bảo là lúc cần sẽ có. Còn với Proof of Stake, do có ràng buộc về phần tài sản bị locked cho nên việc tự ý rời bỏ mạng lưới cũng khó xảy ra, data cho Rollups sẽ luôn đảm bảo khi cần.

Consensus & MEV (The Splurge)

Tại sao lại tới The Splurge ngay sau The Merge? Chắc hẳn sẽ có nhiều bạn sẽ thắc mắc như vậy. Như roadmap ở trên sau The Merge thì các giai đoạn sau đó sẽ được phát triển song song với nhau chứ không theo thứ tự, ở giai đoạn The Splurge này có 1 concept mới nhưng cực kì quan trọng đóng vài trò làm nên tảng cho Data Sharding đó chính là Proposal-Builder Seperation (PBS). Do sự thay đổi này là tiền đề nên Ethereum Foundation sẽ ưu tiên thực hiện trước. Vitalik có chỉ ra rằng, Endgame của tất cả blockchains là có Centralized Block Production và Decentralized Block Verification. Do sau khi thực hiện sharding, Ethereum Blocks sẽ cần phải chứa rất nhiều data, việc biến quá trình tạo block từ decentralized thành centralized là cần thiết, điều này sẽ đảm bảo data lúc nào cũng có mặt để phục vụ việc xác nhận proofs từ rollups.

Tuy nhiên, Ethereum vẫn cần 1 hệ thống Decentralized Validators để xác thực lại blocks và thực hiện Data Availability Sampling (DAS). DAS là khái niệm mới mà mình sẽ nói ở phần sau. Do mong muốn như vậy nên Ethereum Foundation quyết định áp dụng mô hình PBS cho Ethereum Sonsensus Layer. PBS sẽ có những đặt điểm sau đây:

• Với Proposal-Builder Seperation, 2 vai trò của validator là sản xuất block( Block Builders) và đề xuất block ( Block Proposers ) sẽ tách biệt. Tham gia Building block sẽ là permissionless ai tham gia cũng được ⇒ tăng tính cạnh tranh. Proposers sẽ được chọn ngẫu nhiên trong các commitee.
• Builder tạo block, nhét transactions vào và gửi block headers kèm giá bid (phí giao dịch và MEV) tới Proposer để lựa chọn. Proposer sẽ không biết nội dung các danh sách transactions do builder đóng gói do chỉ nhận được block header từ builder. Proposer chỉ cần chọn block trả bid cao nhất → Thiết kế này loại bỏ khả năng front-running từ các validators gian lận.
• Commitee được chọn ngẫu nhiên để xác nhận block thắng cuộc và block builder sẽ gửi nội dung block tới các commitee còn lại để xác minh nội dung block có hợp lệ hay không.
• Khi không có vấn đề gì thì Block đó sẽ được sát nhập vào chain. Nếu có vấn đề thì Block bị rejected và bắt đầu lại. Builders vẫn bị mất phần phí bid.
• PBS được thiết kế để chống lại các hành vi tấn công thông qua MEV (các nhóm miners lớn, có thể thao túng trình tự transactions, trích xuất nhiều MEV hơn) do hệ thống này buộc sự cạnh tranh của các block builders nên họ thường sẽ phải dùng gần hết phần MEV họ có thể kiếm được để bid (ra giá) cho proposers để block của họ được chọn. Điều này sẽ giúp validators (proposers) thu về được MEV.
• PBS vẫn đang là 1 model được discuss khá sôi nổi chủ yếu xoanh quanh lợi ích của các bên mà cụ thể lợi ích này chính là MEV. Để hiểu rõ hơn về MEV thì hãy theo dõi Macrochain nha, sẽ sớm có bài viết về vấn đề này.
• PBS là tiền đề để thực hiện Danksharding, mô hình sharding ở giai đoạn sau.

Danksharding (The Surge)

Nhờ vào việc có áp dụng Proposal-Builder Separation cho nên thiết kế Danksharding cũng dễ dàng hơn rất nhiều. Bên dưới là quá trình mà Rollups gửi proof về Ethereum:

• Các rollups sẽ gửi proofs về Ethereum thông qua calldata.
• Validators phải lưu calldata để khi dùng với proofs gửi về từ rollups giúp cho các validators có thể xác minh lại tính chính xác của các giao dịch trên rollups (data availability).

Với mô hình sharding ban đầu, với mỗi shards đều có block proposers riêng, commitee riêng chọn random trong các validators. Điều này rất khó để thực hiện do các validators sẽ phải chứa 1 lượng data rất lớn để phục vụ calldata cho proof từ rollups.

Mục tiêu của Danksharding là làm giảm đi size của loại data này ⇒ Giảm chi phí cho các giao dịch trên rollups bằng cách: Data sẽ được erasure encoded tức là tách data thành nhiều mảnh data nhỏ hơn ⇒ Data sharding.

Các bạn có thể đọc thêm về phương pháp Erasure Encoding dùng để tách nhỏ data ở đây :

Nhờ có Erasure Encoding mà các validators sẽ không phải chứa quá nhiều data, chỉ chứa mảnh data. Khi nào cần dùng data thì validators sẽ dùng phương pháp Data Availability Sampling (DAS) để ghép các mảnh data lại (bài sau mình sẽ viết về chủ đề này). Kết hợp với PBS, khi mà không cần mỗi shard, mỗi proposers hay mỗi commitee chọn random. Sẽ chỉ có một committee bỏ phiếu trên một block lớn chứa Beacon Block (block của các shards) và các shard blobs (phiên bản khác thay thế cho calldata) bên trong. Chỉ có một proposer duy nhất cho block lớn này. Proposer sau đó sẽ thực hiện Data Availability Sampling để đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu - Data Availability. Sẽ có 1 bài viết từ team mình nói sâu hơn về 2 khía cạnh này.

Do nodes sẽ thực hiện data availability sampling, các layers như settlement, consensus và data availability của Ethereum sẽ được thống nhất. Từ đó cho phép zk rollups có thể thực hiện gửi proofs và xác minh ngay tức (tăng tốc độ finality rate) và giảm độ trễ giữa rollups và Ethereum tạo tiền đề cho các dApps thế hệ tiếp theo trên zk rollups theo đuổi những concepts mới với distributed liquidity hay fractal scaling (giới thiệu bởi Starkware).

Proto-Danksharding

Dù cho Danksharding rất hứa hẹn nhưng chưa thể áp dụng ngay cho Ethereum do độ phức tạp của mô hình này và cần tiến hành từng bước. Thay vào đó Proto-danksharding sẽ là bước đệm cho Danksharding. Proto-danksharding (EIP-4844) có thể coi là phiên bản sơ khai của Danksharding đầy đủ dù chưa tích hợp hoàn toàn sharding. Rollups hiện sử dụng “calldata” để gửi data lên Ethereum. Calldata sẽ đi qua EVM, tồn tại on-chain vĩnh viễn.

Nhưng, rollups chỉ cần Data Availability trong một khoảng thời gian nhất định. Proto-danksharding giới thiệu định dạng transaction data mới gọi là blob mà Rollups sẽ sử dụng trong tương lai với những đặc điểm sau:

• Các blobs mang một lượng lớn dữ liệu (~125 KB) và có thể rẻ hơn nhiều so với lượng calldata tương ứng.
• Data blobs sẽ không nằm vĩnh viễn on-chain và sẽ được bỏ đi sau 1 tháng.
• Data blobs sẽ được đi kèm với KZG Polynomial Commiments (1 dạng proof sinh ra từ thuật toán mã hóa dùng để đảm bảo tính toàn vẹn của data sau khi data bị tách nhỏ ra do Erasure Encoding).
• Global Block Proposers (proposers cho block lớn) sẽ cần data blob và KZG Commitments để tái tạo lại data.

Proto-danksharding bản thân nó không phải là sharding nhưng với việc áp dụng proto-danksharding thì Ethereum sẽ có chuẩn data mới tiết kiệm gas hơn cho Rollups đánh dấu bước khởi đầu để build 1 data availability layer hiểu quả hơn.

History & State (The Verge & The Purge)

Ở 2 phases, The Verge và The Purge, Ethereum sẽ tập trung vào giải quyết những vấn đề sau:

• Sau sharding, 40TB lịch sử blobs data sẽ được thêm vào mỗi năm. EIP-4444 cho phép các nodes cắt bỏ và ngừng cung cấp data trên Ethereum sau khoảng một năm từ đó giảm tải gánh nặng cho các node. Tuy nhiên, Ethereum vẫn phải đảm bảo data khả dụng trong một khoảng thời gian đủ để Layer 2 ổn định, truy cập được khi cần. Cùng lúc hạn chế tối đa lượng data growth (blobs và danksharding).
• Blockchain State cần được lưu trữ trên RAM hoặc SSD. Tuy nhiên phần dữ liệu lịch sử - data đã thông qua đồng thuận có thể lưu trên HDDs. Dữ liệu lịch sử có thể truy xuất theo trust model 1-of-N, nên việc lưu trữ data trên consensus nodes là không cần thiết.

• Stateless Ethereum là một mục tiêu khác trong roadmap cụ thể là trong The Verge:
  • State của Ethereum là 1 dạng data chưa toàn bộ, lịch sử giao dịch, balances,… theo dạng hash dưới cấu trúc của merkle tree.
  • Block producers sẽ tạo blocks sử dụng witness - bằng chứng chứa data liên quan, cần thiết để thực hiện transactions trong block. Witness cho phép validators chỉ cần gọi 1 phần của state liên quan tới giao dịch mình đang xử lý, không cần gọi toàn bộ state ⇒ statelessness.
  • Hai trở ngại chính với thiết kế này là witness size và witness availability. Vấn đề đầu tiên có thể được giải quyết bằng cách thay đổi cấu trúc state data bên trong Ethereum từ Merkle Patricia Tries sang Verkle Tries. Verkle Tries là cấu trúc dữ liệu tương tự Merkle Tree nhưng hiệu quả hơn và tốn ít dung lượng lưu trự hơn (xem hình trên để dễ hình dung). Vấn đề thứ hai có thể khắc phục thông qua Enshrining Block Witnesses được áp dụng như một kỹ thuật ở cấp giao thức (khá phức tạp, bọn mình sẽ cover ở các bài sau).

Important Extras (The Splurge)

Một số cải tiến sau cùng, tuy xa vời nhưng cũng không kém phần hấp dẫn và quan trọng cho “End Game” của Ethereum và ta phải quay lại the Splurge. Điểm chính của các phần này như sau:

• Danksharding sẽ giúp rollups kế thừa trọn vẹn bảo mật từ Ethereum đặt biệt là với ZK-Rollups.
• Data Availability đồng nhất với settlement và consensus sẽ giúp đảm bảo data on-chain, cần là có, luôn có thể tái tạo - reconstruct. Điều này sẽ khá là quan trọng với Volition hay Validium (các dạng rollups chứa data off-chain). Nay phí lưu data on-chain rẻ thì các rollups này có thể tận dụng mà không cần phải lưu off-chain ⇒ Tăng security.
• Việc thống nhất 3 layers ở trên sẽ là tiền đề để phát triển Enshrined Rollups, 1 dạng rollups tích hợp thằng vào protocol của Ethereum khác với Optimism, Arbitrum hay Starknet là Smart Contract Rollups (Layer 2s) ⇒ Tránh được rủi ro đến từ smart contractscủa L2, rủi ro từ governance upgrade (thay đổi Layer 2 Smart Contract thông qua governance và không còn như ban đầu).
• Enshrined Rollups ngay trong Ethereum với ZK-SNARKs Proof đang được Vitalik mường tượng ra. Enshrined Rollups sẽ giúp tránh được việc bất ổn giá gas do Rollups tạo ra ⇒ Fixed gas per block. Thêm nữa là nhờ có validity proofs (ZK-SNARKs tạo ra) thì consensus nodes không cần tới witness hoặc state nữa mà có thể thoải mái xác nhận giao dịch thông qua proofs (loại bỏ statelessness). Việc tính toán cũng được bỏ qua do Rollups đã thực hiện rồi.

Những lợi ích từ mô hình này đem lại sẽ giúp giảm độ trễ trên mạng Ethereum, Network Sync giữa các nodes nhanh hơn, băng thông cao hơn từ đó sẽ có gas limit cao hơn, cross-chain bridge cũng sẽ an toàn hơn. Ethereum Foundation đang cố gắng để biến Ethereum Virtual Machine (EVM) thành  SNARK-based enshrined rollups.

Đọc thêm về Rollups ở đây:

Đọc thêm về Ethereum Virtual Machine ở đây:

Conclusion

Bài viết này đã khá dài dù đây chỉ là bản tóm tắt. Điều này chứng minh được một điều rằng Ethereum còn nhiều features để update và sẽ còn rất nhiều thứ đáng để chúng ta chờ đợi. Những người tìm hiểu trước sẽ có sự chuẩn bị tốt hơn cho thay đổi trong tương lai dù là tích cực hay tiêu cực.