Dự báo nâng cấp công nghệ giao thức Ethereum: Phần The Merge

Kể từ tháng 10 năm 2022, đồng sáng lập Ethereum đã đưa ra một loạt các ý tưởng về sự phát triển trong tương lai của Ethereum, bao gồm sáu lĩnh vực chính: The Merge, The Surge, The Scourge, The Verge, The Purge và The Splurge. Bài viết này sẽ tập trung vào phần đầu tiên The Merge, khám phá những cải tiến công nghệ tiềm năng của cơ chế chứng minh cổ phần và con đường thực hiện của nó.

The Merge được coi là một trong những cột mốc quan trọng nhất trong lịch sử Ethereum, đánh dấu sự chuyển đổi từ chứng minh công việc sang chứng minh cổ phần. Sau gần hai năm vận hành, hệ thống chứng minh cổ phần đã thể hiện xuất sắc về độ ổn định, hiệu suất và tính phi tập trung. Tuy nhiên, vẫn còn một số lĩnh vực then chốt cần được tối ưu hóa thêm.

Bản đồ kỹ thuật của Ethereum năm 2023 chủ yếu tập trung vào hai khía cạnh: một là cải thiện các đặc tính kỹ thuật, chẳng hạn như tăng cường độ ổn định, hiệu suất và khả năng tiếp cận của các xác thực viên nhỏ; hai là điều chỉnh cơ chế kinh tế để đối phó với rủi ro tập trung.

Mục tiêu chính của The Merge

1. Thực hiện tính xác định theo khe thời gian đơn (SSF): Rút ngắn thời gian xác định cuối cùng của khối từ khoảng 15 phút xuống trong một khe thời gian.

2. Xác nhận và hoàn thành giao dịch với tốc độ nhanh nhất trong điều kiện giữ nguyên tính phi tập trung.

3. Giảm ngưỡng đặt cọc, tăng khả năng tham gia của những người đặt cọc độc lập.

4. Tăng cường tính ổn định tổng thể của hệ thống.

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

Định tính theo thời gian đơn và dân chủ hóa staking

Hiện tại, việc xác nhận khối của Ethereum cần 2-3 epoch (khoảng 15 phút), và ngưỡng đặt cọc tối thiểu là 32 ETH. Điều này nhằm tìm kiếm sự cân bằng giữa ba mục tiêu: tối đa hóa số lượng người xác thực, tối thiểu hóa thời gian xác nhận và giảm chi phí vận hành nút.

Trong điều kiện lý tưởng, Ethereum hy vọng đạt được hai cải tiến trong khi vẫn duy trì tính cuối cùng về kinh tế:

1. Rút ngắn thời gian xác nhận khối xuống còn một khoảng thời gian (12 giây hoặc ngắn hơn).
2. Giảm ngưỡng đặt cọc tối thiểu từ 32 Ether xuống 1 Ether.

Những cải tiến này sẽ giúp nhiều người dùng hưởng lợi từ mức độ bảo mật cao hơn và tăng cường tính khả thi của việc staking độc lập. Tuy nhiên, việc đạt được hai mục tiêu này sẽ làm tăng chi phí vận hành của các nút, điều này cũng là lý do mà Ethereum không áp dụng tính xác định một lần ban đầu.

Giải pháp xác định thời gian đơn

Để giải quyết vấn đề xác định một khoảng thời gian duy nhất trong trường hợp có nhiều người xác thực, đồng thời tránh chi phí vận hành nút quá cao, hiện có một số giải pháp chính:

1. Tối ưu hóa giao thức tổng hợp chữ ký: có thể nhờ vào công nghệ ZK-SNARKs, thực hiện xử lý hàng triệu chữ ký của các xác nhận viên trong một thời gian.

2. Cơ chế Ủy ban Orbit: Thông qua việc chọn ngẫu nhiên một ủy ban có quy mô trung bình để chịu trách nhiệm về việc xác định cuối cùng của chuỗi, đồng thời giảm bớt gánh nặng cho các nút trong khi vẫn giữ chi phí tấn công cao.

3. Cơ chế staking hai lớp: Thiết lập hai loại người staking cao và thấp, chỉ có người staking cấp cao tham gia trực tiếp vào quá trình quyết định cuối cùng của kinh tế.

Mỗi phương án đều có ưu nhược điểm của nó, cần phải cân nhắc giữa tính an toàn, phi tập trung và khả năng kỹ thuật.

Bầu cử nhà lãnh đạo bí mật đơn nhất

Hiện tại, người đề xuất khối tiếp theo là có thể dự đoán, điều này có thể dẫn đến các cuộc tấn công DoS nhắm mục tiêu. Giao thức bầu cử lãnh đạo bí mật đơn lẻ tạo ra "ID xác thực mù" cho mỗi xác thực viên thông qua công nghệ mã hóa, và cho phép nhiều người đề xuất tái cấu trúc và làm mù lại hồ bơi ID để giải quyết vấn đề này.

Tuy nhiên, việc triển khai một giao thức bầu cử lãnh đạo bí mật đơn giản và hiệu quả vẫn gặp phải thách thức, đặc biệt là trong việc duy trì tính đơn giản của giao thức và khả năng chống lại các cuộc tấn công lượng tử.

Xác nhận giao dịch nhanh hơn

Việc rút ngắn thời gian xác nhận giao dịch (ví dụ từ 12 giây xuống 4 giây) sẽ cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng và nâng cao hiệu quả của các giao thức DeFi. Chủ yếu có hai hướng kỹ thuật:

1. Rút ngắn thời gian khoảng cách xuống còn 8 giây hoặc 4 giây.
2. Cho phép người đề xuất công bố xác nhận trước trong một khe thời gian duy nhất.

Tuy nhiên, việc rút ngắn thời gian khoảng cách có thể làm tăng nguy cơ tập trung hóa của các người xác nhận, trong khi phương pháp xác nhận trước có thể cải thiện thời gian xác nhận trung bình nhưng không thể tối ưu hóa hiệu suất trong trường hợp xấu nhất.

Kháng tấn công lượng tử

Đối mặt với mối đe dọa tiềm tàng từ máy tính lượng tử, Ethereum cần phát triển các giải pháp thay thế dựa trên hàm băm hoặc các phương án chống lượng tử khác cho phần giao thức hiện tại phụ thuộc vào đường cong elip. Điều này nhấn mạnh tính hợp lý của việc áp dụng giả định hiệu suất bảo thủ trong thiết kế bằng chứng cổ phần.

Kết luận

Hệ thống chứng minh quyền lợi Ethereum đang đối mặt với nhiều thách thức trong sự tiến hóa công nghệ. Sự xác định cuối cùng trong một khoảng thời gian, việc dân chủ hóa việc staking, bầu cử lãnh đạo bí mật đơn nhất, xác nhận giao dịch nhanh hơn và phát triển các giải pháp thay thế chống lại tấn công lượng tử đều là những vấn đề quan trọng cần được giải quyết.

Đội ngũ Ethereum đang tích cực khám phá và đổi mới, cân nhắc các giải pháp công nghệ 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 sẽ tiếp tục thúc đẩy sự phát triển và hoàn thiện của hệ sinh thái Ethereum.