Proto-danksharding: Điều gì là xử lý dữ liệu nguyên thủy và nó hoạt động như thế nào

Ethereum đã thành công trong việc chuyển đổi từ cơ chế đồng thuận Proof of Work sang Proof of Stake sau khi hoàn thành hợp nhất và nâng cấp Shanghai. Dự án quan trọng tiếp theo trong lộ trình của Ethereum là EIP-4844, còn được gọi là "xử lý dữ liệu gốc". Thay đổi mã này nhằm cải thiện khả năng mở rộng của các giải pháp mở rộng lớp hai trên Ethereum. EIP-4844 được đặt theo tên của các nhà phát triển cốt lõi của Ethereum "Protolambda" và Dankrad Feist, giới thiệu một loại giao dịch mới được gọi là blob, tăng cường dữ liệu và yêu cầu lưu trữ của khối Ethereum, và tạo ra một thị trường phí mới, tách biệt giá blob với các giao dịch thông thường.

Giải pháp mở rộng Layer 2 dựa vào blockchain Layer 1 ( như Ethereum ) để thực hiện khả năng sẵn có dữ liệu ( DA ), tức là chức năng phân phối rộng rãi và lưu trữ tạm thời các lô dữ liệu giao dịch. Thông thường, các giải pháp Layer 2 dựa trên hợp đồng thông minh phụ thuộc vào DA của Ethereum cũng như phụ thuộc vào Ethereum để thanh toán giao dịch ( xác thực ). Những giải pháp Layer 2 này chuyên đọc dữ liệu từ các lớp DA như Ethereum và thực hiện các giao dịch và mã hợp đồng thông minh hiệu quả. Các giải pháp Layer 2 xây dựng trên Ethereum dựa vào dữ liệu giao dịch theo lô được bao gồm trong khối Ethereum để xác thực tính chân thực của giao dịch. Các bộ sắp xếp xử lý và nén giao dịch của người dùng một cách tiết kiệm chi phí để gửi đến các tác nhân của lớp DA.

Thông thường, chi phí để phát hành một lượng lớn dữ liệu lên Ethereum là rất cao, một phần là do mạng luôn lưu trữ dữ liệu như một phần của lịch sử giao dịch trong một trường được gọi là "CALLDATA". Thông qua EIP-4844, mỗi khối sẽ tạo ra thêm 512kB hoặc 768kB không gian dữ liệu cho các giải pháp Layer 2. Các nhà phát triển cốt lõi của Ethereum đang cân nhắc xem nên tạo ra bao nhiêu không gian bổ sung cho các giao dịch blob. Quan trọng là, dữ liệu được phát hành vào không gian này sẽ được lưu trữ khoảng ba tuần. Do tính chất tạm thời của dữ liệu được xác minh qua các giao dịch blob, cũng như thị trường phí độc lập cho việc định giá blob tách biệt với các loại giao dịch khác, lý thuyết rằng chi phí để các giải pháp Layer 2 phát hành dữ liệu lên Ethereum sẽ giảm đáng kể. Theo thời gian, các nhà phát triển dự định giới thiệu công nghệ lấy mẫu dữ liệu, để các dữ liệu blob không cần phải tải xuống toàn bộ cho các nút đầy đủ của Ethereum để xác minh, từ đó giảm thêm chi phí Layer 2. Proto-danksharding là tiền thân và "nguyên mẫu" của danksharding hoàn toàn, nó sẽ cho phép các nút Ethereum tải xuống các đoạn dữ liệu blob để xác định tính khả dụng của blob hoàn chỉnh.

Báo cáo này đi sâu vào chi tiết cách EIP-4844 hoạt động, những hạn chế trong việc xử lý dữ liệu gốc, sự chuyển đổi của EIP-4844 sang kế hoạch hoàn toàn danksharding, và bao gồm một số cân nhắc về lợi ích trực tiếp đối với người dùng cuối và các nhà phát triển ứng dụng phi tập trung (dapp) khi các thay đổi mã được thực hiện theo kế hoạch vào mùa thu năm 2023. Xét rằng trọng tâm của hoàn toàn danksharding là hỗ trợ hệ sinh thái Layer 2 và mở rộng Ethereum thông qua modular hóa, các thay đổi mã được thực hiện trong lần nâng cấp Ethereum tiếp theo sẽ là một sân thử nghiệm quan trọng cho lý thuyết blockchain mô-đun được áp dụng quy mô cho một trong những blockchain công cộng lớn nhất thế giới.

Bối cảnh

EIP-4844 được coi là một nâng cấp khả năng mở rộng cho Ethereum. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng thay đổi mã này không thực sự tăng cường hoặc giới thiệu cải tiến nào đối với khả năng giao dịch của Ethereum. Proto-danksharding giảm chi phí phát hành lượng lớn dữ liệu lên Ethereum, từ đó giảm chi phí vận hành của các giải pháp Layer 2. EIP-4844 được coi là một sự cải thiện về khả năng mở rộng của Ethereum, vì nó làm cho việc xây dựng các mạng Layer 2 dựa trên Ethereum trở nên tiết kiệm chi phí hơn, nhưng thay đổi mã này không cải thiện khả năng mở rộng của Ethereum như một blockchain tổng quát cho giao dịch và thực thi mã hợp đồng thông minh.

Trong bốn năm qua, hoạt động giao dịch của các giải pháp Layer 2 của Ethereum đã liên tục tăng trưởng. L2Beat.com ước tính rằng tổng số lượng giao dịch mỗi giây (TPS) trên tất cả các mạng Layer 2 gấp 3,8 lần TPS trung bình hàng ngày của Ethereum.

Theo dữ liệu từ nền tảng thông qua Dune Analytics, so với chi phí triển khai mã và giao dịch trực tiếp trên Ethereum, các giải pháp Layer 2 đã giúp người dùng cuối và các nhà phát triển dapp tiết kiệm hơn 99% phí gas.

Tính đến ngày 13 tháng 6 năm 2023, xu hướng chi phí giao dịch trên hai giải pháp Layer 2 phổ biến nhất của Ethereum là khoảng từ 0,03 đến 0,05 đô la. Tuy nhiên, trong trường hợp hoạt động trên chuỗi diễn ra thường xuyên và tắc nghẽn mạng, những chi phí này đôi khi có thể tăng vọt lên trên 1 đô la.

Mục tiêu của EIP-4844 là giảm chi phí Layer 2 bằng cách giới thiệu một loại giao dịch mới, được gọi là đối tượng lớn nhị phân, hay còn gọi là blob. Dưới đây là hướng dẫn từng bước về vòng đời của giao dịch blob được định nghĩa bởi EIP-4844:

EIP-4844 không ảnh hưởng đến cách các giao dịch thông thường được đưa vào khối Ethereum trong mempool, cũng như không ảnh hưởng đến thị trường phí quyết định giá không gian khối Ethereum, nhưng EIP-4844 thực sự đã tăng yêu cầu lưu trữ của khối Ethereum. Không gian dữ liệu bổ sung là để gắn giao dịch blob vào khối. Blob giống như một chiếc xe phụ, có thể gắn vào khối Ethereum mà không ảnh hưởng hoặc chiếm dụng không gian khối hiện có để xử lý các giao dịch thông thường. Không gian khối blob sẽ được đấu giá theo thị trường phí riêng của nó, giống như thiết kế thị trường phí của EIP-1559. Ban đầu, giao dịch blob sẽ gần như không tốn chi phí. Sau đó, với mỗi khối được xác nhận, nếu hơn một nửa không gian khối blob ( ít nhất 256kB ) được sử dụng, chi phí giao dịch blob sẽ tăng 12,5%. Đối với mỗi khối mà không gian khối blob không được sử dụng đầy đủ, tức là không gian khối blob được lấp đầy dưới 50%, chi phí của blob sẽ giảm 12,5%.

Giao dịch Blob sẽ không được lưu trữ vô thời hạn trên Ethereum, mà được lưu trữ trên lớp đồng thuận của Ethereum (CL), tức là Beacon Chain, và sẽ bị xóa khỏi nút CL sau ba tuần. Proto-danksharding sẽ cho phép mỗi khối có tối đa bốn blob, mỗi blob có thể chứa tối đa 128kB dữ liệu bổ sung. Giới hạn tối đa cho không gian blob 512kB có thể thay đổi tùy thuộc vào các thử nghiệm đang diễn ra của EIP-4844. Các nhà phát triển đang tích cực thảo luận về khả năng tăng giới hạn này từ 4 blob lên 6 blob. Mỗi blob là một cơ hội cho một bộ điều chỉnh Layer 2 duy nhất để xác nhận một tập giao dịch đơn lẻ đến Ethereum. Ethereum sản xuất khoảng 7094 khối mỗi ngày, sau EIP-4484, giả sử giới hạn 4 blob/khối, có thể xử lý tối đa 28376 blob mỗi ngày. ( Đây là một giá trị tối đa lý thuyết, thực tế có thể không bao giờ đạt được do sự thay đổi động của phí blob. Chi phí để xử lý tối đa số lượng blob cho mỗi khối liên tiếp là rất đắt đỏ đối với một bộ điều chỉnh ).

Trong sáu tháng qua, một bộ sắp xếp chạy trên một giải pháp Layer 2 nào đó, tính theo hoạt động giao dịch, là giải pháp Ethereum Layer 2 phổ biến thứ hai, gửi khoảng 3126 lô giao dịch mỗi ngày tới Ethereum.

Một giải pháp Layer 2 khác xác nhận khối lượng giao dịch khoảng gấp đôi cái này, và cũng dựa vào bộ sắp xếp để hoàn thành giao dịch bằng cách phát dữ liệu đến Ethereum thông qua CALLDATA. Còn nhiều ví dụ khác về các giải pháp Layer 2 phổ biến trên Ethereum. Trên một giải pháp Layer 2 nào đó, hơn 90% chi phí đến từ chi phí CALLDATA Layer 1.

Việc giới thiệu không gian lưu trữ dữ liệu chuyên dụng, dù ban đầu có nhỏ đến đâu, đều nhằm mục đích giảm chi phí sử dụng Ethereum làm lớp DA cho tất cả các giải pháp Layer 2 dựa trên Ethereum. Nói một cách thận trọng, các nhà phát triển Layer 2 ước tính, từ khi EIP-4844 được kích hoạt, phí Layer 2 sẽ giảm từ 100% đến 900%. Tuy nhiên, những ước tính này có thể thay đổi dựa trên sự gia tăng việc áp dụng và hoạt động của Layer 2 trong vài tháng trước và sau khi kích hoạt xử lý dữ liệu gốc.

Chi phí giao dịch blob, mặc dù có thể rẻ hơn giao dịch thông thường vào thời điểm kích hoạt EIP-4844, nhưng nếu số lượng các giải pháp Layer 2 xây dựng trên Ethereum tăng lên, có khả năng sẽ nhanh chóng leo thang. Hơn nữa, mặc dù mỗi blob được thiết kế để cung cấp cơ hội cho một bộ sắp xếp đơn lẻ phát hành dữ liệu lên đến 128kB, nhưng các bộ sắp xếp Layer 2 có khả năng phối hợp để khiến một blob đơn lẻ chứa dữ liệu từ nhiều giải pháp Layer 2 khác nhau. Các nhà phát triển Ethereum nhận ra rằng, do số lượng giới hạn của mỗi khối và một lô giao dịch đơn lẻ có thể không khai thác hoàn toàn không gian dữ liệu 128kB của mỗi giao dịch blob, nên có thể xuất hiện một thị trường thứ cấp để định giá blob. Mặc dù việc ngăn chặn sự xuất hiện của thị trường thứ cấp ngoài chuỗi là một ưu tiên, thay vì giới thiệu mức độ phức tạp giao thức cao hơn để ngăn chặn khả năng này, hiện tại, các nhà phát triển đang áp dụng "phương pháp chờ đợi và quan sát", thông qua việc giới thiệu blob bằng EIP-4844 và có kế hoạch tối ưu hóa thêm cho EIP-4844 trong tương lai.

Xử lý dữ liệu gốc đã đặt nền tảng cho việc áp dụng công nghệ tiên tiến hơn, nhằm giảm chi phí blob thêm nữa mà không làm tăng tải tính toán của các nút. Được gọi là danksharding hoàn chỉnh, khái niệm đầy đủ về blob là tăng số lượng tối đa của mỗi khối blob từ 4 lên 64.

Danksharding hoàn toàn

Bốn blob sẽ làm tăng kích thước khối Ethereum thêm 512kB. Sáu blob sẽ làm tăng thêm kích thước khối Ethereum thêm 768kB. Như đã đề cập trước đó, không gian khối bổ sung chỉ dành cho giao dịch blob và không lưu trữ dữ liệu một cách vĩnh viễn như không gian khối thông thường. Tầm nhìn đầy đủ của EIP-4844 là giới thiệu tối đa 64 blob cho Ethereum và thực hiện điều này mà không làm tăng đáng kể tải tính toán của các nút xác minh khối. Để đạt được danksharding hoàn chỉnh, Ethereum cần triển khai hai công nghệ: lấy mẫu khả năng dữ liệu (DAS) và mã hóa xóa.

Mẫu khả năng dữ liệu ( DAS )

Trong bối cảnh xác thực giao dịch Layer 2, mục tiêu của DAS là đảm bảo rằng tất cả các mảnh dữ liệu được gói lại bởi bộ sắp xếp đã được phát hành lên chuỗi. Các nút hoàn chỉnh được chọn ngẫu nhiên, tải xuống một mảnh dữ liệu từ blob và tạo ra bằng chứng khả dụng dữ liệu. Số lần nút hoàn chỉnh lấy mẫu dữ liệu càng nhiều, xác suất xác định rằng tất cả dữ liệu đã được cung cấp từ bộ sắp xếp mà không giữ lại dữ liệu quan trọng càng lớn. Đối với các nút, quá trình lấy mẫu dữ liệu ít tính toán hơn so với việc tải xuống toàn bộ dữ liệu blob, nhưng về lý thuyết sẽ cung cấp đảm bảo khả dụng dữ liệu tương tự. Giống như việc xử lý dữ liệu gốc, việc lấy mẫu dữ liệu blob dưới hoàn toàn danksharding sẽ đảm bảo rằng giao dịch từ bộ sắp xếp đã được xác thực và phát hành trên chuỗi, để bất kỳ người dùng nào hoặc bên liên quan trong mạng có thể đánh giá. Sau đó, người dùng và bên liên quan có một khoảng thời gian để xem các giao dịch này, xác nhận rằng chúng đã hoàn tất cuối cùng trên một lớp DA như Ethereum, và xây dựng các lô giao dịch mới dựa trên lô giao dịch trước đó.

Thông qua DAS, các nhà phát triển Ethereum có thể tự tin tăng số lượng và khối lượng dữ liệu của Blobs được phát hành lên Ethereum mà không làm tăng gánh nặng tính toán cho các nút. Hơn nữa, các nhà phát triển cũng dự định giảm thêm gánh nặng tính toán cho các nút trong các bản nâng cấp trong tương lai thông qua việc thực hiện các đề xuất như hết hạn lịch sử. Theo lời của nhà nghiên cứu Ethereum Dankrad Feist, theo thời gian, Ethereum sẽ trở thành "một bảng thông báo công cộng thay vì một hệ thống lưu trữ", sẽ chuyển trách nhiệm giữ lại bản sao hoàn chỉnh của lịch sử giao dịch cho các bên liên quan trong mạng thường xuyên sử dụng dữ liệu này, chẳng hạn như các giải pháp Layer 2 và các công ty hạ tầng blockchain. Mặc dù EIP-4844 đã giới thiệu Blobs, nhưng đây là một ví dụ sớm cho thấy tất cả giao dịch có thể trở thành lưu trữ trên Ethereum vào một ngày nào đó.

Xóa mã

Công nghệ mã hóa xóa đã tăng cường việc lấy mẫu dữ liệu.