Bước đầu tiên của mô-đun Ethereum: Giới thiệu cơ bản về Proto-danksharding và nguyên lý hoạt động của nó

Với việc hoàn thành hợp nhất và nâng cấp Shanghai, Ethereum đã thành công chuyển từ cơ chế chứng minh công việc sang cơ chế đồng thuận chứng minh cổ phần. Dự án lớn tiếp theo trong lộ trình phát triển của Ethereum là Đề xuất Cải tiến Ethereum (EIP)4844, còn được gọi là "Cơ sở dữ liệu gốc". Thay đổi mã này nhằm cải thiện khả năng mở rộng của các rollup được xây dựng 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 blobs, làm tăng dữ liệu và yêu cầu lưu trữ của khối Ethereum, và tạo ra một thị trường phí mới, tách biệt việc định giá blobs và giao dịch thông thường.

Rollups là giao thức dựa vào blockchain Layer 2 ( như Ethereum ) để thực hiện khả năng sẵn có dữ liệu ( DA ) ( phổ biến rộng rãi và lưu trữ tạm thời các lô dữ liệu giao dịch ). Thông thường, rollup dựa trên hợp đồng thông minh không chỉ dựa vào DA của Ethereum mà còn dựa vào Ethereum để thanh toán giao dịch ( xác thực ). Những rollup này chuyên đọc dữ liệu từ các lớp DA như Ethereum và thực hiện các giao dịch hợp lệ và mã hợp đồng thông minh. Các rollup xây dựng trên Ethereum dựa vào dữ liệu giao dịch được phân lô có trong khối Ethereum để đảm bảo tính xác thực của giao dịch. 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 do mạng sẽ 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 không gian dữ liệu bổ sung là 512kB hoặc 768kB cho rollup. Các nhà phát triển cốt lõi của Ethereum đang cân nhắc xem nên tạo ra bao nhiêu không gian bổ sung cho giao dịch blob. Điều quan trọng là dữ liệu được phát hành vào không gian này sẽ được lưu trữ trong khoảng ba tuần. Do tính chất ngắn hạn của dữ liệu được xác thực thông qua giao dịch blob, cũng như thị trường phí độc lập cho giá giao dịch blob tách biệt với các loại giao dịch khác, lý thuyết, chi phí phát hành dữ liệu lên Ethereum thông qua rollup sẽ giảm đáng kể. Theo thời gian, các nhà phát triển dự định giới thiệu công nghệ lấy mẫu dữ liệu, do đó dữ liệu blob không cần phải được tải xuống hoàn toàn cho các nút full node của Ethereum để xác thực, giảm thêm chi phí rollup. Proto-danksharding là bước trước hoàn toàn của danksharding và là "nguyên mẫu", điều này sẽ cho phép các nút Ethereum tải xuống các đoạn dữ liệu blob để xác định khả năng có sẵn của blob đầy đủ.

Báo cáo này đi sâu vào chi tiết về cách EIP-4844 hoạt động, những hạn chế của cơ sở dữ liệu ban đầu, sự phát triển của EIP-4844 thành cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh, 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. Xem xét rằng trọng tâm của danksharding phiên bản gốc là hỗ trợ hệ sinh thái Layer 2 rollup và mở rộng Ethereum thông qua mô-đun, các thay đổi mã sẽ được thực hiện trong lần nâng cấp Ethereum tiếp theo sẽ là một thử nghiệm quan trọng về lý thuyết blockchain mô-đun được áp dụng quy mô trên một trong những blockchain công cộng lớn nhất thế giới.

Bối cảnh

EIP-4844 được coi là nâng cấp khả năng mở rộng của Ethereum. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng sự thay đổi trong mã này không thực sự làm tăng hoặc giới thiệu những cải tiến về khả năng giao dịch của chính Ethereum. Proto-danksharding giảm chi phí để phát hành một lượng lớn dữ liệu lên Ethereum, do đó giảm chi phí vận hành của rollup. EIP-4844 được coi là một sự nâng cấp khả năng mở rộng của Ethereum, vì nó làm cho việc xây dựng các mạng Layer 2 trên Ethereum trở nên tiết kiệm chi phí hơn, nhưng sự thay đổi mã này không nâng cao 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 rollup Ethereum như Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync và Polygon zkEVM đã liên tục tăng. Một nền tảng dữ liệu ước tính rằng tổng khối lượng giao dịch mỗi giây đạt được trên tất cả các mạng Layer 2 là (TPS), gấp 3,8 lần TPS trung bình hàng ngày của Ethereum.

Theo dữ liệu được cung cấp bởi một tổ chức nghiên cứu thông qua một nền tảng phân tích dữ liệu, rollup đã tiết kiệm hơn 99% phí gas cho người dùng cuối và các nhà phát triển dapp so với chi phí triển khai mã và giao dịch trực tiếp trên Ethereum.

Tính đến ngày 13 tháng 6 năm 2023, chi phí gửi giao dịch trên hai rollup Ethereum phổ biến nhất, một nền tảng giao dịch và một nền tảng khác, có xu hướng dao động khoảng 0,03 đến 0,05 đô la. Tuy nhiên, trong trường hợp hoạt động trên chuỗi diễn ra thường xuyên và mạng bị tắc nghẽn, những chi phí này đôi khi có thể tăng vọt lên trên 1 đô la.

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

EIP-4844 không ảnh hưởng đến cách các giao dịch thông thường được gửi đến mempool của Ethereum được đưa vào khối, cũng không ảnh hưởng đến thị trường phí quyết định giá không gian khối của Ethereum, nhưng EIP-4844 thực sự tăng yêu cầu lưu trữ của các khối Ethereum. Không gian dữ liệu bổ sung này là để đính kèm các giao dịch blob vào khối. Blob giống như một chiếc xe phụ, có thể đính kèm 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 dựa trên 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 có không gian khối blob không được khai thác 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 sẽ được lưu trữ trên lớp đồng thuận của Ethereum (CL), tức là Beacon Chain, và sẽ bị loại bỏ từ các 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 mỗi khối có thể thay đổi tùy theo 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 phân loại rollup duy nhất để xác nhận một lô giao dịch đến Ethereum. Khoảng 7094 khối được tạo ra mỗi ngày trên Ethereum, sau EIP 4484, giả sử giới hạn 4 blob/mỗi khối, có thể xử lý tối đa 28376 blob mỗi ngày. ( Đây là một giá trị tối đa lý thuyết, do sự biến động của phí blob, trong thực tế có thể không bao giờ đạt được. Chi phí để xử lý tối đa số lượng blob liên tiếp cho mỗi khối là rất đắt đỏ đối với một bộ phân loại ).

Trong sáu tháng qua, bộ xếp hạng hoạt động trên một nền tảng đã trở thành rollup Ethereum phổ biến thứ hai theo lượng giao dịch, hàng ngày gửi khoảng 3126 lô giao dịch đến Ethereum.

Khối lượng giao dịch được xác nhận bởi một nền tảng nào đó khoảng gấp đôi một nền tảng khác, và cũng giống như một nền tảng nào đó, dựa vào bộ sắp xếp để gửi dữ liệu đến Ethereum thông qua CALLDATA để hoàn thành giao dịch. Các ví dụ khác về rollup phổ biến trên Ethereum bao gồm, nhưng không giới hạn ở một nền tảng nào đó, một nền tảng nào đó và một nền tảng nào đó. Trên một nền tảng nào đó, hơn 90% phí đến từ phí CALLDATA Layer 1.

Việc giới thiệu không gian lưu trữ dữ liệu chuyên dụng, dù ban đầu có nhỏ đến đâu, cũng nhằm mục đích giảm chi phí sử dụng Ethereum làm lớp DA cho tất cả các rollup dựa trên Ethereum. Nói một cách bảo thủ, các nhà phát triển rollup ước tính rằng, kể từ khi EIP 4844 được kích hoạt, phí rollup sẽ giảm từ 100% đến 900%. Tuy nhiên, những ước tính này có thể thay đổi dựa trên sự gia tăng áp dụng và hoạt động cuộn trong vài tháng trước và sau khi cơ sở dữ liệu gốc được kích hoạt.

Chi phí giao dịch blob, mặc dù có thể rẻ hơn giao dịch thông thường vào thời điểm EIP 4844 được kích hoạt, nhưng nếu số lượng rollup trên Ethereum tăng lên, nó có thể nhanh chóng leo thang. Hơn nữa, mặc dù mỗi blob được thiết kế để cung cấp cơ hội phát hành dữ liệu lên đến 128kB cho một bộ sắp xếp duy nhất, nhưng bộ sắp xếp rollup có khả năng phối hợp để làm cho một blob đơn lẻ chứa dữ liệu từ nhiều rollup. Các nhà phát triển Ethereum nhận ra rằng, do số lượng hạn chế mỗi khối và một lô giao dịch đơn lẻ có thể không tận dụng hoàn toàn không gian dữ liệu 128kB của mỗi giao dịch blob, nên có khả năng xuất hiện thị trường thứ cấp để định giá blob. Mặc dù 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 "chờ đợi và quan sát" trong việc giới thiệu blob thông qua EIP 4844, và dự định sẽ tối ưu hóa thêm cho EIP 4844 trong tương lai.

Băm gốc đã đặt nền tảng cho việc giới thiệu công nghệ tiên tiến hơn, nhằm giảm chi phí blob hơn nữa mà không làm tăng tải tính toán của các nút. Được gọi là hoàn toàn từ bỏ, 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 làm tăng kích thước khối Ethereum lên 512kB. Sáu blob sẽ làm tăng thêm 768kB cho kích thước khối Ethereum. Như đã đề cập trước đó, không gian khối bổ sung này chỉ dành riêng cho giao dịch blob và không lưu trữ dữ liệu 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 nhận khối. Để đạt được việc sharding hoàn toàn, Ethereum cần thực hiện hai công nghệ: 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 rollup, mục tiêu của DAS là đảm bảo rằng tất cả các mảnh dữ liệu được gói bởi các bộ sắp xếp đã được công bố lên chuỗi. Các nút đầy đủ được chọn ngẫu nhiên, tải xuống một khối dữ liệu từ blob và tạo chứng minh tính khả dụng của dữ liệu. Số lần nút đầy đủ lấy mẫu dữ liệu càng nhiều, thì 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 lý thuyết sẽ đưa ra cùng một đảm bảo về tính khả dụng của dữ liệu. Giống như từ bỏ ban đầu, việc lấy mẫu dữ liệu blob dưới sự từ bỏ hoàn toàn sẽ đảm bảo rằng giao dịch từ bộ sắp xếp đã được xác thực và công bố trên chuỗi, để bất kỳ người dùng hoặc bên liên quan nào của mạng có thể đánh giá. Sau đó, người dùng và các bên liên quan có một khoảng thời gian để xem xét các giao dịch này, xác nhận rằng chúng đã hoàn thành cuối cùng trên một lớp DA như Ethereum, và dựa trên các giao dịch trước đó để xây dựng các lô giao dịch mới.

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

Xóa mã hóa

Công nghệ mã hóa xóa đã tăng cường khả năng lấy mẫu dữ liệu. Nếu một bộ sắp xếp độc hại giữ lại một số ít khối dữ liệu, trong 1%