Hiện nay, Ethereum là blockchain được sử dụng phổ biến nhất với hơn 3000 ứng dụng, số giao dịch mỗi ngày ước tính lên đến 40000 giao dịch​. Tiềm năng của Ethereum trong việc thúc đẩy không gian Defi cũng làm gia tăng đáng kể số lượng ứng dụng và người dùng trên nền tảng Ethereum​.

Số lượng người dùng liên tục tăng lên trên mạng đã vô tình dẫn đến việc Ethereum phải đối mặt với một số hạn chế. Các giao dịch trên blockchain cần nhiều thời gian để hoàn thành, thường xuyên gặp phải tình trạng tắc nghẽn và phí gas quá cao. Vì vậy, sinh ra giải pháp Layer 2 trên mạng Ethereum nhằm giải quyết các vấn đề trên

Layer 2 là gì?

Layer 2 là một thuật ngữ được sử dụng cho các giao thức hay nền tảng được tạo ra để giúp mở rộng ứng dụng bằng cách xử lý các giao dịch ngoài Ethereum Mainnet (Layer 1). Nó được xây dựng trên Layer 1 và được kế thừa tính bảo mật từ Ethereum.

Các giải pháp Layer 2 nhắm tới việc tăng thông lượng, tăng tốc độ giao dịch và giảm phí gas so với Layer 1. Vì nó hoạt động theo cách làm giảm gánh nặng mà lớp cơ sở thường phải gánh chịu. Bằng cách chuyển giao dịch từ mainchain lên nền tảng Layer 2.

Các vấn đề của Layer 1

Tốc độ xử lý giao dịch

Tốc độ xử lý giao dịch đề cập đến số lượng giao dịch mà hệ thống có thể xử lý được mỗi giây (Transaction per Second – TPS). Trong khi các công ty/kênh thanh toán như Visa với mạng thanh toán điện tử VisaNet có khả năng xử lý gần 2.000 TPS, thì Ethereum chỉ có thể thực hiện được từ 10 – 15 TPS.

Sự so sánh trên thực tế là không công bằng bởi Ethereum là một mạng phi tập trung, trong khi VisaNet là một hệ thống tập trung. Tuy nhiên, việc xem xét các hạn chế của Ethereum so với các mạng tập trung là rất quan trọng để hiểu Ethereum cần có khả năng mở rộng như thế nào để được người dùng sử dụng rộng rãi.

Phí gas đắt đỏ

Sự bùng nổ của DeFi và các ứng dụng của nó đã khiến số lượng người dùng và giao dịch được thực hiện trên Ethereum tăng lên nhanh chóng. Khi hệ thống bị tắc nghẽn, người dùng bắt đầu cạnh tranh với nhau để các giao dịch của họ được xử lý nhanh hơn. Điều này dẫn đến cuộc chiến giành không gian trên mỗi block và khiến phí giao dịch – hay còn gọi là “phí gas” – trả cho các bên xử lý giao dịch trên mạng Ethereum tăng cao. 

Ở một số thời điểm, người dùng phải trả hơn $80 phí gas để gửi token đến một địa chỉ ví khác trên Ethereum, khiến việc sử dụng hầu hết các ứng dụng phi tập trung (DApps) hoàn toàn không khả thi.

Giao thức đồng thuận không hiệu quả

Blockchain Layer 1 vẫn sử dụng cơ chế đồng thuận PoW cũ và phức tạp. Mặc dù cơ chế này an toàn hơn so với các cơ chế khác, nhưng tốc độ xử lý giao dịch của nó lại là một vấn đề nan giải. Do bản chất cơ chế đồng thuận PoW cần các miner để sử dụng sức mạnh tính toán và giải các thuật toán phức tạp, từ đó xác nhận giao dịch và tạo ra 1 block. Do đó, tổng thể cần nhiều sức mạnh và thời gian tính toán hơn.

Tầm quan trọng của Layer 2

Các giải pháp Layer 2 ra đời cho phép tăng khả năng mở rộng, tăng thông lượng và giảm phí giao dịch trong khi vẫn duy trì bản chất phi tập trung của blockchain Ethereum.

Bằng cách chạy tính toán off-chain thay vì xử lý giao dịch trực tiếp trên blockchain, Layer 2 giúp giảm thiểu dung lượng lưu trữ dữ liệu trên lớp cơ sở. Loại bỏ các giao dịch khỏi lớp cơ sở, trong khi vẫn gắn vào nó, sẽ giải phóng tài nguyên xử lý để làm những việc khác mà vẫn nhận được các lợi ích về bảo mật và phân quyền.

Mỗi giải pháp Layer 2 riêng lẻ đều có những ưu và nhược điểm riêng cần xem xét như thông lượng, phí gas, bảo mật, khả năng mở rộng và chức năng. Không có giải pháp Layer 2 duy nhất nào hiện đáp ứng tất cả những nhu cầu này. Tuy nhiên, các giải pháp mở rộng quy mô Layer 2 vẫn đang được cải tiến và phát triển từng ngày nhằm cải thiện tất cả các khía cạnh trên.

Những giải pháp Layer 2 nổi bật

Sidechain

Sidechain là một sổ cái phân tán độc lập và hoạt động song song với mạng chính. Các node trên giải pháp mở rộng này chịu trách nhiệm xác nhận và xử lý các giao dịch, sau đó ghi lại những giao dịch vào các khối và duy trì đồng thuận trên toàn mạng.

Do không thiết kế chạy trực tiếp trên mạng chính nên Sidechain là một giải pháp an toàn giúp bảo mật hơn. Sidechains thường kết hợp cơ chế đồng thuận và lựa chọn trình xác thực thay thế để cung cấp thời gian giao dịch nhanh hơn.

Các dự án Sidechain có thể kể đến như:

• SKALE: Dự án này giúp các nhà phát triển DApp tăng tốc độ phát triển hợp đồng thông minh và tăng hiệu suất. SKALE tương thích với EVM và cho phép các nhà xây dựng sử dụng các công cụ dành cho nhà phát triển hiện có của Ethereum.
• xDai: Đây là một chuỗi EVM ổn định dựa trên Ethereum thực hiện đồng thuận dPOS được gọi là POSDAO. Đồng xDai được sử dụng cho các giao dịch ổn định và phí thấp, ổn định.
• POA Network: Là một Sidechain công khai mã nguồn mở, sử dụng thuật toán Proof-of-Authority làm hệ thống đồng thuận của nó. nền tảng này giúp việc chạy và thực hiện các smart contract dễ dàng, phí thấp và nhanh hơn.
• Polygon: Là một giải pháp mở rộng trên Ethereum. Nó sử dụng cơ chế đồng thuận Proof of Stake (PoS) giúp các giao dịch bảo mật và nhanh hơn.

Plasma

Plasma là một giải pháp mở rộng trên mạng chính Ethereum (ETH) được Vitalik Buterin cùng với Joseph Poon đề xuất, Cấu trúc của Plasma cho phép tạo ra vô số các blockchain con (hay còn gọi là child chain) có khả năng hoạt động độc lập nhưng vẫn có thể giao tiếp, tương tác với blockchain gốc Ethereum bằng cách kết hợp các smart contract và Merkle-Tree.

Plasma có nhược điểm chính là thời gian rút tiền từ Layer 2 về Ethereum khá lâu.

Các dự án Plasma có thể kể đến như:

• Gazelle: Là một nền tảng phát triển DApp đảm bảo làm cho ứng dụng an toàn, có thể mở rộng và sử dụng được với công nghệ layer 2.
• OMG Network: Là giải pháp mở rộng giúp xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây trên Ethereum. OMG tạo một lớp chuyển giao giá trị trên Ethereum để gói các giao dịch Ethereum lại với nhau và xác thực chúng thông qua một chuỗi con được tối ưu hóa tốc độ trước khi gửi lại vào chuỗi khối Ethereum để xác nhận.
• Loom Network: Dự án này tận dụng giải pháp Plasma để tạo ra các DApp mạng xã hội và trò chơi có khả năng mở rộng cao.

Rollups

Rollups là giải pháp Layer 2 hàng đầu để mở rộng Ethereum. Bằng cách sử dụng Rollups, người dùng có thể giảm phí ga lên đến 100 lần so với Layer 1.

Hoạt động của Rollups gói hàng trăm giao dịch thành một giao dịch duy nhất trên Layer 1. Điều này phân bổ phí giao dịch L1 cho tất cả mọi người trong Rollups, giúp cho phí gas mỗi người dùng rẻ hơn. Các giao dịch Rollups được thực hiện bên ngoài Layer 1 nhưng dữ liệu giao dịch được đăng lên Layer 1. Bằng cách đăng dữ liệu giao dịch lên Layer 1, các giao dịch Rollups kế thừa tính bảo mật của Ethereum.

Optimistic Rollups

Giải pháp này giả định rằng tất cả các giao dịch được gửi lên chuỗi đều là hợp lệ mặc dù chưa hề được xác minh xem các giao dịch đó đã được thực hiện chính xác chưa. Điều này làm cải thiện đáng kể về khả năng mở rộng. Tuy nhiên, chúng vẫn trải qua một giai đoạn “kiểm tra” khi mà bất kỳ ai cũng có thể xác minh về tính hợp lệ của những giao dịch đó.

Khi mà một giao dịch không hợp lệ được phát hiện, những người phát hiện lỗi có thể gửi một thứ gọi là Fraud Proof (bằng chứng gian lận) và hợp đồng thông minh xử lý giai đoạn Rollup sẽ xác thực và so sánh với những dữ liệu có sẵn trên Layer 1. 

Để khuyến khích việc bảo mật mạng lưới, những người thực hiện nhiệm vụ trên sẽ phải stake ETH nhận reward khi phát hiện gian lận số tiền mà stake ETH sẽ bị cắt và chuyển tới người phát hiện lỗi trong trường hợp người đó gửi một bằng chứng gian lận lên trên Ethereum.

Đặc điểm

• Bởi vì Optimistic Rollups tuân thủ EVM và Solidity, nên cung cấp cho các nhà phát triển chức năng tương tự như Ethereum Layer 1.
• Layer 1 có nhiệm vụ lưu trữ tất cả dữ liệu giao dịch, làm cho nó trở thành một giải pháp an toàn và phi tập trung.

Một số dự án sử dụng Optimistic Rollups

• Optimism: là một giải pháp Layer 2 giúp thực hiện giao dịch nhanh, rẻ nhưng vẫn giữ được độ bảo mật từ Layer 1, sở hữu khả năng hỗ trợ EVM để các dApp trên Ethereum có thể chạy trên lớp Layer 2 một cách dễ dàng.
• Arbitrum: là một giải pháp Layer 2 nhằm giải quyết các vấn đề tắc nghẽn trên Ethereum. Arbitrum cũng cung cấp thêm các giải pháp mở rộng khác như Channel và Sidechain. Nhìn chung, Arbitrum khá tương đồng với dự án Optimism, điểm khác biệt chủ yếu nằm ở cách hoạt động của Fraud Proof.

Zero-knowledge Rollup (Zk Rollup)

Ngược lại với Optimistic Rollup, giải pháp Zero-knowledge Rollup tiếp cận theo hướng đảm bảo rằng các giao dịch đều hợp lệ. Zk Rollup sẽ tạo ra các Validity Proof (bằng chứng hợp lệ) là SNARK để sử dụng trong việc chứng minh tính hợp lệ của các giao dịch mà không cần thiết phải thực hiện lại việc tính toán trong các giao dịch. Mỗi nhóm giao dịch được gửi lên chuỗi chính đều có Validity Proof của riêng nó. Phương pháp này dẫn tới việc giảm kích thước dữ liệu đáng kể và do đó giảm thời gian và chi phí gas để xác thực một khối.

SNARK còn được gọi là Zero-knowledge Proof hoặc Zk Proof, là bằng chứng mật mã cho phép bất kỳ ai xác minh rằng các giao dịch là hợp lệ mà không tiết lộ bất kỳ thông tin nào về giao dịch. Nhờ công nghệ này mà giải pháp Rollup trên có được cái tên Zero-knowledge Rollup.

Đặc điểm

• Thời gian hoàn thiện nhanh hơn do trạng thái xác minh ngay lập tức khi bằng chứng được gửi đến chuỗi chính
• Khó bị tấn công như Optimistic Rollup
• Phi tập trung và bảo mật, dữ liệu cần thiết để khôi phục trạng thái được lưu trữ trên Layer 1.

Một số dự án sử dụng Zk Rollups

• zkSync: là một giao thức Zk Rollup được phát triển bởi Matter Labs. Đây là một giải pháp mở rộng quy mô cho Ethereum, đã khởi chạy trên Ethereum mainnet và mới công bố bản testnet zkEVM có khả năng tương thích với EVM
• StarkNet: là một giao thức Zk Rollup phi tập trung không cần sự cho phép. Giao thức hoạt động như một Layer 2 trên Ethereum, cho phép bất kỳ dApp nào mở rộng quy mô về mặt tính toán của nó không giới hạn mà không ảnh hưởng đến khả năng tổng hợp và bảo mật của Ethereum.
• Loopring: là một giao thức Layer 2 Zk Rollup, cho phép giao dịch, thanh toán với thông lượng cao và chi phí thấp trên Ethereum.

State Channels

State Channels cũng là một giải pháp mở rộng trên mạng lưới Ethereum, nó cũng tương tự như Lightning Network trên nền tảng Bitcoin. Giải pháp này cho phép người dùng giao dịch với nhau mà không cần đưa dữ liệu lúc giao dịch lên chuỗi khối của nó giúp an toàn và bảo mật hơn, trừ lúc mở giao dịch và đóng giao dịch.

Các dự án State Channels có thể kể đến như:

• Connext: là một dự án áp dụng giải pháp state channel cho phép giao dịch nhanh chóng, hoàn toàn không theo phương thức liên lạc giữa các chuỗi tương thích với EVM và hệ thống L2.
• Raiden: là một kênh thanh toán áp dụng giải pháp state channel. Không giống như Lightning Network, Raiden không chỉ là một kênh thanh toán đơn giản. Người dùng có thể chuyển dữ liệu smart contract.

Validium

Validium là giải pháp mở rộng thực hiện giao dịch ngoài mạng chính Ethereum tương tự như ZkRollups.

Tuy nhiên Validium không lưu cũng như sử dụng dữ liệu trên chain chính ETH. Điều này khiến nhiều người tranh cãi liệu giải pháp này có phải là Layer 2 hay không.

Các dự án Validium có thể kể đến như:

• Loopring: Là một giao thức mở áp dụng giải pháp validium cho các sàn giao dịch phi tập trung (DEX). giúp mở rộng và xây dựng các DApp dễ dàng và bảo mật hơn.
• StarkWare: Giúp cải thiện khả năng mở rộng và quyền riêng tư trong các chuỗi khối bằng cách sử dụng công nghệ STARK liên quan đến ZK-Starks, StarkEx và StarkNet. Khắc phục phí gas cao trên Ethereum gây khó khăn cho người dùng.

Nhược điểm của Layer 2

Chưa thực sự giải quyết được vấn đề mở rộng

Về lý thuyết Layer 2 đều cải thiện thông lượng, phí gas, bảo mật, khả năng mở rộng và chức năng.

Nhưng thực tế mỗi giải pháp riêng lẻ đều có những ưu và nhược điểm riêng. Hay nói cách khác không có Layer 2 duy nhất nào hiện đáp ứng tất cả những nhu cầu này.

Tuy nhiên, các giải pháp mở rộng quy mô Layer 2 vẫn đang được cải tiến và phát triển từng ngày nhằm cải thiện tất cả các khía cạnh trên.

Vận chuyển tài sản giữa các Layer 2 vẫn còn khó khăn

Hiện tại ở để chuyển các đồng token giữa các Layer 2 tốn không ít công sức.

Cụ thể ở nhiều Layer 2 của Ethereum nếu không có các giao thức thứ 3 thì anh em phải chuyển token từ L2 về L1 rồi từ đấy đưa lên Layer 2 khác.

Công việc này tốn không ít phí cũng như thời gian khi mỗi giao dịch có khi mất đến 7-14 ngày mới hoàn thành.

Điều này khiến cho thanh khoản ở các Layer 2 sẽ bị phân mảnh. Đây là điều không tốt cho của thị trường Defi của các hệ.

Các sidechains không thể tương tác với nhau

Các Layer 2 sử dụng Sidechains có một nhược điểm là không thể tương tác với nhau. Hãy tưởng tượng bạn là liquidity provider cho Uniswap trên Ethereum và bạn đang phải chịu phí gas cao mỗi khi bạn thêm/bớt thanh khoản hay nhận phần thưởng. Đột nhiên, Uniswap mở ra thị trường mới trên hai sidechains Ethereum khác nhau.

Tuy nhiên, bởi vì những sidechains đó không thể giao tiếp, bạn phải coi chúng như những thị trường riêng biệt. Trên thực tế, điều này có nghĩa là bạn phải chia thanh khoản giữa các Layer 2 hoặc chọn một cái thay vì cái kia.

Việc có nhiều Layer 2 như vậy sẽ dẫn tới phân mảnh thanh khoản trong khi các giải pháp Cross-chain Bridge chưa được ra mắt nhiều. Đây sẽ là một vấn đề lớn bởi vì tính thanh khoản là yếu tố sống còn của bất kỳ thị trường nào.

Một vài lưu ý về các giải pháp layer 2

Vì sao các sidechain như Polygon lại không được coi là Layer 2?

Như mình đã nói ở trên, điểm khác biệt lớn nhất giữa layer 2 với các giải pháp mở rộng khác là được kế thừa tính bảo mật từ Ethereum. Chúng sử dụng cơ chế đồng thuận của Ethereum và được validators của Ethereum xác minh giao dịch, trong khi đó các sidechain có cơ chế đồng thuận riêng với số lượng validators riêng. Do đó Sidechain không bảo mật bằng layer 2. 

Đâu là giải pháp layer 2 tốt nhất?

Nếu chỉ xét ở mặt kỹ thuật, Zk Rollups là giải pháp mở rộng tiềm năng nhất. Tuy nhiên các giải pháp này còn ở trong giai đoạn đầu và rất phức tạp để phát triển, để đánh giá giải pháp layer 2 nào tốt nhằm theo dõi và tìm kiếm cơ hội thì ta cần để ý nhiều yếu tố khác và mình sẽ trình bày ở phần sau.  

Plasma về lý thuyết cũng thuộc layer 2, nhưng ở thực tế vì các vấn đề trong thiết kế khiến tính bảo mật bị ảnh hưởng khi rút tài sản về Layer 1. 

Kết luận

Bài viết của DeFiX tới đây là kết thúc. Hi vọng những thông tin này hữu ích với các nhà đầu tư!

Hãy theo dõi DeFiX.Network để cập nhật thêm nhiều thông tin thú vị, mới nhất về thị trường trường tài chính và tiền điện tử nhé.

Hẹn gặp lại các bạn trong các bài chia sẻ, hướng dẫn tiếp theo. Chúc các bạn đầu tư thành công!