Sharding (Phân đoạn) là gì? Giải quyết vấn đề gì? Và có những thách thức rủi ro nào?

Sharding là công nghệ giúp mở rộng mạng lưới Blockchain, là vấn đề đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà đầu tư. Bài viết dưới đây sẽ giới thiệu chi tiết về Sharding, đặc điểm nổi bật, ưu và nhược điểm của công nghệ này. Cùng Index Money tìm hiểu nhé!

Sharding là gì?

Sharding là công nghệ phân đoạn cơ sở dữ liệu theo chiều ngang và chiều dọc, giúp xử lý và lưu trữ dữ liệu trên nhiều nền tảng để truyền tải nhanh chóng. Với Blockchain, sharding chia mạng lưới thành nhiều phần riêng biệt, mỗi phần có trạng thái độc lập, hợp đồng thông minh và dữ liệu tài khoản riêng. Công nghệ này giúp giảm gánh nặng tính toán trên từng node và tăng tốc độ giao dịch trên mạng lưới.

Mạng lưới Ethereum hiện chỉ có TPS khá khiêm tốn, khoảng 15 TPS. Với sự phát triển và tăng số lượng người dùng, số giao dịch cũng tăng, gây nghẽn mạng và tốn nhiều chi phí. Công nghệ Sharding được coi là giải pháp cho vấn đề này.

Sharding giải quyết vấn đề gì?

Mạng lưới Blockchain cần thỏa mãn “tam giác bất khả thi” với 3 yếu tố sau:

–  Tính mở rộng cho đồng bộ: Blockchain cần xử lý nhiều giao dịch hơn khả năng xác minh của một node thông thường.

– Tính phi tập trung: Mạng lưới không nên phụ thuộc vào nhóm nhỏ hoặc tác nhân tập trung để hoạt động.

– Tính bảo mật: Blockchain cần chống lại một số lượng lớn node tham gia muốn tấn công mạng lưới.

Các giải pháp hiện nay chỉ đáp ứng được 2 trong 3 đặc tính quan trọng của Blockchain:

– Đối với Bitcoin, Litecoin hay Ethereum trước khi áp dụng Sharding và PoS, việc xác minh giao dịch phụ thuộc vào người dùng chạy một node hoàn chỉnh, đảm bảo tính bảo mật và phân quyền, nhưng mạng lưới thiếu khả năng mở rộng.

– Những Blockchain có TPS cao, nhưng số lượng node nhỏ chỉ từ 10 đến 100, có thể duy trì sự đồng thuận lẫn nhau, nhưng thiếu tính phi tập trung và an toàn, vì người dùng phải tin tưởng vào hầu hết các node.

– Hệ sinh thái Multi-Chain và giao thức Cross-Chain giúp mạng lưới mở rộng và đảm bảo tính phi tập trung, nhưng lại thiếu tính an toàn, khi chỉ cần tấn công dưới 1% hệ sinh thái là có thể phá vỡ Blockchain.

Phương thức hoạt động của công nghệ Sharding

Công nghệ Sharding do Vitalik Buterin tạo ra để khắc phục nhược điểm của Blockchain thông qua các hoạt động sau:

1. Phân đoạn cơ sở dữ liệu lớn thành những mảnh nhỏ có cùng định dạng và chia sẻ nguồn lực tính toán cho mạng lưới Blockchain. Điều này giúp mạng Ethereum, với hơn 8,200 node, xử lý giao dịch một cách liên tục và hiệu quả hơn.

2. Sharding thực hiện dịch chuyển từ mô hình xử lý tuần tự sang mô hình xử lý song song. Tất cả các giao dịch được thực hiện cùng lúc trên các node, giúp tăng thông lượng giao dịch và phân bổ công việc hiệu quả hơn.

3. Công nghệ Sharding áp dụng cơ chế đồng thuận PoS (Proof of Stake). Các node thực hiện giao dịch dựa vào số lượng Token đã Stake và được phân bổ xử lý các mảnh khác nhau trên mạng lưới.

4. Sharding không cho phép mạng lưới áp dụng cơ chế đồng thuận PoW (Proof of Work) vì khó khăn trong việc xác thực giao dịch với lượng thông tin lớn. Thay vào đó, mạng lưới chỉ lưu trữ dữ liệu liên quan đến mảnh của mỗi node, giúp mở rộng quy mô mạng.

5. Các node biết dữ liệu giao dịch thông qua quá trình Shard Sharing, trong đó thông tin từ mỗi mảnh được chia sẻ cho các node tham gia. Điều này giúp mọi người thấy các giao dịch mà không cần xử lý hay lưu trữ toàn bộ thông tin.

Công nghệ Sharding có tiềm năng mang lại hiệu suất và khả năng mở rộng cho các mạng Blockchain, giúp tăng cường tính bảo mật và tốc độ xử lý giao dịch.

Ưu/nhược điểm của công nghê Sharding

Công nghệ Sharding giúp giải quyết một số vấn đề hạn chế của mạng lưới Blockchain như tăng khả năng mở rộng và giảm gánh nặng cho việc lưu trữ và xử lý giao dịch cho các node. Tuy nhiên, dự án cũng đối diện với một số nhược điểm cần được khắc phục. Cụ thể:

Ưu điểm

– Tăng khả năng mở rộng của Blockchain.

– Giảm thiểu gánh nặng cho việc lưu trữ và xử lý giao dịch cho các node.

– Hoạt động tốt hơn với các Blockchain có cơ chế đồng thuận Proof of Stake.

Nhược điểm

– Gây khó khăn cho các ứng dụng và cơ sở dữ liệu nếu Sharding không được thực hiện đúng cách.

– Hạn chế khi sử dụng cơ chế đồng thuận Proof of Work cho Blockchain.

– Vấn đề về quyền riêng tư và bảo mật không rõ ràng khiến nhiều nhà đầu tư lo ngại.

Ngoài Sharding, còn có nhiều cơ chế và công nghệ ứng dụng cho Layer-2 như State Channels hay Rollups. Những giải pháp này tập trung xử lý các giao dịch ngoài mạng lưới, giữ nguyên tính bảo mật phi tập trung của Blockchain chính. Plasma hay Sidechain cũng bảo mật tách biệt với mạng lưới chính.

Vấn đề mở rộng Blockchain

Có hai cách để tăng thông lượng giao dịch của Blockchain: mở rộng theo chiều rộng (Vertical Scalability) và mở rộng theo chiều ngang (Horizontal Scalability).

Mở rộng theo chiều rộng

Cách này yêu cầu các node trong mạng cực kỳ mạnh mẽ để xử lý nhanh và nhiều giao dịch hơn. Điều này đòi hỏi người dùng đầu tư nhiều chi phí cho phần cứng, không phù hợp với người dùng phổ thông. Dự án như Solana và Internet Computer đã áp dụng cách mở rộng theo chiều rộng, dành cho các cá nhân và tổ chức có tài chính và nền tảng kỹ thuật vững chắc. Nhược điểm là làm giảm tính phân quyền trong quá trình xác thực giao dịch.

Mở rộng theo chiều ngang

Cách này phân chia hệ thống thành nhiều đoạn (Shards), mỗi đoạn thực hiện một tập hợp con công việc trên Blockchain. Mỗi Validator xác thực một hoặc nhiều đoạn, cho phép nhiều người tham gia vào quá trình xác thực. Điều này giảm yêu cầu cho mỗi đoạn và tăng tính phân quyền trong quá trình xác thực giao dịch, đồng thời mở rộng tổng thông lượng của hệ thống.

Ngoài Sharding, có nhiều giải pháp Layer-2 khác như Rollup và State Channels để giải quyết các đặc tính của Blockchain ngoài chuỗi (Off-Chain), tận dụng mô hình bảo mật phi tập trung của mạng lưới mà không ảnh hưởng đến lớp cơ sở của hệ thống.

Vì sao Ethereum cần sharding?

Sharding giúp chạy các node đầy đủ dễ dàng hơn. Ethereum hiện có các node đầy đủ chiếm ít nhất 5 Terabyte không gian, gấp 10 lần sức chứa của máy tính trung bình. Các node này sẽ trở nên lớn hơn và khó chạy hơn khi người dùng tham gia nền tảng ngày càng nhiều.

Sharding là một công nghệ phổ biến trong khoa học máy tính, được sử dụng để mở rộng các ứng dụng và hỗ trợ nhiều dữ liệu hơn. Trên Ethereum, việc triển khai sharding cho phép mỗi người dùng lưu trữ một phần lịch sử thay đổi đối với cơ sở dữ liệu, đó là cách mà một Blockchain thường hoạt động.

Tầm nhìn Ethereum 2.0 và công nghệ Sharding

Ethereum đang đối diện với một vấn đề cốt lõi: làm thế nào để xử lý nhiều giao dịch mỗi giây mà vẫn giữ tính phân quyền và an toàn. Để giải quyết vấn đề này, Ethereum 2.0 đã đưa ra một giải pháp phức tạp – công nghệ Sharding.

Trong Ethereum 2.0, mạng sẽ được chia thành nhiều mảnh (Shard), mỗi mảnh độc lập xử lý các giao dịch và hợp đồng. Các mảnh có thể giao tiếp với nhau, nhưng không cần lưu trữ dữ liệu từ các mảnh khác. Điều này giúp tăng thông lượng giao dịch một cách hiệu quả.

Mặc dù Ethereum 2.0 là một dự án phức tạp và đòi hỏi nhiều công sức thiết kế và thực hiện, nếu thành công, nó sẽ là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để mở rộng quy mô cho mạng lưới Ethereum, giúp nâng cao khả năng xử lý giao dịch và tăng cường tính phân quyền của hệ thống.

Công nghệ Sharding có những loại nào?

Sharding trong công nghệ Blockchain có ba loại chính như sau:

– Network Sharding: Chia nhỏ mạng lưới Blockchain để giảm thiểu giao tiếp giữa các phần đoạn. Mỗi phần đoạn xử lý các giao dịch trên chuỗi độc lập, giúp tăng sức mạnh tính toán và hiệu quả.

– State Sharding: Gán dữ liệu Blockchain cho các phần đoạn khác nhau, giảm gánh nặng lưu trữ của các node. Đây là phần khó nhất trong các cơ chế Sharding.

– Transaction Sharding: Xác định các giao dịch sẽ được phân bổ cho các phần đoạn cụ thể. Điều này ảnh hưởng đến mô hình sổ cái của Blockchain và giúp cải thiện quá trình giao dịch Sharding.

Những thách thức và rủi ro mà công nghệ Sharding gặp phải

Sharding là giải pháp cho Scalability Trilemma, nhưng nó mang đến một số thách thức cho Ethereum và nhà phát triển. Bằng cách chia Ethereum thành nhiều mảnh, mỗi mảnh có chức năng riêng, các giao thức DeFi thường tập trung vào cùng một mảnh để hưởng lợi từ việc hợp tác. Điều này dẫn đến tăng Gas Fee trên một số mảnh.

Việc tương tác giữa hai giao thức trong cùng một mảnh trở nên phức tạp hơn, khi phải sử dụng các giao thức tương tác khác nhau. Một số mảnh có thể trở nên đông đúc, giống như sự phân cư giữa thành thị và nông thôn.

Ngoài ra, Sharding có thể mang lại rủi ro tiềm ẩn. Nếu một mảnh bị hacker tấn công và chiếm đoạt, có thể gây hiệu ứng Domino tiêu cực, ảnh hưởng đến giá Token, người dùng và các node trên mảnh đó.

Tổng kết

Hy vọng bài viết trên đã cung cấp thông tin hữu ích về Sharding – một công nghệ mới dùng để mở rộng Blockchain. Theo dõi Index Money để cập nhật tin tức mới nhất về nền tảng này trong tương lai nhé!