Ethereum Roadmap: Lộ trình phát triển tham vọng của Ethereum
Lộ trình phát triển của Ethereum tương đối phức tạp và khó hiểu đối với hầu hết người dùng. Bài viết này sẽ cung cấp một góc nhìn tổng quan liên quan đến lộ trình phát triển của Ethereum.
Bối cảnh dẫn tới lộ trình phát triển mới của Ethereum
Tầm nhìn phát triển máy tính thế giới (The World Computer)
Tầm nhìn từ ngày đầu tiên của Ethereum là trở thành máy tính thế giới (The World Computer), một máy chuyển đổi trạng thái toàn cầu (state transition machine) hoạt động như một nền tảng có thể thực thi các chương trình (Program) có logic tuỳ ý.
Trong bối cảnh của Ethereum, các chương trình gọi là hợp đồng thông minh.
Trải qua quá trình phát triển lâu dài, Ethereum đã xây dựng được những lợi thế độc đáo riêng cho mình. Hệ thống có tính dự phòng và phục hồi cao, hệ sinh thái đa dạng, thanh khoản cao.
Điểm hạn chế của Ethereum là giới hạn và hiệu suất của nó thấp. Trong cùng một khoản thời gian, nó chỉ có thể thực hiện được một số tác vụ tính toán đơn giản nhất định. Vì vậy, các ứng dụng có logic phức tạp gần như không khả thi về mặt tính toán hoặc kinh tế để xây dựng trên Ethereum.
Ngay cả khi Ethereum hoàn thành tầm nhìn cuối cùng, Ethereum cũng không phải phù hợp với mọi trường hợp sử dụng, nó phù hợp với các trường hợp sử dụng yêu cầu sự đồng thuận toàn cầu.
Nhìn chung, cộng đồng Ethereum đều nhận thức được rằng Ethereum có nhiều mặt hạn chế khác nhau, đặc biệt ở khía cạnh mở rộng. Đó là lý do Ethereum sẽ nâng cấp, phát triển giao thức theo thời gian để khắc phục các hạn chế này.
Tuy nhiên có một số ràng buộc nhất định đối với hướng phát triển của Ethereum, các sự thay đổi không được đánh đổi bằng sự phân quyền của hệ thống (decentralization). Vì sự phân quyền là thuộc tính quan trọng và ảnh hưởng tới khả năng tồn tại lâu dài của Ethereum.
Kế hoạch mở rộng quy mô tập trung vào Full Sharding
Các vấn đề mở rộng của Ethereum đã được quan tâm từ năm 2015, một trong những nghiên cứu đáng chú ý (tại đây) là kế hoạch chuyển đổi từ PoW sang PoS vào năm 2015 của Vitalik.
Năm 2019, đa phần các nhà phát triển Ethereum đồng thuận kế hoạch mở rộng tập trung vào Full Sharding được chia làm 3 giai đoạn với các trọng tâm riêng biệt.
Giai đoạn 0
Ethereum sẽ phát triển một chain hoạt động song song với Ethereum PoW gọi là Beacon Chain. Sau đó hợp nhất Beacon Chain và Ethereum PoW lại với nhau là chuyển đổi sang đồng thuận PoW.
Sau The Merge, Beacon Chain sẽ hoạt động như một bộ điều phối, hướng một số validator vào một shard cụ thể mà họ chịu trách nhiệm xác thực. Tất cả các validator sẽ bị xáo trộn sau mỗi kỷ nguyên (epoch).
Giai đoạn 1
Ethereum sẽ phát triển Data Sharding trên Beacon Chain để đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu (Data Availability) trên các Shard.
Các kỹ thuật như lấy mẫu tính sẵn có của dữ liệu (DAS, Data availability sampling) được sử dụng để xác minh tính khả dụng của dữ liệu bằng cách lấy mẫu các phần dữ liệu nhỏ từ tệp dữ liệu lớn.
Nếu những mẫu này có sẵn và chính xác thì rất có thể toàn bộ tập dữ liệu lớn đều có sẵn. Quá trình này làm giảm đáng kể lượng dữ liệu mà mỗi node cần tải xuống và lưu trữ.
Giai đoạn 2
Ethereum sẽ phát triển Shard, các Shard hoạt động song song với nhau, mỗi Shard sẽ hoạt động độc lập, tương tự một blockchain Layer 1.
Sau đó, chúng sẽ tổng hợp dữ liệu giao dịch, gốc trạng thái (state root) và gửi lên Beacon Chain để đạt được sự đồng thuận cuối cùng. Điều này tương tự cách tiếp cận của Rollup hiện nay.
Các Shard có một không gian thiết kế rộng, mỗi shard có thể được thiết kế với các VM và ngôn ngữ lập trình khác nhau. Theo cách này, Ethereum sẽ trở thành một hệ sinh thái phong phú có thể được phát triển bằng mọi ngôn ngữ lập trình.
Sự thay đổi của Ethereum: Từ quản lý mọi thứ sang trao quyền cho cộng đồng
Full Sharding là một lộ trình tham vọng và nó phù hợp với tầm nhìn của Ethereum, nhưng nhiều yếu tố khác nhau đã thúc đẩy Ethereum thay đổi lộ trình chung.
Trong Full Sharding, Ethereum cố gắng quản lý tất cả các khía cạnh khác nhau, dẫn đến một con đường phát triển phức tạp với nợ kỹ thuật cao và nhiều rủi ro khó lường.
Một điểm cần lưu ý, mở rộng quy mô chỉ là một trong nhiều vấn đề của Ethereum, nhiều vấn đề liên đới với nhau khiến độ phức tạp tăng theo cấp số nhân khiến việc mở rộng quy mô của Ethereum phát triển rất chậm.
Trong khi đó, tâm lý thị trường đã thay đổi và các giải pháp Layer 2 như Rollup đã nhanh chóng phát triển và đổi mới. Các giải pháp này có thể được triển khai trên Ethereum mà không cần được cấp phép, cách tiếp cận linh hoạt hơn để mở rộng quy mô.
Vì vậy, thay vì cố gắng xử lý mọi thứ, Ethereum tập trung lại, củng cố những lợi thế độc đáo của mình - một máy chuyển đổi trạng thái toàn cầu, bảo mật cao, hỗ trợ tính toán mục đích chung, có tính dự phòng và phục hồi cao.
Ethereum sẽ thuê ngoài các L2 cho việc mở rộng quy mô trong khi Ethereum sẽ nâng cấp dần giao thức để trở thành một hệ sinh thái tập trung vào Layer 2, cung cấp băng thông lớn hơn và chi phí rẻ hơn mà không ảnh hưởng tới bảo mật và phân quyền của Ethereum.
Sự trao quyền cho Layer 2 khuyến khích các nhà phát triển xây dựng các hệ sinh thái phụ độc lập với các tính năng độc đáo, đồng thời hưởng lợi từ hiệu ứng mạng và bảo mật của Ethereum. Ngoài ra, sự cạnh tranh giữa các giải pháp L2 sẽ thúc đẩy sự phát triển và đổi mới nhanh hơn.
Lộ trình phát triển mới của Ethereum
Sự thay đổi tư duy của Ethereum từ cố gắng quản lý mọi thứ sang trao quyền cho cộng đồng đã dẫn đến những thay đổi đáng kể trong lộ trình phát triển chung của nó.
Tháng 10/2020, Ethereum đã thay đổi kế hoạch mở rộng quy mô sang một lộ trình tập trung vào Rollup. Lộ trình chi tiết được công bố chính thức trên twitter cá nhân của Vitalik vào tháng 12/2021.
Trải qua 1.5 năm phát triển, Ethereum đã đưa một số tính năng quan trọng lên mainnet. Phần bài viết này sẽ trình bày tổng quan về lộ trình của Ethereum dựa trên Infographic được Vitalik đăng tải.
Lưu ý, lộ trình của Ethereum không cố định mà thay đổi phụ thuộc vào điều kiện thị trường thực tế.
The Merge
Ethereum đang sử dụng bằng chứng cổ phần (PoS, Proof of Stake), với quá trình di chuyển ba giai đoạn bắt đầu vào 12/2020 và kết thúc vào tháng 4/2023. Mạng hiện tại bao gồm hai blockchain được liên kết chặt chẽ với nhau:
Trọng tâm sau khi kích hoạt khả năng rút tiền của Validator là cải thiện sự ổn định của lớp đồng thuận (CL, Consensus Layer), duy trì bảo mật cao trong khi cho phép nhiều Validator hoạt động hơn (Decentralization).
Nhiều nghiên cứu đang được thực hiện để tìm ra sự cân bằng tốt nhất cho mạng, một vài nghiên cứu đáng chú ý bao gồm:
SLE/SSLE và SSF vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và sẽ không sớm có mặt trên mainnet. maxEB được lên kế hoạch cho nâng cấp Pectra vào Q1/2025.
Trong tương lai 1 - 2 thập kỷ tới, Ethereum và các blockchain khác phải đối mặt với những rủi ro bảo mật tiềm ẩn từ sự tiến bộ của điện toán lượng tử, về mặt lý thuyết có thể phá vỡ nền tảng mật mã của chúng.
Ethereum đang nghiên cứu các cách để tự bảo vệ mình khỏi các rủi ro bảo mật tiềm ẩn do điện toán lượng tử gây ra bằng cách xem xét các phương pháp mã hóa mới. Đây là biện pháp chủ động có trong lộ trình của Ethereum. Một số phương pháp đang được xem xét bao gồm: lattice-based, STARK-based.
The Surge
Trọng tâm The Surge là tập trung vào khía cạnh mở rộng quy mô của Ethereum, câu hỏi trọng tâm cần phải giải quyết là làm thế nào để mạng có thể ổn định xử lý 100,000 - 1,000,000 giao dịch/giây. Thực tế, những Layer 1 được quảng cáo là High Performance Blockchain như Solana cũng chỉ ổn định xử lý được 2,000 - 3000 giao dịch/giây.
The Surge cũng là phần có sự thay đổi đáng kể qua các thời kỳ, nhiều triết lý đã thay đổi. Thay vì trực tiếp xử lý/thực thi on-chain hiệu quả, Ethereum đang tập trung vào hướng tiếp cận xác minh on-chain hiệu quả.
Sự thay đổi cơ bản về cách nhìn nhận trên đã phản ánh trong kế hoạch mở rộng tổng thể của Ethereum, từ Full Sharding đến Data Sharding và cuối cùng là DankSharding.
Về mặt kỹ thuật, DankSharding hoàn toàn không phải là Sharding mà là một phương pháp lấy mẫu dữ liệu xác suất yêu cầu giới thiệu một loại định dạng giao dịch mới - giao dịch mang theo các blob (blob-carrying transaction).
Trong đó, blob là một loại cấu trúc dữ liệu mới, được thiết kế đặc biệt để cung cấp không gian lưu trữ dữ liệu ngắn hạn cho các ứng dụng Ethereum nói chung và rollup nói riêng.
DankSharding khá phức tạp nên chúng sẽ được triển khai theo giai đoạn và sẽ xuất hiện từng phần trong các bản nâng cấp ngắn và trung hạn.
Triển khai đầu tiên của DankSharding là EIP-4844 (Proto-Danksharding), nâng cấp này đã mainnet vào 3/2024. Proto-Danksharding đặt nền móng cho DankSharding bằng việc giới thiệu giao dịch mang theo các blob và cho phép đính kèm tối đa 6 blob mỗi block, tương đương 0.75MB / block.
Trong các bản nâng cấp sau DankSharding, Ethereum sẽ dần mở rộng dần số lượng và kích thước blob có thể hỗ trợ.
Bên cạnh cung cấp khả năng mở rộng trên lớp đồng thuận với Danksharding, lớp thực thi cũng sẽ tăng giới hạn gas theo thời gian (Gas Limit), các nâng cấp như Verkle Tree sẽ kích hoạt khả năng xác minh tính toán hiệu quả bằng SNARK Proof trong tương lai trung hạn.
Ngoài DA và Settlement, Ethereum sẽ dần mở rộng các chức năng cơ bản có thể hỗ trợ cho Rollup, ví dụ như Sequencing. Các cơ sở hạ tầng cơ bản của Rollup, ví dụ như tương tác Cross-Rollup cũng được nhận thức như là một loại cơ sở hạ tầng Ethereum.
The Scourge
The Scourge nhằm mục đích loại bỏ các vấn đề tiêu cực mà Ethereum đang gặp phải, phần lớn không thể dự đoán trước được, tiêu biểu như: MEV độc hại, kiểm duyệt mạng, sự tập trung Liquid/Pool Staking.
Hiện tại, Ethereum đã tách biệt nhiệm vụ cơ bản của một Validator truyền thống thành Block Builder và Block Proposer (PBS, Proposer-Builder Separation).
Thiết kế PBS tạo điều thuận lợi cho việc quản lý MEV một cách hiệu quả mà không gây ảnh hưởng tiêu cực tới Ethereum. Tuy nhiên, nó hoạt động nhờ sự duy trì bởi các tác nhân bên ngoài giao thức như Flashbot. Mục tiêu của Ethereum là đưa quy trình PBS vào giao thức Ethereum (enshrining PBS).
Vượt ra ngoài khía cạnh quản lý MEV, thiết kế PBS còn ảnh hưởng đến nhiều thành phần khác nhau trong lộ trình của Ethereum, ví dụ như Danksharding.
Inclusion Lists là một giải pháp cho vấn đề về kiểm duyệt phát sinh hậu The Merge, nó đảm bảo rằng một số giao dịch nhất định được bao gồm trong các block Ethereum. Bằng cách đó, Ethereum có thể giảm kiểm duyệt mạng.
enshrining PBS và Inclusion Lists là hai nâng cấp cần thiết để kích hoạt một số nâng cấp khác trong The Scourge bao gồm:
Preconfirmations (tuỳ chọn): Cơ chế này nhằm mục đích cải thiện trải nghiệm người dùng bằng cách cung cấp phản hồi nhanh hơn về trạng thái giao dịch của họ.
Các vấn đề về việc tập trung Liquid/Pool Staking (Tuỳ chọn): Vấn đề này có thể được giải quyết bằng một số giải pháp kỹ thuật tiềm năng hoặc bằng sự áp lực của lớp xã hội Ethereum. Ngoài ra, sự phát triển của EigenLayer giảm bớt sự trầm trọng của vấn đề, nhìn chung chưa có giải pháp kỹ thuật nào đạt được sự tán thành của phần lớn cộng đồng.
The Verge
Tầm nhìn của The Verge là làm cho việc xác minh các block trên Ethereum trở nên cực kỳ đơn giản. Mục tiêu cuối cùng là cho phép dễ dàng xác minh tính chính xác của quá trình chuyển đổi trạng thái Ethereum thông qua xác minh bằng chứng SNARK.
Trong tâm hiện tại của Ethereum là nâng cấp Verkle Tree, đây được xem là bản nâng cấp quan trọng nhất kể từ The Merge. Vượt ra ngoài The Verge, Verkle Tree còn là nền tảng kỹ thuật cho một vài nâng cấp quan trọng trong The Surge và The Purge.
Nâng cấp Verkle Tree sẽ chuyển cấu trúc dữ liệu của Ethereum từ Merkle Patricia Tree sang Verkle Tree nhằm tối ưu hóa hiệu quả lưu trữ. Verkle Tree còn cho phép kích thước bằng chứng nhỏ và nhất quán để quản lý trạng thái mạng dễ dàng hơn, đây là một trong yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu suất tổng thể của mạng.
Giai đoạn thứ hai của The Verge là tích hợp SNARK với Verkle Tree để cho phép xác minh các block trên Ethereum trở nên cực kỳ đơn giản. Đây là tầm nhìn trung và dài hạn của Ethereum, điều này sẽ yêu cầu nhiều thay đổi đối với giao thức cốt lõi.
The Purge
The Purge đặt ra ba mục tiêu tính là đơn giản hóa giao thức, loại bỏ nợ kỹ thuật và các hạn chế về mặt chi phí để tham gia mạng.
Sự phát triển của Ethereum liên quan đến việc lặp lại và cải tiến liên tục. Trong quá trình đó, một số tính năng được thêm vào giao thức đúng với tầm nhìn tại thời điểm đó nhưng sẽ không phù hợp với tầm nhìn phát triển hiện tại.
Để giải quyết vấn đề này, Ethereum sẽ lần lượt loại bỏ các khoản nợ kỹ thuật đó trong các lần nâng cấp. Ví dụ, sửa đổi SELFDESTRUCT opcode để tránh xung đột với Verkle Tree.
Song song, Ethereum cũng sẽ đơn giản hoá giao thức theo thời gian bằng cách xoá hoặc thay đổi một tính năng trong giao thức để nó hoạt động hiệu quả hơn, điều này cũng có lợi cho các sự thay đổi code trong tương lai, một số đề xuất đáng chú ý bao gồm;
Đa phần các đề xuất trên đều chưa có thời gian ấn định chi tiết để đưa lên mainnet.
Trong ngắn và trung hạn, trọng tâm của The Purge đang được đặt vào History expiry (EIp-4444). Ý tưởng chính xóa dữ liệu lịch sử cũ (hơn 1 năm tuổi) khỏi Ethereum P2P để giảm yêu cầu lưu trữ cho các full node.
History expiry sẽ tác động đến cách khởi động và đồng bộ hóa của các Full Node. Chúng sẽ không thể đồng bộ hóa dữ liệu từ mạng P2P Ethereum. Thay vào đó, chúng sẽ cần sử dụng các phương pháp thay thế hoặc một mạng chuyên dụng để truy cập dữ liệu cũ hơn.
Portal Network được nhắm đến là một mạng P2P chuyển dụng để lưu trữ các lịch sử Ethereum đã hết hạn, nó cung cấp một phương pháp mới để truy cập dữ liệu Ethereum với yêu cầu phần cứng và băng thông tối thiểu.
History expiry là một cách trực quan để giúp người dùng chạy ethereum full node với phần cứng tối thiểu, tiết kiệm nhiều chi phí liên quan đến phần cứng SSD chuyên dụng để lưu trữ.
Mặc dù giải quyết được vấn đề về chi phí, History expiry có thể đặt ra các thách thức mới liên quan centralization / censorship. Ngoài History expiry, Ethereum còn có các hướng tiếp cận khác với tác động tương tự là Statelessness, state expiry, mặc dù, độ khó kỹ thuật của 2 hướng tiếp cận trên là khó hơn nhiều History expiry.
The Splurge
Các nâng cấp thuộc các khía cạnh khác nhau của mạng không liên quan trực tiếp tới năm phần trên đều được đưa vào The Splurge.
Trọng tâm của The Splurge đang được phân chia thành 3 phần chính:
Các nâng cấp quan trọng trong ngắn hạn của Ethereum
Ethereum có hai bản nâng cấp sắp tới:
Một số nội dung đã được chốt sẽ có trong Pectra:
Tiếp theo, một số nội dung được xem xét để đưa vào Pectra:
Verkle Tree được xem bản nâng cấp quan trọng nhất kể từ The Merge, các nhà phát triển sẽ chỉ đưa nó lên mainnet khi nó thực sự sẵn sàng. Một tương lai tươi sáng, chúng ta sẽ thấy Verkle Tree ở Osaka, nếu không nó sẽ được đẩy xuống nâng cấp sau đó.
Tổng kết
Ethereum có một lộ trình phát triển phức tạp gồm nhiều trọng tâm khác nhau. Trung bình, mỗi năm Ethereum thực hiện 1 - 3 sự thay đổi lớn và 10 - 15 EIP nhỏ. Trọng tâm trong 1 - 2 bản nâng cấp sắp tới có lẽ là cố gắng đưa Verkle Tree lên mainnet.
Nhận xét