Thảo luận về Sidechain và Rollup: Điểm tương đồng và khác biệt trong Kiến trúc, Đảm bảo an ninh và Khả năng mở rộng

Tác giả: Emmanuel Awosika; Trình biên dịch: Deep Tide TechFlow

Sidechains và Rollups là hai giải pháp cho các vấn đề về khả năng mở rộng chuỗi khối. Trọng tâm của cả hai giải pháp là ý tưởng giảm tải tính toán từ các chuỗi khối bị hạn chế về tài nguyên như Ethereum sang các chuỗi khối độc lập được tối ưu hóa cho quy mô. Cách tiếp cận này mang lại những lợi ích như chi phí cho mỗi giao dịch thấp hơn, độ trễ ít hơn và thông lượng tổng thể cao hơn. Nhưng những điểm tương đồng kết thúc ở đó.

Sidechains và Rollups về cơ bản là khác nhau trong cách tiếp cận mở rộng quy mô và khác nhau trong các quyết định thiết kế cũng như sự đánh đổi. Đối với các nhà phát triển đang tìm cách tận dụng cả hai giải pháp để xây dựng dapps có thể mở rộng, điều quan trọng là phải hiểu được sự khác biệt.

Bài viết này cung cấp tổng quan về Rollup và sidechain, đồng thời khám phá sự khác biệt của chúng về kiến trúc, đảm bảo an ninh, hiệu suất mở rộng, v.v.

**Chuỗi phụ là gì? **

**Sidechains là các mạng chuỗi khối chạy song song với một chuỗi khối khác (được gọi là "chuỗi chính"). **Thông thường, chuỗi phụ được kết nối với chuỗi chính thông qua cầu nối chuỗi chéo hai chiều, cho phép chuyển tài sản giữa hai mạng và có thể là dữ liệu tùy ý như trạng thái hợp đồng, bằng chứng Merkle và kết quả của các giao dịch cụ thể.

Hầu hết các chuỗi phụ đều có cơ chế đồng thuận và trình xác thực riêng, tách biệt với chuỗi chính. Điều này cho phép các chuỗi bên giải quyết và hoàn thành các giao dịch mà không cần dựa vào các chuỗi khối khác. Tuy nhiên, điều này cũng có nghĩa là tính bảo mật của các quỹ được kết nối với các sidechains phụ thuộc vào sự tồn tại của các biện pháp khuyến khích kinh tế tiền điện tử mạnh mẽ để ngăn chặn hành vi nguy hiểm giữa các trình xác nhận.

Loại sidechain

Các chuỗi bên tương thích với EVM và không phải EVM: Các chuỗi bên tương thích với EVM sử dụng triển khai tùy chỉnh của Máy ảo Ethereum, một môi trường thực thi để triển khai các hợp đồng thông minh trên Ethereum. Trên thực tế, hầu hết các chuỗi khối này ban đầu được tách ra từ go-ethereum (còn được gọi là Geth, triển khai phổ biến nhất của giao thức ethereum).

Trong khi giữ lại hầu hết các tính năng trong thiết kế của Ethereum (chẳng hạn như hỗ trợ hợp đồng thông minh), các chuỗi bên tương thích với EVM được tối ưu hóa ở các khía cạnh khác, đặc biệt là cơ chế đồng thuận, để cải thiện hiệu quả thực thi và thông lượng. Ngày nay, các sidechain tương thích với EVM chạy hầu hết các hợp đồng thông minh được viết bằng ngôn ngữ EVM như Solidity, đồng thời giảm chi phí và độ trễ cho người dùng ứng dụng phi tập trung.

Các chuỗi bên không phải EVM triển khai các kiến trúc máy ảo khác nhau và không thể chạy các dapp gốc Ethereum nếu không tái cấu trúc mã rộng rãi. Các nhà phát triển xây dựng trên các chuỗi không phải EVM không thể sử dụng các công cụ và môi trường phát triển EVM quen thuộc (chẳng hạn như Truffle, Remix, Hardhat) và có thể cần học các ngôn ngữ khác (chẳng hạn như Rust hoặc Golang) để tạo dapp.

Lưu ý: Avalanche, Fantom, Celo và Palm là những ví dụ về chuỗi bên tương thích với EVM. NEAR, Solana và Algorand là những ví dụ về chuỗi bên không phải EVM.

Chuỗi cam kết và chuỗi bên lạc quan: Không phải mọi chuỗi bên đều phụ thuộc hoàn toàn vào bảo mật của chính nó; một số chuỗi bên, đáng chú ý là chuỗi cam kết và chuỗi lạc quan, dựa vào chuỗi chính để cung cấp các đảm bảo bảo mật nhất định. Chuỗi cam kết gửi định kỳ các cam kết mã hóa (chẳng hạn như tiêu đề khối) tới một chuỗi khối khác để cập nhật trạng thái mới nhất của nó. Chuỗi chính không thể xác minh các bằng chứng trạng thái này vì nó không có quyền truy cập vào trạng thái của chuỗi bên, nhưng nó đảm bảo rằng những người tham gia trung thực có thể thách thức các tiêu đề khối không hợp lệ trước khi chúng được xác nhận.

Thông thường, điều này được thực hiện bằng cách triển khai hợp đồng thông minh trên chuỗi chính để xử lý phần thưởng, đặt cược, luân chuyển và hình phạt đối với trình xác nhận sidechain. Nếu người xác nhận vi phạm có thể chứng minh được (chẳng hạn như ký hai khối ở cùng độ cao), bất kỳ ai cũng có thể gửi bằng chứng cho hợp đồng thông minh và cắt cổ phần của người xác thực đó.

Chuỗi lạc quan hoạt động tương tự, yêu cầu trình xác nhận định kỳ gửi tiêu đề khối cho hợp đồng thông minh trên chuỗi chính. Tuy nhiên, chuỗi Optimistic không có cơ chế đồng thuận riêng biệt - các tiêu đề khối chỉ đơn giản được coi là hợp lệ cho đến khi bị thách thức bởi phòng chống gian lận. Do đó, một chuỗi Lạc quan có thể hoạt động chỉ với một trình xác thực (trung thực), trong khi một sidechain cam kết yêu cầu nhiều trình xác thực để hoạt động bình thường.

Trong cả hai trường hợp, các tác nhân trung thực có thể chứng minh với chuỗi khối gốc rằng hành vi nguy hiểm đã xảy ra trên chuỗi bên. Bằng cách này, ngay cả khi hầu hết các trình xác minh của chuỗi bên là xấu, người dùng vẫn có thể nhận được một sự đảm bảo an ninh nhất định.

Nhưng điều quan trọng cần lưu ý là các tác nhân trung thực không thể chứng minh hành vi nguy hiểm nếu không có quyền truy cập vào dữ liệu trạng thái được lưu trữ trong khối. Tuy nhiên, vì chuỗi chính chỉ nhận các tiêu đề khối (không phải phần thân khối) từ các chuỗi bên, nên nó không thể đảm bảo tính khả dụng của khối. Điều này cho phép những người đề xuất khối không trung thực che giấu dữ liệu khối cho các hành động không trung thực, chẳng hạn như ăn cắp tiền từ các cầu nối chuỗi chéo.

Vấn đề này được gọi là vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu và nó là trung tâm của sự khác biệt về thuộc tính bảo mật của tất cả các chuỗi bên (không chỉ chuỗi cam kết, chuỗi bên lạc quan và Rollup).

**Tổng số là gì? **

**Rollup cải thiện khả năng mở rộng của chuỗi khối cơ bản bằng cách xử lý các giao dịch trong một môi trường thực thi riêng biệt. Tương tự như sidechains, Rollup có một cầu nối chuỗi chéo để chuyển tài sản giữa blockchain gốc và Rollup. Họ cũng thực hiện tối ưu hóa để tăng tốc độ tính toán và tiết kiệm chi phí cho người dùng. **

Tuy nhiên, Rollup sẽ định kỳ gửi các khối đến chuỗi chính, do đó kế thừa các đặc điểm bảo mật và phân cấp của chuỗi chính. Điều này có nghĩa là chuỗi khối gốc cung cấp Rollup với sự đảm bảo về các thuộc tính bảo mật sau:

1. Tính khả dụng: Tính khả dụng của các khối Tổng số được đảm bảo vì dữ liệu được lưu trữ trên mạng gốc an toàn và phi tập trung hơn. Ví dụ: người dùng luôn có thể chứng thực các chi tiết hợp đồng cầu nối chuỗi chéo của trạng thái Rollup (chẳng hạn như sở hữu một số mã thông báo nhất định) và rút tiền trong khi trình xác thực Rollup ẩn dữ liệu giao dịch.
2. Tính hợp lệ: Chỉ các khối Tổng số đáp ứng các điều kiện hợp lệ do chuỗi mẹ thực thi mới có thể được hoàn tất.
3. khả năng sống sót: Vì dữ liệu Tổng số được lưu trữ trên lớp cơ sở nên bất kỳ ai cũng có thể tái tạo lại trạng thái hợp lệ cuối cùng của Tổng số và tạo các khối mới. Ngoài ra, người dùng có thể bắt buộc đưa một giao dịch vào Rollup bằng cách gửi giao dịch đó đến hợp đồng thông minh trên chuỗi của Rollup.

Loại tổng số

Có hai hình thức Rollup: Lạc quan và không có kiến thức. **Bản tổng hợp không kiến thức (còn được gọi là Bản tổng hợp hiệu lực) gửi các khối tới chuỗi gốc cùng với bằng chứng để xác nhận việc thực hiện chính xác các giao dịch ngoại tuyến. Nếu bằng chứng được xác minh trên chuỗi, khối sẽ được hoàn thiện trên lớp cơ sở.

Các khối được gửi bởi Optimistic Rollup không có bất kỳ bằng chứng nào chứng minh tính hợp lệ của các tính toán ngoài chuỗi. Các khối chỉ đơn giản được coi là hợp lệ trừ khi kết quả của giao dịch bị một bên khác thách thức thông qua "bằng chứng gian lận". Bằng chứng gian lận có dạng một trò chơi xác minh. Với sự can thiệp của chuỗi mẹ, hai bên tranh chấp một phép tính cho đến khi tìm ra bên không trung thực.

Tổng số lạc quan được đặt tên theo các giả định lạc quan rằng hầu hết các chuyển đổi trạng thái là hợp lệ. Tuy nhiên, giả định lạc quan này kết hợp với các ưu đãi kinh tế tiền điện tử đảm bảo rằng trừ khi một khối không hợp lệ không bị thách thức trong một thời gian dài, nếu không nó sẽ không bao giờ được hoàn thiện bởi chuỗi chính.

Lưu ý: Arbitrum và Optimism là những ví dụ về tổng số lạc quan.

Khả năng tương thích EVM là một điểm khác biệt đáng chú ý khác giữa Bản tổng hợp lạc quan và Không có kiến thức. Mặc dù Bản tổng hợp lạc quan tuân thủ EVM, nhưng Bản tổng hợp không kiến thức lại khác về khả năng tương thích với EVM. Do việc chứng minh các hướng dẫn EVM gốc trong một mạch chứng minh rất phức tạp và tốn nhiều tài nguyên nên một số bản tổng hợp hiệu quả sử dụng các tập lệnh máy ảo tùy chỉnh được tối ưu hóa để chứng minh hiệu quả hơn.

Đối với ZK-Rollup tương thích với EVM, chúng tôi mô tả môi trường thực thi của nó là "EVM không kiến thức" (ZK-EVM). ZK-EVM có thể thực thi các hợp đồng thông minh Ethereum ngoài chuỗi và chứng minh rằng tất cả các phần của quá trình tính toán đã được thực hiện chính xác. Do đó, ZK-Rollup được coi là an toàn hơn so với Optimistic Rollup, dựa trên các khuyến khích kinh tế tiền điện tử và các giả định trung thực để ngăn chặn việc thực thi không hợp lệ.

Linea là một ví dụ về Rollup hiệu quả của lớp thứ hai với sự hỗ trợ EVM đầy đủ, cho phép các nhà phát triển sử dụng lại cơ sở hạ tầng Ethereum và các công cụ để xây dựng dapps. Ngược lại, việc triển khai trên ZK-Rollup không phải EVM chẳng hạn như StarkNet yêu cầu (a) xây dựng hợp đồng thông minh với một ngăn xếp khác hoặc (b) sửa đổi cơ sở mã để chạy trong máy ảo StarkNet.

**Sidechain khác với Rollup như thế nào? **

Thông lượng: Chuỗi phụ thường có thông lượng giao dịch trung bình cao hơn Rollup vì chúng không phụ thuộc vào sự đồng thuận và tính sẵn có của dữ liệu của chuỗi chính. Ví dụ: sidechains có thể đạt được kích thước khối lớn và thời gian tạo khối cực nhanh để có thông lượng cao hơn, điều mà Rollup không thể làm được.

Rollup phải tránh xử lý quá nhiều giao dịch khiến các lô giao dịch không thể nằm gọn trong một khối chuỗi chính duy nhất. Nếu không, điều này sẽ tái tạo tắc nghẽn ở lớp cơ sở và gây khó khăn cho việc theo kịp các khối do Tổng số tạo ra. Do đó, băng thông dữ liệu chuỗi gốc của Rollup áp đặt giới hạn hiệu quả đối với thông lượng của nó.

Ngay cả các chuỗi phụ dựa một phần vào tính bảo mật của chuỗi chính (chẳng hạn như chuỗi cam kết và chuỗi lạc quan) vẫn vượt trội so với Rollup về thông lượng.

Chi phí: So với Rollup, người dùng có thể trả ít phí hơn cho các giao dịch trên chuỗi bên. Cũng như những điểm khác biệt khác giữa sidechains và Rollups, điều này liên quan đến sự phụ thuộc của Rollups vào chuỗi gốc để giải quyết và hoàn thiện. Dưới đây là một số chi phí vận hành do Rollup phát sinh (những chi phí này do người dùng chịu):

• Lưu trữ dữ liệu: Việc đưa khối Tổng số vào lớp cơ sở phát sinh chi phí cố định (chi phí bao gồm giao dịch trong khối) và chi phí biến đổi (dựa trên kích thước của khối Tổng số). Do đó, Rollup tính phí tính toán và dữ liệu của người dùng và các giao dịch có khối lượng dữ liệu lớn hơn sẽ trả nhiều tiền hơn và ngược lại.
• Tạo và xác minh bằng chứng: Bản tổng hợp không có kiến thức cần tạo bằng chứng hợp lệ để xác minh lớp cơ sở, điều này sẽ phát sinh thêm chi phí. Việc xác minh bằng chứng hợp lệ đòi hỏi rất nhiều tài nguyên, ví dụ: chi phí hiện tại trên Ethereum là khoảng 500.000 Gas.

Các sidechains thuần túy không phát sinh các chi phí trên, vì vậy việc sử dụng chúng sẽ ít tốn kém hơn. Chuỗi cam kết hoặc chuỗi bên lạc quan có thể phát sinh một số chi phí bổ sung, chẳng hạn như gửi tiêu đề khối, nhưng những chi phí này không đáng kể. Ngoài ra, có thể giảm chi phí bằng cách tích lũy nhiều tiêu đề khối trong một giao dịch.

Tính cuối cùng: Một sidechain chịu trách nhiệm hoàn toàn về tính bảo mật của nó có tính cuối cùng ngay lập tức, trong đó một khối không thể bị thu hồi sau khi nó đã được đa số người xác nhận chấp thuận. Tuy nhiên, chuỗi cam kết hoặc chuỗi bên lạc quan không áp dụng cho quy tắc này, vì chúng phải tính đến những thách thức có thể trì hoãn việc hoàn thiện tiêu đề khối.

Thông thường, Rollup có thời gian kết thúc lâu hơn so với sidechains thuần túy, vì nhiều lý do. Ví dụ: Tổng hợp lạc quan trì hoãn việc xác nhận giao dịch để đảm bảo rằng những người tham gia trung thực có đủ thời gian để thách thức các cập nhật trạng thái không hợp lệ.

Rollup hiệu lực có hiệu lực ngay lập tức (sau khi được xác minh), nhưng có thời gian kết thúc lâu hơn so với sidechains thuần túy. Do chi phí cao để tạo và xác minh bằng chứng về tính hợp lệ, các nhà lập sê-ri muốn tích lũy một số lượng lớn giao dịch trước khi tạo và gửi bằng chứng về tính hợp lệ cho một lô.

Bảo mật: Tính bảo mật của Rollup (Lạc quan hoặc không có kiến thức) được đảm bảo bởi chuỗi khối cơ bản, làm giảm các giả định về niềm tin của người dùng. Như đã giải thích trước đó, Rollup dựa vào chuỗi chính (an toàn về mặt kinh tế) để có sự đồng thuận và tính sẵn có của dữ liệu (không giống như chuỗi bên). Điều này làm giảm nguy cơ bị kiểm duyệt, rút tiền bị đóng băng, khớp lệnh không hợp lệ, v.v.

Các sidechain thuần túy chịu trách nhiệm về tính bảo mật của chúng. Tuy nhiên, việc bắt đầu các trình xác nhận đa dạng và đáng tin cậy có thể khó khăn, đó là lý do tại sao chuỗi bên được coi là kém an toàn hơn Rollup.

Chuỗi cam kết và chuỗi bên lạc quan an toàn hơn một chút so với chuỗi bên thuần túy, nhưng người dùng phải tin tưởng vào tính khả dụng của dữ liệu của người xác thực và người đề xuất. Trong trường hợp tấn công che giấu dữ liệu mà không bị phạt, chuỗi cam kết và chuỗi bên Lạc quan sẽ không có bảo đảm an ninh.

Cầu nối chuỗi chéo: Rollup và sidechains (phần lớn) sử dụng cùng một sơ đồ bắc cầu tài sản: khóa mã thông báo X trong hợp đồng thông minh trên chuỗi chính và đúc mã thông báo X cho người dùng trên chuỗi con. Chúng khác nhau về cách các khoản tiền gửi trong hợp đồng bắc cầu được bảo đảm.

Vì Rollup dành riêng cho một chuỗi khối lớp cơ sở cụ thể, nên thường có một "cầu nối chính tắc" kết nối cả hai. Tiền gửi vào cầu Rollup được đảm bảo bởi chuỗi mẹ:

• Chỉ có thể rút tiền được gửi vào Rollup hiệu lực sau khi xác minh rằng các bằng chứng liên quan đến lô chứa giao dịch thoát đã được xác minh trên chuỗi.
• Đối với Bản tổng hợp lạc quan, người dùng chỉ có thể rút tiền nếu khối chứa giao dịch rút tiền của người dùng không bị thách thức sau khi kết thúc cửa sổ tranh chấp (khoảng 1-2 tuần).

Thay vào đó, tính bảo mật của các khoản tiền được gửi vào một cây cầu sidechain phụ thuộc vào thiết kế của nó. Ví dụ: nếu chuỗi bên có cầu nối chuỗi chéo chuẩn với một chuỗi khối khác, thì tính bảo mật của quỹ cầu nối có liên quan đến mức độ trung thực của người xác thực. Một vấn đề khác là liệu cầu được xác thực bởi toàn bộ trình xác thực (ví dụ: cầu Polygon PoS) hay một nhóm nhỏ các trình xác nhận bên ngoài (ví dụ: cầu Avalanche-Ethereum).

Sự khác biệt về thời gian kết thúc giữa Rollup và bắc cầu sidechain cũng giải thích sự khác biệt giữa chúng. Ví dụ: người dùng Optimistic Rollup sẽ gặp nhiều sự chậm trễ hơn khi chuyển tiền trở lại chuỗi chính do phải đợi thời gian tranh chấp. Với một sidechain, người dùng có thể rút tiền từ hợp đồng cầu nối chuỗi chéo sau khi nhận được tiêu đề khối cuối cùng (và, nếu cần, bằng chứng Merkle hợp lệ).

Chọn giữa Rollup và Sidechain

Khi triển khai hợp đồng thông minh, lựa chọn giữa sử dụng Tổng số hoặc sidechains phụ thuộc vào mục tiêu của bạn, phản hồi của người dùng và nhu cầu của dự án. Dưới đây là những lợi thế của việc sử dụng Rollup, sidechains hoặc cả hai trong các tình huống khác nhau.

Khi nào nên sử dụng Tổng số:

1. Người dùng của bạn mong đợi mức độ bảo mật cao nhất.
2. Người dùng của bạn có thể chịu được chi phí cao hơn một chút và độ trễ/độ hoàn thiện tăng lên. Các bản tổng hợp rẻ hơn và nhanh hơn nhiều (theo thứ tự cường độ) so với Ethereum, nhưng không thể khớp với các chuỗi bên trên các số liệu này.
3. Bạn (hoặc người dùng của bạn) muốn có mối quan hệ chặt chẽ hơn với hệ sinh thái chuỗi gốc (ví dụ: Ethereum).
4. Bạn dự định cải thiện trải nghiệm người dùng cho người dùng DApp trên Rollup. Điều này có thể có nghĩa là sử dụng các nhà cung cấp thanh khoản để giảm độ trễ khi rút tiền từ Tổng số lạc quan hoặc triển khai tối ưu hóa mã để giảm lượng dữ liệu giao dịch được tạo khi người dùng tương tác với hợp đồng thông minh của bạn.
5. Bạn muốn sử dụng các công cụ và cơ sở hạ tầng EVM khi xây dựng DApp của mình. Hầu hết các Rollup đều tương thích với EVM và sử dụng cùng các công cụ, phần mềm máy khách và API nút như Ethereum.

Khi nào nên sử dụng sidechains:

1. Người dùng của bạn muốn giao dịch với mức phí thấp nhất.
2. Người dùng của bạn mong đợi các giao dịch được xử lý nhanh chóng, đặc biệt là khi chuyển tiền.
3. Người dùng của bạn có thể chấp nhận các giả định về độ tin cậy tăng lên và mức độ đảm bảo bảo mật thấp hơn.
4. Bạn (hoặc người dùng của bạn) không coi mối quan hệ bền chặt với hệ sinh thái chuỗi chính là ưu tiên hàng đầu.
5. Bạn có thể học cách sử dụng một bộ ngôn ngữ lập trình, công cụ và cơ sở hạ tầng mới để xây dựng DApps (nếu sử dụng sidechains không phải EVM).

Khi nào nên sử dụng Sidechain và Rollup cùng lúc:

1. Dự án của bạn đã thiết lập hiệu ứng mạng mạnh mẽ trên một chuỗi khối và sẵn sàng mở rộng quy mô sang nhiều hệ sinh thái cùng một lúc (ví dụ: để tận dụng tính thanh khoản).
2. Bạn muốn phục vụ cho các loại người dùng khác nhau và tránh xa lánh một bên của thị trường.
3. Dự án của bạn có đủ tài nguyên để xử lý quy mô chuỗi chéo. Điều này có thể có nghĩa là có các nhóm khác nhau chịu trách nhiệm triển khai DApp của bạn trên các nền tảng chuỗi khối khác nhau.