Beacon Chain là gì?
Ethereum 2.0, còn được gọi là Serenity, là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả một loạt các nâng cấp đã được lên kế hoạch, với Beacon Chain là cập nhật đầu tiên sẽ được thực hiện trên nền tảng Ethereum. Những thay đổi này sẽ được triển khai dần dần trong vài năm tới. Sau khi được triển khai, người ta hy vọng rằng những nâng cấp này sẽ tạo ra một nền tảng Ethereum hiệu quả hơn và có khả năng mở rộng, có thể xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây.
Các mục tiêu của Ethereum 2.0 không chỉ hướng tới tăng cường khả năng xử lý các giao dịch trên quy mô lớn, chúng còn bao gồm các mục tiêu khác, chẳng hạn như:
- Tính đơn giản: để giảm thiểu sự phức tạp, thậm chí phải trả giá bằng một số tổn thất về hiệu quả.
- Khả năng phục hồi: duy trì hoạt động thông qua các phân vùng mạng chính trong khi một phần rất lớn các nút ngoại tuyến.
- Bền bỉ.
- Bảo mật: sử dụng tiền điện tử và các kỹ thuật thiết kế cho phép tăng cường các trình xác thực trên toàn bộ mạng và trên mỗi đơn vị thời gian.
- Phi tập trung: cho phép một máy tính xách thông thường cũng có thể xử lý và xác nhận các shards.
Như hình ảnh trên minh họa, các nâng cấp cốt lõi dự kiến sẽ được thực hiện trên Ethereum bao gồm:
- Giai đoạn 0: Beacon Chain
- Giai đoạn 1: Shard Chains
- Giai đoạn 2: Execution Engine
Beacon Chain Ethereum là một blockchain áp dụng proof-of-stake (PoS: bằng chứng cổ phần) sẽ có mặt tại trung tâm của hệ thống Ethereum 2.0. Dự định trở thành thành phần đầu tiên được cung cấp trên lộ trình Ethereum 2.0, nhiệm vụ chính của Beacon Chain Ethereum bao gồm:
- Lưu trữ và duy trì đăng ký của trình xác nhận.
- Xử lý liên kết chéo (crosslinks).
- Xử lý sự đồng thuận từng block và tiện ích cuối cùng của nó.
Trình xác thực và quy trình đồng thuận
Beacon Chain Ethereum là một blockchain dựa trên proof-of-stake, do đó, không có thợ đào nào tham gia vào việc khai thác proof-of-work (PoW). Thay vào đó, những người tham gia vào quy trình đồng thuận PoS của Beacon Chain được gọi là người xác nhận (Validators). Validators là người tham gia đã đăng ký có thể tạo và đề xuất các block mới cho Beacon Chain. Validators cũng chịu trách nhiệm xác thực đề xuất khối của một Validators khác. Người tạo và đề xuất block của Beacon Chain được gọi là người để xuất (proposer), trong khi người chứng thực xác nhận được đề xuất gọi là người chứng thực (attestor).
Validators xác nhận một block bằng cách kiểm tra nó đã được hình tạo một cách chính xác chưa sau đó đồng ý cho nó được đưa vào Beacon Chain Ethereum bằng cách bỏ phiếu cho nó. Validators xác thực các đề xuất khối cũng có thể được cho là ‘chứng thực để chặn đề xuất’ (việc chứng thực cũng có thể được coi là một cuộc bỏ phiếu cho đề xuất block), nói cách khác, attestor truy cập vào Beacon block trước khi nó được đưa vào Beacon Chain.
Chỉ những validators được đánh dấu là ‘đang hoạt động’ mới có thể đề xuất và chứng thực cho các Beacon block. Proposers và attestor được chọn ngẫu nhiên từ một nhóm validators đang hoạt động bằng cách sử dụng bộ chọn ngẫu nhiên được gọi là RANDAO+VDF . Tất cả những validators được chọn ngẫu nhiên được nhóm lại với nhau để tạo thành một ủy ban. Ủy ban chứng thực này chịu trách nhiệm xác thực các block đề xuất. Số lượng attestors tối thiểu cần thiết trong một ủy ban, nhằm mục đích xác thực một block đề xuất, tại thời điểm viết bài là 111. Khung thời gian được thực hiện để đề xuất và xác nhận một block được gọi là một slot và một tập hợp các slot mà trong đó tất cả những attestors được chọn ngẫu nhiên đã có cơ hội để thực hiện một chứng thực được gọi là Epoch (kỷ nguyên).
Trong giai đoạn đầu của Ethereum 2.0, cách duy nhất để trở thành validators là gửi 32 ETH vào một hợp đồng ký gửi trên Ethereum 1.0. Điều này sẽ kích hoạt tư cách validators khi: biên lai tiền gửi (người dùng có thể tự kiểm tra) được tạo và xử lý bởi Beacon Chain Ethereum đạt đủ số dư kích hoạt là 32 ETH và tới lượt xử lý sau quá trình xếp hàng.
Validators có thể mất một phần của 32 ETH đã đặt cọc (stake) của họ theo thời gian nếu họ offline. Sự sụt giảm của ETH được đặt cọc sẽ tăng lên đáng kể khi thời gian offline tăng lên, tức là offline càng lâu thì validators đó sẽ càng mất nhiều ETH đã đặt cọc hơn. Tuy nhiên, validators sẽ không mất toàn bộ ETH đã đặt cọc của họ, thay vào đó, validators sẽ mất ETH cho đến khi đạt đến một ngưỡng nhất định và sau đó bị đẩy ra khỏi nhóm validators. Hiện tại ngưỡng này là 16 ETH, do đó, nếu cổ phần của validators giảm xuống dưới 16 ETH, validators đó sẽ bị đẩy ra khỏi nhóm.
Validators có thể vẫn là người tham gia vô thời hạn trong quy trình cơ chế đồng thuận PoS, miễn là họ không có hành vi sai trái, chẳng hạn, tuyên bố rằng giao dịch là hợp lệ trong khi thực tế là không. Hành vi này sẽ dẫn đến việc mất số ETH đã stake được gọi là “Slashing” và thuật toán thực hiện các biện pháp trừng phạt này được gọi là “Slasher“. Beacon Chain Ethereum chịu trách nhiệm theo dõi và cập nhật các khoản tiền gửi của Validators khi họ kiếm được phần thưởng cho hành vi tốt và bị cắt phần thưởng khi thực hiện hành vi xấu. Điều quan trọng cần lưu ý là sau khi 32 ETH đã được gửi vào hợp đồng tiền gửi, không có cách nào để rút ether đó trở lại blockchain PoW Ethereum hiện tại. Các khoản tiền chỉ có thể được sử dụng trong bối cảnh của hệ thống PoS mới.
Liên kết chéo (Crosslinks)
Như đã đề cập ở trên, giai đoạn 1 của Ethereum 2.0 là việc triển khai cái gọi là ‘shard chains’. Shard chains đại diện cho một kỹ thuật chia sharding bắt nguồn từ database sharding truyền thống, trong đó mộtdatabase nhất định được tách thành nhiều phần và được đặt trong các máy chủ khác nhau để cải thiện hiệu suất và khả năng quản lý. Trong bối cảnh của Ethereum, các giao dịch được thực hiện trên nền tảng Ethereum sẽ diễn ra và được chia thành nhiều shard chains. Lý do đằng sau việc có nhiều shard chains là ngăn mọi node đơn lẻ phải xử lý mọi giao dịch đơn lẻ trên mạng. Bằng cách chia nhỏ các giao dịch trên nhiều shard chains, người ta hy vọng rằng nền tảng Ethereum sẽ có thể xử lý nhiều giao dịch mỗi giây hơn đáng kể.
Khi shard chains đã được triển khai, mỗi shard chain sẽ được chỉ định ngẫu nhiên một validator đang hoạt động, validator này sẽ tạo thành một block giao dịch từ các giao dịch đã được thực hiện trên shard chain đó. Validator sau đó sẽ đề xuất shard block sẽ được bỏ phiếu (hoặc chứng thực) bởi một ủy ban phân tích được chọn ngẫu nhiên. Khi số chứng thực đủ cho shard block được đề xuất sẽ tạo ra một ‘Crosslinks’, xác nhận shard block đó sẽ được đưa vào Beacon Chain Ethereum. Crosslinks là phương tiện chính mà Beacon Chain có thể nhận trạng thái cập nhật của shard chains.
Casper FFG
Finality được định nghĩa là khi một hoạt động đã được hoàn thành, hoạt động đó sẽ không thể đảo ngược kết quả. Điều này tương ứng với một block đã được xác nhận trong các hệ thống phi tập trung như Bitcoin.Ví dụ: với Bitcoin, một giao dịch phần lớn được coi là hoàn thành khi nó đã nhận được ít nhất 6 xác nhận block, vì khả năng giao dịch bị tấn công theo một cách nào đó, chẳng hạn như chi tiêu gấp đôi, là rất thấp.
Casper FFG là một giao thức lớp phủ trên đỉnh cơ chế đề xuất (có thể được tìm thấy trên Beacon Chain Ethereum), nhằm cung cấp sự đảm bảo finality mạnh mẽ hơn là PoW. Về cơ bản, Casper FFG chịu trách nhiệm hoàn thiện các block được đề xuất để đưa vào beacon chain.
Casper FFG được cho là giải pháp đảm bảo finality mạnh mẽ hơn là bằng chứng công việc (PoW) vì trước tiên có một định nghĩa tiêu chuẩn về finality. Finality, trong cách hoạt động của Casper diễn ra khi 2/3 validators đặt tối đa tỷ lệ cược mà một khối nhất định sẽ được hoàn thành. Tỷ lệ 2/3 này là một con số đủ lớn để ngăn cản các validators thông đồng nhằm đảo ngược kết quả một khối nhất định. Nếu các validators cố gắng thông đồng sẽ có thể bị mất tiền gửi của họ vì hoạt động sai.
Một cách khác mà Casper cung cấp khả năng đảm bảo finality mạnh mẽ hơn PoW là các validators được đăng ký trước. Do đó, không có khả năng có một nhóm validators khác tạo ra một blockchain dài hơn để thử và phá vỡ block hiện có.
Kết luận
Việc triển khai Beacon Chain là bước đầu tiên trong một loạt các thay đổi được thiết kế để cải thiện đáng kể chức năng của nền tảng Ethereum. Khi Beacon Chain Ethereum được triển khai, blockchain proof-of-stake sẽ hoạt động cùng với blockchain proof-of-work hiện có cho đến khi blockchain này được gỡ bỏ trong tương lai.
Góc Tiền Ảo
