Parallel Execution: Blockchain chạy song song cho hiệu suất vượt trội

1. Đội ngũ sáng lập / công ty đứng sau:

Đây là một khái niệm kiến trúc được áp dụng bởi nhiều dự án blockchain khác nhau nhằm tăng cường khả năng mở rộng. Các dự án tiên phong hoặc nổi bật trong việc triển khai thực hiện song song bao gồm Solana (Solana Labs), Aptos (Aptos Labs), Sui (Mysten Labs), Monad (Monad Labs), Near Protocol và nhiều blockchain Layer 1 khác.

2. Blockchain sử dụng / mô hình kiến trúc:

Thực thi song song là một phương pháp xử lý giao dịch trên blockchain, cho phép nhiều giao dịch được xử lý đồng thời thay vì tuần tự, miễn là chúng không xung đột về mặt trạng thái.
Các mô hình kiến trúc phổ biến bao gồm:

• Phân tích phụ thuộc giao dịch: Các blockchain như Solana yêu cầu giao dịch khai báo trạng thái mà chúng sẽ đọc/ghi, cho phép hệ thống lên lịch các giao dịch không xung đột để xử lý song song.
• Kiểm soát đồng thời lạc quan (Optimistic Concurrency Control – OCC): Các chuỗi như Aptos (với Block-STM) thực thi các giao dịch song song một cách lạc quan. Nếu phát hiện xung đột, các giao dịch xung đột sẽ được thực thi lại.
• Mô hình lấy đối tượng làm trung tâm: Sui sử dụng mô hình này, coi tài sản là các đối tượng độc lập, cho phép các đối tượng không liên quan được xử lý song song.
• EVM song song: Các dự án như Monad tái kiến trúc Máy ảo Ethereum (EVM) để cho phép xử lý song song các giao dịch tương thích EVM, bằng cách xác định và xử lý các phụ thuộc.
• Sharding: Trong một số trường hợp, sharding (phân đoạn) cũng cho phép các phân đoạn khác nhau xử lý giao dịch song song.

3. Lộ trình phát triển (Roadmap) & Đối tác:

Lộ trình phát triển chung cho các blockchain sử dụng thực thi song song thường tập trung vào việc liên tục nâng cao hiệu suất, khả năng mở rộng, giảm độ trễ và tăng thông lượng giao dịch. Các mục tiêu bao gồm cải thiện cơ chế phát hiện phụ thuộc và giải quyết xung đột, mở rộng hỗ trợ cho các tương tác hợp đồng thông minh phức tạp hơn và tối ưu hóa trải nghiệm nhà phát triển.
Đối tác của các blockchain này thường bao gồm các nhà phát triển dApp, nhà cung cấp cơ sở hạ tầng, các trình xác thực và các dự án trong hệ sinh thái để xây dựng và phát triển nền tảng của họ. Ví dụ, Solana có hệ sinh thái dApp rộng lớn, Aptos và Sui đang xây dựng các hệ sinh thái riêng, và Monad đang thu hút các dApp tương thích EVM.

4. Số liệu minh chứng:

Các blockchain áp dụng thực thi song song thường công bố thông lượng giao dịch (TPS) cao hơn đáng kể so với các blockchain thực thi tuần tự truyền thống.

• Solana: Có khả năng đạt hàng chục nghìn TPS (ví dụ, đỉnh điểm lý thuyết 65.000 TPS, dù trong thực tế có thể thấp hơn nhưng vẫn rất cao).
• Aptos: Mục tiêu đạt hơn 100.000 TPS.
• Sui: Hướng tới TPS cao, với các thử nghiệm cho thấy hàng nghìn giao dịch mỗi giây cho các giao dịch đơn giản.
• Monad: Mục tiêu 10.000+ TPS và thời gian hoàn tất giao dịch 1 giây.

Các con số này thường là lý thuyết tối đa hoặc trong điều kiện thử nghiệm, hiệu suất thực tế có thể thay đổi tùy thuộc vào mức độ tắc nghẽn mạng và độ phức tạp của giao dịch.

5. Đánh giá cộng đồng & chuyên gia:

Đánh giá tích cực: Thực thi song song được coi là một bước tiến quan trọng để giải quyết vấn đề tam đề nan của blockchain (khả năng mở rộng, bảo mật, phi tập trung), cho phép thông lượng cao và phí giao dịch thấp, điều cần thiết cho việc áp dụng hàng loạt các dApp trong các lĩnh vực như trò chơi, DeFi và NFT. Đây được xem là sự phát triển cần thiết để Web3 cạnh tranh với các dịch vụ internet và tài chính truyền thống.

Đánh giá tiêu cực / Thách thức: Phương pháp này có thể làm tăng độ phức tạp cho các nhà phát triển (ví dụ: quản lý phụ thuộc trạng thái), có thể dẫn đến sự bất ổn mạng nếu không được triển khai mạnh mẽ (ví dụ: các sự cố ngừng hoạt động của Solana), và có thể yêu cầu phần cứng mạnh mẽ hơn cho các trình xác thực, tiềm ẩn rủi ro tập trung hóa. Việc gỡ lỗi và đảm bảo thứ tự giao dịch cũng có thể khó khăn hơn.

6. Tokenomics (nếu có token)

Thực thi song song là một tính năng kiến trúc, không phải một token riêng lẻ. Tuy nhiên, nhiều blockchain triển khai thực thi song song có các token gốc riêng của chúng. Tokenomics của các blockchain này (ví dụ: SOL cho Solana, APT cho Aptos, SUI cho Sui, MONAD cho Monad) thường bao gồm:

• Staking để bảo mật mạng và tham gia quản trị.
• Phí giao dịch (gas).
• Các cơ chế lạm phát hoặc giảm phát.
• Các ưu đãi cho hệ sinh thái.

Chi tiết về tokenomics rất khác nhau tùy thuộc vào từng dự án cụ thể.

7. Điểm mạnh & Điểm yếu

Điểm mạnh:

• Khả năng mở rộng cao: Xử lý nhiều giao dịch đồng thời, tăng thông lượng đáng kể (TPS).
• Phí giao dịch thấp hơn: Nhờ hiệu quả xử lý cao hơn, chi phí mỗi giao dịch giảm.
• Trải nghiệm người dùng tốt hơn: Giao dịch nhanh hơn, giảm độ trễ (latency), phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao như game, DeFi.
• Tối ưu hóa tài nguyên: Sử dụng hiệu quả hơn các tài nguyên tính toán của trình xác thực.

Điểm yếu:

• Độ phức tạp tăng: Phát triển dApp có thể phức tạp hơn do phải quản lý các xung đột trạng thái và phụ thuộc giao dịch.
• Rủi ro về tính đúng đắn: Khả năng phát sinh lỗi hoặc bug cao hơn trong việc xử lý song song và phát hiện xung đột.
• Yêu cầu phần cứng cao: Các trình xác thực có thể cần phần cứng mạnh hơn để thực hiện xử lý song song hiệu quả, tiềm ẩn rủi ro tập trung hóa.
• Thách thức về bảo mật và nhất quán: Đảm bảo tính nhất quán của trạng thái và bảo mật trong môi trường song song là một thách thức lớn.

Parallel Execution: Blockchain chạy song song cho hiệu suất vượt trội đang trở thành một trong những giải pháp công nghệ được chú ý nhất nhằm giải quyết bài toán mở rộng quy mô kinh niên của ngành công nghiệp tiền mã hóa. Trong khi các blockchain thế hệ đầu như Bitcoin hay Ethereum hoạt động theo cơ chế xử lý tuần tự, nơi mỗi giao dịch phải xếp hàng chờ đợi đến lượt, thì khái niệm Parallel Execution Blockchain mở ra một kỷ nguyên mới về tốc độ và hiệu quả.

Giới thiệu về Parallel Execution và vấn đề của Blockchain truyền thống

Khái niệm Parallel Execution là gì?

Parallel Execution, hay thực thi song song, là một phương pháp trong khoa học máy tính cho phép một hệ thống thực hiện nhiều tác vụ hoặc quy trình một cách đồng thời, thay vì phải xử lý lần lượt từng cái một. Hãy tưởng tượng một siêu thị chỉ có một quầy thanh toán duy nhất, tất cả khách hàng phải xếp thành một hàng dài và chờ đợi. Đó là cách xử lý tuần tự. Ngược lại, thực thi song song giống như siêu thị đó mở thêm nhiều quầy thanh toán, cho phép nhiều khách hàng được phục vụ cùng một lúc, giúp giảm đáng kể thời gian chờ đợi.

Nút thắt cổ chai của Blockchain tuần tự

Hầu hết các blockchain đời đầu được thiết kế theo mô hình máy trạng thái đơn lẻ, nơi các giao dịch được gộp thành từng khối và xử lý một cách tuần tự. Mỗi node trong mạng phải xác thực mọi giao dịch theo đúng thứ tự để đảm bảo tất cả đều đạt được cùng một trạng thái cuối cùng. Cách tiếp cận này tuy đảm bảo tính nhất quán và bảo mật cao nhưng lại tạo ra một nút thắt cổ chai nghiêm trọng về hiệu suất.

Vấn đề về tốc độ và phí giao dịch

Khi số lượng người dùng và ứng dụng trên mạng tăng lên, hàng đợi giao dịch sẽ ngày càng dài. Điều này dẫn đến hai hệ quả tiêu cực: thời gian xác nhận giao dịch kéo dài và phí giao dịch (gas fee) tăng vọt do người dùng phải cạnh tranh với nhau để được ưu tiên xử lý. Đây chính là vấn đề mà người dùng Ethereum thường xuyên phải đối mặt trong những giai đoạn thị trường sôi động.

Cách thức hoạt động của Parallel Execution trong Blockchain

Phân chia và xử lý giao dịch độc lập

Cơ chế cốt lõi của Parallel Execution trong blockchain là khả năng xác định và phân loại các giao dịch không phụ thuộc vào nhau. Hệ thống sẽ phân tích các giao dịch đang chờ xử lý và nhận diện những giao dịch nào không ảnh hưởng đến cùng một phần dữ liệu hay cùng một tài khoản. Sau đó, nó sẽ phân bổ các nhóm giao dịch độc lập này cho các luồng xử lý riêng biệt để thực thi đồng thời.

Sắp xếp trạng thái và đồng thuận

Sau khi các giao dịch được xử lý song song, thách thức lớn nhất là làm thế nào để tổng hợp kết quả và cập nhật trạng thái chung của blockchain một cách nhất quán. Các blockchain song song sử dụng những thuật toán phức tạp để đảm bảo rằng dù các giao dịch được thực thi riêng lẻ, trạng thái cuối cùng của sổ cái vẫn chính xác và được tất cả các node trong mạng đồng thuận.

Ví dụ về các giao dịch có thể chạy song song

Một ví dụ đơn giản: Giao dịch A là bạn gửi 1 ETH từ ví X sang ví Y. Giao dịch B là một người khác gửi 10 USDC từ ví M sang ví N. Vì hai giao dịch này tác động đến các ví và các loại tài sản hoàn toàn khác nhau, chúng hoàn toàn độc lập và có thể được xử lý cùng một lúc mà không gây ra xung đột dữ liệu.

Những ưu điểm vượt trội mà Parallel Execution mang lại

Tăng thông lượng giao dịch (TPS) đột phá

Lợi ích rõ ràng và quan trọng nhất của việc thực thi song song là sự gia tăng đột biến về thông lượng giao dịch, thường được đo bằng đơn vị TPS (Transactions Per Second). Thay vì bị giới hạn bởi tốc độ xử lý của một luồng duy nhất, blockchain có thể tận dụng sức mạnh của các bộ xử lý đa lõi hiện đại để xử lý hàng nghìn, thậm chí hàng chục nghìn giao dịch mỗi giây.

Giảm độ trễ và chi phí cho người dùng

Khi mạng lưới có thể xử lý nhiều giao dịch hơn trong cùng một khoảng thời gian, tình trạng tắc nghẽn sẽ giảm đi đáng kể. Điều này trực tiếp dẫn đến việc thời gian xác nhận giao dịch được rút ngắn và phí giao dịch giảm xuống mức hợp lý hơn, tạo ra trải nghiệm tốt hơn cho người dùng cuối và các nhà phát triển ứng dụng phi tập trung (dApp).

Mở ra tiềm năng cho các ứng dụng phức tạp

Với hiệu suất cao, blockchain song song mở đường cho sự phát triển của các dApp đòi hỏi tốc độ xử lý nhanh và chi phí thấp, chẳng hạn như các sàn giao dịch phái sinh phi tập trung, các tựa game blockchain với hàng triệu tương tác trong game, hay các ứng dụng mạng xã hội Web3. Đây là những lĩnh vực mà blockchain tuần tự khó có thể đáp ứng được.

Sự bùng nổ của các hệ sinh thái hiệu suất cao này cũng tạo ra một lượng dữ liệu on-chain khổng lồ và phức tạp, khiến việc theo dõi và phân tích trở nên khó khăn hơn bao giờ hết. Để nắm bắt được các xu hướng tăng trưởng của dự án, hành vi của người dùng, hay các dòng tiền đang dịch chuyển, việc chỉ quan sát bề mặt là không đủ. Đây là lúc các công cụ phân tích chuyên sâu phát huy vai trò. Để có cái nhìn toàn diện và đưa ra quyết định sáng suốt trong không gian Web3 năng động này, việc tham khảo các nền tảng như Web3Lead trở nên cần thiết. Web3Lead cung cấp các insight chi tiết về thị trường, phân tích dữ liệu on-chain trực quan và theo dõi hành vi người dùng trên các blockchain khác nhau, giúp nhà đầu tư, nhà phát triển và người dùng thông thường có được lợi thế cạnh tranh bằng cách hiểu sâu hơn về những gì đang thực sự diễn ra đằng sau các con số.

Các dự án Blockchain nổi bật ứng dụng Parallel Execution

Solana và cơ chế Sealevel

Solana là một trong những dự án tiên phong và thành công nhất trong việc áp dụng thực thi song song. Công nghệ cốt lõi của Solana là Sealevel, một công cụ cho phép các giao dịch chỉ định trước những phần trạng thái mà chúng sẽ đọc hoặc ghi. Dựa vào thông tin này, hệ thống có thể xác định các giao dịch không chồng chéo và thực thi chúng song song trên hàng nghìn luồng khác nhau.

Sui và mô hình dữ liệu lấy đối tượng làm trung tâm

Sui, một blockchain Layer 1 thế hệ mới, có cách tiếp cận khác biệt với mô hình dữ liệu tập trung vào đối tượng (object-centric model). Thay vì nhóm các giao dịch vào các khối, Sui tập trung vào các đối tượng dữ liệu. Các giao dịch tác động đến các đối tượng độc lập có thể được xử lý và xác nhận gần như ngay lập tức mà không cần chờ đợi sự đồng thuận toàn mạng, giúp tối ưu hóa tốc độ.

Aptos và công cụ Block-STM

Aptos, một dự án khác cũng có nguồn gốc từ dự án blockchain Diem của Meta, sử dụng một công cụ thực thi song song tiên tiến gọi là Block-STM (Software Transactional Memory). Block-STM hoạt động theo cơ chế lạc quan: nó cho phép tất cả các giao dịch trong một khối được thực thi song song trước. Sau đó, nó sẽ kiểm tra và phát hiện các xung đột. Nếu có xung đột, các giao dịch liên quan sẽ được thực thi lại một cách tuần tự.

Thách thức và tương lai của Blockchain chạy song song

Sự phức tạp trong việc triển khai và quản lý trạng thái

Thiết kế và triển khai một hệ thống thực thi song song an toàn và hiệu quả là một nhiệm vụ cực kỳ phức tạp. Việc quản lý xung đột dữ liệu (state contention), đảm bảo tính nhất quán và ngăn chặn các cuộc tấn công yêu cầu trình độ kỹ thuật rất cao từ đội ngũ phát triển.

Rủi ro về bảo mật và đồng bộ hóa

Việc xử lý đồng thời nhiều giao dịch cũng làm tăng bề mặt tấn công của hệ thống. Kẻ xấu có thể cố gắng khai thác các lỗ hổng trong logic xử lý song song để thực hiện các giao dịch gian lận. Đảm bảo tất cả các node trong mạng đồng bộ hóa một cách chính xác sau khi thực thi song song cũng là một thách thức lớn.

Hướng đi tất yếu cho thế hệ Blockchain tiếp theo

Mặc dù còn nhiều thách thức kỹ thuật cần vượt qua, Parallel Execution rõ ràng là hướng đi không thể tránh khỏi cho tương lai của công nghệ blockchain. Nó không còn là một khái niệm thử nghiệm mà đã chứng tỏ được hiệu quả thực tế thông qua các dự án hàng đầu. Việc chuyển từ mô hình xử lý tuần tự sang song song cũng giống như việc nâng cấp một con đường làng thành một đường cao tốc đa làn xe, một bước tiến cần thiết để blockchain có thể thực sự đi vào đời sống và phục vụ hàng tỷ người dùng trên toàn cầu.