Parachain là gì? Những điều cần biết về Parachain của Polkadot

Parachain là gì?

Parachain là một chuỗi con trong hệ thống của Polkadot, hoạt động như một nhánh blockchain độc lập. Chúng được kết nối với chuỗi chính Relay Chain của Polkadot thông qua giao thức và cơ sở dữ liệu proof of Sharding. Parachain kết hợp cơ chế xác thực Proof of Validity và Proof of Stake để tạo và xác nhận các khối, cho phép chúng hoạt động hiệu quả và an toàn trong mạng lưới Polkadot.

Parachain giải quyết vấn đề gì?

Parachain đại diện cho một giải pháp đối với các thách thức mà công nghệ blockchain hiện tại phải đối mặt. Để hiểu rõ hơn về parachain, chúng ta cần xem xét hai vấn đề chính mà nó giải quyết:

• Vấn đề Mở Rộng Khối: Trong quá khứ, thông lượng giao dịch của các blockchain Proof-of-Work (PoW) như Bitcoin và Ethereum là khá thấp. Hệ thống Proof-of-Stake (PoS) giải quyết vấn đề này bằng cách đạt được thông lượng cao hơn. Trong PoS, người xác thực khóa mã thông báo để tham gia vào quá trình đồng thuận, với rủi ro bị mất mã thông báo nếu phạm sai lầm. Tuy nhiên, các chuỗi PoS vẫn yêu cầu sự đồng ý đầy đủ của 2/3+ bộ xác thực, khiến cho mọi người phải kiểm tra mọi thứ và gây khó khăn trong việc thỏa thuận về trạng thái mới nhất.

• Tính Linh Hoạt và Chuyên Môn Hóa: Hầu hết các ứng dụng DeFi và dApp phụ thuộc vào mạng blockchain chạy trên máy ảo, thiếu linh hoạt và đòi hỏi nhiều chi phí cũng như thời gian để phát triển trên một blockchain riêng. Polkadot nhận ra vấn đề này và phát triển parachain như một giải pháp. Parachain cho phép các nhà phát triển tạo và triển khai các blockchain chuyên biệt, cung cấp một nguồn bảo mật chung và khả năng liên lạc giữa các blockchain, thông qua một cách tiếp cận sharding không đồng nhất.

Như vậy, parachain làm tăng cường tính linh hoạt và chuyên môn hóa trong khi giải quyết các vấn đề về mở rộng và đồng thuận trong các mạng blockchain truyền thống.

Nguồn gốc khái niệm về Parachain

Parachain trong Polkadot thực sự là một ví dụ về giao thức sharding, hay còn gọi là phân đoạn. Sharding là một khái niệm mượn từ kiến trúc cơ sở dữ liệu truyền thống, được áp dụng trong blockchain để cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng.

Trong mô hình sharding:

• Phân Chia Giao Dịch: Không yêu cầu mọi người tham gia mạng kiểm tra mọi giao dịch. Thay vào đó, mỗi người tham gia chỉ cần kiểm tra một phần nhỏ của tổng số giao dịch. Điều này giúp giảm bớt gánh nặng trên mạng và tăng tốc độ xử lý.

• Đảm Bảo An Toàn và Chống Byzantine: Hệ thống được thiết kế để ngăn chặn người tham gia byzantine (độc hại) từ việc thực hiện các giao dịch không hợp lệ. Có đủ dự phòng trong hệ thống để đảm bảo rằng các giao dịch độc hại có thể bị phát hiện và xử lý kịp thời.

• Kết Hợp với Proof-of-Stake (PoS): Sharding hoạt động song song với cơ chế PoS. Trong PoS, người tham gia (validators) khóa một lượng tài sản nhất định (stake) để tham gia vào quá trình xác nhận giao dịch. Hệ thống PoS cung cấp động lực cho người tham gia hành xử đúng đắn, bởi họ có nguy cơ mất tài sản nếu họ xác thực giao dịch gian lận.

• Bảo Mật Trên Nhiều Parachain: Sự kết hợp của sharding và PoS cho phép máy chủ parachain cung cấp bảo mật đầy đủ cho nhiều parachain cùng một lúc. Điều này có nghĩa là không cần tất cả người tham gia phải kiểm tra mọi thay đổi trạng thái, vẫn đảm bảo an ninh và ổn định cho mạng lưới.

Nhờ vào cấu trúc này, parachain có thể tận dụng lợi ích của cả sharding và PoS để cải thiện hiệu suất, độ tin cậy và khả năng mở rộng của mạng blockchain.

Phương thức hoạt động của Parachain của Polkadot

Phần này tập trung vào giao thức của Parachain trong mạng lưới Polkadot, cụ thể là quá trình khởi tạo và tích hợp các khối Parachain vào Relay Chain, là trung tâm của mạng lưới Polkadot. Parachain hoạt động song song và liên kết chặt chẽ với Relay Chain, tạo ra các khối con Parachain.

Quy trình này sử dụng một sự kết hợp của ba thuật toán đồng thuận chính:

• Proof of Authority (PoA): Đây là một cơ chế đồng thuận trong đó các khối được xác nhận bởi một số lượng giới hạn các người xác thực có uy tín. Trong mô hình này, những người xác thực có quyền lực và trách nhiệm xác thực và xác nhận các giao dịch hoặc khối. Tuy nhiên, cách tiếp cận này có thể hạn chế tính phi tập trung.

• Proof of Stake (PoS): Trong hệ thống PoS, người tham gia khóa một số tài sản (stake) như là một bảo đảm cho việc hành xử đúng đắn trong quá trình xác thực giao dịch. Cơ chế này giúp giảm thiểu khả năng gian lận do người xác thực có nguy cơ mất tài sản nếu họ hành xử sai trái.

• Sharding: Khái niệm này liên quan đến việc phân chia mạng lưới thành nhiều phân đoạn hoặc "shards", mỗi shard xử lý một phần của các giao dịch hoặc trạng thái của mạng. Điều này giúp tăng cường khả năng mở rộng và hiệu suất của mạng lưới bằng cách giảm thiểu gánh nặng xử lý trên mỗi nút.

Kết hợp ba thuật toán này, Parachain trong Polkadot có thể hoạt động hiệu quả, an toàn và mở rộng, đồng thời duy trì mức độ bảo mật và phi tập trung. Mỗi Parachain kết nối với Relay Chain để đảm bảo tính nhất quán và liên tục của toàn bộ mạng lưới.

Trong hệ thống của Polkadot, Relay Chain là chuỗi blockchain chính, và nó hoạt động cùng với các tác nhân khác nhau để cung cấp bảo mật và xử lý dữ liệu cho mạng. Các tác nhân này bao gồm:

• Trình Xác Thực (Validators): Đây là các nút chịu trách nhiệm xác thực các khối parachain. Họ kiểm tra Proof-of-Validity (PoV) của mỗi khối để đảm bảo tính xác thực và chính xác. Các trình xác thực phải đặt cọc token DOT như một phần của quy trình xác thực, và họ có thể mất phần stake này (bị "chém" hay phá hủy) nếu họ đánh giá sai một khối.

• Máy Cắt, Người Đối Chiếu (Collators): Các nút này có trách nhiệm tạo Proofs-of-Validity. Họ cần phải hiểu rõ về định dạng giao dịch và quy tắc tạo khối của parachain, cũng như phải có quyền truy cập vào trạng thái đầy đủ của parachain để có thể tạo ra PoV chính xác.

• Fisherman (Ngư Dân): Đây là các nút không được phép, do người dùng điều hành, với mục đích phát hiện các hành vi sai trái của các trình xác thực và đổi lấy tiền thưởng. Cả người đối chiếu và người xác nhận cũng có thể hoạt động như ngư dân. Tuy nhiên, ngư dân không được coi là cần thiết cho an ninh mạng và không được nhấn mạnh trong tài liệu chính.

Mỗi tác nhân này đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì tính bảo mật và hiệu quả của mạng blockchain Polkadot, thông qua việc xác thực và xử lý các khối parachain, cũng như giám sát và kiểm tra lẫn nhau để ngăn chặn hành vi không mong muốn.

Quá trình xác thực và tích hợp các khối parachain vào Relay Chain trong Polkadot có thể được mô tả như một dạng "Đường ống" hoạt động như sau:

• Collators Gửi Khối tới Validators: Collators thu thập giao dịch và tạo ra các khối parachain. Họ sau đó gửi các khối này đến Validators để yêu cầu xác thực.

• Validators Xác Thực Khối: Validators xác thực khối sử dụng Proof-of-Validity (PoV). Họ ký các câu lệnh hoặc "statements" mô tả kết quả tích cực (positive) hoặc tiêu cực (negative) về khối đó. Các câu lệnh tích cực từ một số lượng đủ lớn Validators là cần thiết để một khối có thể được ghi nhận trên Relay Chain.

• Xử Lý Trường Hợp Có Trạng Thái Xấu: Một trạng thái xấu không phải là một quyền phủ quyết, nhưng nếu gây ra mâu thuẫn, những người ở phía sai có thể bị "chém" (đốt token của họ). Nếu một Validator khác sau đó phát hiện ra rằng một Validator hoặc một nhóm Validators đã xác thực không chính xác một khối, thì những Validators này có thể bị loại bỏ và người phát hiện sẽ nhận được tiền thưởng.

• Vấn Đề với PoV và Khả Dụng Dữ Liệu: Để một Validator có thể kiểm tra công việc của một nhóm Validators trước đó, PoV của họ phải vẫn có sẵn. Tuy nhiên, các PoV thường quá lớn để được đưa trực tiếp vào blockchain. Điều này yêu cầu một sơ đồ khả dụng dữ liệu thay thế, nơi Validators phải chứng minh rằng dữ liệu đầu vào cho công việc của họ vẫn có sẵn và do đó công việc của họ có thể được kiểm tra. Thực nghiệm cho thấy các PoV có thể nặng từ 1 đến 10MB trong thời gian tải nặng, đặt ra thách thức cho việc lưu trữ và truyền dữ liệu trong mạng.

Quá trình tích hợp một khối parachain (hay còn gọi là parablock) vào Relay Chain của Polkadot và biến nó thành một phần của Parachain diễn ra như sau:

• Chọn và Chỉ Định Validators: Các Validators được chọn và chỉ định cho các parachain thông qua một quy trình xác minh (Validator Assignment routine).

• Collator Cung Cấp Khối Parachain (Candidate): Collator tạo ra khối parachain, còn được gọi là chuỗi ứng cử viên (Candidate Parachain) hoặc đơn giản là Candidate, kèm theo Proof-of-Validity (PoV) cho ứng viên đó.

• Collator Chuyển Candidate và PoV: Collator chuyển Candidate và PoV tới các Validator được chỉ định cho cùng một parachain qua Giao thức Collator.

• Validators Tham Gia vào Hệ Thống con Ứng Viên (Candidate Baking Subsystem): Validator được chỉ định cho một parachain tại một thời điểm nhất định tham gia vào hệ thống con Ứng viên để xác nhận các ứng viên. Một Candidate thu thập đủ các trạng thái hợp lệ và chữ ký từ các Validator sẽ được coi là Backable Candidate.

• Chuỗi Chính (Relay Chain) Block Author Thông Báo Backable Candidate: Một Block Author của Relay Chain, được lựa chọn bởi BABE, thông báo đến Backable Candidate cho parachain của mình để đưa vào khối Relay Chain. Backable Candidate được thêm vào Relay Chain sẽ được coi như là một phần của Relay Chain.

• Backable Candidate Được Đưa Vào Relay Chain: Sau khi được đưa vào Relay Chain, Backable Candidate (parachain block) phải chờ đợi sự đồng thuận PoS của mạng và không được coi là một phần chính thức của parachain cho đến khi nó được xác nhận.

• Validators Tham Gia vào Hệ Thống Phân Phối Khả Dụng (Availability Distribution Subsystem): Validator tham gia vào hệ thống này để đảm bảo rằng Candidate có sẵn. Thông tin về Candidate sẽ được ghi vào khối của chuỗi Relay Chain.

• Xác Nhận Cuối Cùng và Chuyển Đổi thành Parablock: Sau khi máy trạng thái Relay Chain có đủ thông tin để xem xét PoV của Candidate là khả dụng, ứng viên đó được coi là một phần của parachain và chính thức trở thành một khối parachain đầy đủ, hay còn gọi là parablock.

Để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc tích hợp các khối parachain (candidate) vào Relay Chain của Polkadot, cần lưu ý rằng quá trình này có thể không diễn ra như mong đợi trong các trường hợp sau:

• Collator Không Thể Truyền Candidate: Có thể xảy ra trường hợp Collator không thể truyền Candidate tới bất kỳ Validator nào được chỉ định cho parachain.

• Backed Candidate Không Được Xác Thực Thêm: Sau khi đã vào hệ thống Candidate Backed Subsystem, Backed Candidate có thể không được xác thực thêm bởi bất kỳ Validator nào khác.

• Candidate Không Được Tạo từ Chuỗi Chính: Có thể xảy ra trường hợp Candidate không được tạo từ chuỗi chính (Relay Chain author block) để đưa vào Relay Chain.

• Candidate Xác Minh Không Khả Dụng: Candidate đã được xác minh nhưng không được coi là khả dụng trong thời gian chờ và do đó bị loại khỏi Relay Chain.

• Rủi Ro Của Validator of Parachains: Trình xác thực của chuỗi chính Relay Chain, hay Validator of Parachains, được lấy mẫu ngẫu nhiên để xác nhận Candidate, có thể chứa một phần nhỏ (ví dụ: 1%) mã độc hại. Có khả năng tỷ lệ <= ⅓ của Validator of Parachains có thể dẫn đến tập hợp xác thực giả mạo và sai lệch.

Do đó, việc xác thực thứ cấp từ Collator và Validator trở nên rất quan trọng trước khi đưa Candidate vào hệ thống. Quá trình này đảm bảo an ninh mạng và các khối con của mỗi Parachain sẽ được tạo ra dựa trên cơ chế này, giúp ngăn chặn sự cố và giả mạo.

Nhắc lại một số thành phần trong quá trình vòng lặp của một Candidate (parablock):

• Candidate: là một khối (mã) được chuyển tư Collator đến Validator
• Seconded: một validator gửi đến những validators khác
• Backable: tính chất đã được xác minh bởi một Validator đại diện cho đa số các Validators trong mạng lưới
• Backed: Đã được xác minh & và sao lưu trên chuỗi Relay-chain.
• Pending availability: Là Backed nhưng phải chờ xác minh từ Relay Chain.
• Included: Đã được xác minh và chấp thuận trở thành một parachain của Relay Chain
• Accepted: Có thể là Backed, available, and undisputed

Tổng kết

Parachain trong Polkadot đại diện cho một khái niệm đột phá trong thiết kế mạng lưới blockchain. Mỗi Parachain hoạt động như một nhánh blockchain độc lập, liên kết chặt chẽ với Relay Chain - chuỗi chính của mạng lưới Polkadot. Những điểm nổi bật của cấu trúc Parachain bao gồm:

• Độc Lập và Hệ Sinh Thái Riêng: Mỗi Parachain có hệ sinh thái và nền tảng riêng biệt, cho phép sự đa dạng và chuyên môn hóa trong các ứng dụng và dịch vụ.

• Kết Nối với Relay Chain: Tất cả các Parachain đều kết nối với Relay Chain, đảm bảo sự đồng thuận và tính nhất quán trên toàn mạng lưới.

• Trình Xác Thực Giao Thức (Proof of Validator): Cấu trúc này sử dụng trình xác thực giao thức để đạt được sự đồng thuận, đảm bảo tính bảo mật và hiệu quả trong việc xử lý thông tin.

• Chia Sẻ Dữ Liệu Mà Không Lộ Toàn Bộ Thông Tin: Parachain cho phép chia sẻ dữ liệu giữa các chuỗi mà không tiết lộ toàn bộ thông tin của mạng lưới, tăng cường tính bảo mật và riêng tư.

• Xác Minh Trước Khi Kết Nối: Mỗi Parachain phải trải qua quá trình xác minh trước khi được tích hợp vào mạng lưới, đảm bảo sự an toàn và tin cậy.

• Tận Dụng Dữ Liệu Chia Sẻ: Người dùng và các nhà phát triển có thể tận dụng dữ liệu chia sẻ từ các Parachain để kết nối và tương tác trên một mạng lưới blockchain toàn cầu.

Parachain là một giải pháp tiên tiến đối với các thách thức hiện tại trong blockchain như xác minh danh tính, mở rộng khối và bảo mật. Sự đổi mới này không chỉ mở ra cánh cửa cho các cơ hội đầu tư mới mà còn là một bước tiến lớn trong lĩnh vực công nghệ blockchain. Bài viết của Aliniex về Parachain cung cấp thông tin quan trọng và hữu ích cho những ai quan tâm đến lĩnh vực này, hỗ trợ các quyết định đầu tư thông minh và thành công.