Cách Beacon Chain đóng góp vào Ethereum 2.0

Tổng quan

Cơ chế đồng thuận là nhịp tim của bất kỳ hệ thống blockchain nào. Các thay đổi đối với sự đồng thuận, nếu không được thực hiện đúng cách, có thể dẫn đến sự sụp đổ của toàn bộ hệ thống. Nói một cách dễ hiểu, bản nâng cấp Ethereum 2.0 đã đề xuất một chuỗi khối song song chạy trên bằng chứng cổ phần: Beacon Chain.

Khái niệm về Beacon Chain

Beacon Chain là một blockchain hoạt động như một công cụ đồng thuận của Ethereum 2.0. Nó được coi như một phần điều phối toàn bộ hệ thống. Beacon Chain được thiết kế như một cấu trúc tối thiểu có thể triển khai hệ thống bằng chứng cổ phần. Nó không xử lý các giao dịch hoặc lưu trữ các hợp đồng thông minh. Beacon Chain được coi là trái tim của Ethereum 2.0, thay thế các công cụ khai thác hoặc giải câu đố trong Proof-of-Work bằng các trình xác nhận quyết định các khối.

Beacon Chain lưu trữ sổ đăng ký các địa chỉ trình xác thực, trạng thái của từng trình xác nhận, chứng thực (phiếu bầu của trình xác nhận) và liên kết đến các phân đoạn. Beacon Chain của Ethereum được đặt tên theo Randomness Beacon một dịch vụ mật mã cung cấp nguồn công khai các số ngẫu nhiên. Chuỗi Beacon chọn ngẫu nhiên các trình xác thực cho một khối dựa trên quy trình giả ngẫu nhiên được gọi là RANDAO và quản lý cơ chế đồng thuận.

Vai trò của Validator

Một người có thể trở thành validator bằng cách gửi 32 ETH sử dụng một giao dịch cụ thể trong hợp đồng ký gửi của mạng chính Ethereum. Mỗi khi một khoản tiền gửi hợp lệ xảy ra, một sự kiện sẽ được kích hoạt. Beacon Chain tham chiếu đến nhật ký sự kiện này. Khi khoản tiền gửi được thực hiện và được phát hiện bởi các node trên Beacon Chain, validator sẽ được kích hoạt. Validator có trách nhiệm tạo các khối mới (người đề xuất khối) và bỏ phiếu cho một khối (ủy ban) được đề xuất.

Các validator được khen thưởng cho hành vi trung thực và cũng bị phạt cho hành vi không trung thực. Phần thưởng và hình phạt được quyết định dựa trên kịch bản cụ thể. Theo đó, mỗi khoản tiền gửi của trình xác thực tăng và giảm cùng với phần thưởng và hình phạt.

Trình xác thực được kết nối với các node Beacon để nhận thông tin cập nhật về các nhiệm vụ của validator. Trình xác thực được thực thi bởi các ứng dụng validator clients có thể triển khai chức năng Beacon node hoặc thực hiện các cuộc gọi đến Beacon node. Một ứng dụng validator client có thể chạy một hoặc nhiều trình xác thực.

Cơ chế đồng thuận Proof-of-Stake (PoS)

Chúng ta sẽ cùng thảo luận ngắn gọn về hoạt động của Casper FFG giao thức PoS của Ethereum trong Beacon Chain.

Thời gian được chia thành các kỷ nguyên (epoch), các kỷ nguyên này lại được chia nhỏ thành 32 ô, mỗi ô 12 giây. Trước khi bắt đầu một kỷ nguyên, mỗi vị trí được chỉ định một trình xác thực làm người đề xuất khối và một nhóm trình xác thực cụ thể (tối thiểu 128) được gọi là ủy ban. Mỗi Validator chỉ có thể ở trong một ủy ban cho mỗi kỷ nguyên. Cũng có thể có nhiều hơn một ủy ban cho mỗi vị trí. Tất cả các ủy ban phải có cùng quy mô.

Trong mỗi vị trí, người đề xuất khối của nó sẽ chọn một khối để thêm vào chuỗi Beacon hiện có và ủy ban sẽ bỏ phiếu để thêm khối này vào chuỗi chính. Các phiếu bầu này là chứng thực có thời hạn và được tính bằng tiền gửi của trình xác thức. Validator phát phiếu bầu của họ và khối nhận được 2/3 đa số phiếu bầu từ các Validator này sẽ được chấp nhận.

Tại sao Proof-of-Stake là giải pháp tối ưu

Mặc dù Proof-of-Work giúp duy trì bản chất phi tập trung của blockchain, nhưng có một mối đe dọa về việc tập trung hóa gây ra do một số lượng nhỏ các thợ đào đang thống trị hệ sinh thái Ethereum. Chi phí cao của tài nguyên tính toán hạn chế số lượng người khai thác, trong khi việc tiêu thụ năng lượng gây hại cho môi trường. Proof-of-Stake thay thế những thợ đào bằng những validator, những người Stake Ether để tham gia vào việc tạo khối và nhận phần thưởng cho điều đó.

Trong PoW, người dùng mua phần cứng để trở thành thợ đào, trong khi trong Ethereum 2.0, người dùng stake ETH để kích hoạt và kiểm soát trình xác thực. Lượng Ether của những người Stake sẽ vẫn bị khóa và nếu validator vi phạm bất kỳ quy tắc nào, họ cũng có thể bị phạt. Điều này sẽ buộc họ phải hành động trung thực. Thay vì cạnh tranh về tốc độ và năng lượng để tạo băm, các trình xác nhận trong hệ thống PoS cạnh tranh về số lượng Ether được stake. Hệ thống PoS phải đảm bảo các nút xác thực được khuyến khích đủ để duy trì tính bảo mật của mạng. Do mức tiêu thụ năng lượng của trình xác thực ít hơn, phần thưởng không cần cao như trong PoW.

Phần thưởng và hình phạt của Validator

Mỗi validator đều có số dư của nó – với số dư ban đầu được đề cập trong hợp đồng ký quỹ. Phần thưởng và hình phạt được phản ánh trong số dư của trình xác thực theo thời gian. Validator được thưởng cho việc đề xuất hoặc chứng thực các khối có trong chuỗi. Phần thưởng khối được tính dựa trên tổng số ETH đã stake. 

Những người xác thực cũng quan sát lẫn nhau và được thưởng vì đã báo cáo những validator khác đưa ra các phiếu bầu trái ngược nhau hoặc đề xuất nhiều khối. Họ có thể bị phạt vì offline và có hành vi ác ý. Trong một số trường hợp, trình xác thực cũng có thể bị cắt bớt, sau đó bị ngăn cản tham gia vào giao thức và buộc phải thoát ra. Tại mỗi kỷ nguyên, mạng lưới sẽ đếm các hành động của từng trình xác thực và đưa ra phần thưởng hoặc hình phạt thích hợp.

Làm thế nào để giải quyết một fork?

Trong thế giới lập trình, fork đề cập đến việc sửa đổi mã nguồn mở. Điều này có nghĩa là lấy mã nguồn ban đầu của một chương trình và sửa đổi các phần của nó khi bắt đầu phát triển phần mềm mới. Trong thế giới của blockchain và tiền mã hoá, fork đề cập đến quyết định chung để nâng cấp, sửa đổi hoặc thay đổi cơ bản mã cho một loại tiền mã hoá cụ thể.

Forks xảy ra khi trình xác thực có thông tin khác nhau về trạng thái hệ thống. Nó có thể xảy ra khi các validator này bỏ lỡ một số tin nhắn do mạng chậm trễ hoặc trình xác thực không trung thực. Quy tắc lựa chọn fork chỉ định một luật để người xác nhận tuân theo, để quyết định khối phù hợp. Quy tắc fork-choice trong Ethereum 2.0 được gọi là LMD GHOST. Trong trường hợp có fork, chuỗi trung thực được chọn sẽ có nhiều chứng thực nhất (chỉ xem xét các phiếu bầu gần đây của những người xác nhận) và cổ phần.

Tương lai của Beacon Chain

Giai đoạn 0 của Beacon Chain chỉ cần quan tâm đến lớp đồng thuận của nó. Khi các phân đoạn đã có sẵn, cũng sẽ đóng vai trò như một phương tiện giao tiếp giữa các phân đoạn. Mọi phân đoạn cũng sẽ được chỉ định các ủy ban đề xuất khối và trình xác nhận ở mọi vị trí. Ngoài thông tin stake, Beacon Chain cũng lưu trữ thông tin về sự thay đổi trạng thái của các phân đoạn bằng cách sử dụng các liên kết chéo, các liên kết trên các khối Beacon Chain đề cập đến các khối phân đoạn.