Chuỗi bên là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu về chuỗi bên

Chuỗi bên (sidechain) là một giải pháp kỹ thuật trong lĩnh vực blockchain, cho phép tạo ra các blockchain độc lập nhưng có khả năng liên kết và trao đổi tài sản với một blockchain chính. Mục tiêu của chuỗi bên là mở rộng chức năng, tăng hiệu suất và cung cấp một môi trường thử nghiệm linh hoạt mà không gây ảnh hưởng đến chuỗi chính. Khác với các giải pháp Layer 2 vốn kế thừa bảo mật từ chuỗi chính, chuỗi bên hoạt động với hệ thống đồng thuận và bảo mật riêng biệt.

Chuỗi bên thường được sử dụng để giảm tải giao dịch khỏi chuỗi chính, mở rộng các loại ứng dụng phi tập trung (dApp), hoặc thử nghiệm các tính năng như hợp đồng thông minh nâng cao, quyền riêng tư, khả năng mở rộng hoặc các mô hình kinh tế mới. Thay vì thay đổi hoặc nâng cấp toàn bộ chuỗi chính — vốn đòi hỏi sự đồng thuận rộng lớn — các cải tiến có thể được triển khai trên chuỗi bên một cách linh hoạt hơn.

Một số đặc điểm chính của chuỗi bên bao gồm:

• Khả năng hoạt động độc lập với blockchain chính
• Có thể sử dụng thuật toán đồng thuận khác hoàn toàn so với chuỗi chính
• Kết nối hai chiều với chuỗi chính để chuyển tài sản qua lại
• Phục vụ như một môi trường thử nghiệm hoặc mở rộng hiệu năng

Cơ chế hoạt động của chuỗi bên

Chuỗi bên vận hành như một blockchain song song, với khả năng chạy độc lập và đồng thời giữ được liên kết chặt chẽ với chuỗi chính thông qua một cầu nối tài sản (asset bridge). Người dùng có thể chuyển tài sản từ chuỗi chính sang chuỗi bên bằng cách gửi tài sản đến một địa chỉ khóa (locking address) trên chuỗi chính. Khi tài sản đã được khóa, một phiên bản tương ứng sẽ được phát hành trên chuỗi bên.

Quá trình chuyển tài sản từ chuỗi bên trở lại chuỗi chính cũng diễn ra theo nguyên tắc đối xứng. Người dùng thực hiện thao tác hủy (burn) token tương ứng trên chuỗi bên, đồng thời tạo một bằng chứng để xác minh hành động đó. Sau khi được xác thực, tài sản ban đầu sẽ được mở khóa và trả lại cho người dùng trên chuỗi chính.

Cơ chế này đảm bảo rằng tổng cung tài sản không bị nhân đôi hoặc làm giả. Một giao dịch điển hình giữa chuỗi chính và chuỗi bên có thể được mô tả theo bảng sau:

Hành động	Chuỗi chính	Chuỗi bên
Gửi token	Khóa (lock)	Phát hành (mint)
Rút token	Mở khóa (unlock)	Hủy (burn)

Hai chiều khóa – mở (Two-way peg)

Two-way peg là công nghệ cho phép kết nối tài sản giữa chuỗi chính và chuỗi bên một cách phi tập trung và an toàn. Mô hình này dựa vào các bằng chứng mật mã hoặc các thực thể quan sát (watcher/oracle) có khả năng xác minh giao dịch mà không cần sự can thiệp của bên trung gian. Việc thực hiện chuyển giao giữa hai chuỗi tuân thủ chặt chẽ nguyên tắc "không tạo thêm và không làm mất tài sản".

Có ba loại two-way peg phổ biến:

• Federated peg: Dựa vào một tập hợp các thực thể đáng tin cậy để giám sát và xác minh giao dịch chuyển token.
• SPV-based peg: Sử dụng bằng chứng xác thực đơn giản (Simplified Payment Verification) như trong Bitcoin.
• Smart contract-based peg: Sử dụng hợp đồng thông minh trên cả hai chuỗi để tự động hóa việc xác minh và chuyển giao.

Một ví dụ tiêu biểu là Liquid Network – chuỗi bên của Bitcoin – sử dụng federated peg với 15 đối tác xác thực (functionaries) để điều phối việc khóa/mở tài sản, đồng thời đảm bảo tính riêng tư bằng các công nghệ như Confidential Transactions.

Thuật toán đồng thuận của chuỗi bên

Khác với chuỗi chính như Bitcoin sử dụng thuật toán Proof of Work (PoW) – đòi hỏi năng lượng lớn và thời gian xác nhận lâu – chuỗi bên có thể lựa chọn các thuật toán đồng thuận nhanh hơn, hiệu quả hơn hoặc riêng tư hơn. Việc lựa chọn thuật toán phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ xử lý giao dịch, chi phí vận hành và mô hình bảo mật của hệ thống.

Một số thuật toán thường dùng trong các chuỗi bên:

• Proof of Stake (PoS): Dựa trên số lượng token người dùng nắm giữ để xác định quyền tạo block.
• Proof of Authority (PoA): Dựa trên một tập hợp các nút xác minh đáng tin cậy, phù hợp cho các hệ thống permissioned.
• Zero-Knowledge Rollups (zk-Rollups): Sử dụng bằng chứng mật mã như zk-SNARK để xác minh hàng loạt giao dịch một cách riêng tư và hiệu quả.

Ví dụ, Polygon zkEVM sử dụng một biến thể của PoS kết hợp với zk-SNARK để đạt được cả khả năng mở rộng và tính bảo mật cao. Điều này cho phép mạng vận hành với chi phí thấp mà vẫn duy trì độ tin cậy trong xác minh giao dịch.

Ứng dụng thực tế của chuỗi bên

Chuỗi bên không chỉ là một giải pháp lý thuyết mà đã được triển khai thực tế trong nhiều hệ sinh thái blockchain để giải quyết các vấn đề như phí giao dịch cao, tốc độ xử lý chậm, hoặc nhu cầu mở rộng ứng dụng chuyên biệt. Những hệ sinh thái lớn như Ethereum và Bitcoin đều có các chuỗi bên đang hoạt động để phục vụ các mục đích cụ thể.

Một số ứng dụng nổi bật của chuỗi bên bao gồm:

• Thực hiện các giao dịch nhanh và chi phí thấp (ví dụ: Polygon cho Ethereum)
• Thử nghiệm hợp đồng thông minh và mô hình token hóa tài sản
• Hỗ trợ các ứng dụng DeFi và NFT với khả năng mở rộng tốt hơn
• Triển khai các mô hình bảo mật hoặc quyền riêng tư khác biệt

Một số chuỗi bên tiêu biểu:

Tên chuỗi bên	Nền tảng chính	Thuật toán đồng thuận	Ứng dụng nổi bật
Polygon	Ethereum	PoS + zk-Rollup	DeFi, NFT, Gaming
Arbitrum	Ethereum	Optimistic Rollup	Giảm phí giao dịch
RSK	Bitcoin	Federated PoW	Smart Contract cho BTC

Phân biệt chuỗi bên và lớp 2 (Layer 2)

Mặc dù chuỗi bên và các giải pháp Layer 2 đều nhằm mục đích mở rộng khả năng của blockchain, chúng có sự khác biệt rõ rệt về mặt bảo mật và kiến trúc. Layer 2 thường được thiết kế để kế thừa trực tiếp cơ chế bảo mật của chuỗi chính, trong khi chuỗi bên vận hành như một hệ thống độc lập với bảo mật riêng.

So sánh cơ bản giữa chuỗi bên và Layer 2:

Tiêu chí	Chuỗi bên	Layer 2
Bảo mật	Độc lập	Kế thừa từ chuỗi chính
Kiến trúc	Blockchain riêng biệt	Gắn liền với chuỗi chính
Thuật toán đồng thuận	Tùy chọn	Không cần, kế thừa
Khả năng tùy chỉnh	Linh hoạt cao	Hạn chế hơn

Chẳng hạn, Arbitrum là Layer 2 của Ethereum sử dụng optimistic rollup, cho phép giảm phí mà vẫn kế thừa bảo mật từ Ethereum. Trong khi đó, Polygon là chuỗi bên có blockchain riêng, hoạt động song song với Ethereum nhưng bảo mật không phụ thuộc vào Ethereum.

Rủi ro và thách thức

Việc triển khai chuỗi bên cũng đi kèm với nhiều rủi ro và thách thức, đặc biệt là trong khía cạnh bảo mật, đồng thuận, và tính phi tập trung. Vì chuỗi bên không kế thừa bảo mật trực tiếp từ chuỗi chính, nên nó có thể trở thành mục tiêu của các cuộc tấn công nếu cơ chế đồng thuận không đủ mạnh.

Một số rủi ro chính bao gồm:

• Tấn công 51% nếu mạng lưới quá nhỏ hoặc tập trung
• Lỗi trong cầu nối (bridge) có thể dẫn tới mất tài sản vĩnh viễn
• Các thực thể trung gian (như trong federated peg) có thể là điểm yếu bảo mật
• Không có sự giám sát từ cộng đồng chuỗi chính nếu xảy ra gian lận

Để hạn chế rủi ro, các nhà phát triển thường:

• Thiết kế các cơ chế xác minh phi tập trung
• Sử dụng các công nghệ zero-knowledge để tăng tính toàn vẹn
• Thực hiện kiểm toán bảo mật định kỳ

Vai trò của chuỗi bên trong mở rộng blockchain

Chuỗi bên đóng vai trò quan trọng trong việc mở rộng khả năng xử lý của các mạng blockchain hiện tại mà không gây ảnh hưởng đến chuỗi chính. Bằng cách xử lý các giao dịch hoặc ứng dụng phức tạp bên ngoài chuỗi chính, chuỗi bên giúp duy trì hiệu suất và sự ổn định của toàn mạng.

Không chỉ giới hạn trong mở rộng giao dịch, chuỗi bên còn là:

• Không gian thử nghiệm cho các cải tiến công nghệ
• Môi trường dành cho các ứng dụng chuyên biệt như danh tính số, quản trị DAO, hoặc quản lý chuỗi cung ứng
• Giải pháp cho sự phân tách về chức năng và khu vực (ví dụ: chuỗi bên cho khu vực địa lý hoặc lĩnh vực kinh tế cụ thể)

Toán học và mật mã trong chuỗi bên

Một số chuỗi bên sử dụng bằng chứng không kiến thức (zero-knowledge proof) để đảm bảo rằng các giao dịch có thể được xác minh mà không cần tiết lộ thông tin. Đây là phương pháp lý tưởng để tăng cường quyền riêng tư mà vẫn duy trì tính toàn vẹn.

Ví dụ, trong hệ thống sử dụng zk-SNARK, một người gửi có thể chứng minh họ có quyền chi tiêu một token mà không tiết lộ số dư ví. Công thức toán học mô tả: $\exists w: H(w) = x$ Trong đó, người gửi chứng minh sự tồn tại của một giá trị bí mật $w$ sao cho hàm băm của nó là $x$, mà không cần tiết lộ $w$. Công nghệ này đang được tích hợp trong các chuỗi như Polygon zkEVM và zkSync.

Tương lai của chuỗi bên

Chuỗi bên được dự đoán sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc phát triển và ứng dụng công nghệ blockchain ở quy mô lớn. Khi nhu cầu xử lý giao dịch tăng cao, đặc biệt trong các lĩnh vực như tài chính phi tập trung (DeFi), mạng xã hội Web3, và metaverse, các chuỗi bên có thể trở thành xương sống cho khả năng mở rộng.

Ngoài ra, sự kết hợp giữa chuỗi bên và các công nghệ như AI, IoT, và lưu trữ phi tập trung (decentralized storage) có thể mở ra các mô hình ứng dụng hoàn toàn mới, chẳng hạn như:

• Hợp đồng thông minh tự học (machine learning-powered smart contract)
• Hệ thống điểm tín dụng trên blockchain
• Chuỗi cung ứng minh bạch và thời gian thực

Tài liệu tham khảo

1. Blockstream Liquid Network
2. Polygon Technology
3. Rootstock RSK
4. Polygon zkEVM Documentation
5. Ethereum Layer 2 Scaling Overview
6. Arbitrum Official Website
7. Electric Coin Company: What are zk-SNARKs?