Beacon Chain

Beacon Chain là gì?

Beacon Chain là blockchain Proof of Stake ban đầu, giới thiệu staking và logic của lớp đồng thuận cho Ethereum.

Trong lĩnh vực crypto, thuật ngữ Beacon Chain thường chỉ lớp đồng thuận của Ethereum, nơi điều phối validator, attestation, đề xuất khối, phần thưởng, hình phạt, quy tắc chọn nhánh và tính hoàn tất.

Tài liệu chính thức về Beacon Chain của Ethereum cho biết Beacon Chain ra mắt ngày 1 tháng 12 năm 2020 và chính thức hóa Proof of Stake thành cơ chế đồng thuận của Ethereum khi The Merge diễn ra vào ngày 15 tháng 9 năm 2022.

Trước The Merge, Beacon Chain hoạt động tách biệt với Ethereum Mainnet.

Trong giai đoạn đó, mạng lưới không xử lý các giao dịch thông thường của người dùng Ethereum hoặc hoạt động của hợp đồng thông minh.

Thay vào đó, Beacon Chain thử nghiệm và điều phối hệ thống validator Proof of Stake, trong khi Ethereum Mainnet vẫn sử dụng Proof of Work.

Sau The Merge, Beacon Chain không còn là một blockchain song song riêng biệt mà trở thành lớp đồng thuận của Ethereum.

Tài liệu chính thức về Ethereum Merge giải thích rằng lớp thực thi ban đầu của Ethereum đã hợp nhất với Beacon Chain và hai lớp này hiện cùng tồn tại trong một mạng Ethereum Proof of Stake.

Ngày nay, khi nhắc đến Beacon Chain, mọi người thường muốn nói đến phần đồng thuận của Ethereum, nơi quản lý bảo mật Proof of Stake.

Điều này khiến Beacon Chain trở thành một trong những bản nâng cấp quan trọng nhất trong lịch sử Ethereum.

Vì sao Beacon Chain quan trọng?

Beacon Chain quan trọng vì đã thay đổi cách bảo mật Ethereum.

Trước The Merge, Ethereum sử dụng hoạt động đào Proof of Work.

Sau The Merge, Ethereum sử dụng Proof of Stake, trong đó validator bảo mật mạng bằng cách staking ETH và chạy phần mềm validator.

Beacon Chain giúp quá trình chuyển đổi này trở nên khả thi bằng cách giới thiệu cơ chế điều phối validator trước khi Ethereum Mainnet hoàn toàn ngừng khai thác.

Tài liệu về The Merge cho biết bản nâng cấp này giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng của Ethereum khoảng 99.95%.

Thay đổi này rất quan trọng vì đã loại bỏ hoạt động đào tiêu tốn nhiều năng lượng khỏi quy trình tạo khối của Ethereum.

Beacon Chain cũng giúp quy trình đồng thuận của Ethereum trở nên rõ ràng và có tổ chức hơn.

Beacon Chain theo dõi validator, số dư validator, attestation, hình phạt, việc rút khỏi mạng, rút tài sản và các checkpoint hoàn tất.

Sổ đăng ký validator này rất quan trọng vì Ethereum hiện biết validator nào đủ điều kiện đề xuất và attestation các khối tại từng thời điểm.

Điều này khác với Proof of Work, nơi thợ đào có thể tham gia hoặc rời đi mà không cần nằm trong sổ đăng ký validator.

Đối với người dùng, Beacon Chain hầu như không thể nhận thấy trong các hoạt động ví thông thường.

Đối với bảo mật của Ethereum, Beacon Chain giữ vai trò trung tâm.

Beacon Chain trước The Merge

Trước The Merge, Beacon Chain là một blockchain Proof of Stake riêng biệt, hoạt động song song với Ethereum Mainnet.

Beacon Chain được tạo ra để thử nghiệm cơ chế đồng thuận Proof of Stake của Ethereum trước khi dùng cơ chế này để bảo mật các giao dịch Ethereum thực tế.

Beacon Chain có validator, slot, epoch, attestation, phần thưởng, hình phạt và logic đồng thuận.

Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu, Beacon Chain không thực thi hợp đồng thông minh Ethereum hoặc xử lý các giao dịch Mainnet thông thường.

Trang Beacon Chain của Ethereum mô tả mạng lưới này là một chuỗi các khối trống trước khi bắt đầu tiếp nhận dữ liệu giao dịch từ các client thực thi.

Việc tách biệt này cho phép các nhà phát triển và người staking Ethereum thử nghiệm Proof of Stake trong điều kiện thực tế mà chưa cần thay thế ngay mạng Proof of Work hiện có.

Validator có thể nạp ETH, kích hoạt phần mềm validator và tham gia cơ chế đồng thuận của Beacon Chain.

Trong khi đó, người dùng Ethereum vẫn tiếp tục sử dụng Mainnet như trước.

Cách tiếp cận theo từng giai đoạn giúp giảm rủi ro vì Ethereum không chuyển đổi toàn bộ hệ thống đồng thuận chỉ trong một bước.

Do đó, Beacon Chain vừa là một mạng đang hoạt động, vừa là lớp chuẩn bị dài hạn cho The Merge.

Beacon Chain sau The Merge

Sau The Merge, Beacon Chain trở thành lớp đồng thuận của Ethereum.

Ethereum Mainnet ban đầu trở thành lớp thực thi.

Lớp đồng thuận xác định khối nào hợp lệ theo cơ chế đồng thuận Proof of Stake.

Lớp thực thi xử lý giao dịch, hợp đồng thông minh, số dư tài khoản, hoạt động của Ethereum Virtual Machine và các thay đổi trạng thái.

Trang Beacon Chain giải thích rằng sau The Merge, Ethereum không còn gồm hai blockchain riêng biệt.

Thay vào đó, Ethereum trở thành một mạng Proof of Stake duy nhất với hai lớp phần mềm chính.

Điều này có nghĩa là The Merge không tạo ra ETH “mới” hoặc ETH “cũ” riêng biệt.

Tài liệu về The Merge cảnh báo người dùng rằng ETH vẫn là ETH và những tuyên bố rằng người dùng phải nâng cấp tài sản sau The Merge là dấu hiệu lừa đảo.

Beacon Chain hiện xử lý việc truyền tải thông tin khối, logic đồng thuận, quy tắc chọn nhánh, nhiệm vụ của validator, phần thưởng và hình phạt.

Lớp thực thi xử lý các giao dịch và trạng thái Ethereum.

Kết hợp với nhau, hai lớp này giúp Ethereum hiện đại vận hành.

Lớp đồng thuận

Lớp đồng thuận là phần của Ethereum điều phối sự thống nhất theo cơ chế Proof of Stake.

Đây là vai trò hiện tại của Beacon Chain.

Lớp đồng thuận giúp các node Ethereum đồng bộ về đỉnh của blockchain.

Lớp này theo dõi validator và số dư hiệu dụng của họ.

Lớp này tổ chức nhiệm vụ của validator theo slot và epoch.

Lớp này xử lý các attestation bỏ phiếu cho khối và checkpoint.

Lớp này áp dụng phần thưởng và hình phạt dựa trên hành vi của validator.

Lớp này cũng hỗ trợ tính hoàn tất thông qua thiết kế đồng thuận Proof of Stake của Ethereum.

Tài liệu chính thức về kiến trúc node Ethereum giải thích rằng consensus client xử lý logic giúp một node đồng bộ với mạng Ethereum Proof of Stake.

Consensus client này thường được gọi là Beacon Node.

Beacon Node có thể theo dõi blockchain ngay cả khi không có validator, trong khi validator client bổ sung các nhiệm vụ staking.

Lớp thực thi

Lớp thực thi là phần của Ethereum xử lý giao dịch và duy trì trạng thái của Ethereum.

Lớp này bao gồm số dư tài khoản, mã hợp đồng thông minh, hoạt động token, logic ứng dụng và hoạt động thực thi Ethereum Virtual Machine.

Trước The Merge, logic thực thi này được kết hợp với cơ chế đồng thuận Proof of Work trong các execution client của Ethereum.

Sau The Merge, execution client cần phối hợp với consensus client.

Tài liệu về kiến trúc node cho biết một node Ethereum gồm execution client và consensus client.

Execution client xác thực và thực thi giao dịch, còn consensus client xử lý sự phát triển của blockchain Proof of Stake và quy tắc chọn nhánh.

Khi một validator được chọn để đề xuất khối, consensus client yêu cầu execution client cung cấp execution payload.

Execution client tạo hoặc xác thực payload giao dịch.

Consensus client kết hợp payload đó với dữ liệu đồng thuận rồi phát tán khối lên mạng Ethereum.

Sự tách biệt này là một trong những thay đổi kiến trúc quan trọng nhất của The Merge.

Engine API

Engine API là giao diện liên lạc giữa consensus client và execution client của Ethereum.

Sau The Merge, một node không thể hoạt động đúng nếu chỉ có một phía trong ngăn xếp phần mềm.

Consensus client và execution client phải trao đổi dữ liệu khối, payload, kết quả xác thực và thông tin về đỉnh blockchain.

Trang Beacon Chain cho biết lớp đồng thuận và lớp thực thi liên lạc với nhau thông qua Engine API.

Giao diện này cho phép consensus client yêu cầu execution payload khi đến thời điểm đề xuất khối.

Giao diện này cũng cho phép execution client xác minh payload được đề xuất có tuân theo các quy tắc thực thi của Ethereum hay không.

Đối với người vận hành node, Engine API rất quan trọng vì hai client phải được kết nối và xác thực đúng cách.

Tài liệu về The Merge cho biết người vận hành node phải chạy cả consensus client và execution client sau The Merge.

Nếu hai client không được kết nối đúng cách, node có thể không theo dõi Ethereum chính xác.

Đó là lý do vận hành validator đòi hỏi cả kiến thức blockchain lẫn kỷ luật quản trị hệ thống.

Validator

Validator là những thành phần tham gia bảo mật Ethereum sau The Merge.

Tài liệu chính thức về Proof of Stake của Ethereum giải thích rằng validator staking ETH và chịu trách nhiệm kiểm tra các khối mới, đôi khi tạo khối mới.

Theo cách truyền thống, để trở thành validator, người dùng nạp 32 ETH vào hợp đồng nạp tiền của Ethereum và chạy phần mềm validator.

Sau khi được kích hoạt, validator nhận nhiệm vụ từ Beacon Chain.

Các nhiệm vụ này có thể bao gồm đề xuất khối, attestation khối, tham gia sync committee và hỗ trợ hoàn tất checkpoint.

Bản thân validator không đồng nghĩa với một full node.

Full node theo dõi và xác minh Ethereum, trong khi validator chủ động tham gia cơ chế đồng thuận Proof of Stake.

Tài liệu về kiến trúc node cho biết nếu muốn đề xuất khối mới, node cần chạy validator client bên cạnh execution client và consensus client.

Validator có thể nhận phần thưởng ETH khi tham gia chính xác.

Validator cũng có thể mất ETH do bị phạt hoặc slashing nếu không hoàn thành nhiệm vụ hoặc hành xử không trung thực.

Staking

Staking là quá trình khóa ETH để kích hoạt nhiệm vụ validator trong hệ thống Proof of Stake của Ethereum.

Staking đã thay thế hoạt động đào trong mô hình bảo mật tạo khối của Ethereum.

Beacon Chain giới thiệu staking cho Ethereum trước khi staking bắt đầu bảo mật dữ liệu thực thi của Mainnet.

Trên thực tế, staking đòi hỏi vốn và khả năng vận hành phần mềm.

ETH được staking của validator đóng vai trò tài sản thế chấp.

Nếu validator hành xử đúng, họ có thể nhận phần thưởng.

Nếu validator hành xử không đúng, họ có thể bị phạt.

Nếu validator thực hiện hành vi có thể bị slashing, một phần tài sản staking của họ có thể bị hủy.

Điều này tạo nên cơ chế bảo mật kinh tế tiền mã hóa vì các cuộc tấn công trở nên tốn kém.

Do đó, staking không chỉ là cách nhận lợi suất.

Đây là cơ chế bảo mật đã thay thế hoạt động đào Proof of Work trên Ethereum.

Slot và epoch

Beacon Chain chia thời gian thành các slot và epoch.

Tài liệu về Proof of Stake cho biết thời gian của Ethereum được chia thành các slot dài 12 giây và epoch gồm 32 slot.

Slot là khoảng thời gian ngắn trong đó một validator được chọn ngẫu nhiên để đề xuất khối.

Nếu validator được chọn đang trực tuyến và hoạt động bình thường, họ có thể đề xuất khối trong slot đó.

Nếu validator ngoại tuyến hoặc gặp sự cố, slot có thể bị bỏ lỡ.

Epoch là một nhóm gồm 32 slot.

Epoch rất quan trọng vì việc phân công validator, attestation, xác nhận tính hợp lệ, tính hoàn tất, phần thưởng và hình phạt đều được tổ chức theo epoch.

Cơ chế thời gian cố định này thay thế thời gian tạo khối biến đổi của hoạt động đào Proof of Work.

Slot và epoch tạo nên nhịp vận hành của lớp đồng thuận Proof of Stake Ethereum.

Đối với người dùng, nhịp thời gian này giúp giải thích vì sao các khối Ethereum xuất hiện đều đặn và vì sao cần nhiều thời gian hơn một khối để đạt tính hoàn tất.

Đề xuất khối

Đề xuất khối diễn ra khi validator được chọn tạo và phát tán một khối Ethereum mới.

Tài liệu về cơ chế đồng thuận giải thích rằng trong mỗi slot, một validator được chọn ngẫu nhiên làm người đề xuất khối.

Consensus client của người đề xuất yêu cầu execution client được ghép nối cung cấp một nhóm giao dịch.

Nhóm giao dịch đó trở thành execution payload.

Validator kết hợp execution payload với thông tin đồng thuận.

Sau đó, khối được gửi đến các node Ethereum khác.

Các validator khác kiểm tra khối và gửi attestation nếu họ đồng ý với khối đó.

Phần thưởng đề xuất khối bù đắp cho validator khi hoàn thành nhiệm vụ này chính xác.

Bỏ lỡ lượt đề xuất có thể làm giảm phần thưởng của validator.

Đề xuất khối có hành vi độc hại có thể dẫn đến rủi ro slashing nếu vi phạm quy tắc đồng thuận.

Đề xuất khối là thời điểm các khối Ethereum mới được đưa vào blockchain.

Attestation

Attestation là phiếu bầu của validator trong cơ chế đồng thuận Proof of Stake của Ethereum.

Validator gửi attestation khi kiểm tra khối và bỏ phiếu ủng hộ đỉnh blockchain cùng trạng thái checkpoint mà họ cho là chính xác.

Tài liệu về Proof of Stake cho biết validator gửi các phiếu gọi là attestation để ủng hộ những khối hợp lệ.

Attestation giúp Ethereum xác định blockchain nào có trọng số lớn nhất.

Attestation cũng giúp Ethereum xác nhận và hoàn tất các checkpoint.

Phần lớn nhiệm vụ của validator là gửi attestation thay vì đề xuất khối.

Điều này là vì mỗi slot chỉ có một validator đề xuất khối, trong khi nhiều validator gửi attestation trong các epoch.

Attestation phải được gửi đúng thời điểm và chính xác để nhận đầy đủ phần thưởng.

Attestation trễ, bị thiếu hoặc không chính xác có thể làm giảm phần thưởng.

Attestation mâu thuẫn có thể dẫn đến slashing nếu vi phạm quy tắc giao thức.

Beacon Chain tập trung nhiều vào việc xử lý attestation vì đây là hệ thống bỏ phiếu của cơ chế Proof of Stake Ethereum.

Quy tắc chọn nhánh

Quy tắc chọn nhánh xác định đỉnh blockchain mà các node Ethereum nên theo dõi khi có nhiều khối khả dĩ.

Trong hệ thống Proof of Work, việc chọn blockchain thường dựa trên tổng lượng công việc đã thực hiện.

Trong cơ chế Proof of Stake của Ethereum, việc chọn blockchain dựa trên phiếu bầu của validator, với trọng số tính theo ETH được staking.

Tài liệu về cơ chế đồng thuận cho biết Ethereum sử dụng thuật toán chọn nhánh để đo trọng số của các attestation từ validator.

Cơ chế đồng thuận Proof of Stake của Ethereum thường được gọi là Gasper.

Gasper kết hợp quy tắc chọn nhánh LMD-GHOST với logic tính hoàn tất Casper FFG.

Quy tắc chọn nhánh rất quan trọng vì các node trong mạng có thể tạm thời nhận thông tin về khối theo thứ tự khác nhau.

Quy tắc này cũng quan trọng khi người đề xuất khối bỏ lỡ một slot hoặc độ trễ mạng tạo ra các góc nhìn cạnh tranh.

Quy tắc chọn nhánh giúp các node hội tụ về một đỉnh blockchain chuẩn duy nhất.

Nếu không có quy tắc chọn nhánh vững chắc, validator và người dùng có thể bất đồng về trạng thái hiện tại của Ethereum.

Tính hoàn tất

Tính hoàn tất có nghĩa là một khối rất khó bị đảo ngược sau khi mạng lưới đã hoàn tất nó.