Suy nghĩ lại về thiết kế mạng lưới Lightning của Bitcoin thông qua góc nhìn của Thunderbolt

Tác giả: Nhà nghiên cứu Ac-Core của YBB Capital

1. Tại sao bạn không thể mua cà phê bằng Bitcoin?

Khi hầu hết mọi người nghĩ đến Bitcoin, điều đầu tiên xuất hiện trong tâm trí là đặc điểm "phi tập trung" và "bất biến" của nó. Nhưng nếu bạn thực sự muốn dùng nó để mua một tách cà phê, bạn sẽ sớm gặp phải một vấn đề khó xử: thời gian chờ xác nhận giao dịch thậm chí còn lâu hơn thời gian chờ mua một tách cà phê, và đôi khi phí giao dịch thậm chí còn cao hơn cả giá của tách cà phê đó. Tài sản trên Bitcoin phần lớn vẫn “bất động” — hầu hết người dùng chỉ nắm giữ chúng; bạn không thể vay vốn, kết hợp tài sản hoặc tương tác.

Cấu trúc tập lệnh của Bitcoin cực kỳ bảo thủ, hạn chế hầu hết các kịch bản tương tác ngoài chuỗi. Ban đầu nó không được thiết kế để xử lý hàng chục nghìn giao dịch mỗi giây. Tuy nhiên, nhu cầu thực tế vẫn có - mọi người muốn có thể sử dụng Bitcoin, ngay cả khi chỉ để mua giao diện trò chơi hoặc trả tiền boa cho người sáng tạo video, và họ không muốn chờ mười phút để có được điều đó.

2. Lightning Network: Con dao hai lưỡi Khái niệm cốt lõi của nó là một sự thỏa hiệp thực dụng đối với giới hạn thông lượng của mạng chính: do các giao dịch trên chuỗi phải đối mặt với tình trạng tắc nghẽn tốc độ, hệ thống không còn yêu cầu ghi lại mọi giao dịch trên chuỗi nữa mà thay vào đó cho phép người dùng mở "kênh thanh toán" chuyên dụng cho các giao dịch tần suất cao và chỉ giải quyết trạng thái cuối cùng trên chuỗi khối khi kênh bị đóng. Điều này tương tự như việc bạn bè thay phiên nhau thanh toán hóa đơn và thanh toán sau một vài lần đi chơi, thay vì chuyển hóa đơn sau mỗi bữa ăn. Về cơ bản, Lightning Network là mạng lưới gồm hàng nghìn kênh thanh toán như vậy.

Tuy nhiên, hệ thống có vẻ thanh lịch này lại phải đối mặt với nhiều thách thức thực tế. Đầu tiên là ngưỡng thiết lập kênh rất cao - người dùng phải khóa tiền trước để thiết lập kênh, nghĩa là bạn cần thiết lập kết nối chuyên dụng trước để giao dịch với bất kỳ ai. Thứ hai là vấn đề định tuyến phức tạp: nếu không có kênh trực tiếp giữa người dùng A và người dùng B, ngay cả khi có tuyến gián tiếp như A-C-B, giao dịch vẫn có thể thất bại nếu kênh trung gian không đủ tiền hoặc nút không khả dụng. Nghiêm trọng hơn, còn có những rủi ro về bảo mật: người dùng phải trực tuyến để ngăn chặn các bên đối tác gian lận bằng cách gửi các giao dịch đã hết hạn khi đóng kênh, điều này đặt ra các yêu cầu vận hành không thực tế đối với người dùng thông thường.

Mặc dù Lightning Network đã hoạt động trực tuyến trong nhiều năm, nhưng những vấn đề về cấu trúc này hạn chế khả năng ứng dụng của nó trong thế giới thực. Dữ liệu công khai cho thấy tổng giá trị bị khóa trong Lightning Network vẫn chỉ vào khoảng 100 triệu đô la - một số tiền nhỏ so với vốn hóa thị trường nghìn tỷ đô la của Bitcoin. Điều này đã gây ra một cuộc thảo luận trên toàn ngành: Liệu có thể xây dựng một giao thức thanh toán ngoài chuỗi tốt hơn để vượt qua những điểm nghẽn này không?

Theo ChainCatcher vào ngày 15 tháng 4, HSBC đã tiết lộ trong một thông cáo báo chí chính thức rằng Bitcoin Thunderbolt đại diện cho bản nâng cấp công nghệ quan trọng nhất của Bitcoin trong gần một thập kỷ. Thunderbolt có thể được coi là "Lightning Network 2.0", nhưng nó không chỉ là bản nâng cấp mà còn là thiết kế lại cơ bản mô hình tương tác ngoài chuỗi của Bitcoin.

3. Giao thức Thunderbolt là gì?

Bitcoin Thunderbolt là bản nâng cấp soft fork được xây dựng trực tiếp trên Bitcoin. Không giống như mạng lớp thứ hai hoặc thỏa hiệp cầu nối chuỗi chéo, Thunderbolt giới thiệu những thay đổi ở cấp độ giao thức trên mạng chính Bitcoin, về cơ bản nâng cao khả năng mở rộng, hiệu suất giao dịch và khả năng lập trình.

Lớp hiệu suất: Nubit sử dụng công nghệ đóng gói UTXO để tối ưu hóa đáng kể mô hình giao dịch truyền thống của Bitcoin. Thiết kế hiện tại của Bitcoin xử lý từng UTXO riêng lẻ, điều này hạn chế thông lượng, trong khi công nghệ đóng gói UTXO có thể tổng hợp nhiều UTXO để xử lý đồng thời. Công nghệ nén dữ liệu giao dịch này có thể tăng tốc độ xử lý gần 10 lần mà không ảnh hưởng đến bảo mật trên chuỗi.

Khả năng lập trình: Thunderbolt giới thiệu lại và mở rộng mã lệnh OP_CAT - mã lệnh ban đầu tồn tại trong các phiên bản Bitcoin đầu tiên nhưng sau đó đã bị xóa. OP_CAT cho phép kết nối dữ liệu, cho phép các nhà phát triển xây dựng logic tập lệnh tiên tiến hơn và triển khai các ứng dụng phi tập trung (dApp) trực tiếp trên lớp cơ sở của Bitcoin mà không cần dựa vào chuỗi phụ, Rollup hoặc cầu nối chuỗi chéo.

Lớp giao thức tài sản: Nubit cũng giới thiệu một tiêu chuẩn mã thông báo thống nhất có tên là Goldinals, dựa trên bằng chứng không kiến ​​thức và cam kết trạng thái. Khung này hỗ trợ việc phát hành và xác minh token Bitcoin gốc mà không cần dựa vào sự tin cậy bên ngoài hoặc các cầu nối phức tạp. Nó tích hợp các giao thức phân mảnh như BRC-20, Runes và Ordinals thông qua một nhà tạo lập thị trường tự động trên chuỗi (BitMM), hỗ trợ đầy đủ các giao dịch và xác minh không cần tin cậy trong hệ sinh thái Bitcoin.

Không giống như các phương pháp mở rộng quy mô truyền thống như chuỗi phụ, Plasma, Rollup hoặc đóng gói tài sản thông qua cầu nối, Nubit đi theo con đường "mở rộng quy mô mạng chính gốc". Nó tích hợp với các giải pháp như BitVisa để xác thực danh tính và thông tin xác thực phi tập trung. Cho dù đó là nén giao dịch, kích hoạt hợp đồng thông minh hay giao dịch trên chuỗi, tất cả các tính năng đều chạy trực tiếp trên mạng chính Bitcoin bằng BTC gốc.

3.1 Phân tích cơ chế cốt lõi

Dựa trên bài báo “Stateless Verifiable Execution Layer of Bitcoin Meta Protocol” (Tài liệu tham khảo 1), Bitcoin Thunderbolt tương tự như Lightning Network và nhằm mục đích giải quyết vấn đề thời gian xác nhận lâu trên mạng chính Bitcoin. Mặc dù cả hai đều hướng đến mục tiêu tăng tốc độ và giảm chi phí, nhưng triết lý thiết kế của chúng lại khác nhau đáng kể:

• Mạng Lightning tập trung vào các kênh thanh toán và chỉ được tối ưu hóa cho các giao dịch ngang hàng. Nó thiếu khả năng lập trình, liên quan đến việc thiết lập và bảo trì kênh phức tạp và khả năng mở rộng hạn chế.

• Thunderbolt, do Nubit phát triển, cung cấp một giao thức ngoài chuỗi có thể lập trình được, có khả năng thực hiện các hoạt động Turing hoàn chỉnh, cho phép tạo ra các tài sản có trạng thái phức tạp, giao thức thanh khoản và các ứng dụng tài chính.

Đổi mới chính:

Chữ ký đa bên có thể điều chỉnh
Hãy tưởng tượng rằng chữ ký Bitcoin được chia thành hai phần: Alice giữ một nửa và ủy ban giữ nửa còn lại. Mỗi lần chuyển tiền, cả hai bên đều thêm một “điều chỉnh chính” — chỉ người nhận mới biết — để họ có thể tái tạo lại toàn bộ chữ ký ngoại tuyến mà không cần giao tiếp trực tiếp.

Sổ cái ủy ban không đồng bộ:
Một nhóm các nút (ví dụ: 4n+1) duy trì sự đồng thuận về quyền sở hữu. Ngay cả khi một số nút bị lỗi, hệ thống vẫn có thể hoạt động bình thường miễn là phần lớn các nút vẫn trực tuyến. Các nút này không thể tự di chuyển tiền — chúng chỉ đơn giản là đồng ký và ghi lại quyền sở hữu, duy trì tính phi tập trung và bảo mật.

Hoàn thiện dựa trên hoán đổi nguyên tử
Việc chuộc lại trên chuỗi bao gồm ba bước nguyên tử:

1. Alice và ủy ban sử dụng UTXO ban đầu để chuyển tiền cho ủy ban;

2. Ủy ban khóa cùng một số tiền trong một két chung mà chỉ Zenni và ủy ban mới có thể tiếp cận;

3. Zenni sử dụng chữ ký hai phần mới để hoàn tất quá trình đổi thưởng.
Quá trình này đảm bảo rằng không bên nào có thể gian lận hoặc từ bỏ quá trình.

3.2 Thiết kế giao thức và các điểm nổi bật về mặt kỹ thuật của Thunderbolt

• Ủy quyền chữ ký đệ quy không tương tác:
  Thunderbolt sử dụng chữ ký ngưỡng Schnorr có thể điều chỉnh để loại bỏ nhiều vòng truyền tin nhắn. Chỉ cần gửi một chữ ký được mã hóa lại cho mỗi lần truyền, giúp giảm đáng kể yêu cầu về truyền thông và thời gian hoạt động.

• Một khóa mới được sử dụng cho mỗi lần chuyển tiếp

• Mỗi lần truyền sẽ giới thiệu một chữ ký dựa trên khóa mới. Khóa cũ sẽ trở nên không hợp lệ, do đó ngăn chặn việc sử dụng lại chữ ký và tăng cường bảo mật.

• Theo dõi đơn lẻ trên chuỗi
  Hoạt động duy nhất trên chuỗi là khóa ban đầu. Tất cả các giao dịch chuyển tiền tiếp theo đều được thực hiện ngoài chuỗi và việc đổi tiền trên chuỗi cuối cùng chỉ được thực hiện khi giao dịch kết thúc. So với các hoạt động kênh thường xuyên của Lightning Network, Thunderbolt không chỉ cải thiện hiệu quả mà còn cả tính riêng tư.

• Khả năng phục hồi ngoại tuyến
  Ủy ban có thể tiếp tục xử lý việc đổi thưởng hoặc chuyển nhượng ngay cả khi Alice hoặc Zenni ngoại tuyến - không cần khóa thời gian hoặc tắt máy bắt buộc.

• Xác minh chính thức với bảo mật được chứng minh bằng máy
  Mỗi bước giao thức chính đều được xác minh chính thức bằng Tamarin Prover, đảm bảo các cam kết bảo mật đã được chứng minh bằng toán học - không chỉ là những lời hứa lý thuyết.

Thunderbolt đại diện cho sự tái thiết cơ bản về cách Bitcoin có thể hỗ trợ các tương tác ngoài chuỗi có thông lượng cao, có thể lập trình và giảm thiểu sự tin cậy trong khi vẫn duy trì các nguyên tắc cốt lõi của tính phi tập trung.

4. Thunderbolt khác biệt thế nào so với các giải pháp Lightning Network hiện tại?

Bây giờ chúng ta hãy so sánh Thunderbolt với các giải pháp hiện có như giao thức BOLT, Breez SDK và Phoenix để xem những cải tiến cụ thể mà nó mang lại.

Những điểm khác biệt chính:

Thunderbolt nổi bật chủ yếu về mặt bảo mật và tính hợp lý về mặt lý thuyết. Đây là một trong số ít giải pháp có thể khẳng định những lợi thế sau:

• Thiết kế giao thức của giải pháp này được chứng minh là an toàn.

• Không có người dùng có ác ý nào có thể đơn phương giành được lợi thế hoặc đạt được giá trị.

Nhưng nó cũng có những nhược điểm rõ ràng:

• Độ phức tạp khi triển khai: Chạy Thunderbolt yêu cầu một ngăn xếp giao thức hoàn chỉnh, điều này rất khó để người dùng ví thông thường áp dụng.

• Hạn chế về khả năng tương thích với chuỗi chính: Ngôn ngữ lập trình của Bitcoin cực kỳ hạn chế. Thunderbolt phải khắc phục những hạn chế này, làm tăng thêm tính phức tạp của quá trình triển khai.

• Thiếu sự hỗ trợ của hệ sinh thái: Không giống như BOLT có nhiều ví và hỗ trợ nút, Thunderbolt vẫn đang trong giai đoạn đầu của quá trình nghiên cứu và phát triển.

5. Tác động tiềm tàng của Thunderbolt: chất xúc tác cho BTCFi?

Vậy Thunderbolt có phải là giải pháp tốt nhất cho BTCFi không? Một quan điểm táo bạo nhưng hợp lý có thể là:

Về lý thuyết, Thunderbolt là giải pháp tốt nhất cho BTCFi, nhưng trên thực tế, nó vẫn đang trong giai đoạn alpha — giống như sách trắng 2.0 ban đầu của Ethereum: có tầm nhìn xa, nhưng chưa sẵn sàng để triển khai sản xuất hàng loạt. Dựa trên các quan sát hiện tại, sự phát triển của Thunderbolt có thể diễn ra theo ba con đường tiềm năng sau:

1. Tích hợp lớp cuộn: Công cụ DeFi cho Bitcoin Layer2

Do khả năng mở rộng hạn chế của lớp cơ sở Bitcoin, Thunderbolt có thể phát triển thành lớp thực thi ngoài chuỗi mô-đun trong các giải pháp Bitcoin Layer 2 (như BitVM, Nomic hoặc BOB). Hãy coi nó như một công cụ hợp đồng có thể lập trình được nhúng trong Bitcoin Rollup.

Ví dụ:

• BOB có thể tích hợp các kênh thanh toán của Thunderbolt cho các giao dịch BTC gốc.

• Hệ sinh thái RGB có thể áp dụng logic quản lý trạng thái của Thunderbolt.

• BitVM hỗ trợ logic nâng cao và có thể sử dụng Thunderbolt làm tiêu chuẩn hợp đồng thông minh.

• Babylon, Bitlayer và các hệ thống tương tự có thể nhúng Thunderbolt như một mô-đun thực hiện hợp đồng ngoài chuỗi.

2. Xây dựng hệ sinh thái song song độc lập Với sự hỗ trợ của Nubit và những thợ đào Bitcoin đời đầu, các giải pháp soft fork - đóng gói UTXO và OP_CAT - cho phép Thunderbolt hỗ trợ gốc các tài sản giao thức như BRC-20, Runes và Ordinals.

Trong trường hợp này, Thunderbolt có thể phát triển thành một hệ sinh thái trưởng thành với các tính năng sau:

• Thunderbolt Wallet (tương tự như Phoenix)

• Thunderbolt Node (nút nhẹ cho hoạt động kênh)

• Thunderbolt DEX (khớp lệnh ngoài chuỗi)

• Thunderbolt AMM (nhóm thanh khoản ngoài chuỗi)

3. Được thay thế bằng các giải pháp đơn giản hơn

Tương lai của Thunderbolt vẫn chưa chắc chắn. Cuối cùng, nó có thể được thay thế bằng các giải pháp thay thế đơn giản hơn hoặc hiệu quả hơn:

• BitVM có thể cung cấp mô hình thực hiện hợp đồng có khả năng mở rộng hơn.

• Công nghệ ZK chuỗi chéo có thể giúp triển khai BTC hoàn toàn đáng tin cậy trên các chuỗi khác.

• Giao thức Bitcoin gốc mới có thể hợp nhất các hoạt động thanh toán, cho vay và hợp đồng thành một hệ thống liền mạch.

Tác động thực sự: khả năng kết hợp ngoài chuỗi

Bước đột phá lớn nhất của Thunderbolt không chỉ nằm ở khả năng thanh toán mà còn ở chỗ nó giới thiệu khả năng kết hợp ngoài chuỗi của tài sản Bitcoin - một khái niệm đóng vai trò quan trọng đối với sự bùng nổ DeFi của Ethereum. Thành công của Ethereum là nhờ vào bộ công cụ phát triển tích hợp: Solidity, Hardhat, Ethers.js và Metamask. Thunderbolt có thể cung cấp nền tảng tương tự cho Bitcoin.

Những cải tiến cốt lõi của nó — OP_CAT và UTXO Bundling — đặc biệt thú vị:

• OP_CAT cho phép lập trình gốc trong Bitcoin lần đầu tiên.

• Gói UTXO nén dữ liệu giao dịch và tăng cường thông lượng trên chuỗi — tương tự như gói Ethereum.

Cùng nhau, những tiến bộ này thúc đẩy tầm nhìn của chúng tôi về việc thống nhất các giao thức của hệ sinh thái Bitcoin và cho phép trao đổi tài sản không cần tin cậy thông qua BitMM — tất cả đều không cần cầu nối hoặc mã thông báo được gói gọn. Tuy nhiên, Thunderbolt giống một "bài toán mạnh mẽ" hơn là một công cụ phát triển sẵn sàng sử dụng.