Sự chuyển đổi mô hình mở rộng lớp thực thi của Ethereum: Từ chủ nghĩa bảo thủ phòng thủ sang tiến hóa giới hạn gas 60M dựa trên khoa học thực nghiệm

Những nỗ lực này đã giúp Ethereum mainnet từ việc không dám dễ dàng nâng Gas Limit, đến nay có thể an toàn nâng giới hạn lên 60M Gas, thậm chí cao hơn nữa.

Tác giả: ZHIXIONG PAN

Trong năm qua, Gas Limit của các block trên Ethereum đã tăng nhanh từ khoảng 30 triệu lên 60 triệu. Sự nhảy vọt này được thúc đẩy bởi nhiều yếu tố, bao gồm việc kiểm soát kích thước block trong trường hợp xấu nhất ở tầng giao thức, tối ưu hóa hiệu suất lớn cho các client thực thi, cũng như kiểm thử và xác thực hệ thống cho Gas Limit cao hơn.

Nói một cách đơn giản, các nhà phát triển đã giảm thiểu rủi ro khi nâng Gas Limit bằng cách cải tiến quy tắc giao thức Ethereum, nâng cao tốc độ xử lý block lớn của các client, và chứng minh mạng lưới vẫn có thể tạo và truyền block đúng hạn dưới tải cao hơn.

Những nỗ lực này đã giúp Ethereum mainnet từ việc không dám dễ dàng nâng Gas Limit, đến nay có thể an toàn nâng giới hạn lên 60M Gas. Dưới đây, chúng tôi sẽ giải thích chi tiết về khái niệm và lịch sử của Gas Limit, sau đó đi sâu vào các nguyên nhân cốt lõi của việc nâng Gas Limit, và dự báo các điều kiện cần thiết để mở rộng hơn nữa trong tương lai.

Gas Limit và Blob: Định nghĩa và sự khác biệt

Gas Limit là tham số đo lường tổng khối lượng tính toán tối đa trong mỗi block của Ethereum, tức là tổng lượng Gas mà các giao dịch trong một block có thể sử dụng. Gas Limit càng cao, một block càng chứa được nhiều giao dịch, throughput on-chain càng lớn. Tuy nhiên, tác dụng phụ là Gas Limit cao hơn sẽ tăng gánh nặng cho các thành viên mạng: validator phải đóng gói và phát sóng block lớn hơn trong thời gian cố định, tất cả các node cũng phải tải về và thực thi block lớn hơn, dẫn đến áp lực lên băng thông mạng và phần cứng node tăng lên.

Blob là một loại nội dung block khác, được giới thiệu để mở rộng khả năng sử dụng dữ liệu của Ethereum. Blob xuất phát từ đề xuất EIP-4844, cho phép chứa tạm thời lượng lớn dữ liệu nhị phân phục vụ Layer 2 trong block, với chi phí tính toán tách biệt với Gas tiêu thụ của giao dịch thông thường. Nói đơn giản, Blob cung cấp không gian bổ sung dành riêng cho dữ liệu L2 Rollup, còn Gas Limit đo lường giới hạn quy mô tính toán của EVM thông thường. Hai khái niệm này không thể so sánh trực tiếp: tăng số lượng Blob chủ yếu ảnh hưởng đến dung lượng dữ liệu L2 có thể đính kèm trong block, còn tăng Gas Limit trực tiếp tăng khả năng tính toán giao dịch L1.

Bài viết này tập trung thảo luận về Gas Limit, còn thay đổi về dung lượng Blob sẽ không được đề cập sâu.

Bối cảnh lịch sử: Tại sao trước đây không dám nâng Gas Limit?

Trong giai đoạn đầu, Ethereum luôn thận trọng với việc nâng Gas Limit của block. Sau khi EIP-1559 được triển khai vào năm 2021, Ethereum đặt mục tiêu Gas cho block ở mức khoảng 15 triệu (tối đa mỗi block khoảng 30 triệu), và không nâng thêm trong nhiều năm sau đó. Nguyên nhân là do một số nút thắt quan trọng chưa được giải quyết, việc nâng Gas Limit một cách mạo hiểm có thể đe dọa đến an ninh mạng lưới và tính phi tập trung:

• Hiệu suất thực thi: Phần mềm client có đủ nhanh để thực thi nhiều giao dịch hơn không? Nếu block quá lớn khiến node không thể hoàn thành thực thi và xác thực trong khoảng thời gian giữa các block, có thể bỏ lỡ việc tạo block đúng hạn hoặc gây ra phân nhánh chuỗi.
• Truyền tải mạng: Block lớn hơn cần được phát sóng toàn mạng trong chu kỳ tạo block 12 giây, đặc biệt trong 4 giây đầu phải được đa số validator nhận để kịp nộp bằng chứng. Block quá lớn có thể gây trễ truyền tải, dẫn đến vấn đề đồng thuận.
• Tăng trưởng trạng thái: Throughput cao hơn sẽ làm trạng thái toàn cầu của Ethereum (dữ liệu sổ cái) phình to nhanh hơn, khiến việc đồng bộ node và lưu trữ trở nên nặng nề, về lâu dài có thể làm suy yếu tính phi tập trung của mạng.
• Yêu cầu phần cứng: Các yếu tố trên cộng lại khiến cấu hình phần cứng cần thiết để vận hành node tăng lên. Nếu người dùng phổ thông với máy tính cá nhân không theo kịp, Gas Limit cao hơn có thể khiến mạng tập trung vào một số ít node hiệu năng cao, bất lợi cho phi tập trung.

Do những lo ngại trên, trong thời gian dài Gas Limit của Ethereum mainnet gần như giữ ổn định, không dễ dàng vượt qua mức 30 triệu. Đặc biệt sau khi Rollup phát triển, nhiều giao dịch nén dữ liệu được đăng lên L1 qua calldata giá rẻ, khiến kích thước block trung bình của Ethereum dần tiệm cận giới hạn, thậm chí trong một số trường hợp cực đoan, dữ liệu một block có thể lên tới vài MB.

Khi chưa có cải tiến khác, nâng Gas Limit chỉ làm phóng đại thêm vấn đề kích thước block và hiệu suất. Do đó, cộng đồng Ethereum khi đó chọn chủ yếu dựa vào Layer 2 để mở rộng, thay vì mạo hiểm nâng Gas Limit trên L1.

Lý do cốt lõi khiến Gas Limit tăng nhanh hiện nay

Vậy tại sao bước sang năm 2025, Ethereum có thể nhanh chóng nâng Gas Limit lên gấp đôi mà vẫn đảm bảo an toàn? Nguyên nhân cốt lõi là nhờ nhiều cải tiến kỹ thuật đồng thời được triển khai, dọn đường cho việc mở rộng.

Nâng cấp giao thức giới hạn kích thước block trong trường hợp xấu nhất

Ethereum đã đưa ra các quy tắc giao thức mới để thu hẹp giới hạn kích thước block trong trường hợp xấu nhất. Một trong những đề xuất then chốt là EIP-7623, tăng chi phí Gas cho dữ liệu calldata trong giao dịch, từ đó giảm đáng kể lượng dữ liệu giá rẻ mà một block có thể chứa trong trường hợp cực đoan.

Trước khi EIP-7623 được triển khai, kẻ tấn công có thể lợi dụng giá Gas calldata siêu thấp để nhồi nhét tới vài MB dữ liệu vào một block; sau khi tăng giá, cùng một lượng dữ liệu sẽ tiêu tốn nhiều Gas hơn, thực chất hạ thấp giới hạn kích thước block, giảm sự chênh lệch giữa giá trị trung bình và cực trị của block.

Thay đổi này giúp dù nâng tổng Gas Limit, kích thước byte tổng thể của block cũng không phình to mất kiểm soát, tạo dư địa an toàn để nâng Gas Limit. Nói cách khác, tầng giao thức chủ động siết chặt chi phí ở lớp dữ liệu, đảm bảo “tăng gấp đôi khối lượng tính toán nhưng không tăng gấp đôi kích thước block”, tạo nền tảng cho việc nâng Gas Limit từ 30 triệu lên 60 triệu.

Đồng thời, mainnet cũng bắt đầu đưa vào giao dịch dữ liệu Blob chuyên dụng cho Rollup qua EIP-4844, giảm sự phụ thuộc của Rollup vào calldata giá rẻ. Khi dữ liệu Rollup dần chuyển từ không gian Gas thông thường sang không gian Blob, Gas của block thông thường tập trung hơn cho tính toán hợp đồng thực sự, block trung bình “nhẹ” hơn, gián tiếp tạo điều kiện thuận lợi cho việc nâng Gas Limit.

Hiệu suất client được tối ưu hóa mạnh mẽ

Các nhóm phát triển client thực thi Ethereum đã tiến hành benchmark và tối ưu hóa phần mềm sâu rộng, nâng cao đáng kể tốc độ xử lý block lớn. Framework benchmark Gas do nhóm Nethermind dẫn đầu đã lấp đầy block bằng một loại lệnh hoặc hợp đồng tiền biên dịch duy nhất để kiểm tra giới hạn xử lý của client (đo bằng “triệu Gas mỗi giây”).

Nhờ benchmark thống nhất này, các nhà phát triển đã phát hiện và sửa chữa một số nút thắt hiệu suất từng bị che giấu. Ví dụ, trong quá trình kiểm thử, phát hiện một số trường hợp cực đoan của precompile “ModExp” (modular exponentiation) tiêu tốn thời gian vượt xa giá Gas định sẵn, trở thành nút thắt chung của các client chính.

Đối với các phát hiện này, cộng đồng nhanh chóng đề xuất EIP-7883 để định giá lại Gas cho precompile ModExp và phối hợp tối ưu thuật toán client. Đồng thời, các phép toán mật mã tốn thời gian khác (như tính toán đường cong elliptic BLS12-381, BN256, hash, v.v.) cũng được các nhóm client tối ưu hoặc định giá lại.

Thống kê cho thấy, sau đợt “Berlin Interop” tăng tốc hiệu suất giữa các client vào giữa năm 2025, tốc độ xử lý block trong trường hợp xấu nhất của các client thực thi đã tăng đáng kể, hầu hết thao tác đạt khoảng 20 triệu Gas mỗi giây.

Quy đổi ra, nếu client có thể thực thi 20 triệu Gas mỗi giây, thì trong khoảng thời gian tạo block PoS 4 giây có thể xử lý tối đa 80M Gas cho một block. Điều này có nghĩa nâng giới hạn block lên 60M Gas vẫn nằm trong dư địa an toàn.

Những cải tiến hiệu suất này đã xóa bỏ lo ngại trước đây về việc “tốc độ thực thi không theo kịp Gas Limit”, đảm bảo dù block chứa lượng giao dịch gấp đôi trước đây, client vẫn xác thực kịp thời, không bỏ lỡ thời hạn đồng thuận do thực thi quá chậm.

Kiểm thử toàn diện xác thực giới hạn truyền tải mạng

Trước khi nâng Gas Limit trên mainnet, các nhà phát triển đã kiểm thử kỹ lưỡng trên nhiều mạng chuyên dụng, đảm bảo block lớn hơn vẫn có thể truyền tải kịp thời và được đa số node chấp nhận.

Ví dụ, năm 2025, các nhà phát triển Ethereum đã nâng Gas Limit block lên 60M trên testnet Sepolia và devnet Hoodi, đồng thời theo dõi các chỉ số hiệu suất mạng. Kết quả cho thấy, ngay cả với block tối đa 60M Gas, các block đề xuất trên mạng này vẫn được đóng gói đúng hạn và truyền tải nhanh qua mạng P2P: 90% node nhận block trong khoảng 0,7~1,0 giây sau khi tạo block, gần như tất cả node xác thực và chấp nhận block thành chain head mới trong vòng 4 giây.

Nói cách khác, dù lượng Gas block tăng gấp đôi, block vẫn có thể truyền khắp mạng Ethereum trước thời hạn 4 giây nộp bằng chứng của validator. Trong các bài kiểm thử áp lực này, các nhà phát triển đã theo dõi các dữ liệu then chốt như node đề xuất có tạo block đúng hạn không, thời gian toàn mạng chấp nhận block mới, v.v., và không phát hiện bất thường rõ rệt.

Do quy mô trạng thái và cấu trúc node của testnet khác với mainnet, các nhà phát triển vẫn giữ thái độ thận trọng lạc quan, nhưng kết quả kiểm thử đã chứng minh về mặt lý thuyết và kỹ thuật, block 60M Gas là khả thi. Đồng thời, để đảm bảo an toàn tầng đồng thuận, các nhà phát triển cũng cân nhắc giới hạn ở tầng beacon chain (ví dụ, hiện tại tầng mạng beacon chain có giới hạn truyền tải Gossip cho mỗi block là ~10MB). Nhờ các biện pháp như EIP-7623 giảm số byte mỗi block và tránh xuất hiện quá nhiều giao dịch phạt cùng lúc, tải thực thi 60M Gas không chạm tới các giới hạn này.

Tổng thể, các bài kiểm thử và điều chỉnh đã giúp core team nắm chắc rủi ro khi nâng Gas Limit từ 30 triệu lên 60 triệu trên mainnet, tăng thêm sự tự tin. Sau khi đa số validator bày tỏ ủng hộ (khoảng 150.000+ node xác thực bỏ phiếu đồng ý tăng giới hạn), Ethereum cuối cùng đã bắt đầu nâng Gas Limit trên mainnet vào năm 2025, và dự kiến sẽ chính thức điều chỉnh giá trị mặc định lên 60M trong các bản nâng cấp tiếp theo.

Triển vọng tương lai: Muốn nâng cao hơn nữa cần gì?

Cộng đồng Ethereum không có ý định dừng lại ở 60M Gas. Trong các kế hoạch nâng cấp tiếp theo như Fusaka, các nhà phát triển đã vạch ra lộ trình tiếp tục nâng Gas Limit block lên 100M hoặc cao hơn. Để đạt được mục tiêu này, vẫn còn một số thách thức kỹ thuật cần giải quyết hoặc tiếp tục theo dõi:

• Tối ưu hóa thêm các phép toán tính toán nặng: Như đã đề cập về thuật toán ModExp, hiện tại nhờ EIP-7883 định giá lại và tối ưu client đã cơ bản loại bỏ nút thắt. Tuy nhiên, để hỗ trợ block cấp 100M, có thể cần tối ưu hoặc bổ sung tăng tốc chuyên dụng cho các phép toán mật mã tiêu tốn Gas cao khác (như xác thực chữ ký elliptic curve, xác thực zero-knowledge proof, v.v.). May mắn là các nhóm client đã hợp tác theo hướng này, trong kiểm thử năm 2025 đã điều chỉnh precompile liên quan đến elliptic curve BN256 để không còn là điểm nghẽn hiệu suất. Có thể dự đoán, khi Ethereum tích hợp thêm các primitive mật mã hiệu năng cao (thậm chí cân nhắc hỗ trợ native STARK, v.v.), các nút thắt thực thi sẽ tiếp tục được phá vỡ, dọn đường cho việc nâng Gas Limit.
• Kiểm soát quy mô trạng thái và chi phí node: Gas Limit cao hơn đồng nghĩa trạng thái on-chain có thể tăng nhanh hơn. Nếu không kiểm soát, vài năm sau việc lưu trữ và đồng bộ node mới sẽ khó khăn hơn nhiều. Các nhà phát triển Ethereum đã nghiên cứu vấn đề tăng trưởng trạng thái, như đề xuất state rent hoặc cắt tỉa định kỳ trạng thái lịch sử để tránh phình to vô hạn. Tuy nhiên, các cơ chế dài hạn này vẫn đang được thảo luận. Ngắn hạn, khi Gas Limit tăng, người vận hành node có thể cần nâng cấp phần cứng thường xuyên hơn (SSD nhanh hơn, RAM lớn hơn) để theo kịp trạng thái và dữ liệu tăng trưởng. Cộng đồng nhấn mạnh sẽ không hy sinh tính phi tập trung khi nâng Gas Limit, do đó sẽ thận trọng đánh giá tác động của từng bước mở rộng lên node phổ thông trước khi có giải pháp quản lý trạng thái hoàn thiện.
• Cải tiến tầng đồng thuận và tối ưu giao thức mạng: Nếu tương lai muốn hỗ trợ block 100M Gas hoặc lớn hơn, một số tham số đồng thuận và mạng có thể cần điều chỉnh. Ví dụ, hiện tại block beacon chain có giới hạn kích thước tổng thể bao gồm tải thực thi, dữ liệu Blob và dữ liệu chứng minh. Các nhà phát triển có thể cần nâng giới hạn kích thước message ở tầng P2P, hoặc sử dụng công nghệ nén, truyền tải phân mảnh để giảm độ trễ của block lớn. Ngoài ra, Ethereum đang triển khai PeerDAS (mạng lấy mẫu dữ liệu peer-to-peer) để xử lý truyền tải dữ liệu Blob hiệu quả, phần nào giảm áp lực truyền tải block ở tầng thực thi. Sau khi đảm bảo tầng thực thi vận hành an toàn với Gas 60M+, cải tiến ở tầng dữ liệu và mạng sẽ là trọng tâm mở rộng tiếp theo.

Nhìn về tương lai, miễn là các cải tiến trên được thúc đẩy đồng bộ, việc nâng Gas Limit trên mainnet Ethereum lên mức cao hơn nữa không phải là mục tiêu xa vời. Các nhà phát triển đã xác thực tính khả thi của việc nâng từ 36M lên 45M, 60M trên testnet, bước tiếp theo hướng tới 100M cũng đã nằm trong kế hoạch. Cần nhấn mạnh, cộng đồng Ethereum luôn giữ thái độ thận trọng với mở rộng: mỗi lần nâng đều “kiểm thử trước, mainnet sau”, chỉ thực hiện khi chắc chắn không đe dọa an ninh mạng lưới và tính phi tập trung.

Tổng kết lại, việc nâng Gas Limit mạnh mẽ trong năm qua là kết quả của sự đổi mới phối hợp ở nhiều lĩnh vực: tầng giao thức giảm rủi ro, client nâng hiệu suất, dữ liệu kiểm thử tạo niềm tin. Dưới sự hỗ trợ của những nỗ lực này, Ethereum đã thành công bước một bước quan trọng trong mở rộng L1, đặt nền móng cho việc tiếp tục nâng cao dung lượng và phục vụ nhiều ứng dụng hơn trong tương lai.

Tài liệu tham khảo