Trong hơn mười năm phát triển của công nghệ blockchain, các điểm nghẽn hiệu suất luôn là rào cản cốt lõi cản trở ứng dụng quy mô lớn của nó. Ethereum chỉ có thể xử lý 15 giao dịch mỗi giây, với thời gian xác nhận dài tới 12 giây. Hiệu suất như vậy rõ ràng không thể đáp ứng nhu cầu ứng dụng ngày càng tăng. Chế độ thực thi nối tiếp và sức mạnh tính toán hạn chế của các blockchain truyền thống hạn chế nghiêm trọng thông lượng hệ thống. Bitroot được tạo ra để phá vỡ bế tắc này. Thông qua bốn cải tiến công nghệ chính—cơ chế đồng thuận Pipeline BFT, EVM song song lạc quan, phân mảnh trạng thái và tổng hợp chữ ký BLS—Bitroot đạt được đột phá hiệu suất với thời gian xác nhận cuối cùng là 400 mili giây và 25.600 TPS, cung cấp một giải pháp kỹ thuật được thiết kế cho ứng dụng công nghệ blockchain quy mô lớn. Bài viết này sẽ trình bày một cách có hệ thống về khái niệm thiết kế kiến trúc kỹ thuật cốt lõi, các đổi mới thuật toán và kinh nghiệm thực hành kỹ thuật của Bitroot, cung cấp một bản thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho các hệ thống blockchain hiệu suất cao.
Bitroot áp dụng mô hình kiến trúc phân lớp cổ điển, xây dựng năm lớp cốt lõi với các chức năng rõ ràng và trách nhiệm riêng biệt từ dưới lên trên. Thiết kế này không chỉ đạt được sự tách rời mô-đun tốt mà còn đặt nền tảng vững chắc cho khả năng mở rộng và bảo trì của hệ thống.
Lớp lưu trữ, là nền tảng của toàn bộ hệ thống, đảm nhận nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu trạng thái. Nó sử dụng cấu trúc Merkle Patricia Trie được cải tiến để triển khai quản lý cây trạng thái, hỗ trợ cập nhật gia tăng và tạo bằng chứng trạng thái nhanh chóng. Để giải quyết vấn đề phình to trạng thái thường gặp của blockchain, Bitroot giới thiệu một hệ thống lưu trữ phân tán, lưu trữ các phân đoạn dữ liệu lớn trên toàn mạng, chỉ lưu trữ các tham chiếu băm trên chuỗi. Thiết kế này giúp giảm bớt áp lực lưu trữ trên các nút đầy đủ, cho phép phần cứng thông thường tham gia vào quá trình xác minh mạng.
Lớp mạng xây dựng một cơ sở hạ tầng giao tiếp ngang hàng mạnh mẽ.
Việc khám phá nút được thực hiện bằng bảng băm phân tán Kademlia và việc truyền tin nhắn được xử lý thông qua giao thức GossipSub, đảm bảo việc truyền tải thông tin hiệu quả trên toàn mạng. Đáng chú ý, đối với nhu cầu truyền dữ liệu quy mô lớn, lớp mạng có cơ chế truyền gói dữ liệu lớn được tối ưu hóa đặc biệt, hỗ trợ truyền dữ liệu phân mảnh và khôi phục điểm dừng, cải thiện đáng kể hiệu quả đồng bộ hóa dữ liệu. Lớp đồng thuận là cốt lõi của bước đột phá về hiệu suất của Bitroot. Bằng cách tích hợp cơ chế đồng thuận Pipeline BFT và công nghệ tổng hợp chữ ký BLS, một quy trình đồng thuận theo đường ống đã đạt được. Không giống như các blockchain truyền thống vốn gắn kết chặt chẽ giữa đồng thuận và thực thi, Bitroot đạt được sự tách biệt hoàn toàn—mô-đun đồng thuận tập trung vào việc nhanh chóng xác định thứ tự giao dịch, trong khi mô-đun thực thi xử lý logic giao dịch song song ở chế độ nền. Thiết kế này cho phép đồng thuận liên tục tiến triển mà không cần chờ quá trình thực thi giao dịch hoàn tất, cải thiện đáng kể thông lượng hệ thống.Lớp giao thức đại diện cho đỉnh cao của những đổi mới công nghệ của Bitroot. Nó không chỉ đạt được khả năng tương thích EVM hoàn toàn, đảm bảo việc di chuyển liền mạch các hợp đồng thông minh trong hệ sinh thái Ethereum, mà quan trọng hơn, nó còn triển khai một công cụ thực thi song song. Thông qua cơ chế phát hiện xung đột ba pha, nó khắc phục những hạn chế về luồng đơn của EVM truyền thống, giả
