- Công nghệ blockchain và ứng dụng
- Công nghệ blockchain là gì?
- Mục đích của blockchain là gì?
- Tại sao có công nghệ blockchain?
- Cơ sở dữ liệu blockchain là gì?
- Cơ chế đồng thuận blockchain là gì
- Vai trò của cơ chế đồng thuận blockchain
- Cách thức hoạt động của cơ chế đồng thuận blockchain
- Các cơ chế đồng thuận trong blockchain
- Double Spending là gì?
Công nghệ blockchain
và ứng dụng
DÀNH CHO NGƯỜI MỚI BẮT ĐẦU – KIẾN THỨC BLOCKCHAIN CƠ BẢN
Công nghệ blockchain là gì?
Blockchain có tên ban đầu là block chain. Block là khối, chain là chuỗi. Như vậy, Blockchain có nghĩa là chuỗi khối.
Chuỗi khối blockchain là một cơ sở dữ liệu mà phân cấp lưu trữ thông tin trong các khối thông tin được liên kết với nhau bằng mã hóa và mở rộng theo thời gian.
Hiểu ngắn gọn thì mỗi khối thông tin đều chứa thông tin về thời gian khởi tạo. Nó được liên kết tới khối tạo ra trước đó, kèm thêm một mã thời gian và dữ liệu giao dịch. Như vậy thì một khối sẽ có thông tin về xuất xứ của nó (từ khối tạo ra nó) và thời điểm hình thành khối (dưới dạng mã thời gian và dữ liệu giao dịch khối).
Lấy ví dụ thì bạn có thể tưởng tượng nếu bạn đang có một tập tin lưu dưới dạng thông thường thì mọi người vào xem đều có thể thay đổi, chỉnh sửa tập tin này. Khi tập tin được lưu dưới công nghệ blockchain, bạn có thể yên tâm khi chia sẻ tập tin. Bởi vì việc xoá, chỉnh sửa nội dung đã có là không thể.
Mục đích của blockchain là gì?
Blockchain được thiết kế để chống lại sự thay đổi của dữ liệu. Nghĩa là nó không cho phép thay đổi lại lịch sử thông tin của khối. Một khi dữ liệu đã được mạng lưới chấp nhận thì sẽ không có cách nào thay đổi, cho dù bạn có là người nắm giữ quyền giao dịch đi nữa.
Tại sao có công nghệ blockchain?
Công nghệ blockchain là một ý tưởng để xử lý Bài toán các vị tướng Byzantine. Blockchain được đảm bảo nhờ cách thiết kế sử dụng hệ thống tính toán phân cấp với khả năng chịu lỗi Byzantine cao.
Hệ thống chịu lỗi Byzantine được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghệ và khoa học máy tính. Nền tảng có tác dụng lớn trong việc đảm bảo tính toàn vẹn của thông tin và xử lý nhiều vấn đề phức tạp khác.
Byzantine Fault Tolerance (BFT) được công bố vào năm 1982. Ngày đó, Byzantine Fault Tolerance (BFT) được biết đến rộng rãi trong ngành khoa học máy tính với cái tên “Bài toán các vị tướng Byzantine”. Cơ chế BFT hoạt động dựa trên nguyên lý đồng thuận và sự phân tách thông tin. Các phần tử trong hệ thống phân tán phải đạt được đồng thuận với nhau để thực hiện một quyết định hoặc thực hiện một giao dịch. Để đạt được đồng thuận, cơ chế BFT sử dụng các thuật toán phức tạp như thuật toán Lamport, Paxos, Raft và nhiều phương pháp khác để đảm bảo rằng các thành phần của hệ thống đạt được sự thống nhất về thông tin mà chúng nhận được.
Cơ sở dữ liệu blockchain là gì?
Cơ sở dữ liệu ứng dụng công nghệ blockchain (Cơ sở dữ liệu chuỗi khối) sẽ lưu trữ dữ liệu trong các khối được liên kết với nhau trong một chuỗi. Dữ liệu này có sự nhất quán theo trình tự thời gian. Do đó, bạn không thể xóa dữ liệu chuỗi hoặc sửa đổi chuỗi mà không có sự đồng thuận từ mạng lưới.
Và, hệ thống được xây dựng trên công nghệ blockchain có những cơ chế tích hợp để ngăn chặn các mục nhập giao dịch trái phép. Nó cũng tạo sự nhất quán trong chế độ xem chung của các giao dịch này tại các thời điểm khác nhau.
Cơ chế đồng thuận blockchain là gì
Cơ chế đồng thuận (consensus mechanism). Cơ chế đồng thuận là một giao thức trong mạng blockchain đạt được thỏa thuận về trạng thái của sổ cái. Bởi vì Blockchain là một sổ cái kỹ thuật số công khai phi tập trung, phân tán và được sử dụng để ghi lại các giao dịch. Mỗi giao dịch này được ghi lại dưới dạng khối dữ liệu, cần được xác minh độc lập bởi mạng máy tính ngang hàng (P2P) trước khi chúng có thể được thêm vào chuỗi.
Để đảm bảo rằng tất cả những người tham gia các node trong blockchain đồng ý về một phiên bản lịch sử duy nhất, các mạng blockchain triển khai cơ chế đồng thuận để xử lý giao dịch này. Các cơ chế này nhằm mục đích làm cho hệ thống có khả năng chịu lỗi.
Cơ chế đồng thuận chịu trách nhiệm duy trì tính toàn vẹn và bảo mật của hệ thống phân tán. Khi một giao dịch được diễn ra, hệ thống trên blockchain sẽ gửi thông tin đến các nút cá nhân. Giao dịch chỉ được diễn ra khi nhận được nhiều sự đồng thuận hơn từ các nút cùng trong mạng lưới đó.
Ví dụ:
- Nếu bạn mua một Bitcoin và chuyển nó vào ví tiền điện tử của mình thì những người khác phải đồng ý rằng bạn sở hữu Bitcoin.
- Nếu họ không thừa nhận Bitcoin đó là của bạn thì đồng tiền của bạn lúc này sẽ vô giá trị.
Vai trò của cơ chế đồng thuận blockchain
Sự đồng thuận đóng một vai trò quan trọng trong chức năng và độ tin cậy của các giải pháp blockchain. Nó đảm bảo rằng tất cả những người tham gia mạng có thể tin tưởng vào dữ liệu được chia sẻ và hệ thống hoạt động trơn tru.
- Cơ chế đồng thuận xác thực các giao dịch trước khi chúng được thêm vào blockchain.
- Cơ chế này ngăn chặn việc chi tiêu gấp đôi Double Spending. Và nó đảm bảo rằng tất cả các giao dịch đều chính đáng.
- Tạo niềm tin giữa những người tham gia. Bởi vì, trong mạng lưới phi tập trung, những người tham gia có thể không biết nhau.
- Cơ chế đồng thuận tạo ra một môi trường không tin cậy, nơi người tham gia có thể dựa vào hệ thống thay vì vào các tác nhân riêng lẻ.
- Bằng cách yêu cầu sự đồng thuận giữa nhiều nút, cơ chế đồng thuận gây khó khăn cho các tác nhân độc hại trong việc thay đổi chuỗi khối.
- Khi mạng lưới mở rộng, sẽ có càng có nhiều nút tham gia vào quá trình đồng thuận. Như vậy thì mạng blocjchain càng trở nên an toàn hơn.
- Hỗ trợ khả năng phục hồi mạng nhanh chóng, không bị sụp đổ. Bởi vì Cơ chế đồng thuận cho phép mạng blockchain tiếp tục hoạt động ngay cả khi một số nút bị lỗi hoặc bị xâm phạm. Khả năng phục hồi này rất quan trọng để duy trì tính khả dụng và độ tin cậy của các ứng dụng blockchain không bị sụp đổ.
- Các cơ chế đồng thuận khác nhau có thể tạo ra nhiều ứng dụng blockchain khác nhau, mỗi ứng dụng có những tính năng và lợi ích riêng.
- Sự phát triển không ngừng của các thuật toán đồng thuận mới tiếp tục đẩy xa ranh giới mà công nghệ blockchain có thể đạt được, bao gồm cả những tiến bộ như Cơ chế đồng thuận tuyết lở (Avalanche Consensus).
Cách thức hoạt động của cơ chế đồng thuận blockchain
Cách thức hoạt động cụ thể của cơ chế đồng thuận như sau:
- Gửi giao dịch: Khi một giao dịch được tạo ra, nó được gửi đến mạng blockchain.
- Xác nhận giao dịch: Các nút trong mạng (thường là các máy đào (miners) hoặc validate) ghi nhận giao dịch và bắt đầu quá trình xác nhận. Hệ thống sẽ kiểm tra xem giao dịch có hợp lệ không. Ví dụ, người gửi có đủ số dư không, giao dịch có đúng định dạng không…
- Thuật toán đồng thuận: Để đạt được đồng thuận, một thuật toán cụ thể được sử dụng. Mỗi blockchain có thể sử dụng một thuật toán khác nhau. Ví dụ, Bitcoin sử dụng Proof of Work (PoW), trong khi Ethereum đang chuyển từ PoW sang Proof of Stake (PoS).
- Thêm khối vào blockchain: Một khi giao dịch được xác nhận và đồng thuận, khối mới chứa giao dịch đó được thêm vào blockchain. Khối này liên kết với khối trước đó thông qua một chuỗi mã hash, tạo thành một chuỗi liên tục không thể thay đổi.
- Cập nhật và phát tán: Sau khi khối mới được thêm vào, thông tin được cập nhật và phát tán đến tất cả các nút trong mạng. Điều này đảm bảo rằng mọi nút đều có bản sao giống nhau của blockchain, duy trì tính nhất quán và đảm bảo tính minh bạch.
Các cơ chế đồng thuận trong blockchain
Thuật toán đồng thuận (consensus algorithm) là tập hợp các quy tắc và cơ chế mà các nút trong mạng lưới blockchain sử dụng để xác nhận và thống nhất về tính hợp lệ của các giao dịch/khối mới. Nó giúp giao thức đồng thuận được diễn ra theo một thuật toán nhất định.
Đây là cơ chế giúp đảm bảo tất cả các nút (nodes) trong mạng đồng ý với trạng thái hiện tại của sổ cái kỹ thuật số (ledger), từ đó đảm bảo tính toàn vẹn và độ tin cậy của dữ liệu trên blockchain.
Chính vì vậy, mục đích của thuật toán đồng thuận là để duy trì sự ổn định và an toàn cho hệ thống phân tán blockchain mà không cần đến bất kỳ một cơ quan trung ương nào.
Hiện tại, có 2 thuật toán đồng thuận được sử dụng phổ biến nhất là PoW và PoS. Một số thuật toán đồng thuận mới sẽ tiếp tục được VCO giới thiệu trong thời gian tới.
Thuật toán đồng thuận Proof of Work (PoW) là thành phần quan trọng trong việc xác nhận và thêm các khối mới vào chuỗi khối trong mạng lưới blockchain. Proof of Work có nghĩa là Bằng chứng công việc.
Thuật toán này đã mang đến giải pháp xử lý vấn đề Rủi ro chi tiêu 2 lần (Double Spending) và để đảm bảo tính toàn vẹn và an toàn của các giao dịch.
Các block được thêm vào bởi miners (thợ đào) – những người thực hiện proof-of-work. Một khối mới chấp nhận mỗi khi thợ đào đưa ra proof-of-work chiến thắng mới. Chu kì này diễn ra khoảng 10 phút một lần.
Thuật toán PoW hình thành quá trình phức tạp đòi hỏi sự tính toán kỹ lưỡng và công nghệ phần cứng mạnh mẽ để tìm ra giá trị nonce phù hợp. Đồng thời, quá trình tìm kiếm giá trị nonce hiệu quả và đồng đều giữa các nhà đào cũng tạo nên tính công bằng trong mạng lưới.
Tuy nhiên, thuật toán PoW tiêu tốn rất nhiều năng lượng và có thể dẫn đến sự cạnh tranh về tài nguyên tính toán giữa các nhà đào. Điều này trực tiếp dẫn đến vấn đề về môi trường và cạnh tranh không cần thiết. Do đó, nhiều blockchain đã chuyển sang sử dụng các phương pháp đồng thuận khác như Proof of Stake (PoS) để giảm bớt tác động tiêu cực về môi trường và tài nguyên tính toán.
Thuật toán đồng thuận Proof of Stake (PoS) là thành phần quan trọng trong việc xác nhận và thêm các khối mới vào chuỗi khối trong mạng lưới blockchain. Proof of Stake có nghĩa là bằng chứng cổ phần).
Thuật toán PoS cho phép người dùng kiếm được phần thưởng cho việc xác thực các khối trên blockchain. Có thể hiểu nôm na là người dùng sẽ ký gửi một lượng tài sản nhất định để trở thành Validator (người xác thực) của Blockchain.
Không giống như Proof of Work (PoW), người dùng không cần phần cứng mining đắt tiền hoặc lượng điện lớn. Thay vào đó, mạng lưới lựa chọn các cá nhân để validate các block dựa trên lượng coin mà họ sở hữu. Lượng coin sở hữu càng cao, người dùng càng có nhiều khả năng được chọn để validate.
Các Validator này sẽ xác minh các giao dịch trên mạng lưới, gửi bằng chứng vào khối. Nếu đúng, các Validator sẽ được nhận thưởng là lạm phát của Blockchain, hoặc phí giao dịch thu về. Nếu sai, họ sẽ chịu phạt là mất đi tất cả, hoặc một lượng tài sản đã ký gửi.
Thuật toán đồng thuậnProof of Agreement (PoA) là thành phần quan trọng trong việc xác nhận và thêm các khối mới vào chuỗi khối trong mạng lưới blockchain. Proof of Agreement có nghĩa là bằng chứng thỏa thuận.
Double Spending là gì?
Chi tiêu hai lần (Double Spending) là một vấn đề có tính rủi ro cao. Nó có thể xảy ra trong hệ thống tiền kỹ thuật số.
Để dễ hiểu vấn đề, cùng một khoản tiền sẽ có thể được chi cho hai người nhận cùng một lúc. Đây là một thực tế có thể xảy ra khi dùng tiền điện tử. Như ví dụ là Bob có thể dùng cùng 1 đồng tiền điện tử để chi trả cho Lisa và Alice, mà 2 bạn này không nhận thức được là chỉ có 1 đồng tiền có thực mà thôi. Nói cách khác, Lisa hoặc Alice đã nhận tiền giả từ Bob. Và Bob hưởng lợi từ giao dịch này bất hợp pháp.
Nếu không có bất kỳ biện pháp đối phó thích hợp nào, một giao thức không giải quyết được vấn đề về cơ bản sẽ bị hủy hoại – người dùng không có cách nào để xác minh rằng số tiền họ nhận được chưa được sử dụng ở nơi khác.
- Bài toán các vị tướng Byzantine. https://en.wikipedia.org/wiki/Byzantine_fault
- Jaap-Henk Hoepman (2008). “Distributed Double Spending Prevention”.
- Osipkov, I.; Vasserman, E. Y.; Hopper, N.; Kim, Y. (2007). “Combating Double-Spending Using Cooperative P2P Systems”. 27th International Conference on Distributed Computing Systems
