Giải thích blockchain: khối, nút và cơ chế đồng thuận hoạt động thế nào

Khối và chuỗi

Blockchain (chuỗi khối) là một danh sách các bản ghi được gom thành từng đợt gọi là khối (block). Mỗi khối chứa một tập hợp giao dịch, một dấu thời gian và một đoạn mã đặc biệt gọi là hash (mã băm).

Hash hoạt động giống như dấu vân tay của dữ liệu. Đưa bất kỳ thông tin nào vào hàm băm, bạn sẽ nhận được một đoạn mã ngắn có độ dài cố định. Chỉ cần thay đổi một ký tự trong dữ liệu đầu vào, dấu vân tay sẽ thay đổi hoàn toàn. Mỗi khối chứa hash của khối đứng trước nó, và chính điều đó liên kết các khối thành một chuỗi.

Mối liên kết này là phần tài tình nhất. Nếu ai đó sửa một giao dịch cũ, dấu vân tay của khối đó sẽ thay đổi, phá vỡ liên kết với khối kế tiếp, rồi khối sau nữa, cho đến tận khối mới nhất. Hành vi giả mạo vì thế lộ ra ngay lập tức.

Nút: nhiều bản sao của cùng một sổ ghi chép

Blockchain không được lưu ở một nơi duy nhất. Nó được sao chép trên nhiều máy tính gọi là nút (node), thường do các cá nhân và tổ chức độc lập ở nhiều quốc gia vận hành. Mỗi nút giữ bản sao riêng của sổ ghi chép và đối chiếu các giao dịch, các khối mới với quy tắc của mạng lưới.

Vì có rất nhiều bản sao, không có máy chủ duy nhất nào để đóng cửa hay lặng lẽ chỉnh sửa. Nếu một nút ngừng hoạt động hoặc tìm cách gian lận, các nút còn lại sẽ đơn giản là bỏ qua nó. Trên các blockchain công khai như Bitcoin và Ethereum, thường thì bất kỳ ai có phần cứng phù hợp cũng có thể chạy một nút.

Đồng thuận: cách mạng lưới đi đến thống nhất

Với hàng nghìn máy tính tham gia, mạng lưới cần một cách công bằng để quyết định khối mới nào được thêm tiếp theo và phiên bản sổ ghi chép nào là bản thật. Quá trình này gọi là đồng thuận (consensus). Hai phương pháp phổ biến nhất là:

• Bằng chứng công việc (proof of work). Thợ đào dùng sức mạnh tính toán để chạy đua giải một bài toán. Người thắng được thêm khối tiếp theo và nhận phần thưởng. Bitcoin dùng phương pháp này. Nó đã được kiểm chứng qua thời gian dài nhưng tiêu tốn rất nhiều điện năng.
• Bằng chứng cổ phần (proof of stake). Validator khóa một lượng coin của mạng lưới làm tiền đặt cọc. Giao thức chọn validator để đề xuất và xác nhận khối, và hành vi gian dối có thể khiến họ mất một phần tiền đặt cọc đó. Ethereum dùng phương pháp này từ năm 2022. Nó tiêu tốn ít năng lượng hơn nhiều, dù những người phản biện cho rằng nó có thể ưu ái những ai vốn đã nắm giữ nhiều coin.

Cả hai phương pháp đều hướng tới cùng một kết quả: khiến gian lận trở nên tốn kém và thưởng cho những ai tuân thủ quy tắc.

Vì sao lịch sử khó bị thay đổi

Để viết lại một giao dịch trong quá khứ trên một chuỗi proof of work lớn, kẻ tấn công phải làm lại công việc cho khối đó và mọi khối phía sau, nhanh hơn tất cả thợ đào trung thực cộng lại. Trên thực tế, điều đó đồng nghĩa với việc kiểm soát phần lớn sức mạnh tính toán của mạng lưới, mà với một mạng lớn thì chi phí sẽ cực kỳ đắt đỏ. Kịch bản này được gọi là tấn công 51%.

Trên các chuỗi proof of stake, kẻ tấn công cần kiểm soát một tỷ lệ lớn trong tổng số coin đang được stake (khóa đặt cọc), và quy tắc cho phép tịch thu một phần tiền đặt cọc của validator gian dối. Ở cả hai hệ thống, giao dịch càng cũ thì càng khó bị đảo ngược. Đó là lý do mọi người hay nói đến việc chờ xác nhận.

Các blockchain nhỏ với ít thợ đào hoặc validator là mục tiêu dễ hơn, và một số chuỗi đã từng bị tấn công thành công theo kiểu này. Quy mô và mức độ phi tập trung là điều quan trọng.

Giới hạn và những đánh đổi

• Tốc độ và chi phí. Mỗi nút đều kiểm tra mọi giao dịch, khiến blockchain công khai chậm hơn và thường tốn kém hơn trên mỗi giao dịch so với một cơ sở dữ liệu thanh toán thông thường.
• Bộ ba bất khả thi (trilemma). Các nhà thiết kế thường nói về việc cân bằng giữa bảo mật, phi tập trung và khả năng mở rộng. Cải thiện một yếu tố thường đồng nghĩa với việc hy sinh một chút ở yếu tố khác.
• Rác vào thì rác ra. Blockchain có thể chứng minh một bản ghi chưa bị thay đổi, nhưng không thể chứng minh bản ghi đó đúng sự thật vào lúc được nhập vào.
• Sai sót là vĩnh viễn. Chính đặc điểm ngăn chặn giả mạo cũng ngăn cả việc sửa sai. Một khoản thanh toán gửi nhầm địa chỉ thường sẽ mãi mãi sai.
• Không phải việc gì cũng cần đến blockchain. Với nhiều công việc kinh doanh, một cơ sở dữ liệu bình thường do một công ty đáng tin cậy vận hành sẽ đơn giản và rẻ hơn.

Khi một dự án tuyên bố rằng họ cần blockchain, một câu hỏi hữu ích là: nếu không có nó, chúng ta sẽ phải tin tưởng ai, và việc loại bỏ sự tin tưởng đó có đáng với chi phí và độ phức tạp tăng thêm hay không?