Blockchain là gì? Cách vận hành, ưu và nhược điểm của Blockchain

Blockchain là gì?

Blockchain là một danh sách các bản ghi dữ liệu hoạt động như một sổ cái kỹ thuật số phi tập trung. Dữ liệu được tổ chức thành các khối, được sắp xếp theo thứ tự thời gian và được bảo mật bằng mật mã.

Mô hình đầu tiên của blockchain được tạo ra vào đầu những năm 1990 khi nhà khoa học máy tính Stuart Haber và nhà vật lý W. Scott Stornetta sử dụng các kỹ thuật mật mã trong một chuỗi các khối như một cách để bảo mật các tài liệu kỹ thuật số khỏi việc giả mạo dữ liệu.

Công việc của Haber và Stornetta chắc chắn đã truyền cảm hứng cho công việc của nhiều nhà khoa học máy tính và những người đam mê mật mã khác – cuối cùng dẫn đến việc tạo ra Bitcoin, hệ thống tiền điện tử phi tập trung đầu tiên (hay đơn giản là đồng tiền điện tử đầu tiên).

Mặc dù công nghệ blockchain đã tồn tại trước tiền điện tử, nhưng chỉ sau khi tạo ra Bitcoin vào năm 2008, tiềm năng của nó mới bắt đầu được công nhận. Kể từ đó, sự quan tâm đến công nghệ blockchain đã tăng lên dần dần và tiền điện tử hiện đang ngày càng được chấp nhận rộng rãi hơn.

Công nghệ blockchain chủ yếu được sử dụng để ghi lại các giao dịch tiền điện tử, nhưng nó phù hợp với nhiều loại dữ liệu kỹ thuật số khác và có thể được áp dụng cho nhiều trường hợp sử dụng. Mạng blockchain lâu đời nhất, an toàn nhất và lớn nhất là Bitcoin, được thiết kế với sự kết hợp cẩn thận và cân bằng giữa mật mã và lý thuyết trò chơi.

Cách vận hành Blockchain

Trong lĩnh vực tiền điện tử, một blockchain bao gồm một chuỗi các khối ổn định, mỗi khối lưu trữ một danh sách các giao dịch được xác nhận trước đó. Vì mạng blockchain được duy trì bởi vô số máy tính trải rộng trên toàn thế giới, nên nó hoạt động như một cơ sở dữ liệu phi tập trung (hoặc sổ cái phi tập trung). Điều này có nghĩa là mỗi người tham gia (node) duy trì một bản sao của dữ liệu blockchain và họ liên lạc với nhau để đảm bảo rằng tất cả chúng đều nằm trên cùng một trang (hoặc khối).

Do đó, các giao dịch blockchain xảy ra trong một mạng lưới toàn cầu ngang hàng và đây là điều khiến Bitcoin trở thành một loại tiền kỹ thuật số phi tập trung không biên giới, chống kiểm duyệt. Ngoài ra, hầu hết các hệ thống blockchain đều được coi là không tín nhiệm vì chúng không yêu cầu bất kỳ sự tín nhiệm nào. Không có thẩm quyền duy nhất trong việc kiểm soát Bitcoin.

Một phần hết sức quan trọng của hầu hết mọi blockchain là đào/khai thác (mining), dựa trên các thuật toán băm. Bitcoin sử dụng thuật toán SHA-256 (Thuật toán băm an toàn 256 bit). Nó nhận một đầu vào có độ dài bất kỳ và tạo ra một đầu ra – các đầu ra luôn có cùng một độ dài được quy định. Đầu ra được tạo ra được gọi là “chuỗi băm” và, trong trường hợp của Bitcoin với thuật toán SHA-256, chuỗi băm luôn được tạo thành với 64 ký tự (256 bit).

Vì vậy, cùng một đầu vào sẽ dẫn đến cùng một đầu ra, bất kể quá trình băm được lặp lại bao nhiêu lần. Nhưng nếu có một thay đổi nhỏ được thực hiện ở đầu vào, đầu ra sẽ thay đổi hoàn toàn. Như vậy, các hàm băm có tính xác định và trong thế giới tiền điện tử, hầu hết chúng được thiết kế dưới dạng hàm băm một chiều.

Là một hàm một chiều có nghĩa là gần như không thể tính toán ngược đầu vào từ kết quả đầu ra. Người ta chỉ có thể đoán đầu vào là gì, nhưng tỷ lệ đoán đúng là cực kỳ thấp. Đây là một trong những lý do tại sao blockchain của Bitcoin an toàn.

Bây giờ chúng ta đã hiểu về thuật toán, sau đây là cách blockchain hoạt động với một ví dụ đơn giản về giao dịch.

Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có Alice và Bob cùng với số dư Bitcoin của họ. Giả sử Alice nợ Bob 2 Bitcoin.

Để Alice gửi cho Bob 2 bitcoin đó, Alice phát một tin nhắn với giao dịch mà cô muốn thực hiện cho tất cả những người thợ đào trong mạng lưới.

Trong giao dịch đó, Alice đưa cho thợ đào địa chỉ của Bob và số Bitcoin cô muốn gửi cùng với chữ ký số và khóa công khai của cô. Chữ ký được tạo bằng khóa bảo mật của Alice và những thợ đào có thể xác nhận rằng Alice, trên thực tế, là chủ sở hữu của những đồng tiền đó.

Khi các thợ đào chắc chắn rằng giao dịch hợp lệ, họ có thể đặt nó vào một khối cùng với nhiều giao dịch khác và cố gắng khai thác khối. Điều này được thực hiện bằng cách đặt khối thông qua thuật toán SHA-256. Đầu ra cần bắt đầu với một số lượng số 0 nhất định để được coi là hợp lệ. Số lượng 0 cần thiết phụ thuộc vào “độ khó” vốn thay đổi tùy thuộc vào sức mạnh tính toán có trên mạng.

Để tạo ra một hàm băm đầu ra với số lượng 0 mong muốn ngay từ đầu, các thợ đào đã thêm “số nonce” vào khối trước khi chạy nó thông qua thuật toán. Vì một thay đổi nhỏ đối với đầu vào sẽ thay đổi hoàn toàn đầu ra, nên các thợ đào thử các lần ngẫu nhiên cho đến khi họ tìm thấy hàm băm đầu ra hợp lệ.

Mỗi khi một khối mới được khai thác, thợ đào (miner) sẽ phát sóng, truyền tin về khối mới được khai thác cho tất cả các thợ đào khác. Sau đó, họ kiểm tra để đảm bảo rằng khối hợp lệ để họ có thể thêm nó vào bản sao của blockchain và giao dịch đã hoàn tất. Nhưng trong khối, các thợ đào cũng cần bao gồm hàm băm đầu ra từ khối trước để tất cả các khối được gắn với nhau, do đó có tên là blockchain – chuỗi khối. Đây là một phần quan trọng vì nó chính là cách thức hoạt động của tín nhiệm trong hệ thống.

Mỗi thợ đào đều có bản sao riêng của blockchain trên máy tính của mình và mọi người đều tin tưởng bất kỳ blockchain nào có công việc tính toán nhất được đưa vào đó, blockchain dài nhất. Nếu một người khai thác thay đổi một giao dịch trong một khối trước đó, hàm băm đầu ra cho khối đó sẽ thay đổi, dẫn đến tất cả các giá trị băm sau đó cũng thay đổi, dẫn đến sự thay đổi của các khối. Người thợ đào sẽ phải làm lại tất cả các công việc để khiến mọi người chấp nhận anh ta là blockchain là đúng. Vì vậy, nếu một thợ đào muốn gian lận, anh ta sẽ cần hơn 50% sức mạnh tính toán của mạng lưới, mà điều này rất khó xảy ra. Các cuộc tấn công mạng như thế này được gọi là các cuộc tấn công 51% – tấn công quá bán.

Mô hình làm cho máy tính hoạt động để tạo ra các khối được gọi là Proof-of-Work (PoW), cũng có những mô hình khác như Proof-of-Stake (PoS) không cần nhiều năng lượng tính toán, có nghĩa là cần ít năng lượng điện năng hơn trong khi có thể mở rộng quy mô cho nhiều người dùng hơn.

Ưu và nhược điểm của Blockchain

Việc tạo ra công nghệ blockchain mang lại nhiều lợi thế trong nhiều ngành công nghiệp, cung cấp bảo mật gia tăng trong môi trường không tín nhiệm. Tuy nhiên, bản chất phi tập trung của nó cũng mang lại một số nhược điểm. Ví dụ, khi so sánh với các cơ sở dữ liệu tập trung truyền thống, các blockchain có hiệu quả hạn chế và yêu cầu tăng dung lượng lưu trữ.

Ưu điểm

Phân phối

Vì dữ liệu blockchain thường được lưu trữ trong hàng ngàn thiết bị trên một mạng lưới phân tán, nên hệ thống và dữ liệu có khả năng chống lại các lỗi kỹ thuật và các cuộc tấn công độc hại. Mỗi node mạng có thể sao chép và lưu trữ một bản sao của cơ sở dữ liệu và do đó, không có một điểm lỗi nào: một node duy nhất ngoại tuyến không ảnh hưởng đến tính khả dụng hoặc bảo mật của mạng.

Ngược lại, nhiều cơ sở dữ liệu thông thường dựa vào một hoặc một vài máy chủ và dễ bị tổn thương hơn trước các lỗi kỹ thuật và tấn công mạng.

Ổn định

Các khối đã được xác nhận là rất khó có thể bị đảo ngược, có nghĩa là một khi dữ liệu đã được ghi vào blockchain, việc loại bỏ hoặc thay đổi nó là vô cùng khó khăn. Điều này làm cho blockchain trở thành một công nghệ tuyệt vời để lưu trữ hồ sơ tài chính hoặc bất kỳ dữ liệu nào khác khi cần phải có lộ trình kiểm toán vì mọi thay đổi đều được theo dõi và ghi lại vĩnh viễn trên sổ cái phân tán và công khai.

Ví dụ: Một doanh nghiệp có thể sử dụng công nghệ blockchain để ngăn chặn hành vi gian lận từ nhân viên của mình. Trong kịch bản này, blockchain có thể cung cấp một hồ sơ an toàn và ổn định về tất cả các giao dịch tài chính diễn ra trong công ty. Điều này sẽ khiến nhân viên khó che giấu các giao dịch đáng ngờ hơn rất nhiều.

Hệ thống không tín nhiệm

Trong hầu hết các hệ thống thanh toán truyền thống, các giao dịch không chỉ phụ thuộc vào hai bên liên quan mà còn phụ thuộc vào một trung gian – chẳng hạn như ngân hàng, công ty thẻ tín dụng hoặc nhà cung cấp thanh toán. Khi sử dụng công nghệ blockchain, điều này không còn cần thiết vì mạng lưới các node phân tán xác minh các giao dịch thông qua một quy trình được gọi là khai thác. Vì lý do này, Blockchain thường được gọi là hệ thống ‘không tín nhiệm’.

Do đó, một hệ thống blockchain loại bỏ rủi ro phải tin tưởng vào một tổ chức duy nhất và cũng giảm tổng chi phí và phí giao dịch bằng cách cắt giảm các trung gian và bên thứ ba.

Nhược điểm

Tấn công 51%

Thuật toán đồng thuận Proof of Work bảo vệ Bitcoin blockchain đã được chứng minh là rất hiệu quả trong những năm qua. Tuy nhiên, có một vài cuộc tấn công tiềm năng có thể được thực hiện đối với các mạng blockchain và các cuộc tấn công 51% là được thảo luận nhiều nhất. Một cuộc tấn công như vậy có thể xảy ra nếu một thực thể quản lý, kiểm soát hơn 50% sức mạnh tính toán của mạng lưới, cuối cùng sẽ cho phép họ phá vỡ mạng lưới bằng cách cố ý loại bỏ hoặc sửa đổi thứ tự giao dịch.

Mặc dù về mặt lý thuyết là có thể, nhưng chưa bao giờ có cuộc tấn công 51% vào mạng lưới Bitcoin blockchain nào thành công cả. Khi mạng lưới phát triển lớn hơn, bảo mật tăng lên và rất khó có khả năng các công ty khai thác sẽ đầu tư số tiền và tài nguyên lớn để tấn công Bitcoin vì họ sẽ được thưởng tốt hơn vì hành động trung thực. Ngoài ra, một cuộc tấn công 51% thành công sẽ chỉ có thể sửa đổi các giao dịch gần đây nhất trong một khoảng thời gian ngắn vì các khối được liên kết thông qua bằng chứng mật mã. Ngoài ra, Bitcoin blockchain rất linh hoạt và sẽ nhanh chóng thích ứng, phản ứng trước một cuộc tấn công.

Sửa đổi dữ liệu

Một nhược điểm khác của hệ thống blockchain là một khi dữ liệu đã được thêm vào blockchain, rất khó để sửa đổi nó. Mặc dù tính ổn định là một trong những lợi thế của blockchain, nhưng điều này không phải lúc nào cũng tốt. Thay đổi dữ liệu hoặc mã blockchain thường thường phải cần đến một hard fork, trong đó một chuỗi bị bỏ và một chuỗi mới được đưa lên.

Khóa bảo mật

Blockchain sử dụng mật mã khóa công khai (hoặc bất đối xứng) để cung cấp cho người dùng quyền sở hữu đối với các đơn vị tiền điện tử của họ (hoặc bất kỳ dữ liệu blockchain nào khác). Mỗi địa chỉ blockchain có một khóa bảo mật tương ứng. Trong khi địa chỉ có thể được chia sẻ, khóa bảo mật nên được giữ bí mật. Người dùng cần khóa bảo mật để truy cập vào tiền của họ. Nếu người dùng mất khóa bảo mật của họ, tiền sẽ mất và họ không thể làm gì để ngăn cản điều đó.

Không hiệu quả

Blockchain, đặc biệt là những blockchain sử dụng Proof of Work, rất kém hiệu quả. Vì khai thác có tính cạnh tranh cao và cứ sau 10 phút lại có một người chiến thắng, nên công việc của mọi thợ đào khác đều bị lãng phí. Các công ty khai thác liên tục cố gắng gia tăng sức mạnh tính toán của họ, vì vậy họ có cơ hội tìm kiếm khối băm hợp lệ cao hơn, tài nguyên được sử dụng bởi mạng Bitcoin đã tăng đáng kể trong vài năm qua và hiện tại tổng năng lượng mà mạng lưới Bitcoin tiêu thụ còn lớn hơn tổng năng lượng của nhiều quốc gia, chẳng hạn như Đan Mạch, Ireland và Nigeria.

Lưu trữ

Sổ cái blockchain có thể phát triển rất lớn theo thời gian. Bitcoin Blockchain hiện yêu cầu khoảng 200 GB dung lượng lưu trữ. Sự tăng trưởng hiện tại về kích thước blockchain dường như vượt xa sự tăng trưởng trong các ổ đĩa cứng và mạng có nguy cơ mất các node nếu sổ cái trở nên quá lớn để các cá nhân tải xuống và lưu trữ.

Mặc dù có những nhược điểm, công nghệ blockchain mang lại một số lợi thế độc đáo và chắc chắn nó vẫn ở đây. Chúng ta vẫn còn một chặng đường dài để áp dụng nó vào các lĩnh vực, nhiều ngành công nghiệp đang nắm bắt được những lợi thế và bất lợi của hệ thống blockchain. Vài năm tới có thể sẽ thấy các doanh nghiệp và chính phủ thử nghiệm các ứng dụng mới để tìm ra lĩnh vực công nghệ blockchain đem lại giá trị cao nhất.