Thuật toán vận hành mạng lưới có thể được ví như linh hồn của công nghệ Blockchain, là “luật chơi” mà những người đầu tư tiền mã hóa cần có sự hiểu biết nhất định. Trong đó, POW là thuật toán đời đầu, cũng là thuật toán bảo mật nhất hiện nay. Hãy cùng tham khảo bài viết sau để tìm hiểu kỹ hơn về việc thuật toán POW là gì, và những yếu tố quan trọng của 1 blockchain sử dụng thuật toán này nhé!
Nội dung chính
POW là gì?
Trong quá trình tìm hiểu về Blockchain, anh em đã được làm quen với cách thức vận hành và cơ chế hoạt động của dữ liệu chuỗi khối. Tại đây, các Node hay các thợ đào (miner) là những người tham gia xác thực giao dịch để nhận phần thưởng; và thuật toán của một hệ thống chính là điều quyết định cách thức làm việc của họ.
Cách hoạt động của POW
POW hay Proof of Work (bằng chứng công việc) có thể được hiểu là việc các Node xác nhận đến toàn bộ mạng lưới về tính hợp lệ của dãy số (hàm Hash) vừa tìm được trong block mới. Những dãy số này có thể được tìm ra dựa trên sức mạnh tính toán của một số loại máy móc chuyên dụng.
Hiểu một cách đơn giản là mỗi Block đều chứa rất nhiều giao dịch (transactions) nên tùy theo số lượng giao dịch trong đó mà block sẽ có 1 mã số ID cụ thể (không tồn tại 2 block với 2 ID trùng nhau). Một khi bạn giải mã thành công tìm ra được ID hợp lệ cho Block mới này, thì sẽ có thể thêm nó vào trong chuỗi chính và thông báo đến toàn bộ mạng lưới để tiến hành xác minh “bằng chứng bạn đã làm công việc” này.
Vậy nếu 2 node đưa trùng ID để giành xác nhận khối mới thì sao?
Đó là lý do tại sao chúng ta cần bằng chứng công việc, để tránh trường hợp khi giải mã thành công, nhiều người lại lao đến giành thù lao, đòi chia phần bằng cách copy thành quả (không làm mà đòi có ăn). Lúc này chỉ chủ nhân thật sự mới có bằng chứng công việc (POW), chỉ có người đã giải mã thật sự mới có lịch sử công việc: giải mã khi nào, trong bao lâu, và thời gian ghi nhận giải mã thành công..
Cho nên để thêm được block mới vào blockchain ngoài việc tìm ra được số Nonce hợp lệ cho block mới thì còn cần phải được các node trong mạng lưới xác thực là hợp lệ thì mới có thể thêm block và nhận reward.
Blockchain của Bitcoin là ví dụ điển hình nhất cho thuật toán POW. Cơ chế này cho phép Miner thêm các Block mới vào hệ thống bằng cách tìm ra một hàm băm SHA 256 (gồm 64 ký tự), với mục đích là thêm thông tin giao dịch của Block mới vào chuỗi chính.
Việc này đòi hỏi miner phải sở hữu những siêu máy tính và nguồn điện năng lớn. Bởi bản chất của việc tìm hàm băm là quá trình thử liên tục các kết quả, nên cần các máy móc với khả năng tính toán khủng để nó có thể thử liên tục càng nhiều kết quả trong 1 giây càng tốt.
Block reward của Bitcoin qua từng thời kỳ
2009-2012: 50 BTC
2012-2016: 25 BTC
2016-2020: 12.5 BTC
2020-2023: 6.25 BTC
Cứ thêm mỗi 210.000 block (khoản 4 năm) thì phần thưởng block sẽ giảm đi 1/2.
POW giải quyết bài toán của Blockchain như thế nào?
Các siêu máy tính là một điều kiện bắt buộc để một người có thể tham gia vào việc xác thực dữ liệu và khai thác coin. Tuy nhiên, bên cạnh các thiết bị máy móc, Miner cũng cần sở hữu những kiến thức về blockchain để hiểu cách thiết lập và cài đặt phần mềm. Vì 1 Block có thể được xác thực bởi rất nhiều Miner, và người chiến thắng là người tìm ra được hàm băm phù hợp trong thời gian nhanh nhất.
Cụ thể hơn, bài toán mà Blockchain đem lại cho thợ đào bao gồm Hash Function (hàm băm), Integer Factorization (phân tích nhân tử số nguyên), Guided tour puzzle protocol (giao thức hướng dẫn giải bài toán). Bạn có thể hình dung đơn giản đây là những yếu tố mà Miner sẽ cần đảm bảo để tìm cho ra được một dãy ký tự mã hóa (Hash) có khả năng liên kết các Block lại với nhau. Trong đó, dãy ký tự này cần đảm bảo phải chứa đựng được thông tin của Previous Hash.
Đó là đối với 3 block cơ bản, còn đối với sự tăng trưởng của 1 chuỗi lớn, Miner sẽ cần có nhiều nỗ lực hơn trong việc tìm ra hàm băm (vì lúc này độ khó rất cao).
Quá trình ra đời của POW là gì?
POW là thuật toán đã được Satoshi Nakamoto áp dụng thành công vào năm 2009 cho Bitcoin. Đây là cơ chế đồng thuận đầu tiên được tạo ra, và cho đến nay, nó vẫn là một trong những cơ chế an toàn nhất được sử dụng rộng rãi trong hệ sinh thái Cryptocurrency. Tuy nhiên, Satoshi chỉ là người đã áp dụng thành công thuật toán này đầu tiên, chứ không phải cha đẻ của ý tưởng Proof of Work này.
Hai học giả Cynthia Dwork và Moni Naor với bản luận “Pricing via Processing or Combatting Junk Mail” được coi là mốc đầu tiên đánh dấu ý tưởng sơ khai nhất của POW. Mục đích của hai học giả trong quá trình tìm ra ý tưởng này là để chống lại các cuộc tấn công DOS, DDOS (các cuộc tấn công từ chối dịch vụ), hay những vấn đề liên quan đến Spam Email.
Trước năm 2009, Adam Back cũng đã từng trình bày trong Whitepaper của Hash Cash về cơ chế chống “Double Spending Protection” (năm 1997) và Hal Finney cũng đã áp dụng khái niệm POW này như một giải pháp bảo mật đối với tiền điện tử. Tuy nhiên, mãi cho đến khi Satoshi áp dụng thành công ý tưởng của Finney để tạo ra cơ chế đồng thuận cho Bitcoin, thuật toán này mới thực sự có sức sống và trở thành lựa chọn tốt trong hệ sinh thái tiền điện tử.
Những yếu tố của một Blockchain sử dụng POW
Đảm bảo sự an toàn của mạng lưới
Như vậy, trong suốt hành trình ra đời và phát triển, ý tưởng của POW chủ yếu hướng đến việc bảo mật mạng lưới. Cho đến hiện tại, cơ chế này vẫn giữ vững được mục đích và vai trò của nó khi bảo vệ được mạng lưới trước nguy cơ của các cuộc tấn công DoS. Lý do đơn giản là vì khi muốn tấn công vào hệ thống, cá nhân hoặc tổ chức có ý đồ xấu sẽ cần đầu tư rất nhiều về sức mạnh tính toán như máy móc chuyên dụng, thời gian, năng lượng điện, … Điều này khiến cho cuộc tấn công trở nên tốn kém vô cùng, đặc biệt là đối với cuộc tấn công 51%.
Đảm bảo tính Real time – công bằng – minh bạch
Cách POW hoạt động là đưa ra cơ hội và sự công bằng đối với tất cả những người tham gia trong hệ thống. Nếu đối với những cách quản lý tài chính tập trung, dữ liệu về giao dịch thường chỉ được đảm nhận bởi 1 bộ phận hoặc một tổ chức nhất định như Ngân hàng, chứng khoán thì đối với Blockchain, mọi thông tin đều được công khai một cách minh bạch và mỗi Node lại có một bản sao lưu về toàn bộ dữ liệu giao dịch. Điều này không chỉ khiến mọi dữ liệu đều được minh bạch, tạo được niềm tin nơi người dùng mà còn có thể ngay lập tức phát hiện và ngăn chặn đối với những cá nhân có ý đồ tạo ra Double Spending (chi tiêu 2 lần).
Phạm vi mạng lưới rộng lớn
Yêu cầu chủ yếu của POW đối với Miner là sức mạnh tính toán dựa trên thiết bị để tìm ra dãy số hợp lệ giúp liên kết các block, nên những anh em không sở hữu coin trong ví cũng không ảnh hưởng gì đến việc khai thác coin. Kể cả khi Miner không có đủ sức mạnh tính toán, họ cũng có thể tham gia vào Mining Pool để tận dụng được khả năng tính toán của toàn bộ Pool đào. Điều này tạo điều kiện rất thuận lợi để Miner dễ dàng khai thác coin; đồng thời, thu hút được một lượng lớn các Node tham gia vào xác thực dữ liệu cho hệ thống từ khắp nơi trên thế giới.
Đảm bảo tính phi tập trung
Do thu hút được một lượng lớn Validator tại khắp nơi trên thế giới nên những Blockchain sử dụng POW thường có phạm vi và độ phủ lớn. Điều này giúp đảm bảo được tính phi tập trung, tính phân tán của blockchain, khiến quá trình xác thực chính xác và bảo mật hơn. Vì mỗi block cần nhận được sự đồng thuận của hơn 50% số Node trên hệ thống để được thêm vào mạng lưới. Trong khi đó, quyền hạn của các Node là ngang nhau, và không ai có quyền quyết định cho cả mạng lưới.
Nên mạng lưới càng có nhiều Node, càng tăng cường được tính minh bạch, bảo mật và phi tập trung. POW cũng là cơ chế đảm bảo tốt nhất được các yếu tố cốt lõi này so với những thuật toán khác trên thị trường.
Số lượng Node của Bitcoin? Mất bao lâu sẽ đào hết 21 triệu BTC
Duy trì được sự ổn định
Nếu đã tham khảo qua về cơ chế hoạt động của Blockchain, chắc hẳn bạn đã nắm được việc mỗi block sẽ sở hữu một cấu trúc hoàn chỉnh, trong đó chứa thông tin giao dịch và hàm băm (Hash) dùng để liên kết Block mới với Block trước đó. Cho nên, sự cạnh tranh của Miner đối với những Blockchain sử dụng POW cũng rất cao, vì họ phải sử dụng máy móc để giải mã nhanh nhất thì mới có phần thưởng. Bởi vậy, bất cứ thay đổi nhỏ nào trong hệ thống cũng có thể dễ dàng bị phát hiện, và luôn có vô vàn các Node kiểm tra, xác thực, duy trì tính ổn định cho mạng lưới.
Một số hạn chế của POW là gì?
Dù là thuật toán đời đầu và được sử dụng phổ biến, cơ chế này cũng có một số hạn chế nhất định sau:
Khả năng mở rộng kém
Như đã chia sẻ phía trên, mỗi Block trong Blockchain chỉ có thể chứa được một số lượng transaction nhất định và cần một lượng thời gian để thêm được block đó vào chuỗi (trung bình là 10 phút với Bitcoin). Như vậy, số giao dịch có thể được thực hiện mỗi giây sẽ bị hạn chế bởi Block size và thời gian thêm block vào chuỗi. Đây là lý do các giao dịch trên blockchain của Bitcoin thường diễn ra khá chậm (trung bình khoảng 6 – 7 giao dịch mỗi giây).
Tuy nhiên, đây là một sự đánh đổi tất yếu mà mỗi Blockchain đều phải đối mặt. Bởi với 3 yếu tố chính có thể hình thành nên Blockchain là tính phi tập trung (Decentralized), bảo mật (Security) và khả năng mở rộng (Scale up); thì 1 blockchain chỉ có thể lựa chọn và làm tốt được 2 trên 3 yếu tố. POW có thể đảm bảo tốt được tính phi tập trung và độ bảo mật; đổi lại, nó không thể mở rộng được số lượng giao dịch mỗi giây.
Vì có nhiều người tham gia vào xác thực giao dịch nên mạng lưới sẽ cực kỳ phi tập trung nhưng chính vì vậy nó cũng sẽ bị chậm -> Phi tập trung tỉ lệ nghịch với khả năng mở rộng. Cho nên khi bạn nghe ai đó nói về 1 blockchain giao dịch rất nhanh thì chain đó khả năng cao là tính phi tập trung kém.
Lãng phí năng lượng, gây ô nhiễm môi trường
Yêu cầu tối thiểu của POW đối với Miner là tài nguyên (máy móc, nguồn điện). Điều này đồng nghĩa với việc để duy trì được tính ổn định của mạng lưới, năng lượng phải tiêu hao là rất nhiều. Theo thống kê của báo BBC năm 2019, lượng điện mà Miner sử dụng để khai thác có thể ngang với mức tiêu thụ của toàn bộ nước Thụy Sĩ.
Con số này thậm chí còn có thể tăng thêm đáng kể khi số lượng Miner ngày càng nhiều. Tất nhiên, điều này đem lại những ảnh hưởng rất xấu đến môi trường. Hiện tại, một số đề xuất liên quan đến việc sử dụng năng lượng tái tạo cũng đang được xem xét và áp dụng để hạn chế việc tiêu thụ quá nhiều điện năng.
Không thể tạo Penalty cho Malicious
Đối với những Blockchain sử dụng POS, các Node có ý đồ xấu đối với mạng lưới sẽ bị phạt hoặc thậm chí bị loại bỏ khỏi hệ thống. Tuy nhiên, POW không có cơ chế để tạo ra Penalty (hình phạt) cho những Malicious (hành vi độc hại) này. Đặc điểm này khiến POW không có khả năng ngăn chặn được một cách triệt để những người có nỗ lực gian lận, fake giao dịch, hay phá hoại mạng lưới.
Tại sao POW rất khó bị tấn công 51%
Do POW là quá trình xác nhận tính hợp lệ của một bằng chứng làm việc đến toàn hệ thống, nên nó cần được hơn một nửa số Node trong hệ thống đồng thuận. Khi một cá nhân hoặc tổ chức sở hữu được hơn 50% khả năng tính toán, họ có thể thay đổi một số thông tin giao dịch, gây gián đoạn mạng lưới hoặc tạo ra những giao dịch không có thật.
Nhưng cuộc tấn công này đòi hỏi cá nhân/tổ chức có ý đồ này phải đầu tư một lượng máy tính khổng lồ để sở hữu được hơn 50% sức mạnh tính toán. Con số “đầu tư” này có thể lên đến hàng trăm tỷ đô. Nhưng với số tiền đó, bạn cũng chỉ có thể thay đổi được một số giao dịch gần nhất chứ không thể đánh cắp tài sản của người dùng khác.
Ngoài ra, do các block liên kết với nhau theo trình tự một cách chặt chẽ, nên càng muốn thay đổi những block cũ sẽ càng khó. Đó là lý do mà cuộc tấn công này rất khó xảy ra với những Blockchain sử dụng POW và phổ biến như Bitcoin.
Lưu ý: Tấn công 51% sẽ dễ xảy ra với những đồng coin sử dụng POW nhưng ít phổ biến hơn, ít Node hoạt động trong mạng.
Những đồng coin đang sử dụng Proof of work hiện nay
Bitcoin, Ethereum, Ripple, Litecoin, Monero, Bitcoin cash, Dash
Thời gian thêm block trung bình của nó:
Bitcoin: 10 phút
Ethereum: 15 giây
Ripple: 3,5 giây
Litecoin: 2,5 phút
Vào ngày 16/9/2022, Ethereum sẽ chuyển sang sử dụng thuật toán Proof of Stake bằng cách thực hiện The Merge, tìm hiểu thêm bên dưới!
Sự kiện The Merge là gì? Tham vọng nuốt trọn DeFi của Ethereum
Với những chia sẻ trên, hy vọng anh em đã có được góc nhìn chi tiết và rõ ràng hơn về cơ chế đồng thuận POW của Blockchain. Dựa trên những thông tin này, anh em có thể cân nhắc được kỹ lưỡng hơn về việc có nên tham gia đào coin hay đầu tư tại những Blockchain áp dụng POW. Chúc anh em thành công!
Bài viết cùng chủ đề
➤ POS là gì? Hiểm họa tiềm ẩn của cơ chế đồng thuận POS, dPOS
➤ SOPR là gì? Cách phân tích Lời Lỗ, Tâm Lý nhà đầu tư Crypto
➤ 20+ Cách đầu tư tiền điện tử cho người mới bắt đầu – Nhanh kiếm được tiền
Comments (No)