Thuật toán đồng thuận Blockchain là gì? Có những thuật toán nào ở hiện tại ?

Chắc hẳn ai trong chúng ta khi tìm hiểu về thị trường tiền điện tử cũng biết rằng Bitcoin có thuật toán đồng thuận là Proof of Work, đồng coin có vốn hoá lớn đứng thứ 2 là Ethereum trước đây cũng có thuật toán đồng thuận này. Vậy tại sao Ethereum đã phải thực hiện The Merge 2.0 để chuyển hoàn toàn sang cơ chế Proof of Stake.

Vậy thuật toán đồng thuận blockchain là gì? Có những loại thuật toán nào? Hiện tại các blockchain thường hay sử dụng loại thuật toán nào? Những cơ chế của thuật toán đồng thuận này có gì khác gì nhau? Hãy cùng Coinlize tìm hiểu về các loại thuật toán đồng thuận trong bài viết hôm nay nhé.

Kiến thức trọng tâm:

• Thuật toán đồng thuận của blockchain là cơ chế đảm bảo các giao dịch được tạo ra trên blockchain xảy ra đúng đắn, trung thực và minh bạch.
• Các blockchain cần đến thuật toán đồng thuận bởi vì đây chính là cơ chế tạo dựng và duy trì sự phi tập trung ngang hàng của mạng lưới.
• Hiện tại có rất nhiều loại thuật toán blockchain, trong đó phổ biến nhất là cơ chế Proof of Stake.

Thuật toán đồng thuận Blockchain là gì?

Thuật toán đồng thuận của blockchain là cơ chế đảm bảo các giao dịch được tạo ra trên blockchain xảy ra đúng đắn, trung thực và minh bạch. Về cơ bản, blockchain bao gồm nhiều node kết hợp lại với nhau tạo ra một mạng lưới. Để một giao dịch được ghi lại trên blockchain thì nó cần được đồng ý đồng thời bởi tất cả các node trên mạng lưới.

Nếu trong mạng lưới có một block bị thay đổi khác đi, dữ liệu này sẽ được so sánh với các dữ liệu của các block khác. Nếu có sự khác biệt, nó sẽ không cho phép dữ liệu đó được ghi vào bên trong mạng lưới. Đó là cách blockchain được thiết kế để chống lại sự thay đổi các dữ liệu bên trong.

Thuật toán đồng thuận cũng là một phần không thể thiếu trong hệ thống blockchain, đóng vai trò cốt lõi giữa các blockchain hoạt động một cách phi tập trung và bảo mật cao. Thời điểm ban đầu, cơ chế đồng thuận Proof of Work của Bitcoin (BTC) là lựa chọn chính của các developer (nhà phát triển), tuy nhiên tới thời điểm này, đã có rất nhiều cơ chế đồng thuận khác nhau. Trong đó, phổ biến nhất là Proof of Stake.

Để hiểu thêm về cấu trúc và cách hoạt động của Proof of Stake, bạn có thể tham khảo thêm bài viết dưới đây.

Tìm hiểu: Công nghệ Proof of Stake là gì?

Tại sao một blockchain phải có thuật toán đồng thuận?

Nếu đã là blockchain thì luôn phải có thuật toán đồng thuận, tại sao?

Các blockchain cần thuật toán đồng thuận bởi vì đây chính là cơ chế tạo dựng và duy trì sự phi tập trung ngang hàng trong mạng lưới. Thay vì có một tổ chức hoặc một nhóm người kiểm soát toàn bộ hệ thống thì blockchain cho phép bất cứ ai cũng có thể tham gia mạng lưới bằng cách trở thành một node.

Cơ chế đồng thuận cũng là lớp lá chắn bảo vệ vững chắc của blockchain khỏi việc thay đổi các dữ liệu cũng như chống lại các giao dịch gian lận của các hacker, nhờ có cơ chế đồng thuận, một giao dịch sẽ luôn được xác thực bởi các node trong mạng lưới một cách công bằng và ngang hàng nhau.

Nếu các cơ chế đồng thuận luôn ổn định, vững chắc và an toàn, sẽ không có bên thứ 3 nào có thể khai thác gian lận hay tấn công vào blockchain. Càng nhiều node/validator, blockchain đó càng cứng cáp, trở nên bảo mật và phi tập trung. Điều này đồng nghĩa với việc Bitcoin và Ethereum vẫn là 2 blockchain an toàn nhất cho tới hiện tại.

Có những thuật toán nào ở hiện tại ?

Proof of Work (Pow)

Proof of Work là thuật toán đồng thuận blockchain được ra mắt đầu tiên, thuật toán này được Bitcoin sử dụng – đồng tiền điện tử đầu tiên trên thế giới.

Proof of Work (PoW) hay tạm gọi là bằng chứng lao động. Với cơ chế đồng thuận này, các node sẽ tận dụng dụng sức mạnh của máy tính để giải quyết các bài toán tạo ra mã hash. Node đầu tiên giải bài toán, giành quyền để xác thực giao dịch, sau đó chúng sẽ nhận được PHẦN THƯỞNG (RewardS) đó là đồng BTC. Quá trình này được hiểu là ĐÀO COIN (Mining), trong đó các node đóng vai trò là những THỢ ĐÀO (Miners).

Khi một node giải quyết bài toán và xác nhận được giao dịch, giao dịch đó cũng sẽ được kiểm tra và xác nhận bởi tất cả những node khác ở trong mạng lưới. Nếu câu trả lời đó được thông qua, tất cả các node sẽ add giao dịch này vào blockchain, giúp cho blockchain có thể dễ dàng xác minh và đồng bộ hoá dữ liệu.

Chính vì việc sử dụng sức mạnh của máy tính để đảm bảo độ bảo mật cho blockchain nên thuật toán Proof of Work yêu cầu một lượng tiêu thụ điện năng lớn cũng như chi phí khá đắt đỏ cho những phần cứng bắt buộc.

Thêm vào đó, một block trên một blockchain POW cũng cần phải có nhiều thời gian hơn để nó được tạo ra và xác thực, điều này làm cho thuật toán này mất đi tính hiệu quả và hao tốn tài nguyên hơn các thuật toán đồng thuận khác, thậm chí được đánh giá là không thân thiện với môi trường.

Đây là cơ chế đồng thuận đầu tiên và gắn liền với đồng Bitcoin (BTC), Ethereum (ETH) đời đầu,…

Proof of Stake (Pos)

Proof of Stake (PoS), hay được hiểu là Bằng chứng cổ phần, đây là cơ chế thuật toán đồng thuận phổ biến và được sử dụng nhiều nhất ở hiện tại, và vào tháng 9/2022 Ethereum cũng đã chuyển sang thuật toán này để sử dụng. Thay vì sử dụng sức mạnh từ máy tính như Bitcoin đang thực hiện thì Proof of Stake yêu cầu các node tham gia xác thực giao dịch cần phải đặt cược (stake) một số lượng Native Token nhất định của mạng lưới đó để giành quyền tham gia xác thực và tạo khối. 

Thường các blockchain có sử dụng Proof of Stake sẽ yêu cầu một số lượng Token tối thiểu để được tham gia làm một Validator.

Ví dụ, để trở thành Validator của Ether, người dùng sẽ phải Stake ít nhất 32 đồng ETH. Số token này được đặt cọc để đảm bảo rằng các node sẽ hoạt động tốt, tức là nếu node đó offline quá lâu hoặc có những hành vi gian lận thì số token đã stake đó có thể bị giữ lại một phần hoặc mất toàn bộ tùy thuộc vào mức độ của vấn đề.

Validator node trong mạng lưới Proof of Stake sẽ nhận được những khoản Phí Giao Dịch để làm phần thưởng (Transaction Fees). Khi một giao dịch được diễn ra, các validator sẽ được chọn random để xác thực giao dịch đó, số lượng token stake càng nhiều thì tỉ lệ được chọn càng cao.

Với những cơ chế hoạt động trên, Proof of Stake hiện là thuật toán tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường hơn Proof of Work. Để trở thành một validator node cũng đơn giản hơn và không cần phải trang bị các thiết bị phần cứng quá đắt tiền.

Proof of Stake được đánh giá là ưu việt hơn so với Proof Of Work và đang thịnh hành với rất nhiều blockchain như Cosmos (ATOM), Binance Coin (BNB), Ontology (ONT),…

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Delegated Proof of Stake (DPoS), hay còn được hiểu là Bằng chứng uỷ quyền cổ phần, đây là phiên bản phát triển thêm của Proof of Stake.

Thay vì chọn validator ngẫu nhiên như cơ chế PoS, Token Holders (Người nắm token) sẽ chọn một số các node chuyên nghiệp để các node này vận hành mạng, bù lại thì Token Holders sẽ được chia sẻ lại một phần thưởng cho việc duy trì an ninh mạng. Trong mỗi block đó, số lượng delegators được chọn để xác thực giao dịch là giới hạn & ngẫu nhiên. 

Ngoài ra, Delegated Proof of Stake có số lượng validator giới hạn, thường thì giao động khoảng 10 – 100, nếu so với PoS nguyên bản thì DPoS được đánh giá là tốc độ nhanh hơn và hiệu suất tốt hơn.

DPoS giúp đảm bảo sự trung thực và công bằng từ việc thực hiện các hoạt động bầu phiếu liên tục và cũng liên tục thực hiện sự xáo trộn trong hệ thống, để đảm bảo những người được chọn sẽ là những người trung thực và có trách nhiệm.

Một số dự án sử dụng cơ chế này là: Cosmos (ATOM), EOS (EOS), Tron (TRX)…

Proof of History (PoH)

Proof of History, hay được hiểu là Bằng chứng lịch sử, là thuật toán đồng thuận khá mới mẻ được giới thiệu bởi hệ Solana (SOL). Thay vì xét theo logic thì PoH sử dụng timeline các giao dịch đã thực hiện để làm tài liệu tham khảo. Vì vậy, các validator node của mạng Solana có thể tạo ra các block tiếp theo mà không cần phải phối hợp với toàn bộ mạng lưới. 

Về cơ bản, Proof of History không tính toán output từ dữ liệu input mà thay vào đó PoH sử dụng một tính năng để tận dụng các output đã có trước đó để làm input. Cơ chế này được làm ra để giải quyết các vấn đề về thời gian trong các mạng phi tập trung ở những nơi không có cùng mốc thời gian.

Proof of Authority (PoA)

Proof of Authority, hay còn hiểu là Bằng chứng uỷ quyền, đây là thuật toán đồng thuận được dựa vào danh tiếng. Khác với PoS, những validators này làm nhiệm vụ xác thực khối sẽ không được lựa chọn dựa trên số coin mà họ nắm giữ mà sẽ là dựa trên chính sự nổi tiếng của mình. 

Lượng validator của mạng lưới được giới hạn lại nên đã giúp cho Proof of Authority trở thành mô hình có khả năng mở rộng. Cùng với đó, các giao dịch được xác thực từ các validator đã được chọn lọc và phê duyệt và đây cũng chính là những thành viên điều tiết hệ thống.

PoA luôn đề cao giá trị danh tính, nghĩa là những người được chọn chính là các validator đáng tin tưởng, điều này đã giúp cho một số công ty và doanh nghiệp có thể ứng dụng thuật toán này vào mô hình của họ. Không chỉ dừng lại ở đó, thuật toán đồng thuận PoA có thể được xem là một sự lựa chọn giá trị cho các Apps trong ngành hậu cần hoặc chuỗi cung ứng.

Để có được những ưu điểm trên, PoA phải đánh đổi bằng tính PHI TẬP TRUNG, hi sinh tính phi tập trung để đổi lấy hiệu suất tốt hơn và khả năng mở rộng nhanh hơn, hay nói cách khác, mô hình này chỉ có lợi cho các hệ thống TẬP TRUNG, giúp các hệ thống TẬP TRUNG trở nên hiệu quả hơn. 

PoA lần đầu tiên được đề xuất bởi cựu CTO của Etherueum, Gavin Wood vào năm 2017, sau đó nó được sử dụng bởi Binance Smart Chain (BNB Chain) và các Exchange chain khác như là OKExChain, Gatechain, HECO, Cronos…

Proof of Contribution (PoC)

Proof of Contribution (tạm hiểu là bằng chứng cống hiến) giám sát hoạt động của tất cả các validator trong mạng lưới và xếp hạng những validator đó theo sự đóng góp của họ – một cơ chế khá giống với hệ thống tín dụng xã hội. Sự uy tín của một cá nhân được đánh giá dựa vào số lượng token đã stake và các giao dịch được ghi trong lịch sử.

Trước khi tham gia vào mạng lưới, người dùng cần phải stake một khoản tiền được gọi là security deposit. Sau khi đã hoàn thành các công việc tính toán, các node có kết quả tốt đã được xác thực sẽ nhận được phần thưởng phí Giao Dịch và Staked Token từ các node không có kết quả chính xác.

Proof of Reputation (PoR)

Proof of Reputation (tạm hiểu là bằng chứng danh tiếng), là phiên bản update của Proof of Contribution. Tiến trình hoạt động của PoR tương đồng với PoC, có điểm khác biệt là ở cách chọn validator. Trong khi ai cũng có thể tham gia trở thành 1 node của một blockchain PoC, PoR yêu cầu một quy trình chọn lọc kỹ lưỡng và khắt khe hơn.

Để được trở thành một validator trên blockchain chạy thuật toán PoR, danh tiếng của người dùng phải lớn tới mức danh tiếng của họ có thể bị hủy hoại ngay lập tức nếu có các hoạt động gian lận xảy ra.

Do đó, các validator này thường là công ty, tổ chức. Đây là khái niệm tương đối trừu tượng vì đa phần các công ty tham gia vào hệ thống nếu họ gian lận thì điều đó sẽ ảnh hưởng đến danh tiếng của họ, những công ty lớn sẽ thiệt hại rất nhiều.

Dự án tiêu biểu sử dụng thuật toán PoR chính là GoChain Coin (GO).

Byzantine Fault Tolerance (BFT)

Byzantine Fault Tolerance (hoặc Hệ thống chịu lỗi Byzantine – BFT) đây là hệ thống có thể giải quyết được các vấn đề của bài toán Byzantine. Điều này có nghĩa là hệ thống BFT có thể vẫn tiếp tục hoạt động ngay cả khi một số node bị lỗi hoặc thực hiện những hành động gây hại đến mạng chung.

Thuật toán này cho phép những thành viên thực hiện xác minh và quản lý mỗi trạng thái của một chuỗi, đồng thời chia sẻ những thông điệp với một chuỗi khác, để có được các bản ghi giao dịch chính xác và đảm bảo được sự trung thực.

Một số dự án sử dụng thuật toán này: NEO (NEO), Ripple (XRP), Stellar (XLM)…

Các thuật toán đồng thuận khác

Hiện nay như chúng ta thấy, đang xuất hiện rất nhiều cơ chế đồng thuận khác nhau, phục vụ mọi nhu cầu từ công cộng đến riêng tư. Còn một số cái tên khác có thể kể đến như Proof of Location (PoL), Proof of Weight (PoWeight), Proof of Burn (PoB), Proof of Zero (PoZ), Direct Acyclic Graph Tangle (DAG),…

Các thuật toán blockchain này khá khó để thay đổi, do đó người ta thường nghĩ đến việc tạo ra một cơ chế mới. Những blockchain mới hơn cùng những cơ chế đồng thuận mới hơn sẽ mang đến sự phát triển không ngừng cho blockchain trong tương lai.

Tổng kết

Như vậy Coinlize đã chia sẻ với bạn Thuật toán đồng thuận Blockchain là gì? Có những thuật toán nào ở hiện tại ? Mong là bài viết này mang lại được nhiều giá trị kiến thức cho bạn.

Thuật toán đồng thuận là một phần không thể thiếu của blockchain. Với sự phát triển không ngừng này, trong tương lai không xa, có thể sẽ có những thuật toán ưu việt hơn, đáp ứng những nhu cầu cao hơn của người dùng, cũng có thể sẽ có một thuật toán nào đó có khả năng thay thế sự độc tôn hiện tại của Proof of Stake (PoS).

Bài viết cùng chủ đề

➤ Tấn công quá bán là gì? Blockchain của Bitcoin có thể bị hack không

➤ Kinh nghiệm đầu tư Bitcoin từ tay trắng

➤ 5 Chiến lược đầu tư coin hiệu quả cho người mới