hiểu biết về blockchain: từ lý thuyết đến thực hành

các điều khoản chính

• Sổ cái phân tán dựa trên mật mã cho phép ghi lại thông tin về các giao dịch một cách đáng tin cậy trên nhiều nút mạng mà không cần một cơ quan quản lý duy nhất.
• Các thuật toán mã hóa và cơ chế kiểm tra dữ liệu đảm bảo tính không thể thay đổi của các bản ghi - thông tin một khi đã vào hệ thống sẽ không thể bị làm giả.
• Công nghệ blockchain đã trở thành nền tảng cho các loại tiền tệ kỹ thuật số như Bitcoin và Ethereum, cũng như được ứng dụng trong logistics, y tế, hệ thống bỏ phiếu và các lĩnh vực khác, nơi cần sự minh bạch và độ tin cậy.

bối cảnh lịch sử ngắn gọn

Sự xuất hiện của blockchain như một khái niệm có từ những năm đầu của thập niên 1990, khi các nhà khoa học Stuart Haber và W. Scott Stornetta đề xuất sử dụng các chuỗi mã hóa để bảo vệ tài liệu kỹ thuật số khỏi sự thay đổi. Ý tưởng của họ đã truyền cảm hứng cho nhiều chuyên gia, dẫn đến sự ra đời của Bitcoin — đồng tiền điện tử đầu tiên được xây dựng trên các nguyên tắc của sổ cái phân tán.

Kể từ đó, công nghệ đã được phổ biến rộng rãi, vượt ra ngoài ranh giới của lĩnh vực tài chính. Ngày nay, blockchain là một công cụ đa năng để ghi chép dữ liệu và tổ chức sự tin cậy trong môi trường kỹ thuật số.

blockchain là gì

Thực chất, blockchain là một cơ sở dữ liệu chuyên biệt được hỗ trợ bởi nhiều máy tính (nút) hoạt động độc lập với nhau. Thông tin trong hệ thống như vậy được tổ chức tuần tự dưới dạng các khối, được bảo vệ bằng các phương pháp mã hóa.

Điều khác biệt chính giữa blockchain và các kho dữ liệu thông thường là việc không có quản trị viên trung tâm. Không có tổ chức nào kiểm soát hoàn toàn cách thức thêm, xác minh và lưu trữ các bản ghi. Thay vào đó, các thành viên trong mạng tự xác thực thông tin và duy trì tính toàn vẹn của sổ cái.

Nhờ vào tổ chức như vậy, dữ liệu đã được ghi lại một lần gần như không thể thay đổi mà không có sự đồng ý của đa số các thành viên trong mạng. Tính năng này được gọi là tính không thể thay đổi và là một trong những lợi thế chính của công nghệ.

các đặc điểm chính của blockchain

Phân tán: thông tin không được lưu trữ trong một cơ sở dữ liệu trung tâm mà là trên hàng nghìn máy tính cùng một lúc. Điều này làm cho hệ thống bền vững trước sự cố và tấn công. Ví dụ, Bitcoin hoạt động trên hàng chục nghìn nút, điều này loại trừ điểm thất bại duy nhất.

tính minh bạch của dữ liệu: hầu hết các mạng đều cung cấp quyền truy cập công khai vào sổ cái. Mọi người dùng đều có thể xem tất cả các giao dịch đã thực hiện, địa chỉ của các bên tham gia và số tiền chuyển khoản. Điều này đảm bảo tính minh bạch tối đa.

bảo vệ khỏi giả mạo: các phương pháp và thuật toán mã hóa đảm bảo rằng không ai có thể làm giả hoặc chỉnh sửa các bản ghi đã được thêm vào mà không bị phát hiện.

tốc độ và tính tiết kiệm: việc không có trung gian cho phép thực hiện các giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn nhiều so với các tổ chức truyền thống. Các khoản thanh toán được xử lý gần như trực tuyến.

vai trò của sự phi tập trung trong kiến trúc blockchain

Phi tập trung là nguyên tắc chính mà blockchain được xây dựng. Nó có nghĩa là quyết định không được đưa ra bởi một trung tâm quyền lực duy nhất mà được phân bổ giữa tất cả các thành viên trong hệ sinh thái.

Trong hệ thống phi tập trung, không có cơ quan duy nhất nào xác định các quy tắc trò chơi. Thay vào đó, mỗi nút trong mạng sở hữu một bản sao dữ liệu và tham gia vào quá trình xác minh. Cách tiếp cận này loại bỏ sự cần thiết phải tin tưởng vào các cấu trúc trung gian và cho phép người dùng tương tác trực tiếp.

làm thế nào để tổ chức công việc của blockchain

bước 1: khởi tạo và truyền tải giao dịch

khi người dùng muốn thực hiện chuyển tiền ( ví dụ, gửi bitcoin ), họ tạo ra một giao dịch, sau đó được phát tán ra toàn mạng lưới nút.

giai đoạn 2: kiểm tra dữ liệu

mỗi nút nhận thông tin về giao dịch và kiểm tra tính xác thực của nó. việc kiểm tra bao gồm phân tích chữ ký số và các tham số khác xác nhận rằng người khởi tạo thực sự sở hữu số tiền được chuyển.

giai đoạn 3: nhóm lại thành các khối

các giao dịch đã được phê duyệt được gộp lại thành một khối duy nhất. mỗi khối chứa nhiều phần tử:

• dữ liệu về các giao dịch
• thời điểm tạo
• mã định danh mật mã duy nhất (hesh) của khối hiện tại
• mã định danh của khối trước đó, liên kết chúng thành một chuỗi duy nhất

giai đoạn 4: thiết lập sự đồng thuận

trước khi thêm khối vào chuỗi chính, các thành viên trong mạng phải đạt được thỏa thuận về tính chính xác của nó. điều này xảy ra thông qua việc áp dụng các thuật toán đặc biệt, mà chúng ta sẽ phân tích dưới đây.

giai đoạn 5: thêm vào chuỗi

sau khi được phê duyệt, khối sẽ được thêm vào blockchain một cách cuối cùng. mỗi khối tiếp theo đều tham chiếu đến khối trước đó, tạo ra sự không thể thay đổi các bản ghi cũ mà không cần xây dựng lại toàn bộ chuỗi sau đó.

giai đoạn 6: tính khả dụng công khai

bất kỳ ai cũng có thể sử dụng các dịch vụ web chuyên biệt (trình duyệt blockchain), để xem bất kỳ giao dịch nào trong lịch sử mạng. chẳng hạn, trong Bitcoin có thể thấy mỗi chuyển khoản từ thời điểm mạng được tạo ra, bao gồm địa chỉ của các bên và số tiền.

các cơ sở mật mã của an ninh

mật mã học đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ blockchain. Một trong những cơ chế mật mã chính là hàm băm.

băm là quá trình mà bất kỳ dữ liệu đầu vào nào được chuyển đổi thành một chuỗi ký tự có độ dài cố định. trong blockchain, các hàm băm được sử dụng, chúng có một đặc tính quan trọng: chúng gần như không cho phép xung đột (hai đầu vào khác nhau tạo ra cùng một đầu ra).

thậm chí một sự thay đổi nhỏ trong đầu vào hoàn toàn thay đổi kết quả của hàm băm. chẳng hạn, hàm SHA256 ( được sử dụng trong Bitcoin) sẽ cho ra các giá trị hoàn toàn khác nhau cho “blockchain” và “blockchain” ( với chữ thường). trong khi đó, việc khôi phục dữ liệu gốc từ hàm băm là không thể — thuộc tính này được gọi là tính một chiều.

chính nhờ vào các hash mà blockchain trở nên bảo mật trước sự giả mạo. nếu cố gắng thay đổi dữ liệu trong một khối, điều này sẽ thay đổi hash của nó, phá vỡ liên kết với tất cả các khối tiếp theo. việc xây dựng lại toàn bộ chuỗi còn lại là khả thi về mặt kỹ thuật, nhưng không có lãi về mặt kinh tế, đặc biệt là trong các mạng lớn.

phương pháp mã hóa thứ hai là mã hóa bất đối xứng (hai khóa ). mỗi người dùng có hai khóa: khóa bí mật (riêng tư ) và khóa công khai (mở ). khi người dùng khởi xướng một giao dịch, họ ký nó bằng khóa bí mật của mình. tất cả những người khác có thể xác minh chữ ký bằng khóa công khai của họ mà không cần biết khóa bí mật. điều này đảm bảo rằng chỉ có chủ sở hữu khóa bí mật mới có thể khởi xướng các giao dịch từ danh tính của mình.

cơ chế đạt được sự đồng thuận trong mạng

để blockchain hoạt động ổn định, tất cả các nút phải đạt được sự đồng thuận về những giao dịch nào là hợp lệ. điều này được thực hiện thông qua các thuật toán đồng thuận.

Bằng chứng công việc: cạnh tranh thông qua tính toán

Proof of Work (PoW) — là thuật toán cổ điển, lần đầu tiên được sử dụng trong Bitcoin. Trong hệ thống này, các thợ mỏ cạnh tranh với nhau để giải quyết các bài toán toán học phức tạp. Người đầu tiên tìm ra giải pháp sẽ có quyền thêm một khối mới và nhận phần thưởng bằng đồng tiền mới và phí.

Để giải quyết các nhiệm vụ, cần có máy tính mạnh mẽ và tiêu tốn điện năng đáng kể. Điều này tạo ra một rào cản tự nhiên chống lại các hành vi lạm dụng, vì việc tấn công vào mạng trở nên cực kỳ tốn kém. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi nhiều nguồn lực và thường bị chỉ trích vì tác động đến môi trường.

Bằng chứng cổ phần: lựa chọn thông qua đặt cược

Chứng minh cổ phần (PoS) — một cách tiếp cận hiện đại hơn, nhằm giải quyết các vấn đề của PoW. Ở đây, các xác thực ( thay vì thợ mỏ ) khóa một phần tài sản tiền điện tử của họ làm bảo đảm ( cổ phần ). Sau đó, mạng sẽ chọn ngẫu nhiên các xác thực tỷ lệ với kích thước cổ phần của họ để tạo ra các khối mới.

nếu trình xác thực cư xử trung thực, anh ta nhận được hoa hồng từ các giao dịch. nếu anh ta cố gắng thao túng dữ liệu, cổ phần của anh ta bị tịch thu. cơ chế này thúc đẩy hành vi trung thực một cách kinh tế mà không cần đến các tài nguyên tính toán khổng lồ.

các phương pháp khác nhau để đạt được sự đồng thuận

Ngoài PoW và PoS, còn có các biến thể lai. Chẳng hạn, DeleGated Proof of Stake (DPoS) cho phép các chủ sở hữu token bỏ phiếu cho các đại biểu, những người tạo khối thay mặt cho họ. Điều này linh hoạt hơn, nhưng làm giảm một chút mức độ phi tập trung.

một lựa chọn khác là Proof of Authority (PoA), trong đó các validator được chọn dựa trên danh tiếng hoặc sự nổi tiếng của họ, chứ không phải số lượng tài sản. các mạng như vậy hoạt động nhanh hơn, nhưng yêu cầu sự tin tưởng vào những người tham gia nổi tiếng.

các tùy chọn kiến trúc blockchain

mạng mở

Blockchain mở là một mạng lưới mà bất kỳ ai cũng có thể tham gia. Không có hạn chế nào về việc tham gia, và dữ liệu có sẵn cho tất cả mọi người. Ví dụ: Bitcoin và Ethereum. Những mạng lưới này cực kỳ phi tập trung và minh bạch, nhưng có thể chậm hơn do cần phải có sự đồng thuận giữa nhiều người tham gia.

mạng lưới đóng

Blockchain riêng tư được kiểm soát bởi một tổ chức hoặc nhóm công ty. Việc truy cập vào đó được hạn chế nghiêm ngặt, và các quy tắc được thiết lập bởi các chủ sở hữu. Các hệ thống như vậy hoạt động nhanh hơn và hiệu quả hơn, nhưng mất đi lợi thế chính của công nghệ - tính phi tập trung hoàn toàn và không bị kiểm soát.

các liên minh hỗn hợp

Liên minh tập hợp một số tổ chức độc lập, cùng nhau quản lý blockchain. Mỗi thành viên có ảnh hưởng đến việc ra quyết định, và các quy tắc được thiết lập theo sự đồng thuận. Đây là một sự thỏa hiệp giữa tính minh bạch và sự kiểm soát: dữ liệu có thể được truy cập một phần, và các trình xác thực được chọn bởi một vài bên có uy tín.

blockchain được áp dụng ở đâu

tiền điện tử và thanh toán

Mục đích ban đầu của blockchain là tạo ra các loại tiền tệ có thể được chuyển giao mà không cần ngân hàng và trung gian. Bitcoin và các loại tiền điện tử khác được sử dụng để lưu trữ giá trị cũng như để chuyển tiền qua biên giới, thường rẻ hơn và nhanh hơn so với các phương pháp truyền thống.

hợp đồng thông minh

Hợp đồng thông minh là các chương trình tự động thực thi, được tích hợp vào blockchain. Chúng cho phép các bên ký kết thỏa thuận mà không cần trung gian. Khi các điều kiện được thực hiện, hợp đồng sẽ tự động kích hoạt. Điều này đã mở ra con đường cho các ứng dụng phi tập trung và dịch vụ tài chính (DeFi), cung cấp các khoản vay, giao dịch và các dịch vụ khác mà không cần các tổ chức truyền thống.

số hóa tài sản

tài sản thực (bất động sản, nghệ thuật, cổ phiếu) có thể được chuyển đổi thành token kỹ thuật số trên blockchain. điều này tăng tính thanh khoản của chúng và mở rộng đối tượng nhà đầu tư tiềm năng, những người trước đây không có quyền truy cập vào các công cụ như vậy.

nhận dạng trong không gian số

Blockchain có thể trở thành nền tảng cho việc tạo ra danh tính số đáng tin cậy, được bảo vệ khỏi việc làm giả. Điều này hữu ích cho việc xác minh danh tính và lưu trữ dữ liệu nhạy cảm trong bối cảnh ngày càng tăng của quá trình số hóa.

hệ thống bỏ phiếu

nhờ vào tính không thể thay đổi và sự minh bạch của blockchain, có thể tổ chức các cuộc bầu cử và bỏ phiếu mà loại trừ gian lận. mỗi phiếu bầu được ghi lại dưới dạng bản ghi không thể thay đổi, có sẵn để kiểm tra.

theo dõi hàng hóa

Trong logistics, blockchain được sử dụng để tạo ra một sổ cái minh bạch cho tất cả các giai đoạn giao hàng. Mỗi lần chuyển hàng từ một kho này sang kho khác được ghi lại như một giao dịch riêng biệt, đảm bảo tính đầy đủ của báo cáo và ngăn chặn việc giả mạo.

kết luận

Blockchain là một cách tổ chức dữ liệu và tương tác giữa các bên mà không cần trung gian. Nhờ vào mã hóa và các thuật toán đồng thuận phân tán, công nghệ này cung cấp mức độ bảo mật và minh bạch mà trước đây không thể đạt được trong các hệ thống kỹ thuật số.

Mặc dù blockchain vẫn đang trong giai đoạn phát triển, nhưng tiềm năng của nó là rất lớn. Từ thanh toán ngang hàng và hợp đồng lập trình đến cách mạng trong logistics và xác thực danh tính — phạm vi ứng dụng đang không ngừng mở rộng. Khi công nghệ ngày càng hoàn thiện và khả năng mở rộng được nâng cao, blockchain có khả năng trở thành nền tảng cho một loạt các đổi mới trong những năm tới.