Blockchain cho phép chúng ta viết một vài dòng code, một chương trình chạy trên blockchain, mà cả hai bên sẽ gửi vào đó 50 đô la. Chương trình này sẽ giữ cho 100 đô la được an toàn và tự động kiểm tra thời tiết ngày mai trên các nguồn dữ liệu. Dù trời nắng hay trời mưa, nó sẽ tự động chuyển toàn bộ số tiền cho người thắng cuộc. Mỗi bên có thể kiểm tra tính logic của hợp đồng và khi hợp đồng đang chạy trên blockchain thì không thể thay đổi hoặc dừng được. Đây có thể là quá nhiều nỗ lực cho một lần đặt cược 50 đô la, nhưng hãy tưởng tượng việc bán một ngôi nhà hoặc một công ty.

Bài viết này sẽ giải thích cách blockchain hoạt động nhưng không đi quá sâu vào các chi tiết kỹ thuật, nhưng vẫn cung cấp vừa đủ các ý tưởng chung về logic và cơ chế cơ bản.

Khái niệm cơ bản về Bitcoin

Ứng dụng được biết đến và thảo luận nhiều nhất của blockchain là Bitcoin, một loại tiền điện tử được sử dụng để trao đổi các sản phẩm và dịch vụ, tương tự như đô la Mỹ, euro, nhân dân tệ của Trung Quốc và các loại tiền tệ khác. Và chúng ta sẽ sử dụng ứng dụng đầu tiên này của công nghệ blockchain để tìm hiểu về cách hoạt động của nó.

Tệp sổ cái không được lưu trữ trong máy chủ của thực thể trung tâm giống như ngân hàng hay trong một trung tâm dữ liệu duy nhất. Nó được phân phối trên toàn thế giới thông qua một mạng lưới các máy tính riêng vừa lưu trữ dữ liệu vừa thực hiện các chức năng cơ bản của nó. Mỗi máy tính này đại diện cho một “nút" (node) của mạng blockchain và sẽ lưu trữ một bản sao của tệp sổ cái.

Nếu David muốn gửi bitcoin cho Sandra, anh ấy sẽ phát một thông báo tới network cho biết số lượng bitcoin trong tài khoản của anh ấy sẽ giảm 5 BTC và số tiền trong tài khoản của Sandra sẽ tăng lên cùng số lượng. Mỗi nút trong network sẽ nhận được thông báo và áp dụng giao dịch được yêu cầu vào bản sao sổ cái của nó và cập nhật số dư tài khoản.

Thông báo yêu cầu giao dịch đơn giản

Mã hóa giao dịch chữ ký điện tử đơn giản

Vậy thì làm sao hệ thống có thể tin tưởng rằng các giao dịch input là hợp lệ? Nó sẽ kiểm tra tất cả các giao dịch trước đó có liên quan đến ví bạn sử dụng để gửi bitcoin qua các tham chiếu input (input reference). Để tăng tốc quá trình xác minh, các nút trong network lưu giữ một bản ghi nhận đặc biệt về các giao dịch chưa sử dụng. Nhờ việc kiểm tra bảo mật này, chúng ta không thể chi tiêu gấp đôi số bitcoin.

Sở hữu bitcoin có nghĩa là có các giao dịch được ghi trong sổ cái liên hệ đến địa chỉ ví của bạn và chưa được sử dụng làm input. Tất cả các mã để thực hiện các giao dịch trên bitcoin network là mã nguồn mở; điều này có nghĩa là bất kỳ ai có máy tính xách tay và kết nối Internet đều có thể thực hiện giao dịch. Tuy nhiên, nếu có sai sót trong mã được sử dụng để phát thông báo yêu cầu giao dịch, bitcoin liên quan sẽ bị mất vĩnh viễn.

Hãy nhớ rằng kể từ khi network được phân phối, sẽ không có bộ phận hỗ trợ khách hàng nào để liên hệ cũng như không có bất kỳ ai có thể giúp bạn khôi phục giao dịch bị mất hoặc quên mật khẩu ví. Vì vậy, nếu bạn quan tâm đến việc giao dịch trên bitcoin network, bạn nên sử dụng mã nguồn mở và phiên bản chính thức của phần mềm ví bitcoin (chẳng hạn như Bitcoin Core) và lưu trữ mật khẩu hoặc khóa cá nhân trong một kho lưu trữ an toàn.

Tổng số địa chỉ bitcoin có thể có là 2¹⁶⁰ hoặc 1461501637330902918203684832716283019655932542976.

Số lượng lớn này nhằm bảo vệ network khỏi các cuộc tấn công có thể xảy ra trong khi cho phép bất kỳ ai sở hữu ví.

Với thiết lập này, vẫn có một lỗ hổng bảo mật lớn có thể bị lợi dụng để thu hồi bitcoin sau khi sử dụng chúng. Các giao dịch được chuyển từ nút này sang nút khác trong network, do đó, thứ tự mà hai giao dịch đến mỗi nút có thể khác nhau. Kẻ tấn công có thể gửi một giao dịch, đợi đối tác gửi sản phẩm và sau đó gửi một giao dịch ngược lại vào tài khoản của chính hắn. Trong trường hợp này, một số nút có thể nhận giao dịch thứ hai trước giao dịch đầu tiên và do đó coi giao dịch thanh toán ban đầu không hợp lệ, vì giao dịch đầu vào (transaction input) sẽ được đánh dấu là đã được chi tiêu. Làm sao để biết giao dịch nào đã được yêu cầu đầu tiên? Không an toàn khi đặt giao dịch theo dấu thời gian vì nó có thể dễ dàng bị làm giả. Do đó, không có cách nào để biết liệu một giao dịch có xảy ra trước một giao dịch khác hay không và điều này đã tạo ra rủi ro về gian lận.

Nếu điều này xảy ra, sẽ có bất đồng giữa các nút trong network về thứ tự giao dịch mà mỗi nút trong số họ nhận được. Vì vậy, hệ thống blockchain đã được thiết kế để sử dụng thỏa thuận nút (node agreement) để đặt hàng cho các giao dịch và ngăn chặn gian lận như trên.

Bitcoin network đặt hàng các giao dịch bằng cách nhóm chúng thành các block; mỗi block chứa một số lượng giao dịch xác định và một liên kết đến block trước đó. Đây là nguyên lý để sắp xếp block này đến block khác theo thứ tự thời gian. Từ đó, các khối (block) được tổ chức thành một chuỗi (chain) theo thời gian, hình thành nên cái tên cho toàn bộ hệ thống: blockchain.

Cấu trúc blockchain đơn giản hóa

Các giao dịch trong cùng một block được xem là đã xảy ra cùng một thời điểm và các giao dịch không cùng trong một block được xem là chưa được xác nhận. Mỗi nút có thể nhóm các giao dịch thành một block và phát đến network như một lời gợi ý cho block tiếp theo. Vì bất kỳ nút nào cũng có thể đề xuất một block mới, làm thế nào hệ thống xác nhận block tiếp theo?

Để được thêm vào blockchain, mỗi block phải chứa câu trả lời cho một vấn đề toán học phức tạp được tạo ra bằng cách sử dụng một hàm hash mật mã không thể đảo ngược. Cách duy nhất để giải quyết một vấn đề toán học như vậy là đoán các số ngẫu nhiên, kết hợp với nội dung khối trước đó, tạo ra một kết quả xác định. Có thể mất khoảng một năm để một máy tính điển hình đoán đúng số và giải được bài toán. Tuy nhiên, do số lượng lớn máy tính trong network đang đoán số nên trung bình cứ 10 phút lại có một block được giải. Nút nào đã giải quyết được bài toán sẽ có quyền đặt block tiếp theo trên chain và phát nó lên network.

Và điều gì sẽ xảy ra nếu hai nút giải quyết vấn đề cùng một lúc và cùng nhau gửi các block của chúng vào network? Trong trường hợp này, cả hai block đều được phát đi và mỗi nút xây dựng trên block mà nó nhận được đầu tiên. Tuy nhiên, hệ thống blockchain yêu cầu mỗi nút phải xây dựng ngay lập tức trên chuỗi block dài nhất hiện có. Vì vậy, nếu có sự mơ hồ về block cuối cùng, ngay sau khi block tiếp theo được giải quyết, mỗi nút sẽ sử dụng chuỗi dài nhất làm lựa chọn duy nhất.

Đoạn cuối của chuỗi logic mơ hồ

Làm thế nào để hệ thống ngăn chặn loại gian lận này? Mỗi block chứa một tham chiếu (reference) đến block trước đó (xem Hình 6). Tham chiếu này sẽ là một phần của bài toán cần được giải để phát block sau lên network. Vì vậy, rất khó để tính toán trước một loạt các block vì nó đòi hỏi số lượng phỏng đoán ngẫu nhiên cao để giải một block và đặt nó trên blockchain. Mary đang trong một cuộc đua giải toán với tất cả mọi người trong network để đặt block tiếp theo trên chain. Ngay cả khi cô ấy giải nó trước bất kỳ ai khác, rất khó có khả năng cô ấy có thể giải được hai, ba hoặc nhiều block liên tiếp, vì toàn bộ network đang thi đấu với nhau.

Liệu Mary có thể sử dụng một máy tính siêu nhanh để tạo ra đủ các dự đoán ngẫu nhiên để cạnh tranh với toàn network trong việc giải các block không? Có, nhưng ngay cả với một máy tính rất rất nhanh, rất khó có khả năng Mary có thể giải quyết nhiều block liên tiếp vào thời điểm chính xác cần thiết để thực hiện một cuộc tấn công chi tiêu gấp đôi do số lượng lớn thành viên trong network.

Cô ấy sẽ cần kiểm soát 50% sức mạnh tính toán của toàn network để có 50% cơ hội giải được một block trước khi một số nút khác làm được; và thậm chí trong trường hợp này, cô ấy chỉ có 25% cơ hội giải được hai block liên tiếp. Càng giải được nhiều block liên tiếp, khả năng thành công của cô ấy càng thấp. Các giao dịch trong hệ thống bitcoin blockchain được bảo vệ bởi một cuộc chạy đua toán học: Bất kỳ kẻ tấn công nào cũng đang cạnh tranh với toàn bộ network.

Do đó, các giao dịch sẽ phát triển một cách an toàn hơn theo thời gian. Ví dụ: những người được bao gồm trong một block được xác nhận một giờ trước, an toàn hơn những người trong một block được xác nhận trong 10 phút trước. Vì trung bình cứ 10 phút sẽ có một block được thêm vào chain, nên một giao dịch được bao gồm trong block lần đầu tiên một giờ trước rất có thể đã được xử lý và hiện không thể đảo ngược.

Bảo mật giao dịch blockchain

Đào Bitcoin

Để gửi bitcoin, bạn cần tham chiếu giao dịch đến vào ví của chính mình. Điều này áp dụng cho mọi giao dịch trên toàn network. Vì vậy, ngay từ đầu bitcoin đến từ đâu?

Như một cách để cân bằng tính chất giảm phát của bitcoin do lỗi phần mềm và mất mật khẩu ví, phần thưởng được trao cho những người giải được bài toán của mỗi block. Hoạt động chạy phần mềm bitcoin blockchain để nhận được những phần thưởng bitcoin này được gọi là "đào" (mining) - và nó rất giống với việc đào vàng.

Phần thưởng là động lực chính cho những người tham gia vận hành các nút, từ đó cung cấp sức mạnh tính toán cần thiết để xử lý các giao dịch và ổn định blockchain network.

Vì một máy tính cơ bản mất nhiều thời gian để giải một block (trung bình khoảng một năm), nên các nút kết hợp với nhau thành các nhóm để chia nhau số lần dự đoán để giải block tiếp theo. Làm việc theo nhóm sẽ đẩy nhanh quá trình đoán đúng số và nhận phần thưởng, sau đó sẽ được chia cho các thành viên trong nhóm. Các nhóm này được gọi là nhóm đào bitcoin.

Một số nhóm đào rất lớn và chiếm hơn 20% tổng sức mạnh tính toán của network. Điều này có ý nghĩa rõ ràng đối với an ninh mạng, như đã thấy trong ví dụ về cuộc tấn công chi tiêu gấp đôi ở trên. Ngay cả khi một trong những nhóm này có khả năng đạt được 50% sức mạnh tính toán của network, thì khi một block càng lùi xa trong chain, các giao dịch trong đó càng trở nên an toàn hơn.

Tuy nhiên, một số nhóm đào với sức mạnh tính toán lớn đã quyết định giới hạn thành viên của họ để bảo vệ an ninh của network.

Vì sức mạnh tính toán tổng thể của network có khả năng tăng theo thời gian do đổi mới công nghệ và số lượng nút ngày càng tăng, hệ thống blockchain sẽ hiệu chỉnh lại độ khó toán học khi giải block tiếp theo để nhắm mục tiêu trung bình 10 phút cho toàn bộ network. Điều này đảm bảo sự ổn định và bảo mật tổng thể của network.

Hơn nữa, cứ sau bốn năm, phần thưởng block sẽ bị cắt giảm một nửa, do đó, việc khai thác bitcoin (điều hành network) sẽ trở nên ít thú vị hơn theo thời gian. Để khuyến khích các nút tiếp tục hoạt động, các khoản phí thưởng nhỏ có thể được đính kèm cho mỗi giao dịch; những phần thưởng này được thu thập bởi nút bao gồm thành công của các giao dịch tương tự trong một block và giải quyết vấn đề toán học của nó. Do cơ chế này, các giao dịch liên quan đến phần thưởng cao hơn thường được xử lý nhanh hơn các giao dịch liên quan đến phần thưởng thấp. Có nghĩa là, khi gửi một giao dịch, bạn có thể quyết định xem bạn muốn xử lý giao dịch đó nhanh hơn (đắt hơn) hay rẻ hơn (mất nhiều thời gian hơn). Phí giao dịch trong bitcoin network hiện rất nhỏ so với phí mà các ngân hàng tính và chúng không liên quan đến số tiền giao dịch.

Lợi ích và thách thức của Blockchain

Bây giờ bạn đã hiểu một vài nguyên lý cơ bản về cách hoạt động của blockchain, hãy cùng xem tại sao nó lại thú vị như vậy.

Một số ứng dụng đáng chú ý của việc ứng dụng dụng công nghệ blockchain:

• Bạn có toàn quyền kiểm soát giá trị mà bạn sở hữu; không có bên thứ ba nào nắm giữ giá trị của bạn hoặc có thể hạn chế quyền truy cập của bạn.

• Chi phí để thực hiện một giao dịch giá trị từ và đến bất kỳ nơi nào trên thế giới là rất thấp. Điều này cho phép thanh toán vi mô.

• Giá trị có thể được chuyển trong vòng vài phút và giao dịch có thể được coi là an toàn sau vài giờ, thay vì vài ngày hoặc vài tuần.

• Bất kỳ ai tại bất kỳ thời điểm nào đều có thể xác minh mọi giao dịch được thực hiện trên blockchain, dẫn đến sự minh bạch hoàn toàn.

• Có thể tận dụng công nghệ blockchain để xây dựng các ứng dụng phi tập trung (decentralized) có thể quản lý thông tin và chuyển giá trị nhanh chóng và an toàn.

Tuy nhiên, có một số thách thức cần được giải quyết:

• Giao dịch có thể được gửi và nhận một cách ẩn danh. Điều này bảo vệ quyền riêng tư của người dùng, nhưng nó cũng cho phép hoạt động bất hợp pháp trên mạng.

• Mặc dù nhiều nền tảng trao đổi đang nổi lên và tiền điện tử đang trở nên phổ biến, nhưng vẫn không dễ dàng để mua bán hàng hóa và dịch vụ bằng bitcoin.

• Bitcoin, giống như nhiều loại tiền điện tử khác, rất dễ bay hơi: Không có nhiều bitcoin trên thị trường và nhu cầu đang thay đổi nhanh chóng. Giá Bitcoin dao động thất thường, thay đổi dựa trên các sự kiện lớn trong ngành công nghiệp tiền điện tử.

Nhìn chung, công nghệ blockchain có tiềm năng cách mạng hóa rất nhiều ngành công nghiệp, từ quảng cáo đến phân phối năng lượng. Sức mạnh chính của nó nằm ở bản chất phi tập trung và khả năng loại bỏ nhu cầu tin cậy.

Các trường hợp sử dụng mới luôn phát sinh - như khả năng tạo ra một nền tảng phân quyền hoàn toàn chạy các hợp đồng thông minh như Ethereum. Nhưng điều quan trọng cần nhớ là công nghệ này vẫn còn sơ khai. Các công cụ mới đang được phát triển mỗi ngày để cải thiện bảo mật blockchain đồng thời cung cấp nhiều tính năng, công cụ và dịch vụ hơn.