Hiểu về blockchain: từ cơ chế đến việc áp dụng thực tế

Giới thiệu : tại sao cần hiểu blockchain là gì ?

Nếu bạn tự hỏi “blockchain là gì”, câu trả lời đơn giản là: một cuộc cách mạng công nghệ đang thay đổi cách chúng ta ghi chép, chia sẻ và bảo mật dữ liệu. Khác với các hệ thống tập trung truyền thống, blockchain cung cấp một lựa chọn phi tập trung, minh bạch và gần như không thể thay đổi để quản lý các giao dịch và thông tin.

Kể từ khi Bitcoin ra đời vào đầu những năm 2010, blockchain đã vượt ra ngoài khuôn khổ đơn giản của các loại tiền điện tử. Ngày nay, nó đang chuyển đổi các lĩnh vực đa dạng như y tế, logistics, bất động sản và quản trị. Nhưng trước khi khám phá các ứng dụng cụ thể của nó, hãy cùng tìm hiểu cách thức hoạt động thực sự của nó và điều gì làm cho nó trở nên mạnh mẽ.

Những điều cần nhớ về blockchain

• Blockchain là một sổ cái kỹ thuật số phi tập trung ghi lại các giao dịch một cách an toàn trên một mạng lưới phân tán gồm hàng ngàn máy tính.
• Nó đảm bảo tính bất biến của dữ liệu nhờ vào mật mã và các cơ chế đồng thuận: một khi đã được ghi lại, không thông tin nào có thể bị thay đổi hồi tố.
• Ngoài các loại tiền điện tử như Bitcoin và Ethereum, blockchain tạo ra sự tin cậy và minh bạch trong các lĩnh vực từ quản lý chuỗi cung ứng đến hệ thống bỏ phiếu.

Blockchain là gì? Định nghĩa kỹ thuật và đơn giản

Một blockchain hoạt động như một cơ sở dữ liệu đặc biệt: thay vì được lưu trữ trên một máy chủ duy nhất do một công ty hoặc tổ chức kiểm soát, nó được phân phối trên hàng nghìn máy tính ( được gọi là nút ) làm việc cùng nhau.

Dữ liệu không chỉ được ghi lại một cách ngẫu nhiên. Chúng được tổ chức thành khối, mỗi khối chứa:

• Chi tiết các giao dịch
• Một dấu thời gian (ngày và giờ chính xác)
• Một định danh mã hóa duy nhất (hash)
• Băm của khối trước, tạo ra chuỗi

Chuỗi băm này là bí mật của sự an toàn. Chỉ cần thay đổi một ký tự trong một khối cũ cũng sẽ hoàn toàn thay đổi định danh của nó, và do đó là tất cả các khối theo sau. Điều này về mặt kỹ thuật và kinh tế là không thể thực hiện được trên quy mô lớn.

Lịch sử ẩn giấu của blockchain: từ trước Bitcoin

Ít người biết rằng blockchain không bắt đầu với Bitcoin. Vào đầu những năm 1990, các nhà khoa học máy tính Stuart Haber và W. Scott Stornetta đã phát triển các kỹ thuật chuỗi khối đầu tiên được bảo mật bằng mật mã. Mục tiêu của họ đơn giản nhưng quan trọng: ngăn chặn việc làm giả tài liệu kỹ thuật số.

Những người tiên phong này đã đặt nền tảng lý thuyết đã truyền cảm hứng cho một thế hệ các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực mật mã. Chỉ đến những năm 2000, các khái niệm này mới kết hợp với những đổi mới khác để tạo ra Bitcoin, ứng dụng thực tiễn đầu tiên và phi tập trung của công nghệ blockchain.

Kể từ đó, việc áp dụng đã tăng tốc. Các loại tiền điện tử đã trở thành một hiện tượng toàn cầu, và blockchain đã mở rộng ra xa hơn nữa, tìm thấy các trường hợp sử dụng trong hầu như tất cả các lĩnh vực kinh tế.

Cách một blockchain hoạt động? Năm bước chính

Bước 1 : Phát tán giao dịch trên mạng

Khi Alice gửi Bitcoin cho Bob, giao dịch của cô không được ghi lại ngay lập tức. Nó trước tiên được phát tán đến tất cả các nút trong mạng, như một thông báo công khai. Mỗi nút nhận thông tin này và bắt đầu xác thực nó.

Bước 2 : Xác minh bởi các nút

Các nút kiểm tra rằng giao dịch là hợp pháp bằng cách sử dụng các kỹ thuật mã hóa tiên tiến, bao gồm cả chữ ký số. Chúng đảm bảo rằng Bob thực sự có số tiền mà anh ấy tuyên bố sẽ gửi, và không ai khác có thể giả mạo giao dịch này.

Bước 3 : Nhóm lại thành khối

Các giao dịch đã được xác nhận được nhóm lại với nhau trong một khối, giống như một trang của một sổ đăng ký kỹ thuật số. Khối này có thể chứa 100, 1000 hoặc 10000 giao dịch, tùy thuộc vào kích thước và khả năng của mạng.

Bước 4 : Đồng thuận của mạng

Trước khi một khối được thêm vào blockchain, mạng lưới phải đồng ý về tính hợp lệ của nó. Đó là vai trò quan trọng của cơ chế đồng thuận. Các mạng lưới khác nhau sử dụng các phương pháp khác nhau để đạt được sự đồng ý này.

Bước 5 : Ghi chép không thay đổi

Một khi khối được phê duyệt, nó được liên kết về mặt mật mã với khối trước đó, tạo ra một chuỗi không thể bị vi phạm. Mọi người có thể kiểm tra bản ghi này bằng cách tham khảo một trình khám phá blockchain, một trang web công cộng hiển thị lịch sử đầy đủ của tất cả các giao dịch.

Bốn trụ cột của blockchain: phi tập trung, minh bạch, bất biến, an ninh

Phi tập trung : Khác với các ngân hàng nơi một máy chủ trung ương kiểm soát tất cả các tài khoản, blockchain phân phối quyền kiểm soát giữa hàng ngàn nút. Tấn công Bitcoin sẽ yêu cầu kiểm soát phần lớn các nút này đồng thời—một nhiệm vụ gần như không thể và cực kỳ tốn kém.

Minh bạch : Hầu hết các blockchain đều công khai, có nghĩa là bất kỳ ai cũng có thể xem tất cả các giao dịch. Đây là một nghịch lý: dữ liệu có thể nhìn thấy cho tất cả, nhưng lại ẩn danh ( ta thấy địa chỉ ví, chứ không phải tên người ).

Tính không thể thay đổi : Một khi dữ liệu đã được đưa vào blockchain, chúng không thể bị sửa đổi mà không bị toàn bộ mạng phát hiện ngay lập tức hành vi gian lận. Đây là sự đảm bảo tối thượng cho tính toàn vẹn của dữ liệu.

Bảo mật : Mật mã hiện đại bảo vệ blockchain ở nhiều cấp độ khác nhau. Chữ ký số đảm bảo rằng chỉ có chủ sở hữu của một khóa riêng có thể cho phép một giao dịch, trong khi các hàm băm tạo ra các dấu vân tay số duy nhất và không thể giả mạo.

Phi tập trung : khi quyền lực được phân phối

Trong một blockchain phi tập trung, không có điểm kiểm soát trung tâm nào. Không ai—không chính phủ, không ngân hàng, không doanh nghiệp—có thể đơn phương thay đổi quy tắc, đóng băng tài khoản hoặc thu phí tùy ý.

Thay vào đó, người dùng trong mạng lưới hợp tác. Mỗi nút giữ bản sao riêng của blockchain. Mỗi người dùng có thể xác minh rằng dữ liệu không bị thay đổi. Đây là một hệ thống tin cậy lẫn nhau thay thế cho niềm tin vào một cơ quan trung ương.

Tính năng này là cách mạng cho các quốc gia đang trong khủng hoảng kinh tế hoặc các vùng mà các tổ chức tài chính không ổn định hoặc tham nhũng. Nó cũng cung cấp một lựa chọn cho những người không đơn giản tin tưởng vào các trung gian truyền thống.

Cơ chế đồng thuận: cách các nút đạt được sự đồng thuận

Giả sử có 50 000 nút trên thế giới, mỗi nút có một bản sao dữ liệu hơi khác nhau. Làm thế nào để đảm bảo rằng tất cả chúng đều được đồng bộ hóa? Đây là vấn đề mà cơ chế đồng thuận giải quyết.

Bằng Chứng Công Việc (PoW) : xác thực bằng sức mạnh tính toán

Bitcoin sử dụng Chứng minh Công việc, trong đó các thợ mỏ cạnh tranh để giải quyết một bài toán toán học phức tạp. Người đầu tiên thành công sẽ giành quyền thêm khối tiếp theo và nhận phần thưởng bằng Bitcoin.

Quá trình này cố ý khó khăn. Các thợ mỏ sử dụng một lượng lớn điện và sức mạnh máy tính để giải quyết những câu đố này. Điều này khiến việc kiểm soát phần lớn mạng lưới trở nên cực kỳ tốn kém cho một kẻ tấn công—họ sẽ phải đầu tư hàng tỷ vào phần cứng chỉ để phát động một cuộc tấn công.

Thỏa hiệp: PoW tiêu tốn nhiều năng lượng và các giao dịch tương đối chậm (Bitcoin xử lý khoảng 7 giao dịch mỗi giây).

Chứng minh cổ phần (PoS) : xác thực với những gì chúng ta sở hữu

Ethereum đã áp dụng Proof of Stake để giải quyết những giới hạn này. Thay vì cạnh tranh với sức mạnh tính toán, các validator được chọn dựa trên số lượng tiền điện tử mà họ “stak” ( làm tài sản thế chấp) trong mạng.

Nếu một validator hành động không trung thực, cược của họ sẽ bị thiêu rụi (hủy diệt). Điều này tạo ra một động lực kinh tế mạnh mẽ để hành xử đúng mực. PoS hiệu quả hơn nhiều về năng lượng so với PoW và cho phép các giao dịch nhanh hơn.

Ngoài PoW và PoS : đa dạng các phương pháp

Các cơ chế đồng thuận khác tồn tại. Chứng minh cổ phần (DPoS) cho phép các chủ sở hữu token bầu chọn các đại diện để xác thực thay cho họ. Chứng minh quyền lực (PoA) dựa trên uy tín và danh tính của các người xác thực.

Mỗi cách tiếp cận đều có những đánh đổi giữa phi tập trung, an ninh và hiệu quả.

Mật mã học: nền tảng của bảo mật blockchain

Cryptography không phải là mới, nhưng blockchain sử dụng nó một cách sáng tạo. Hai kỹ thuật là thiết yếu.

Băm mật mã: tạo dấu vân tay không thể thay đổi

Một hàm băm nhận đầu vào với bất kỳ kích thước nào và tạo ra một chuỗi ký tự có độ dài cố định, duy nhất và không thể đoán trước. Nếu bạn thay đổi một bit duy nhất trong đầu vào, kết quả sẽ thay đổi một cách triệt để—đó là hiệu ứng lũ quét.

Ví dụ với SHA256 ( được sử dụng bởi Bitcoin ) :

• “Bonjour” tạo ra một băm cụ thể
• “bonjour” (với chữ thường) tạo ra một hàm băm hoàn toàn khác

Các chức năng này là đơn hướng. Nếu bạn chỉ thấy băm, bạn không thể tính toán lại đầu vào ban đầu. Điều này đảm bảo rằng dữ liệu không thể bị thay đổi mà không có sự thay đổi được phát hiện ngay lập tức.

Mật mã khóa công khai: ký mà không tiết lộ bí mật

Mỗi người dùng có hai khóa :

• Một khóa riêng ( mà anh ấy giữ bí mật)
• Một khóa công khai ( mà anh ấy chia sẻ công khai )

Khi Alice gửi một giao dịch, cô ấy ký nó bằng khóa riêng của mình, tạo ra một chữ ký số. Phần còn lại của mạng có thể xác minh tính xác thực của chữ ký này bằng cách áp dụng khóa công khai của Alice.

Lợi ích: mọi người đều có thể xác minh rằng Alice thực sự đã ủy quyền cho giao dịch này, nhưng không ai có thể làm giả chữ ký của cô ấy mà không có khóa riêng của cô ấy. Đây là một trong những trụ cột của sự an toàn của ví tiền điện tử.

Các loại blockchain: công khai, riêng tư, hợp tác

Blockchain công khai: dân chủ và phi tập trung

Bitcoin và Ethereum là công khai. Bất kỳ ai cũng có thể tham gia vào mạng, chạy một nút, xác thực các giao dịch và kiểm tra toàn bộ lịch sử. Những mạng lưới này là mở, không cần phép, và cung cấp sự minh bạch hoàn toàn.

Thỏa hiệp: sự minh bạch hoàn toàn có nghĩa là giao dịch của bạn được mọi người thấy ( ngay cả khi danh tính của bạn vẫn được giấu kín ).

Blockchain riêng tư : kiểm soát tập trung

Một công ty hoặc một tổ chức tạo ra blockchain riêng của mình và quyết định ai có thể truy cập vào đó. Dữ liệu được lưu trữ phân tán (trên nhiều máy chủ của công ty) nhưng quyền kiểm soát vẫn tập trung.

Trường hợp sử dụng: quản lý tài sản nội bộ, kiểm toán, truy xuất nguồn gốc của các quy trình nhạy cảm.

Blockchain của liên minh : hợp tác giữa các thực thể

Nhiều tổ chức hợp tác để tạo ra một blockchain chung. Mạng lưới được quản lý chung, với các quy tắc đã được thống nhất trước.

Ví dụ: một liên minh ngân hàng sử dụng blockchain cho các chuyển khoản quốc tế.

Ứng dụng thực tế của blockchain ngày nay

1. Tiền điện tử: nền tảng và trường hợp sử dụng chính

Blockchain đã được tạo ra để giải quyết vấn đề giao dịch kỹ thuật số không cần trung gian. Bitcoin đã chứng minh rằng điều đó là khả thi. Ngày nay, hàng triệu người sử dụng tiền điện tử để:

• Chuyển tiền quốc tế (nhanh hơn, rẻ hơn ngân hàng)
• Dự trữ giá trị ( bảo vệ chống lạm phát )
• Chuyển tiền sang các quốc gia khác mà không có phí ngân hàng cao

2. Các hợp đồng thông minh: tự động hóa mà không cần trung gian

Một hợp đồng thông minh là một đoạn mã được lập trình tự động thực hiện khi các điều kiện nhất định được đáp ứng. Không cần luật sư hay công chứng viên—mã tự áp dụng các quy tắc.

Ví dụ : một hợp đồng bảo hiểm tự động thanh toán một sự cố nếu các điều kiện được xác minh.

3. Tài chính phi tập trung (DeFi) : dân chủ hóa dịch vụ tài chính

Các nền tảng DeFi sử dụng hợp đồng thông minh để cung cấp dịch vụ tài chính: cho vay, vay mượn, trao đổi tiền điện tử. Lợi ích :

• Có sẵn 24/7 (không có đóng cửa quầy )
• Không cần kiểm tra tín dụng hay tài liệu ( chỉ cần một kết nối ví )
• Tỷ lệ lợi nhuận thường cao hơn so với ngân hàng

4. Token hóa: số hóa tài sản vật lý

Một tài sản bất động sản, một cổ phiếu, một tác phẩm nghệ thuật có thể được đại diện một cách số hóa trên một blockchain dưới dạng token. Điều này:

• Tăng tính thanh khoản (dễ dàng hơn để mua/bán)
• Giảm chi phí giao dịch
• Mở quyền truy cập vào các khoản đầu tư trước đây chỉ dành cho người giàu

5. Danh tính số: chứng minh ai là mình mà không tiết lộ dữ liệu của mình

Blockchain có thể lưu trữ an toàn và không thể giả mạo các chứng cứ về danh tính. Hữu ích ở những quốc gia không có hệ thống nhận dạng đáng tin cậy hoặc cho những người tị nạn.

6. Bỏ phiếu an toàn: loại bỏ gian lận

Một sổ cái blockchain tạo ra một bản ghi không thể thay đổi và công khai về tất cả các phiếu bầu. Mọi người đều có thể xác minh rằng phiếu bầu của họ đã được tính mà không tiết lộ họ đã bỏ phiếu cho ai.

7. Theo dõi logistics: theo dõi hàng hóa

Mỗi bước trong chuỗi cung ứng ( sản xuất, vận chuyển, hải quan, giao hàng ) được ghi lại trên một blockchain. Kết quả: khả năng truy xuất hoàn toàn, phát hiện hàng giả, minh bạch cho khách hàng.

Kiểm tra blockchain bằng chính mình: các trình khám phá và tính minh bạch

Một điểm mạnh của blockchain là tính minh bạch có thể xác minh. Các trình khám phá blockchain là các trang web miễn phí nơi bạn có thể xem tất cả các giao dịch. Bạn có thể:

• Xem địa chỉ ví đã gửi quỹ
• Xem địa chỉ đã nhận chúng
• Kiểm tra số tiền đã chuyển
• Xem khối Genesis (, khối đầu tiên của mạng )

Điều này có nghĩa là không ai có thể gian lận trong bí mật. Hành vi gian lận sẽ ngay lập tức được phát hiện.

Kết luận: blockchain, vượt ra ngoài sự cường điệu

Blockchain không giải quyết tất cả các vấn đề, nhưng nó cung cấp một giải pháp mạnh mẽ cho:

• Ghi lại giao dịch một cách minh bạch và an toàn
• Loại bỏ các trung gian khi họ không tạo ra giá trị
• Tạo sự tin cậy trong các môi trường không có quyền lực trung ương

Cho dù là để tạo điều kiện cho các chuyển giao kỹ thuật số, tạo ra các hình thức tài sản mới, hay phân quyền các dịch vụ tài chính, blockchain mở ra những khả năng chưa từng có. Khi công nghệ ổn định và cải thiện, hãy mong đợi thấy nhiều đổi mới và trường hợp sử dụng thực tế hơn sẽ thay đổi sâu sắc cách chúng ta quản lý dữ liệu và giá trị trong thế giới kỹ thuật số.