Cơ chế hoạt động của công nghệ blockchain và các nguyên tắc cơ bản

Giới thiệu tổng quát

Những năm qua đã chứng kiến một cuộc cách mạng thực sự trong thế giới công nghệ tài chính, khi công nghệ blockchain nổi lên như một trong những đổi mới quan trọng thay đổi cách thức ghi chép và xử lý dữ liệu cũng như giao dịch. Công nghệ này bắt đầu như một nền tảng để tạo ra các loại tiền tệ kỹ thuật số như Bitcoin, nhưng ứng dụng của nó đã mở rộng xa hơn để bao gồm nhiều lĩnh vực khác nhau như quản lý chuỗi cung ứng, dịch vụ y tế, hệ thống bỏ phiếu và nhiều trường hợp khác.

Công nghệ blockchain là gì?

Blockchain về bản chất là một hệ thống cơ sở dữ liệu chuyên biệt hoàn toàn khác với các hệ thống truyền thống. Nó là một sổ cái kỹ thuật số phi tập trung được duy trì bởi một mạng lưới toàn cầu phân phối các máy tính. Thông tin trong đó được tổ chức dưới dạng các khối được sắp xếp theo thời gian và được bảo vệ bằng các công nghệ mã hóa tiên tiến.

Công trình độc đáo này cung cấp ba đặc tính cốt lõi:

• Minh bạch hoàn toàn: Tất cả người tham gia đều có thể truy cập vào cùng một cơ sở dữ liệu
• Bảo mật đảm bảo: Không thể sửa đổi dữ liệu sau khi đã thêm vào chuỗi
• Phi tập trung: Không có một cơ quan nào kiểm soát hệ thống

Sự hình thành và phát triển lịch sử

Khái niệm blockchain đã trở lại vào đầu những năm 1990 khi hai nhà khoa học Stuart Haber và W. Scott Stornetta phát triển các kỹ thuật mã hóa chuỗi để bảo mật tài liệu kỹ thuật số. Công trình tiên phong này đã truyền cảm hứng cho nhiều thế hệ chuyên gia và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực mã hóa, và cuối cùng đã dẫn đến sự ra đời của Bitcoin như là đồng tiền kỹ thuật số đầu tiên được hỗ trợ bởi công nghệ blockchain thực sự.

Kể từ đó, chúng tôi đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng trong việc áp dụng công nghệ này, đến nỗi tiền điện tử đã trở thành một hiện tượng toàn cầu thực sự. Trong khi ứng dụng ban đầu chỉ dành cho tiền điện tử, thì blockchain mỗi ngày lại chứng minh rằng nó phù hợp với nhiều loại dữ liệu kỹ thuật số.

Các đặc điểm cơ bản và lợi ích chính

phi tập trung thực sự

Thay vì phụ thuộc vào một máy chủ trung tâm duy nhất, thông tin được phân phối qua hàng ngàn nút (máy tính) trong mạng. Sự phân phối này mang lại cho các mạng lớn khả năng chống chịu đặc biệt trước các cuộc tấn công và sự cố.

sự minh bạch tuyệt đối

Hầu hết các mạng blockchain là hệ thống công khai mở, có nghĩa là mọi người tham gia đều có thể truy cập vào dữ liệu đầy đủ. Tất cả các hoạt động và giao dịch đều có thể nhìn thấy được bởi mọi người.

không thể sửa đổi

Khi dữ liệu được ghi vào blockchain, việc thay đổi nó trở thành điều gần như không thể mà không có sự đồng ý của toàn bộ mạng.

bảo mật cao

Các cơ chế đồng thuận và mã hóa tiên tiến cung cấp các lớp bảo vệ rất mạnh mẽ chống lại các nỗ lực thao túng dữ liệu.

hiệu suất và tốc độ

Bằng cách loại bỏ nhu cầu về các trung gian truyền thống, các giao dịch có thể được thực hiện nhanh hơn và với chi phí thấp hơn, với việc xử lý gần như ngay lập tức.

Khái niệm phi tập trung trong blockchain

Sự phi tập trung có nghĩa là quyền kiểm soát mạng được phân phối giữa tất cả người dùng, thay vì bị độc quyền bởi một tổ chức duy nhất như ngân hàng, chính phủ hoặc công ty. Trong hệ thống blockchain phi tập trung, không có cơ quan trung ương nào kiểm soát lưu lượng dữ liệu hoặc giao dịch.

Thay vào đó, một mạng lưới phân phối các máy tính sẽ xác minh và ghi lại mỗi giao dịch một cách hợp tác. Hệ thống này giúp duy trì tính toàn vẹn và an ninh của mạng mà không cần đến một trung gian.

Cách thức hoạt động của blockchain: Đường đi đầy đủ

Blockchain về bản chất là một sổ cái số an toàn ghi lại các giao dịch giữa hai bên một cách chống lại sự thao túng. Một mạng lưới toàn cầu phân tán các máy tính ghi lại và lưu trữ dữ liệu của các giao dịch này.

Hãy lấy một ví dụ thực tế: khi người dùng A gửi một số tiền điện tử cho người dùng B, giao dịch này sẽ được phát đi trên toàn bộ mạng. Mỗi máy tính trong mạng sẽ xác minh tính hợp lệ của giao dịch bằng cách kiểm tra chữ ký số và các dữ liệu khác.

Sau khi xác minh, giao dịch sẽ được thêm vào một khối mới cùng với các giao dịch khác đã được xác minh. Chúng ta có thể so sánh mỗi khối với một trang trong một sổ ghi chép khổng lồ. Các khối được liên kết với nhau bằng các kỹ thuật mã hóa, tạo thành một chuỗi mạnh mẽ.

Toàn bộ quá trình được điều chỉnh bởi cơ chế đồng thuận - đây là một tập hợp các quy tắc xác định cách tất cả các nút đạt được sự đồng thuận về tính chính xác của dữ liệu và trạng thái của chuỗi.

Các bước quy trình chi tiết

Giai đoạn một: Đăng ký giao dịch

Khi bắt đầu giao dịch ( như chuyển đổi tiền điện tử ), nó sẽ ngay lập tức được phát trên mạng lưới các nút. Mỗi nút kiểm tra giao dịch theo các quy tắc đã được định sẵn.

Giai đoạn hai: Tạo khối

Các giao dịch đáng tin cậy được tập hợp lại thành một khối. Mỗi khối chứa:

• Thông tin giao dịch chi tiết
• Dấu thời gian chỉ thời gian tạo
• Mã hóa phân đoạn duy nhất (Mã định danh độc quyền)
• Phân đoạn khối trước ( liên kết các khối với nhau )

Giai đoạn ba: Áp dụng cơ chế đồng thuận

Để thêm một khối mới vào chuỗi, các nút phải đạt được thỏa thuận. Điều này được thực hiện thông qua một thuật toán đồng thuận đã được thống nhất trước.

Giai đoạn thứ tư: Kết nối chuỗi

Sau khi xác minh và đồng thuận, khối được thêm vào chuỗi. Mỗi khối mới đều tham chiếu đến khối trước đó, điều này tạo ra một cấu trúc được bảo vệ chống lại sự thao túng.

Giai đoạn năm: tính minh bạch liên tục

Một trong những đặc điểm chính là bất kỳ ai cũng có thể xác minh toàn bộ dữ liệu blockchain, bao gồm tất cả các giao dịch và khối, thông qua các trang web chuyên dụng được gọi là “trình khám phá blockchain”. Ví dụ, bạn có thể xem tất cả các giao dịch bitcoin từ khi bắt đầu, bao gồm cả địa chỉ ví, số chuyển khoản và khoảng thời gian.

Mã hóa: xương sống của an ninh

Mã hóa đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì một hồ sơ giao dịch an toàn, minh bạch và chống lại sự thao túng.

Hàm băm (Hashing)

Phân đoạn biến bất kỳ đầu vào có kích thước bất kỳ thành một chuỗi ký tự có độ dài cố định. Các hàm được sử dụng trong blockchain có những đặc điểm độc đáo:

Kháng va chạm: Xác suất để các dữ liệu khác nhau tạo ra cùng một kết quả là rất rất thấp.

Ảnh hưởng của sự sụp đổ: Bất kỳ sự thay đổi nhỏ nào trong các đầu vào sẽ dẫn đến sự thay đổi lớn trong các đầu ra.

Ví dụ về điều đó bằng cách sử dụng SHA256:

• Nhập: “chuỗi blockchain” → Xuất: 886c5fd21b403a139d24f2ea1554ff5c0df42d5f873a56d04dc480808c155af3
• Nhập: “Chuỗi blockchain” (thay đổi một ký tự) → Xuất: 4733a0602ade574551bf6d977d94e091d571dc2fcfd8e39767d38301d2c459a7

Sự khác biệt sâu sắc này là lý do khiến việc điều chỉnh trở nên không khả thi về mặt thực tế.

mã hóa bằng khóa công khai

Phương pháp này ( còn được gọi là mã hóa không đối xứng ) để tạo ra các giao dịch an toàn và có thể xác minh.

Mỗi người dùng có một cặp chìa khóa:

• Khóa riêng: được giữ bí mật bởi chủ sở hữu
• Khóa công khai: được chủ sở hữu công bố công khai

Khi bắt đầu một giao dịch, người dùng ký bằng khóa riêng của mình ( để tạo ra một chữ ký số duy nhất ). Các người dùng khác xác minh tính hợp lệ của giao dịch bằng cách sử dụng khóa công khai của người gửi. Điều này đảm bảo rằng chỉ có chủ sở hữu khóa riêng mới có thể cho phép các giao dịch, trong khi mọi người đều có thể xác minh chữ ký.

Cơ chế đồng thuận: Thỏa thuận phân phối

Thuật toán đồng thuận cho phép các nút phối hợp và đồng ý trong một môi trường phân tán. Chức năng chính của nó là đảm bảo rằng tất cả các bên tham gia đồng ý về một phiên bản duy nhất của sự thật, ngay cả khi một số trong số họ gặp sự cố hoặc hành động với ý định xấu.

Khi hàng chục nghìn nút lưu giữ một bản sao của dữ liệu, các thách thức thực sự nảy sinh như đảm bảo tính nhất quán và xử lý các bên độc hại. Vì vậy, có nhiều cơ chế đồng thuận, mỗi cơ chế được thiết kế để giải quyết những thách thức này theo những cách khác nhau.

Chứng minh công việc (Proof of Work - PoW)

Cơ chế gốc này và được sử dụng trong mạng Bitcoin yêu cầu:

Các thợ mỏ cạnh tranh để giải một phương trình toán học rất phức tạp. Người đầu tiên giải được sẽ nhận được phần thưởng bằng tiền điện tử và quyền thêm khối tiếp theo.

Điều này đòi hỏi sức mạnh tính toán khổng lồ và một lượng điện năng khổng lồ, nhưng nó đảm bảo an toàn cho mạng lưới một cách đặc biệt.

Chứng minh quyền sở hữu (Proof of Stake - PoS)

Cơ chế này mới nhất và hiệu quả nhất khắc phục những khuyết điểm của phương pháp trước đó:

Thay vì cạnh tranh để giải các phương trình, các kiểm toán viên được chọn dựa trên lượng tiền điện tử mà họ giữ làm tài sản thế chấp trong mạng (bị tịch thu).

Các kiểm toán viên được chọn ngẫu nhiên để tạo khối và xác minh giao dịch. Họ nhận được phí giao dịch như phần thưởng. Nếu họ hành động với ý định xấu, họ sẽ mất tiền mã hóa đã thế chấp.

Phương pháp này hiệu quả hơn về mặt năng lượng và vẫn cung cấp bảo mật mạnh mẽ.

Cơ chế khác

Có nhiều thuật toán đồng thuận khác:

• Bằng chứng ủy quyền (DeleGated PoS): Các chủ sở hữu token chọn đại diện để xác minh thay cho họ.
• Chứng thực quyền lực (Proof of Authority): Các kiểm toán viên được chọn dựa trên danh tiếng và danh tính của họ chứ không phải trên tiền tệ.

Các loại mạng blockchain

chuỗi khối công khai

Mạng lưới hoàn toàn mở cho bất kỳ ai muốn tham gia. Thường là mã nguồn mở, minh bạch và có sẵn cho mọi người. Ví dụ: Bitcoin và nhiều nền tảng blockchain hiện đại.

blockchain riêng

Mạng lưới khép kín không cho phép tham gia ngẫu nhiên. Được điều hành bởi một bên duy nhất như một công ty cho các mục đích nội bộ. Cần có sự cho phép để vào và có quy tắc nghiêm ngặt về ai có thể đọc và viết. Không phải là phi tập trung thực sự.

chuỗi khối liên bang

Sự kết hợp của hai loại trước đó. Nhiều tổ chức hợp nhất để tạo ra một mạng lưới blockchain chung. Có sự quản trị phân phối giữa các thành viên. Có thể mở hoặc đóng tùy theo nhu cầu của liên minh. Cơ chế linh hoạt trong việc truy cập dữ liệu và xác thực.

Ứng dụng thực tiễn của blockchain

1. Tiền điện tử và chuyển tiền

Blockchain được phát triển chủ yếu để hỗ trợ các loại tiền tệ kỹ thuật số. Giao dịch xuyên biên giới nhanh hơn, rẻ hơn và minh bạch hơn so với các hệ thống truyền thống. Bitcoin và các loại tiền tệ khác hoạt động như một kho lưu trữ giá trị và công cụ chuyển tiền toàn cầu.

2. Hợp đồng thông minh và ứng dụng phi tập trung

Hợp đồng thông minh được thực hiện tự động khi đáp ứng các điều kiện nhất định. Các ứng dụng phi tập trung và tổ chức tự trị được xây dựng trên những hợp đồng này. Các nền tảng tài chính phi tập trung cung cấp dịch vụ tài chính ( cho vay, vay mượn, giao dịch ) mà không cần trung gian truyền thống, từ đó dân chủ hóa việc tiếp cận các công cụ tài chính.

3. Xác thực tài sản kỹ thuật số

Tài sản thực ( bao gồm bất động sản, cổ phiếu, nghệ thuật ) có thể được chuyển đổi thành các token kỹ thuật số trên blockchain. Điều này cải thiện tính thanh khoản và mở rộng khả năng đầu tư.

4. Danh tính số an toàn

Blockchain tạo ra danh tính kỹ thuật số an toàn và chống giả mạo để xác minh dữ liệu cá nhân và thông tin nhạy cảm, điều này sẽ trở nên quan trọng hơn khi cuộc sống số gia tăng.

5. Các hệ thống bỏ phiếu minh bạch

Sổ đăng ký phi tập trung chống gian lận cho mọi phiếu bầu đảm bảo tính minh bạch của cuộc bầu cử và loại bỏ khả năng gian lận.

6. Quản lý chuỗi cung ứng

Blockchain ghi lại mọi bước trong chuỗi cung ứng. Mỗi giao dịch được ghi lại dưới dạng khối, tạo ra một sổ cái toàn diện, minh bạch và không thể thay đổi cho toàn bộ quá trình.

Tóm tắt và Triển vọng Tương lai

Công nghệ blockchain cung cấp một cách an toàn và minh bạch để ghi lại các giao dịch và lưu trữ dữ liệu. Nó đang cách mạng hóa nhiều lĩnh vực bằng cách mang lại một mức độ tin cậy và an toàn mới.

Dù là cho phép giao dịch từ người này sang người khác, hay tạo ra các hình thức mới của tài sản kỹ thuật số, hoặc tạo điều kiện cho các ứng dụng phi tập trung, blockchain mở ra những khả năng vô hạn.

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ và sự chấp nhận rộng rãi hơn trên toàn cầu, chúng tôi dự đoán sẽ xuất hiện nhiều ứng dụng sáng tạo hơn sẽ thay đổi diện mạo của nhiều lĩnh vực trong những năm tới.