Blockchain: cái nhìn sâu sắc về công nghệ đã thay đổi thế giới

Cách hoạt động của blockchain trong thực tế

Blockchain thường được mô tả như một công nghệ cách mạng, nhưng ít người thực sự hiểu cách nó hoạt động bên trong. Thực tế, đó không phải là phép thuật – đó là sự kết hợp của mật mã học, kiến trúc mạng và các thuật toán đồng thuận, hoạt động đồng bộ để tạo ra một hệ thống ghi chép dữ liệu đáng tin cậy.

Ở cấp độ cơ bản nhất, blockchain là một cơ sở dữ liệu phân tán, được lưu trữ trên hàng nghìn máy tính cùng lúc. Khác với các cơ sở dữ liệu truyền thống do một tổ chức kiểm soát, blockchain không có trung tâm điều hành. Thay vào đó, tất cả các thành viên trong mạng giữ một bản sao giống nhau của thông tin, và toàn bộ mạng phải đồng thuận với mỗi thông tin mới được ghi lại.

Kiến trúc của blockchain: từ lý thuyết đến thực hành

Điều gì làm cho blockchain đặc biệt?

Khi bạn hiểu cách hoạt động của blockchain, bạn sẽ thấy rõ tại sao nó trở thành nền tảng của các mạng tiền mã hóa như Bitcoin và Ethereum. Hệ thống dựa trên năm yếu tố chính:

1. Kiến trúc phi tập trung – dữ liệu được phân phối giữa các nút (máy tính) độc lập. Không có thành viên nào kiểm soát toàn bộ, nên tấn công vào một máy không làm đổ vỡ toàn bộ chuỗi.

2. An ninh mật mã – mỗi khối đều liên kết với khối trước qua một hàm băm mật mã duy nhất. Bất kỳ cố gắng thay đổi khối cũ đều sẽ làm thay đổi toàn bộ chuỗi, ngay lập tức bị phát hiện.

3. Không thể thay đổi dữ liệu – sau khi dữ liệu được thêm vào chuỗi, gần như không thể sửa đổi nó sau này mà không có sự đồng thuận của đa số mạng.

4. Minh bạch – hầu hết các blockchain là công khai, nghĩa là mọi người đều có thể xem tất cả các giao dịch và lịch sử các khối.

5. Hiệu quả – loại bỏ trung gian, blockchain cung cấp các giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn.

Lịch sử ngắn gọn: bắt đầu từ đâu

Các nghiên cứu về blockchain bắt đầu từ đầu những năm 1990, khi các nhà khoa học Stewart Haber và Scott Stornetta phát triển các phương pháp mật mã để bảo vệ các tài liệu số khỏi bị giả mạo. Tuy nhiên, cuộc cách mạng thực sự bắt đầu từ Bitcoin năm 2009 – lần đầu tiên ứng dụng thực tế của công nghệ blockchain như nền tảng cho một loại tiền tệ hoàn toàn phi tập trung.

Từ đó, việc chấp nhận đã tăng vọt. Ethereum mở rộng khả năng của blockchain ngoài việc ghi lại các giao dịch, bằng cách giới thiệu hợp đồng thông minh – các chương trình tự thực thi trên blockchain.

Cách hoạt động của blockchain theo từng bước

Bước 1: Khởi tạo giao dịch

Khi người dùng bắt đầu một giao dịch (ví dụ, gửi Bitcoin), thông tin này lập tức được phát tán trong mạng. Tuy nhiên, nó chưa được ghi lại ngay lập tức.

Bước 2: Kiểm tra và xác thực

Mỗi nút trong mạng kiểm tra giao dịch độc lập. Họ xác minh xem người gửi có đủ tiền không, chữ ký số có hợp lệ không, và không có vấn đề gì khác. Chỉ sau khi đa số các nút xác nhận tính hợp lệ của giao dịch, nó mới chuyển sang bước tiếp theo.

Bước 3: Gom nhóm thành khối

Các giao dịch đã được chấp nhận sẽ được nhóm lại thành một khối. Mỗi khối chứa:

• Dữ liệu của tất cả các giao dịch trong khối này
• Thời gian tạo
• Hàm băm mật mã – dấu vết số duy nhất thu được qua xử lý dữ liệu bằng thuật toán băm
• Hàm băm của khối trước – tạo thành chuỗi liên kết

Bước 4: Đồng thuận và thêm vào chuỗi

Để khối mới được chấp nhận vào chuỗi, mạng cần đạt được sự đồng thuận. Điều này được thực hiện qua các cơ chế đồng thuận, sẽ được xem xét sau. Một nút đơn lẻ không thể quyết định được, đó là nhiệm vụ của toàn bộ mạng.

Bước 5: Liên kết không thể đảo ngược

Sau khi khối được thêm vào chuỗi, gần như không thể sửa đổi nó. Mỗi khối tiếp theo đều liên kết mật mã với khối trước, tạo thành một chuỗi không thể phá vỡ.

Mật mã học: trái tim của an ninh blockchain

Hàm băm – nền tảng mật mã

Hàm băm là quá trình toán học biến đổi dữ liệu bất kỳ thành một chuỗi có độ dài cố định. Điều quan trọng nhất: cùng một đầu vào luôn cho ra cùng một kết quả, và bất kỳ thay đổi nhỏ nào trong dữ liệu đầu vào đều làm thay đổi kết quả một cách rõ rệt.

Ví dụ, hàm SHA256 (được sử dụng trong Bitcoin):

• Đầu vào: “Bitcoin” → Kết quả: 3f26b8edaf4…
• Đầu vào: “bitcoin” → Kết quả: 6b88c08…

Thay đổi một ký tự sẽ làm thay đổi toàn bộ hàm băm. Hiện tượng này gọi là “hiệu ứng cánh bướm”. Ngoài ra, hàm băm là hàm một chiều: không thể đảo ngược để lấy dữ liệu gốc chỉ từ hàm băm.

Mật mã học với khóa công khai

Yếu tố thứ hai đảm bảo an ninh của blockchain là mật mã bất đối xứng. Mỗi thành viên có hai khóa:

• Khóa riêng tư – giữ bí mật, như mật khẩu tài khoản ngân hàng
• Khóa công khai – công khai cho mọi người

Khi bạn thực hiện giao dịch, bạn ký nó bằng khóa riêng của mình, tạo ra chữ ký số. Bất kỳ ai cũng có thể xác minh chữ ký bằng khóa công khai của bạn, nhưng không ai có thể giả mạo giao dịch mà không có khóa riêng.

Các cơ chế đồng thuận: mạng quyết định như thế nào

Để blockchain thực sự phân tán, mạng cần có cách đạt được sự đồng thuận mà không cần trung tâm điều hành. Điều này được thực hiện qua các thuật toán đồng thuận.

Proof of Work (PoW)

PoW – cơ chế ban đầu được Bitcoin sử dụng. Cách hoạt động như sau:

1. Các thợ mỏ lấy các giao dịch mới và ghép chúng thành một khối
2. Họ cạnh tranh giải bài toán toán học phức tạp
3. Người giải được bài toán đầu tiên sẽ có quyền thêm khối vào chuỗi và nhận phần thưởng bằng tiền mã hóa

Vấn đề: đòi hỏi sức mạnh tính toán lớn và tiêu thụ năng lượng cao. Điều này làm mạng rất an toàn, nhưng không hiệu quả.

Proof of Stake (PoS)

PoS giải quyết vấn đề tiêu thụ năng lượng. Thay vì cạnh tranh giải bài toán, các validator được chọn dựa trên số lượng tiền mã hóa họ “đặt cược” (staked) như một đảm bảo.

Ưu điểm:

• Tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều
• Validator có nguy cơ mất tiền nếu hành xử không trung thực
• Phân phối phần thưởng công bằng hơn

Ethereum đã chuyển sang PoS vào năm 2022, giảm đáng kể tiêu thụ năng lượng.

Các lựa chọn khác

Có các mô hình lai như Delegated Proof of Stake (DPoS), nơi chủ sở hữu token bỏ phiếu cho các đại diện, và Proof of Authority (PoA), nơi các validator được chọn dựa trên uy tín.

Các loại blockchain khác nhau

Blockchain công khai

Hoàn toàn mở cho tất cả mọi người. Bitcoin và Ethereum là ví dụ điển hình. Mọi người có thể:

• Tham gia mạng như một nút
• Kiểm tra bất kỳ giao dịch nào
• Tham gia vào quá trình đồng thuận

Ưu điểm lớn: thực sự phi tập trung. Nhược điểm: chậm hơn và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn.

Blockchain riêng tư

Do một tổ chức kiểm soát. Chỉ những người được ủy quyền mới có thể:

• Tham gia mạng
• Kiểm tra các khối
• Xem dữ liệu

Ví dụ là hệ thống quản lý chuỗi cung ứng doanh nghiệp.

Blockchain liên minh

Là sự kết hợp giữa công khai và riêng tư. Một số tổ chức cùng kiểm soát mạng. Có thể:

• Giới hạn khả năng xem (chỉ dành cho các thành viên liên minh)
• Có quy tắc đồng thuận linh hoạt
• Đạt quyết định nhanh hơn so với mạng công khai

Ứng dụng thực tế của blockchain ngày nay

Tiền mã hóa và chuyển tiền

Ứng dụng ban đầu. Blockchain cho phép mọi người gửi tiền qua biên giới nhanh hơn và rẻ hơn so với ngân hàng truyền thống. Không trung gian, không phí cao.

Hợp đồng thông minh và các ứng dụng phi tập trung

Ethereum chứng minh rằng blockchain có thể làm nhiều hơn là ghi lại các giao dịch. Hợp đồng thông minh là các chương trình tự thực thi khi các điều kiện được đáp ứng. Chúng là nền tảng của tài chính phi tập trung (DeFi), nơi mọi người vay, cho vay và giao dịch mà không cần ngân hàng.

Token hóa tài sản thực

Bất động sản, tác phẩm nghệ thuật, cổ phiếu – tất cả đều có thể chuyển đổi thành token kỹ thuật số trên blockchain. Điều này mở rộng khả năng tiếp cận đầu tư và nâng cao tính thanh khoản của tài sản.

Quản lý chuỗi cung ứng

Từ nhà máy đến cửa hàng, từng bước có thể được ghi lại trên blockchain. Tạo ra một hồ sơ minh bạch, không thể thay đổi về hành trình của hàng hóa. Rất hữu ích để kiểm tra tính xác thực của các mặt hàng đắt tiền.

Danh tính số

Blockchain có thể cung cấp danh tính số an toàn, chống giả mạo. Đặc biệt quan trọng cho những người không có giấy tờ hợp lệ.

Bỏ phiếu

Hồ sơ bỏ phiếu phân tán giúp ngăn chặn gian lận bầu cử và đảm bảo tính minh bạch tuyệt đối của quá trình bầu cử.

Ý kiến cuối cùng

Cách hoạt động của blockchain là sự kết hợp giữa toán học, mật mã học và các động lực kinh tế. Đây không chỉ là một cơ sở dữ liệu, mà còn là một phương thức mới để tổ chức thông tin và xây dựng niềm tin mà không cần trung tâm điều hành.

Cùng công nghệ đã cách mạng hóa tài chính qua tiền mã hóa, blockchain còn đang thay đổi chuỗi cung ứng, bỏ phiếu, danh tính và nhiều lĩnh vực khác. Blockchain vẫn còn trong giai đoạn sơ khai của sự tiến hóa – những ứng dụng thú vị nhất có thể còn đang ở phía trước.