Chúng ta đều biết blockchain là một cơ sở dữ liệu phân cấp, giúp lưu trữ thông tin trong các block thông tin được liên kết với nhau bằng mã hóa và mở rộng theo thời gian. Theo đó, thuật toán đồng thuận được ví như trái tim của blockchain để giúp nó hoạt động đúng.
Vậy chính xác thuật toán đồng thuật là gì? Nó hoạt động ra sao và liên quan gì đến lĩnh vực tiền mã hoá? Tất cả sẽ được giải đáp trong bài viết này.
Thuật toán đồng thuận là gì?
Nói một cách đơn giản, Consensus Mechanism hay còn được gọi là thuật toán đồng thuận là một cơ chế mà qua đó một mạng blockchain đạt được sự đồng thuận. Vì các blockchain được phát triển phi tập trung và không có sự tham gia của bên trung gian, do đó, các node cần phải thông qua một điều khoản chung để có thể hợp lệ các giao dịch. Và chính lúc này, các thuật toán đồng thuận sẽ được sử dụng.
Nhiệm vụ chính của thuật toán đồng thuận chính là đảm bảo các quy tắc giao thức được tuân theo và đưa tất cả giao dịch vào một khuôn khổ đáng tin cậy.
Cách thức hoạt động của thuật toán đồng thuận
Các máy tính xác thực các giao dịch mới trên hầu hết các blockchain được gọi là máy khai thác (hoặc máy đào). Trong giao thức Proof of Work, những máy đào này cạnh tranh với nhau để xác thực block giao dịch tiếp theo. Máy đào tìm ra được mã khớp với block giao dịch sẽ kiếm được một khoản phí khai thác sinh lợi, được trả bởi những người gửi giao dịch trên mạng.
Thuật toán đồng thuận đảm bảo tất cả các thợ đào đồng ý về block giao dịch tiếp theo và phân bổ thông tin trong mỗi block mới cho tất cả các thợ đào khác. Bất kỳ ai cũng có thể tải một bản sao của blockchain về thiết bị của họ dưới dạng một node (nút). Mọi bản sao của sổ cái đều khớp chính xác, và thuật toán đồng thuận sẽ đảm bảo được tài sản của ví nào sẽ thuộc về đúng ví đó.
Tại sao thuật toán đồng thuận lại quan trọng đối với tiền mã hoá?
Có thể nói, các thuật toán đồng thuận đóng một vài trò rất quan trọng nhằm duy trì tính toàn vẹn và bảo mật cho lĩnh vực tiền mã hoá. Chúng cung cấp phương tiện để các node (nút) phân tán có thể tuân theo và thực thi đúng. Việc này sẽ được xem như một cách để mọi hoạt động trên blockchain được hoạt động đúng nhất, giảm thiểu tối đa sự can thiệp từ bên thứ ba.
Ngoài ra, thuật toán đồng thuận còn giúp blockchain chống lại những lỗi thường gặp (như Byzantine) để đảm bảo tính bảo mật của hệ thống. Mặt khác, nó không chỉ có ý nghĩa với riêng blockchain, mà nó còn bao hàm cả việc tạo ra các giá trị cho những đồng tiền mã hoá trong mạng lưới.
Các loại thuật toán đồng thuận
Có nhiều loại thuật toán cơ chế đồng thuận khác nhau, với mỗi thuật toán hoạt động trên các nguyên tắc khác nhau. Dưới đây sẽ là một số thông tin cơ bản về chúng.
Proof of Work (PoW)
- Ưu điểm: đã được khởi chạy từ năm 2009 và hiện tại vẫn hoạt động tốt.
- Nhược điểm: chậm, tiêu hao nhiều năng lượng.
- Được sử dụng với: Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dogecoin…
Proof of Work (PoW – Bằng chứng công việc) là thuật toán đồng thuận đầu tiên được tạo ra và được sử dụng để áp dụng với Bitcoin, cùng nhiều đồng tiền mã hoá khác. Thuật toán Proof of Work là một phần thiết yếu của quá trình đào coin.
Hoạt động đào coin dừng PoW thường sẽ liên quan nhiều đến hashrate, do đó, khả năng tính toán càng lớn sẽ cho phép các thợ đào thực hiện được nhiều phép thử hơn. Nói cách khác, thợ đào có hashrate càng cao thì tỷ lệ tìm được mã giải hợp lệ cho block càng lớn. Thuật toán PoW lúc này sẽ đảm bảo rằng các thợ đào chỉ có thể xác nhận một block giao dịch mới và thêm nó vào blockchain, nếu các node (nút) phân tán các mạng đạt được sự đồng thuận và chấp nhận block hash của thợ đào là hợp lệ.
Proof of Stake (PoS)
- Ưu điểm: tiết kiệm năng lượng, chi phí tấn công cao hơn
- Nhược điểm: không có yếu tố bên ngoài
- Được sử dụng với: Ethereum 2.0, Peercoin, Nxt…
Proof of Stake (PoS – Bằng chứng cổ phần) được phát triển vào năm 2011 như một giải pháp thay thế cho PoW. Mặc dù PoS và PoW đều hướng đến những mục tiêu như nhau, song, chúng cũng mang một số điểm khác biệt cùng những đặc thù cơ bản, đặc biệt là trong quá trình xác nhận block mới.
Nói một cách đơn giản, thuật toán Proof of Stake thay thế PoW bằng một cơ chế mà trong đó các block được xác nhận theo tỷ lệ cổ phần của những người tham gia. Trình xác nhận hợp lệ của mỗi block (cũng được gọi là thợ mint tiền) được xác định bằng tỷ lệ cổ phần của đồng tiền mã hóa, chứ không phải xét trên lượng công suất tính toán được phân bổ. Mỗi hệ thống PoS có thể thực hiện thuật toán theo nhiều cách khác nhau, nhưng nhìn chung, blockchain sẽ được bảo đảm bằng một quá trình bầu chọn giả ngẫu nhiên. Quy trình này được dựa trên việc xem xét tài sản của node (nút) và độ tuổi của coin (thời gian các đồng coin được khóa hoặc stake) cùng một hệ số ngẫu nhiên.
Proof of Capacity (PoC)
- Ưu điểm: tiết kiệm năng lượng, tốc độ cao
- Nhược điểm: tập trung, người tham gia stake nhiều có thể trở thành validator
- Được sử dụng với: BitShares, Steemit, EOS, Lisk, Ark…
Trong khi PoW và PoS là hai thuật toán phổ biến nhất trong không gian, thì blockchain vẫn tồn tại những thuật toán đồng thuận khác như Proof of Capacity (PoC – Bằng chứng năng lực), cho phép chia sẻ không gian bộ nhớ của các node đóng góp trên mạng blockchain. Điều này có nghĩa là node càng có nhiều bộ nhớ hoặc dung lượng đĩa cứng, thì node đó càng được cấp nhiều quyền để duy trì public ledger (sổ cái công khai).
Proof of Authority (PoA)
- Ưu điểm: tiết kiệm năng lượng, tốc độ cao
- Nhược điểm: không phân tán, có thể sử dụng trong các blockchain public nhưng thường chỉ áp dụng với blockchain private và permissioned
- Được sử dụng với: POA.Network, Ethereum Kovan testnet, VeChain…
Proof of Authority (POA – Bằng chứng uỷ quyền) là một thuật toán đồng thuận dựa trên danh tiếng, mang lại một giải pháp thực tế và hiệu quả cho các blockchain. Về cơ bản, PoA là một biến thể của PoS, song nó đề cao giá trị danh tiếng của những người tham gia, chứ không phải dựa trên giá trị token mà họ nắm giữ.
Proof of Burn (PoB)
- Ưu điểm: tiết kiệm năng lượng, không cần phần cứng khai thác, burn coin bằng máy ảo, ít tập trung
- Nhược điểm: không thân thiện với môi trường, tốc độ không cao, quá trình burn chưa minh bạch
- Được sử dụng với: Slimcoin, TGCoin (Third Generation Coin).
Proof of Burn (PoB – Bằng chứng đốt) là một thuật toán yêu cầu người giao dịch gửi một lượng nhỏ tiền mã hoá đến các địa chỉ ví không thể truy cập, trên thực tế burn (đốt) chúng khỏi blockchain.
Delegated Proof of Stake (DPoS)
- Ưu điểm: tiết kiệm năng lượng, tính bảo mật được nâng cao
- Nhược điểm: chỉ những blockchain sử dụng PoW hoặc PoS mới có thể là một phần của DPoS, phải điều chỉnh hashrate cho node khi bật chế độ Notaries Active
- Được sử dụng với: Komodo.
Trong DPoS, các stake holder sẽ bầu ra witnesses (người chứng nhận) để thay họ tạo block. Thời gian để thực hiện quá sẽ nhanh hơn một chút so với cách vận hành của PoS. Những witnesses này cũng sẽ đc trả một khoản phí (tùy vào stake holder quyết định) trong việc tạo block.
Byzantine Fault Tolerance (BFT)
- Ưu điểm: năng suất cao, chi phí thấp và có khả năng mở rộng
- Nhược điểm: không được tin tưởng hoàn toàn
- Được sử dụng với: Hyperledger, Stellar, Dispatch, và Ripple.
Byzantine Fault Tolerance (BFT – Hệ thống chịu lỗi Byzantine) được biết đến như một thuật toán chống gian lận trên blockchain. Nó cho phép người thực hiện xác minh quản lý trạng thái của một chuỗi và chia sẻ các thông điệp với một chuỗi khác, để có được bản ghi giao dịch chính xác nhất.
Proof of Weight (PoW)
- Ưu điểm: tiết kiệm năng lượng, khả năng tùy biến và mở rộng cao
- Nhược điểm: khó thiết lập lợi nhuận cho người dùng
- Được sử dụng với: Algorand.
Proof of Weight (PoW – Bằng chứng khối lượng) là một thuật toán đồng thuận dựa trên thuật toán đồng thuận Algorand. Ý tưởng của nó cũng giống PoS đó là dựa vào số lượng token nắm giữ để suy ra phần trăm xác suất tạo đc ra block tiếp theo cơ chế tính của hệ thống PoWeight kèm với một vài giá trị khác được sử dụng.
Proof of History (PoH)
- Ưu điểm: tốc độ xử lý cực mạnh
- Nhược điểm: yêu cầu validator phải tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật phần cứng nghiêm ngặt, khiến chi phí thiết lập phần cứng đắt đỏ.
- Được sử dụng với: Solana.
Proof of History (PoH – Bằng chứng lịch sử) là thuật toán đồng thuận xác minh thứ tự và thời gian giữa các giao dịch. Cơ chế này được xây dựng để giải quyết vấn đề về thời gian trong các mạng phi tập trung cho những nơi không có cùng mốc thời gian.
Proof of Reputation (PoR)
- Ưu điểm: sử dụng tốt với các blockchain private và permissioned
- Nhược điểm: bị giới hạn chỉ dùng cho blockchain private và permissioned
- Được sử dụng với: GoChain.
Proof of Reputation (PoR – Đồng thuận danh tiếng) là một cơ chế đồng thuận dựa vào ưu tín của các bên tham gia để giữ được an ninh cho mạng lưới. Theo đó, bên tham gia xác thực block phải có đủ uy tín, phòng trong trường hợp gian lận xảy ra, uy tin của họ sẽ bị ảnh hưởng.
Ngoài ra, còn một số thuật toán đồng thuận khác như Proof of Elapsed Time (PoET), Proof of Stake Velocity (PoSV), Proof of Importance (PoI), Proof of Existence (PoE), Ouroboros, Proof of Retrievability,…
Phân biệt khái niệm Consensus (đồng thuận) và Protocol (giao thức)
Về cơ bản, Consensus (đồng thuận) và Protocol (giao thức) là hai thứ có sự bổ trợ cho nhau. Song, nghĩa của chúng lại không hoàn toàn giống nhau. Nói một cách đơn giản, protocol (giao thức) là các luật lệ cơ bản của blockchain, còn consensus (đồng thuận) lại được định nghĩa như một cơ chế để khiến các luật lệ giao thức được tuân theo. Tương tự như Bitcoin, Ethereum là một giao thức, thì Proof of Work (sử dụng cho Bitcoin) và Proof of Stake (sử dụng cho Ethereum) sẽ là thuật toán đồng thuận cho giao thức này.
Và dù cho Blockchain có được ứng dụng vào bất kỳ lĩnh vực nào trong đời sống thì nó cũng sẽ được xây dựng dựa trên một protocol. Hệ thống sẽ có cách thức hoạt động dựa trên giao thức được xây dựng. Nói tóm lại, chính vì điều này mà những phần khác của hệ thống hay những ai tham gia vào hệ thống này bắt buộc phải tuân thủ những quy tắc của protocol.
Bên cạnh đó, phải nhờ vào sự góp mặt của thuật toán đồng thuận giúp cho hệ thống được thực hiện theo những bước để đảm bảo làm đúng những luật lệ. Từ đó sẽ đạt được những kết quả mà người tạo lập mong đợi.
Một ví dụ đơn giản có thể dễ dàng hiểu như Bitcoin, Ethereum sẽ là giao thức và thuật toán đồng thuận sẽ là PoW và PoS, khi Blockchain đang thực hiện việc xác nhận sự hợp lệ giữa giao dịch với khối.
Lời kết
Blockchain là một hệ thống được xây dựng bởi sự đóng góp của hàng trăm nghìn người tham gia, những người làm việc về xác minh và xác thực các giao dịch xảy ra trên blockchain và các hoạt động khai thác block. Do đó, thuật toán đồng thuận sẽ được áp dụng nhằm đưa tất cả hoạt động trên về một khuôn khổ quy định, buộc tất cả phải tuân theo. Và hơn hết, nó tạo ra giá trị vững chắc cũng như đảm bảo tính bảo mật của mạng lưới.
Biên tập và tổng hợp – Bitcoincuatoi
—
* Thông tin trong bài viết chỉ mang mục tiêu chia sẻ và cung cấp kiến thức, không phải là lời khuyên tài chính. “Do your own research!” Hãy tự nghiên cứu trước khi đưa ra quyết định đầu tư.
