Cơ chế đồng thuận (Consensus Mechanism) là gì?

Blockchain và Cryptocurrency là những công nghệ đột phá trong lĩnh vực tài chính, bảo mật và truyền thông. Tuy nhiên, để duy trì sự hoạt động và tin cậy của hệ thống chúng ta cần có một cơ chế để các thành viên trong mạng lưới đồng thuận với nhau về trạng thái của hệ thống.

Cơ chế đồng thuận là một thuật toán hoặc quy tắc để đạt được sự thống nhất giữa các nút trong mạng lưới phân tán, thông thường sẽ dựa trên sự đóng góp và kiểm tra của các nút khác. Cơ chế đồng thuận có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính nhất quán, minh bạch và an toàn của dữ liệu trên Blockchain và Cryptocurrency.

Mục tiêu của bài viết này là giúp bạn hiểu rõ hơn về cơ chế đồng thuận và vai trò của nó trong Blockchain và Cryptocurrency. Đồng thời bài viết cũng sẽ hướng bạn đến việc tìm hiểu về các loại cơ chế đồng thuận khác nhau, ưu nhược điểm của chúng và cách áp dụng chúng trong thực tế.

Khái niệm cơ bản về cơ chế đồng thuận

Cơ chế đồng thuận (Consensus Mechanism) là một thuật toán hoặc quy tắc để đạt được sự thống nhất giữa các nút trong mạng lưới phân tán, thường là dựa trên sự đóng góp và kiểm tra của các nút khác. Các nút trong mạng lưới được gọi là các đồng thuận viên và họ phải tuân theo cùng một cơ chế đồng thuận để có thể tham gia vào hệ thống.

Cơ chế đồng thuận có tầm quan trọng lớn trong Blockchain vì nó giúp duy trì tính nhất quán, minh bạch và an toàn của dữ liệu trên chuỗi khối. Nếu không có cơ chế đồng thuận, các nút trong mạng lưới có thể có những phiên bản khác nhau của chuỗi khối dẫn đến sự mâu thuẫn và xung đột. Cơ chế đồng thuận cũng ngăn chặn các cuộc tấn công hay gian lận trên hệ thống bằng cách yêu cầu các nút phải chứng minh sự hợp lệ của hành động của họ.

Nguyên tắc hoạt động của cơ chế đồng thuận thường bao gồm ba bước chính: đề xuất, xác nhận và cam kết. Trong bước đề xuất, một nút hoặc một nhóm nút sẽ tạo ra một khối mới chứa các giao dịch mới và gửi cho các nút khác trong mạng lưới. Đến bước xác nhận, các nút khác sẽ kiểm tra tính hợp lệ của khối mới và gửi lại phản hồi cho nút đề xuất. Và cuối cùng là bước cam kết, nếu khối mới được đa số các nút chấp nhận nó sẽ được thêm vào chuỗi khối hiện tại và được công bố cho toàn mạng lưới. Quá trình này sẽ lặp lại cho mỗi khối mới được tạo ra.

Các loại cơ chế đồng thuận phổ biến trong Blockchain và cách tận dụng chúng

Proof of Work (PoW)

Định nghĩa và nguyên tắc hoạt động

PoW (Proof of Work) là một giao thức đặc biệt nhằm ngăn chặn các cuộc tấn công mạng như DDoS bằng cách yêu cầu các thiết bị trong mạng phải bỏ ra một lượng công sức tính toán đáng kể.

PoW được áp dụng cho các tiền ảo bằng cách sử dụng một hàm băm để tạo ra một số mã hóa gọi là hash từ các thông tin công khai như số lượng giao dịch, địa chỉ ví, thời gian và ngày.

Hash phải được xác minh trước khi một khối mới có thể được mở. Đây là nơi các thợ đào vào cuộc, họ là những chương trình trên các nút mạng với nhiệm vụ giải quyết hash và nhận phần thưởng.

Để giải quyết hash, các thợ đào phải sử dụng phần cứng đào mạnh mẽ để cạnh tranh với nhau tìm ra nonce là một phần của hash, sao cho hash có giá trị nhỏ hơn một ngưỡng nhất định. Người đào nào tìm ra nonce đầu tiên sẽ được chọn để xác nhận khối mới và cập nhật Blockchain. Họ cũng sẽ được thưởng bằng tiền ảo của mạng.

Ưu và nhược điểm của PoW

Ưu điểm của PoW

• An toàn: PoW ngăn chặn các cuộc tấn công DDoS và double-spending bằng cách yêu cầu công sức tính toán cao để xác minh các giao dịch.
• Bền vững: PoW tạo ra một chuỗi khối liên kết với nhau bằng hash khiến việc thay đổi hay xóa bỏ bất kỳ khối nào trở nên rất khó.
• Không bị kiểm soát bởi một tổ chức nào: PoW cho phép bất kỳ ai cũng có thể tham gia vào quá trình đào và xác minh giao dịch không cần sự cho phép hay kiểm duyệt của bất kỳ tổ chức trung gian nào.

Nhược điểm của PoW 

• Tốn nhiều năng lượng: PoW yêu cầu phần cứng đào tiêu thụ rất nhiều điện năng để duy trì hoạt động gây ra ô nhiễm và chi phí cao.
• Không mở rộng được: PoW có giới hạn về khả năng xử lý giao dịch do việc tạo ra khối mới tốn nhiều thời gian và công sức.
• Có thể bị tấn công 51%: Nếu ai đó chiếm quyền kiểm soát hơn 50% sức mạnh tính toán của mạng họ có thể thay đổi lịch sử giao dịch và gây ra double-spending hoặc ngăn chặn các khối mới được tạo ra.

Cách tận dụng và ứng dụng PoW trong thực tế

PoW được sử dụng để bảo vệ các mạng Blockchain như Bitcoin, Ethereum, Litecoin và nhiều tiền ảo khác.

PoW cũng được sử dụng để tạo ra các tiền ảo mới thông qua quá trình đào khuyến khích các thợ đào tham gia vào mạng và duy trì an ninh.

PoW cũng có thể được sử dụng để chống lại spam email bằng cách yêu cầu người gửi phải thực hiện một số tính toán trước khi gửi email làm giảm khả năng gửi hàng loạt email không mong muốn.

Proof of Stake (PoS)

Định nghĩa và nguyên tắc hoạt động

Proof of Stake (PoS) là một cơ chế đạt được sự đồng thuận trong mạng lưới Blockchain bằng cách yêu cầu các người tham gia phải đặt cược một số tiền ảo của họ để có thể tạo ra và xác nhận các khối mới.

Nguyên tắc hoạt động của PoS là dựa trên một hệ thống các người xác nhận (validators) để bảo vệ mạng lưới phi tập trung. Người xác nhận chính là những người dùng có đặt cược tiền ảo của họ vào mạng khi đó họ sẽ được chọn ngẫu nhiên bởi một thuật toán để kiểm tra, xác nhận các giao dịch và khối mới.

PoS được tạo ra như một cơ chế thay thế cho Proof of Work (PoW), cơ chế đồng thuận ban đầu sử dụng các bài toán toán học phức tạp để xác minh các giao dịch. Trong khi PoW yêu cầu các thợ mỏ phải sử dụng nhiều sức mạnh tính toán thì PoS chỉ yêu cầu những người xác nhận phải giữ và đặt cược tiền ảo.

PoS được tạo ra nhằm mục đích đảm bảo rằng dữ liệu được lưu trữ trên mạng là hợp lệ mà không cần phải dựa vào một bên thứ ba nào. Ngoài ra, PoS cũng có ý định giải quyết một số hạn chế của PoW như vấn đề về khả năng mở rộng và tiêu thụ năng lượng.

Ưu và nhược điểm của PoS

Ưu điểm của PoS:

• Tiết kiệm năng lượng và chi phí: PoS không yêu cầu sử dụng nhiều máy tính và thiết bị để giải quyết các bài toán toán học phức tạp như PoW, do đó giảm thiểu lượng điện năng tiêu thụ và chi phí duy trì mạng.
• Tăng tốc độ giao dịch và khả năng mở rộng: PoS cho phép tạo ra các khối mới nhanh hơn và xử lý nhiều giao dịch hơn trong cùng một khoảng thời gian so với PoW, do đó tăng khả năng mở rộng của mạng.
• Tạo cơ hội kiếm tiền ảo: PoS cho phép người dùng có thể kiếm được tiền ảo bằng cách đặt cược tiền của họ vào mạng và tham gia vào quá trình tạo và xác nhận các khối mới.
• Tăng an ninh và giảm rủi ro tập trung: PoS làm cho việc tấn công 51% trở nên khó khăn hơn và tốn kém hơn bởi vì kẻ tấn công phải sở hữu ít nhất 51% số tiền ảo trong mạng, điều này làm giảm giá trị của tiền ảo đó và làm tổn hại đến lợi ích của chính kẻ tấn công. PoS cũng giúp ngăn chặn sự thống trị của các nhóm khai thác lớn như trong PoW/.

Nhược điểm của PoS:

• Giới hạn khả năng tiếp cận: Để tham gia vào PoS người dùng phải có sẵn một số tiền ảo để đặt cược. Điều này có thể làm khó cho những người mới bắt đầu hoặc không có nhiều vốn.
• Dễ bị phân nhánh: Với PoS chuẩn, không có sự trừng phạt nào đối với việc khai thác cả hai bên của một nhánh. Do đó có thể dẫn đến sự không ổn định của mạng và làm giảm sự đồng thuận.
• Thiếu khuyến khích để duy trì mạng: PoS có thể làm giảm sự tham gia của các người xác nhận vào mạng bởi vì họ không cần phải đầu tư vào thiết bị và năng lượng. Do đó họ có thể rút tiền của họ bất cứ lúc nào mà không mất gì.

Cách tận dụng và ứng dụng PoS trong thực tế

• Cách tận dụng PoS:

Để tận dụng PoS, người dùng cần chọn một loại tiền ảo nào đó sử dụng cơ chế PoS như Ethereum, Cardano, Polkadot, Tezos, etc.

Sau đó, người dùng cần mua một số lượng tiền ảo đó và lưu trữ chúng trong một ví điện tử hỗ trợ PoS như Trust Wallet, Exodus, Atomic Wallet, etc.

Tiếp theo, người dùng cần đăng ký tham gia vào quá trình stake tiền ảo bằng cách chọn một node hoặc một pool stake uy tín và an toàn. Mỗi tiền ảo có những cách stake khác nhau nên người dùng cần tìm hiểu kỹ trước khi thực hiện.

Sau khi stake xong, người dùng sẽ nhận được phần thưởng theo tỷ lệ stake của mình so với tổng số tiền ảo được stake trong hệ thống. Phần thưởng này có thể được trả hàng ngày, hàng tuần hoặc hàng tháng tùy theo từng tiền ảo.

Nếu người dùng muốn rút tiền ảo ra khỏi quá trình stake họ cần chờ một khoảng thời gian nhất định để tiền ảo được mở khóa. Thời gian này có thể từ vài giờ đến vài ngày tùy theo từng tiền ảo. Người dùng cũng cần lưu ý rằng họ có thể mất một phần phí stake khi rút tiền ảo ra.

Đánh giá sự khác biệt giữa PoW và PoS

PoW (Proof of Work) là một giao thức đặc biệt nhằm ngăn chặn các cuộc tấn công mạng như DDoS, trong khi PoS (Proof of Stake) là một loại cơ chế đồng thuận được sử dụng để xác thực các giao dịch trên Blockchain.

PoW là cơ chế đồng thuận gốc được tạo ra từ trước PoS, trong khi PoS được phát triển từ PoW, nhưng có nhiều cải tiến. Bên cạnh đó, PoW yêu cầu phần cứng đào mạnh mẽ và cập nhật, trong khi PoS chỉ yêu cầu một đơn vị xử lý cấp máy chủ để hoạt động hiệu quả.

Trong PoW, các giao dịch được xác minh bởi các thợ đào, những người sử dụng năng lượng tính toán để cạnh tranh cho quyền xác nhận khối mới và cập nhật Blockchain. Một thợ đào thành công sẽ được thưởng bằng tiền ảo của mạng.

Trong PoS, các giao dịch được xác minh bởi các người xác nhận, những người không cần sử dụng phần cứng mạnh mẽ để cạnh tranh cho cơ hội xác nhận khối. Thay vào đó, họ cần phải stake (khóa) tiền ảo bản địa của Blockchain. Mạng sau đó chọn một người chiến thắng dựa trên số tiền ảo stake, người sẽ được thưởng một tỷ lệ của phí giao dịch từ khối họ xác nhận. Càng nhiều tiền ảo stake, càng cao khả năng được chọn làm người xác nhận.

Một số ưu điểm của PoW: an toàn, bền vững, khó bị kiểm soát bởi một bên nào đó. Một số nhược điểm của PoW là: tốn nhiều năng lượng, không mở rộng được, có thể bị tấn công 51% nếu ai đó chiếm quyền kiểm soát hơn 50% sức mạnh tính toán của mạng.

Một số ưu điểm của PoS: tiết kiệm năng lượng, mở rộng được, khó bị tấn công 51% vì ai đó phải sở hữu hơn 50% số tiền ảo trên cùng một mạng, điều này là không thể. Một số nhược điểm của PoS là: có thể bị tập trung hóa do người stake nhiều có quyền lớn hơn, có thể bị tấn công nothing-at-stake do người xác nhận không có gì để mất khi stake trên nhiều chuỗi song song

Cơ chế đồng thuận và tác động của nó đối với tương lai của Blockchain và tiền điện tử

Tầm quan trọng của cơ chế đồng thuận trong việc đảm bảo sự minh bạch và an toàn của Blockchain

• Cơ chế đồng thuận là một chương trình được sử dụng trong các hệ thống Blockchain để đạt được sự thống nhất phân tán về trạng thái của sổ cái.
• Cơ chế đồng thuận giúp các nút mạng có thể xác minh và xác nhận các giao dịch mà không cần sự can thiệp của bên thứ ba tin cậy.
• Cơ chế đồng thuận cũng ngăn chặn các cuộc tấn công như double-spending hay Sybil, trong đó các kẻ xấu có thể thay đổi lịch sử giao dịch hoặc lợi dụng các nút giả để thao túng mạng.
• Cơ chế đồng thuận cũng tạo ra một chuỗi khối liên kết với nhau bằng hash, làm cho việc thay đổi hay xóa bỏ bất kỳ khối nào trở nên rất khó.
• Cơ chế đồng thuận do đó là yếu tố then chốt để duy trì tính minh bạch và an toàn của Blockchain, làm tăng niềm tin và giá trị của nó.

Tác động của cơ chế đồng thuận đối với sự phát triển của tiền điện tử

• Cơ chế đồng thuận có ảnh hưởng lớn đến hiệu năng, khả năng mở rộng, an ninh và tiêu thụ năng lượng của các mạng tiền điện tử.
• Các cơ chế đồng thuận khác nhau có những ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các mục tiêu và yêu cầu khác nhau của các mạng tiền điện tử.
• Ví dụ, PoW có tính an toàn cao nhưng tốn nhiều năng lượng và không mở rộng được, trong khi PoS tiết kiệm năng lượng hơn nhưng có thể bị tập trung hóa hoặc tấn công nothing-at-stake.
• Do đó, cơ chế đồng thuận quyết định sự thành công hay thất bại của các mạng tiền điện tử, cũng như khả năng cạnh tranh và hấp dẫn của chúng.

Thảo luận về cơ chế đồng thuận mới và hướng đi cho tương lai

• Các cơ chế đồng thuận mới được phát triển để giải quyết các hạn chế của các cơ chế hiện tại, cũng như để phục vụ cho các ứng dụng mới của Blockchain.
• Ví dụ, Proof of Authority (PoA) là một cơ chế đồng thuận dựa trên danh tiếng của các người xác nhận, giúp tăng tốc độ xử lý giao dịch và giảm chi phí hoạt động.
• Proof of Burn (PoB) là một cơ chế đồng thuận dựa trên việc tiêu hủy một số tiền ảo để có cơ hội xác nhận khối, giúp giảm lãng phí năng lượng và tạo ra sự cam kết lâu dài.
• Proof of Capacity (PoC) là một cơ chế đồng thuận dựa trên dung lượng lưu trữ của các nút mạng, giúp tận dụng tài nguyên không sử dụng và giảm thiểu rủi ro phần cứng.

Tương lai của các cơ chế đồng thuận: tiềm năng và hạn chế

• Các cơ chế đồng thuận có tiềm năng lớn để thúc đẩy sự phát triển của Blockchain và tiền điện tử, bằng cách cải thiện các chỉ số hiệu năng, khả năng mở rộng, an ninh và tiêu thụ năng lượng.
• Tuy nhiên, các cơ chế đồng thuận cũng gặp phải những hạn chế như sự phức tạp, khó hiểu, khó thích ứng và khó kiểm soát.
• Do đó, cần có sự nghiên cứu và thử nghiệm liên tục để tìm ra các cơ chế đồng thuận phù hợp nhất với từng loại Blockchain và tiền điện tử, cũng như để đáp ứng các nhu cầu và thách thức của thời đại.

Kết luận

Cơ chế đồng thuận là yếu tố then chốt để duy trì sự minh bạch và an toàn của blockchain, làm tăng niềm tin và giá trị của nó. Nó có ảnh hưởng lớn đến hiệu năng, khả năng mở rộng, an ninh và tiêu thụ năng lượng của các mạng tiền điện tử, cũng như khả năng cạnh tranh và hấp dẫn của chúng. Bên cạnh đó, các cơ chế đồng thuận mới được phát triển để giải quyết các hạn chế của các cơ chế hiện tại, cũng như để phục vụ cho các ứng dụng mới của blockchain.

Tuy nhiên, các cơ chế đồng thuận cũng gặp phải những hạn chế như sự phức tạp, khó hiểu, khó thích ứng và khó kiểm soát. Do đó, cần có sự nghiên cứu và thử nghiệm liên tục để tìm ra các cơ chế đồng thuận phù hợp nhất với từng loại blockchain và tiền điện tử, cũng như để đáp ứng các nhu cầu và thách thức của thời đại

Tham khảo thêm các trường hợp ứng dụng Blockchain

Nguyễn Đức Trường

CEO tại Geneat Software, là người luôn muốn tối ưu các vấn đề cuộc sống bằng công nghệ, mình tin rằng các giải pháp phần mềm phải hữu ích, thiết thực và nên được dễ dàng tiếp cận bởi tất cả mọi người.