Thuật toán đồng thuận

Trong ngữ cảnh tiền điện tử, thuật toán đồng thuận là một yếu tố quan trọng của mỗi mạng blockchain vì chúng chịu trách nhiệm duy trì tính toàn vẹn và bảo mật của hệ thống phân tán. Thuật toán đồng thuận đầu tiên được tạo ra là Proof of Work (PoW), được thiết kế bởi Satoshi Nakamoto và được thực hiện trên Bitcoin như một cách để khắc phục lỗi Byzantine.

Thuật toán đồng thuận có thể được định nghĩa là một cơ chế mà qua đó một mạng blockchain đạt được sự đồng thuận. Các blockchain công cộng (phi tập trung) được xây dựng như là các hệ thống phân tán. Vì không lệ thuộc vào một cơ quan trung ương nên các nút phân tán cần phải đồng thuận về tính hợp lệ của các giao dịch và đây là lúc để các thuật toán đồng thuận thể hiện vai trò. Chúng đảm bảo rằng các quy tắc giao thức đang được tuân theo và đảm bảo rằng tất cả các giao dịch diễn ra một cách đáng tin cậy, nhờ vậy đảm bảo các đồng coin chỉ có thể được chi tiêu một lần trong giao dịch.

Trước khi chúng ta đi sâu vào các loại thuật toán đồng thuận khác nhau, điều quan trọng là phải hiểu sự khác biệt giữa thuật toán và giao thức.

Thuật toán đồng thuận và Giao thức

Thuật ngữ thuật toán và giao thức thường được sử dụng có thể thay thế cho nhau, nhưng chúng không giống nhau. Nói một cách đơn giản, chúng ta có thể định nghĩa một giao thức như là các quy tắc chính của một blockchain và thuật toán là cơ chế mà qua đó các quy tắc này sẽ được tuân theo.

Bên cạnh việc được sử dụng rộng rãi trên các hệ thống tài chính, công nghệ blockchain có thể được áp dụng cho nhiều lĩnh vực kinh doanh và có thể phù hợp với các trường hợp sử dụng khác nhau. Nhưng trong bất kể ngữ cảnh nào, một mạng blockchain sẽ được xây dựng trên một giao thức giúp định ra cách hệ thống được yêu cầu làm việc, vì vậy tất cả các phần khác nhau của hệ thống và tất cả những đối tượng tham gia vào mạng sẽ cần phải tuân theo các quy tắc của giao thức.

Trong khi giao thức định ra các quy tắc, thuật toán cho hệ thống biết các bước cần thực hiện để tuân thủ các quy tắc này và để tạo ra kết quả mong muốn. Ví dụ, thuật toán đồng thuận của một blockchain quyết định tính hợp lệ của các giao dịch và các khối. Vì vậy, Bitcoin và Ethereum là các giao thức trong khi Proof of Work và Proof of Stake là các thuật toán đồng thuận của chúng.

Để minh họa thêm, hãy xem xét giao thức Bitcoin định ra cách các nút tương tác, cách dữ liệu được truyền giữa chúng và các yêu cầu cho việc xác thực khối thành công. Mặt khác, thuật toán đồng thuận có trách nhiệm xác minh số dư và chữ ký, xác nhận giao dịch, và thực hiện xác nhận khối. Tất cả những điều này phụ thuộc vào sự đồng thuận của mạng.

Các loại thuật toán đồng thuận

Có một số loại thuật toán đồng thuận. Các thuật toán được triển khai phổ biến nhất là PoW và PoS. Mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng khi cố gắng cân bằng giữa tính bảo mật với chức năng và khả năng mở rộng.

Bằng chứng công việc (PoW)

PoW là thuật toán đồng thuận đầu tiên được tạo ra. Nó được sử dụng trên Bitcoin và nhiều đồng tiền điện tử khác. Thuật toán Proof of Work là một phần thiết yếu của quá trình đào coin.

Đào coin dùng PoW liên quan đến nhiều nỗ lực băm, vì vậy khả năng tính toán càng lớn có nghĩa là thực hiện được nhiều phép thử hơn trên mỗi giây. Nói cách khác, thợ đào có tỷ lệ băm cao có cơ hội tốt hơn để tìm một lời giải hợp lệ cho khối tiếp theo (aka. hàm băm khối). Thuật toán đồng thuận PoW đảm bảo rằng các thợ mỏ chỉ có thể xác nhận một khối giao dịch mới và thêm nó vào blockchain nếu các nút phân tán của mạng đạt được sự đồng thuận và đồng ý rằng hàm băm khối được đưa ra bởi thợ mỏ là một bằng chứng công việc hợp lệ.

Bằng chứng cổ phần (PoS)

Thuật toán đồng thuận PoS được phát triển vào năm 2011 như là một giải pháp thay thế cho PoW. Mặc dù PoS và PoW có các mục tiêu giống nhau, chúng có một số khác biệt và đặc thù cơ bản, đặc biệt là trong quá trình xác nhận khối mới.

Nói tóm gọn, thuật toán đồng thuận Proof of Stake thay thế PoW bằng một cơ chế mà trong đó các khối được xác nhận theo tỷ lệ cổ phần của những người tham gia. Trình xác nhận hợp lệ của mỗi khối (cũng được gọi là thợ đúc tiền) được xác định bằng tỉ lệ cổ phần của đồng tiền điện tử chứ không phải bằng lượng công suất tính toán được phân bổ. Mỗi hệ thống PoS có thể thực hiện thuật toán theo nhiều cách khác nhau, nhưng nói chung, blockchain được bảo đảm bằng một quá trình bầu chọn giả ngẫu nhiên dựa trên việc xem xét tài sản của nút và độ tuổi của coin (thời gian các đồng coin được khóa hoặc đặt cọc) – cùng với một hệ số ngẫu nhiên.

Blockchain Ethereum hiện đang dựa trên thuật toán PoW nhưng sẽ chuyển đổi sang PoS nhờ giao thức Casper sẽ được phát hành nhằm tăng khả năng mở rộng của mạng.

Tại sao các thuật toán đồng thuận có ý nghĩa quan trọng đối với tiền điện tử?

Như đã đề cập trước đây, các thuật toán đồng thuận là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn và bảo mật của mạng tiền điện tử. Chúng cung cấp phương tiện để các nút phân tán đạt được sự đồng thuận về phiên bản đúng của blockchain. Việc đồng thuận với trạng thái blockchain hiện tại là điều cần thiết cho một hệ thống kinh tế kỹ thuật số hoạt động đúng.

Thuật toán đồng thuận Proof of Work được coi là một trong những lời giải tốt nhất cho Bài toán các vị tướng Byzantine. Nó cho phép tạo ra Bitcoin như một hệ thống chịu lỗi Byzantine. Điều này có nghĩa rằng blockchain Bitcoin có khả năng chống lại các cuộc tấn công, chẳng hạn như tấn công 51% (hoặc tấn công nhờ vào chiếm đa số). Khả năng này có được không chỉ nhờ vào tính phi tập trung của mạng mà còn nhờ vào thuật toán PoW. Chi phí cao liên quan đến quá trình đào khiến cho các thợ đào sẽ không đầu tư nguồn lực của họ để phá vỡ mạng lưới.