Những ý chính:
Cơ chế đồng thuận là một chủ đề phức tạp, và đa số mọi người không thực sự hiểu rõ khi họ mua loại tiền mã hóa đầu tiên.
Tuy nhiên, cơ chế đồng thuận chính là nền tảng cấu thành các blockchain công khai mà chúng ta biết và sử dụng ngày nay. Nói cách khác, cách một blockchain xử lý giao dịch của bạn hoàn toàn phụ thuộc vào cơ chế đồng thuận mà nó áp dụng.
Proof-of-Work là cơ chế đồng thuận đầu tiên từng được tạo ra, do nhà sáng lập ẩn danh Satoshi Nakamoto phát triển cho mạng lưới Bitcoin. Kể từ đó, nó đã truyền cảm hứng cho sự ra đời của rất nhiều blockchain khác ngoài Bitcoin. Thực tế, đồng tiền mã hóa lớn thứ hai là Ethereum trước đây cũng từng sử dụng cơ chế đồng thuận này.
Không chỉ là nền tảng của nhiều blockchain, Proof-of-Work còn đặt nền móng cho các cải tiến đồng thuận sau này, chẳng hạn như Proof-of-Stake. Tuy nhiên, trước khi bàn sâu hơn, hãy quay trở lại từ đầu. Vậy chính xác blockchain sử dụng proof-of-work là gì?
Proof-of-Work là gì?
Proof-of-Work (PoW) là một cơ chế đồng thuận dành cho các mạng blockchain và là mô hình đồng thuận cốt lõi của Bitcoin.
Theo lời của nhà sáng lập ẩn danh Satoshi Nakamoto:
“Proof-of-work cũng giải quyết vấn đề xác định đại diện trong cơ chế ra quyết định theo đa số. Nếu đa số được tính theo nguyên tắc một địa chỉ IP – một phiếu bầu, thì bất kỳ ai có thể phân bổ nhiều IP đều có thể thao túng. Proof-of-work về bản chất là một CPU – một phiếu bầu. Quyết định của đa số được đại diện bởi chuỗi dài nhất, tức là chuỗi có lượng công sức proof-of-work lớn nhất được đầu tư vào. Nếu đa số sức mạnh CPU được kiểm soát bởi các node trung thực, chuỗi trung thực sẽ phát triển nhanh nhất và vượt qua mọi chuỗi cạnh tranh.”
Nghe có vẻ hơi dài dòng, vì vậy hãy cùng phân tích một cách đơn giản hơn. Thực tế, các nguyên lý cốt lõi không phức tạp như bạn nghĩ.
Proof-of-Work (PoW) hoạt động như thế nào?
PoW dựa trên việc chuyển đổi năng lượng điện thành “trọng lượng” kỹ thuật số trên blockchain, từ đó tạo ra chi phí không thể giả mạo cho các blockchain PoW như Bitcoin. Nhờ vậy, nó hình thành một cấu trúc khuyến khích (incentive structure) giúp tạo ra một mạng lưới phân tán có khả năng chịu lỗi Byzantine (Byzantine Fault Tolerance – BFT).
Nói một cách đơn giản, PoW yêu cầu giải một bài toán mật mã để tìm ra một giá trị nhỏ hơn một ngưỡng xác định (nonce), qua đó tạo ra block tiếp theo và phát sóng lên mạng lưới.
Người tạo block tiếp theo (block leader) được lựa chọn theo cơ chế giống như xổ số, tương ứng trực tiếp với mức đóng góp sức mạnh tính toán (hash power) của họ. Nói ngắn gọn, chuỗi dài nhất là chuỗi có nhiều công sức tính toán nhất, và do đó có nhiều “quyền lực” nhất.
Trong mô hình đồng thuận PoW, có hai thành phần tham gia chính: miner và full node operator.
Thợ đào trong cơ chế PoW
Trong mạng proof-of-work, các thợ đào cạnh tranh với nhau để tạo ra một block và phát sóng nó lên mạng lưới. Thợ đào chiến thắng sẽ nhận được phần thưởng khối (block reward) cùng với toàn bộ phí giao dịch. Chính cơ chế khuyến khích này thúc đẩy miner duy trì sự trung thực trong quá trình xác thực và truyền bá block.
Trên mạng Bitcoin, các thợ đào tạo ra một block trung bình mỗi 10 phút, và phần thưởng hiện tại vào khoảng 12.5 BTC mỗi block (tùy theo từng giai đoạn halving). Mặc dù con số này có vẻ lớn, nhưng hoạt động khai thác tiền mã hóa thực tế lại rất tốn kém.
Tóm lại, đào crypto đòi hỏi phần cứng chuyên dụng có chi phí cao. Đồng thời, không có cách nào tránh khỏi các phép tính phức tạp liên quan đến việc tạo block. Cách duy nhất để giải bài toán là sử dụng phương pháp brute force – tức là thử và tính toán liên tục. Điều này tiêu tốn lượng điện năng rất lớn, và dĩ nhiên kéo theo chi phí đáng kể.
Vậy còn những tác nhân xấu muốn phá hoại quá trình đào thì sao?
Trước hết, hành động đó sẽ làm suy giảm tính toàn vẹn của toàn bộ mạng lưới, khiến BTC mất giá trị. Khi đó, khoản đầu tư vào phần cứng của họ sẽ trở nên kém hiệu quả vì lợi nhuận (ROI) tính bằng BTC từ phần thưởng block sẽ giảm giá trị. Hơn nữa, miner nhận phần thưởng trực tiếp bằng BTC chứ không phải tiền mặt. Điều này có nghĩa là việc tổ chức tấn công mạng lưới chỉ khiến họ tự gây thiệt hại cho chính mình.
Như vậy, có thể nói một cách đơn giản rằng miner chuyển đổi một tài nguyên ngoài đời thực (điện năng) thành việc sản xuất BTC. Và chính chi phí cao này đóng vai trò bảo vệ mạng lưới trước các hành vi xấu.
Bên cạnh đó, vì các chuỗi proof-of-work dựa trên cơ chế hash, nên các giao dịch gần như không thể bị thay đổi. Để tìm hiểu thêm về mining, bạn có thể tham khảo bài viết đầy đủ về khai thác Bitcoin.
Điều hành Full Node
Tuy nhiên, không chỉ miner tham gia vào cơ chế đồng thuận proof-of-work. Bitcoin, giống như tất cả các mạng blockchain khác, còn dựa vào các node để xác thực giao dịch.
Trên mạng Bitcoin, full node là các phần mềm client chạy giao thức Bitcoin, tự động xác thực và truyền bá giao dịch cũng như block trong mạng lưới.
Thông qua bằng chứng mật mã và các quy tắc đồng thuận của Bitcoin, full node operator chính là “nhịp tim” của mạng lưới và là bên xác thực trạng thái cuối cùng của blockchain. Full node client cũng có thể đồng thời là mining client, và các client này sẽ từ chối những block hoặc giao dịch không hợp lệ trên mạng. Nói cách khác, chính full node operator quyết định giao dịch nào được (hoặc không được) thêm vào block.
Nhược Điểm Của Proof-of-Work
Mặc dù Proof-of-Work nổi tiếng với mức độ bảo mật ấn tượng, nó cũng tồn tại những hạn chế nhất định. Thiết kế tiêu tốn nhiều năng lượng và khả năng xử lý giao dịch on-chain tương đối thấp đã khiến nó phải nhận nhiều chỉ trích.
Dù PoW thực sự tiêu thụ nhiều điện năng, nhưng trên thực tế, phần lớn hoạt động khai thác Bitcoin hiện nay được thực hiện bằng năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, việc cân bằng giữa chi phí năng lượng và giá trị kinh tế tổng thể mà Bitcoin tạo ra vẫn là một bài toán phức tạp. Dẫu vậy, PoW vẫn là một đổi mới quan trọng trong lĩnh vực blockchain.
Proof-of-Work (PoW) So Với Proof-of-Stake (PoS): Khác Biệt Ở Đâu?
Giờ khi đã hiểu PoW là gì, bạn có thể tự hỏi nó khác gì so với các cơ chế đồng thuận khác như proof-of-stake.
PoW dựa vào miner sử dụng thiết bị tính toán mạnh để giải các phương trình cực kỳ phức tạp. Như đã đề cập, điều này tiêu tốn điện năng và có thể gây tốn kém, ngay cả khi sử dụng năng lượng thân thiện với môi trường. Để giải quyết vấn đề này, proof-of-stake đã được phát triển.
Thay vì miner, proof-of-stake sử dụng validator. Thay vì tiêu hao năng lượng tính toán để giải bài toán, validator khóa một lượng tài sản nhất định làm tài sản thế chấp. Quá trình này được gọi là staking. Dù hai phương pháp khác nhau về cơ chế bảo mật và cách vận hành, chúng đều hướng tới cùng một mục tiêu.
Cụ thể, trong mạng proof-of-work, một tác nhân xấu sẽ cần sở hữu một lượng sức mạnh tính toán khổng lồ để kiểm soát 51% mạng lưới, và việc thao túng giao dịch của chính mình sẽ đi ngược lại lợi ích nhận phần thưởng.
Trong mạng proof-of-stake, kẻ xấu cần nắm giữ hơn 51% tổng số coin đang được staking tại thời điểm đó. Việc kiểm soát 51% toàn bộ lượng coin staking trên mạng là cực kỳ khó, khiến cuộc tấn công như vậy gần như không thể xảy ra. Hơn nữa, cơ chế slashing sẽ trừng phạt validator gian lận, từ đó khuyến khích việc xác thực trung thực.
Dù sử dụng phương pháp nào, hệ thống đều thưởng cho hành vi trung thực và trừng phạt hành vi độc hại. Tuy nhiên, proof-of-work vẫn được xem là lựa chọn bảo mật cao nhất, vì gần như không thể bị tấn công.
Proof-of-Work Trong Bitcoin Và Xa Hơn Nữa
Dù bạn có nhận ra hay không, mọi giao dịch blockchain bạn thực hiện đều cần một cơ chế đồng thuận nào đó.
Trong khi những người đề cao tính bảo mật thường ủng hộ các chuỗi proof-of-work như Bitcoin, một số khác lại tìm kiếm các giải pháp có thể phát triển dựa trên thành công của nó.
Proof-of-work là cơ chế đồng thuận đầu tiên, nhưng chắc chắn không phải là cuối cùng. Và chính nhờ cơ chế này mà chúng ta có được lịch sử của tiền mã hóa.
Dù nhiều mạng lưới đang dần rời xa cơ chế này, một số khác lại hướng tới nó; với hơn một thập kỷ tồn tại, Bitcoin đang chứng minh giá trị nội tại của một hệ thống vừa bảo mật vừa công bằng, đồng thời cung cấp khuôn khổ cho nhiều mạng blockchain trong quá khứ và tương lai.
