Thuật Toán Đồng Thuận Blockchain: Định Nghĩa, Cơ Chế và Các Loại Phổ Biến

Trong thế giới đang ngày càng phát triển của công nghệ blockchain, thuật toán đồng thuận đóng vai trò vô cùng quan trọng. Nhưng thuật toán đồng thuận blockchain thực sự là gì? Tại sao lại cần chúng trong hệ sinh thái blockchain? Và có những loại thuật toán nào tồn tại? Hãy cùng Unilever.edu.vn đi sâu vào khám phá thuật toán đồng thuận blockchain từ định nghĩa đến cơ chế, cũng như từng loại thuật toán phổ biến hiện nay.

Thuật Toán Đồng Thuận Blockchain Là Gì?

Thuật toán đồng thuận blockchain là quy tắc và phương pháp để các node – những thiết bị tham gia vào mạng lưới blockchain – tuân thủ, nhằm đảm bảo rằng tất cả các giao dịch được ghi lại một cách chính xác, minh bạch và nhất quán trên toàn bộ mạng lưới. Node có thể là máy tính, điện thoại hoặc bất kỳ thiết bị nào cung cấp khả năng gửi, nhận, xác thực và ghi lại giao dịch.

Mỗi node trong mạng lưới blockchain kết nối với nhau trong một cấu trúc mạng ngang hàng, liên tục trao đổi thông tin để cập nhật trạng thái dữ liệu. Chính nhờ thuật toán đồng thuận mà các node có thể xác thực giao dịch, đảm bảo tính toàn vẹn và sự đồng nhất trong thông tin của blockchain.

cấu trúc blockchain

Cách Hoạt Động Của Cơ Chế Đồng Thuận

Cấu trúc của blockchain bao gồm nhiều block (khối) liên kết với nhau theo một chuỗi. Mỗi block sẽ chứa thông tin về mã băm (hash) của block trước. Mã hash này được sinh ra từ các thông tin đầu vào đã được xác thực của một khối, bao gồm cả thông tin giao dịch.

Khi người dùng thực hiện một giao dịch, các node sẽ sử dụng một trong các thuật toán đồng thuận như Proof of Work (PoW) hay Proof of Stake (PoS) để xác thực và ghi giao dịch vào một khối mới trên blockchain. Sau đó, tất cả các node sẽ cần tải xuống thông tin về khối giao dịch mới để đảm bảo tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu trên mạng lưới.

Một điểm đặc biệt của thuật toán đồng thuận là sức mạnh bảo mật của nó. Khi một khối đã được ghi lại, việc thay đổi thông tin trong đó gần như là không thể. Bởi vì mã hash của khối sẽ bị thay đổi nếu dữ liệu bên trong bị thay đổi, dẫn đến sự mất đồng nhất với khối trước đó, và do đó, giao dịch sẽ không được phép ghi vào blockchain.

Ví dụ thực tế: Giả sử có một hacker cố gắng can thiệp vào thông tin trong khối n. Khi đó, mã hash của khối n sẽ thay đổi và hệ thống sẽ ngay lập tức phát hiện sự sai lệch khi so sánh với mã hash của khối n-1. Để thay đổi một giao dịch, hacker sẽ cần phải thay đổi tất cả các khối trên chuỗi, điều này gần như không khả thi trong một hệ thống phân tán.

Tại Sao Blockchain Cần Cơ Chế Đồng Thuận?

1. Đảm Bảo Tính Chính Xác và Min Bạch

Blockchain hoạt động mà không cần một bên trung gian nào kiểm soát hay điều khiển. Vậy làm thế nào để đảm bảo rằng các node thực hiện đúng vai trò của mình và không xảy ra Gian lận? Đó chính là vai trò của cơ chế đồng thuận. Các node cần tuân thủ các thuật toán đồng thuận để xác thực một cách chính xác các giao dịch. Nếu không, họ sẽ phải đối mặt với hình phạt theo cơ chế slashing.

2. Chịu Lỗi Byzantine

Khả năng chịu lỗi Byzantine (Byzantine Fault Tolerance – BFT) cũng là một yếu tố quan trọng mà các thuật toán đồng thuận hướng đến. “Bài toán các vị tướng Byzantine” mô tả tình huống mà một nhóm các vị tướng cần đồng thuận về hành động của mình. Khi tất cả đồng ý tấn công, họ sẽ thắng. Ngược lại, nếu có nhiều tướng không đồng ý và thay đổi hành động, họ sẽ thất bại.

Cơ chế đồng thuận giúp giải quyết được bài toán phức tạp này, cho phép hệ thống vẫn hoạt động bình thường ngay cả khi một số node bị lỗi hoặc không trung thực. Điều này đảm bảo rằng blockchain có thể duy trì sự an toàn và tin cậy.

Các Thuật Toán Đồng Thuận Blockchain Phổ Biến

1. Proof of Work (PoW)

Hệ thống đồng thuận đầu tiên và phổ biến nhất chính là Proof of Work (PoW). PoW yêu cầu các node thực hiện các phép toán phức tạp để giải quyết các bài toán (mining) nhằm tạo ra mã hash. Node đầu tiên giải quyết thành công và xác thực giao dịch sẽ nhận phần thưởng là đồng coin native của blockchain (ví dụ: Bitcoin).

thuật toán đồng thuận pow

Mặc dù PoW đã thành công trong việc bảo mật blockchain, nhưng nó cũng gặp phải một số nhược điểm như tiêu tốn lớn năng lượng và thời gian xử lý.

2. Proof of Stake (PoS)

Proof of Stake (PoS) là thuật toán đồng thuận hiện đang rất được ưa chuộng. Thay vì dùng sức mạnh tính toán, PoS yêu cầu các node stake (đặt cược) một lượng token nhất định để có cơ hội xác thực giao dịch và tạo khối. Phần thưởng sẽ là phí giao dịch và số lượng token được stake.

PoS không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thân thiện với môi trường hơn so với PoW. Một ví dụ điển hình là Ethereum đã chuyển từ PoW sang PoS vào năm 2022.

3. Delegated Proof of Stake (DPoS)

Delegated Proof of Stake cho phép người sở hữu token bầu chọn một người đại diện (delegator) để xác thực giao dịch thay vì tự mình tham gia vào quá trình này. Điều này giúp tăng tốc độ xử lý giao dịch, đồng thời đảm bảo tính minh bạch.

4. Proof of Authority (PoA)

PoA là một hệ thống đồng thuận dựa trên uy tín cá nhân, cho phép những node đã được xác nhận về danh tiếng tham gia vào quá trình xác thực giao dịch. Tuy nhiên, hệ thống này lại dễ dẫn đến tập trung hóa hơn so với các phương pháp khác.

5. Các Thuật Toán Khác

Ngoài các thuật toán phổ biến, còn rất nhiều cơ chế khác như Proof of Weight, Proof of Capacity, Proof of Burn và Direct Acyclic Graph Tangle (DAG). Đây đều là những cơ chế nhằm tối ưu hóa và đáp ứng những yêu cầu đặc thù của các mạng blockchain khác nhau.

---

Thuật toán đồng thuận là phần thiết yếu trong việc xây dựng và duy trì mạng lưới blockchain an toàn và đáng tin cậy. Với mỗi loại thuật toán đồng thuận, blockchain có thể lựa chọn cơ chế phù hợp nhất với mục tiêu và nhu cầu của mình, đồng thời dự kiến rằng trong tương lai sẽ tiếp tục xuất hiện nhiều thuật toán tiên tiến hơn nữa. Bằng cách hiểu rõ hơn về những kiến thức này, người dùng không chỉ biết thêm về blockchain mà còn góp phần vào sự phát triển của công nghệ tiên tiến này trong thời gian tới.