Proof of Work (PoW) là một cơ chế đồng thuận được sử dụng trên blockchain nhằm đảm bảo tính chính xác và bảo mật trong việc xác thực thông tin trên mạng lưới. Trong PoW, các thợ đào (miners) phải cung cấp sức mạnh tính toán để giải quyết một bài toán khó và chứng minh rằng họ đã thực hiện công việc đó. Khi một thợ đào tìm ra lời giải chính xác, họ được thưởng bằng một số lượng token hoặc phí giao dịch.
Cơ chế PoW được sử dụng rộng rãi trong hệ thống Bitcoin. Trong Bitcoin, bài toán khó được gọi là “hash puzzle” và yêu cầu thợ đào tìm ra một giá trị hash thỏa mãn một yêu cầu cụ thể. Thợ đào phải thử nghiệm nhiều giá trị khác nhau cho đến khi tìm được lời giải đúng, và quá trình này yêu cầu sức mạnh tính toán cao.
Quá trình xác thực thông tin qua PoW đảm bảo rằng để thay đổi hoặc tấn công mạng lưới, kẻ tấn công sẽ phải chiếm được hơn 50% sức mạnh tính toán của toàn bộ mạng, điều này trở nên khó khăn và tốn kém. PoW tạo ra một sự cạnh tranh trong việc khai thác và đảm bảo tính an toàn và trung thực cho blockchain.
Xem thêm bài viết : HashKey Group là gì? tìm hiểu tất cả về HashKey
Proof of Work (PoW) là gì?
Proof of Work (PoW) là một thuật toán được sử dụng trong cơ chế đồng thuận của mạng lưới blockchain. Nó đã trở thành một phương pháp phổ biến để xác minh giao dịch và tạo ra các block mới trên blockchain. Trong cơ chế PoW, các thợ đào (miner) cạnh tranh với nhau để hoàn thành giao dịch trên mạng lưới và nhận được phần thưởng.
Khi người dùng muốn thực hiện một giao dịch tiền mã hóa trên blockchain sử dụng PoW, hệ thống mạng lưới sẽ ghi lại giao dịch vào một block cụ thể trong sổ cái phân quyền. Quá trình xác minh giao dịch và xếp chồng các block này thường đòi hỏi sự tham gia của con người.
Việc quan trọng trong cơ chế PoW, được gọi là “đào” block, thường được thực hiện bởi các thợ đào. Nguyên tắc cốt lõi của quá trình này là giải một “phương trình toán học phức tạp” để tìm ra một giải pháp hiệu quả và nhanh chóng nhất. Các thợ đào cần sử dụng sức mạnh tính toán của họ để tìm ra giải pháp cho phương trình này, và khi tìm thấy, họ có thể xây dựng và thêm block mới vào blockchain và nhận được phần thưởng tương ứng.
Cơ chế Proof of Work đã trở thành một phương pháp quan trọng trong việc đảm bảo tính an toàn và trung thực cho các mạng lưới blockchain như Bitcoin. Tuy nhiên, nó cũng đòi hỏi nhiều công năng tính toán và năng lượng, và đã xuất hiện những thuật toán đồng thuận khác như Proof of Stake (PoS) để giảm bớt sự tiêu tốn này.
Một phương trình toán học phức tạp hiểu thế nào?
“Phương trình toán học phức tạp” là một loại thuật toán đòi hỏi khả năng tính toán mạnh mẽ từ máy tính để giải quyết. Trong cơ chế Proof of Work, các bài toán đào block có thể bao gồm:
- Hàm băm (Hash Function): Đây là quá trình tìm kiếm các giá trị đầu vào ẩn dựa trên kết quả đầu ra của một hàm băm.
- Phân tích số nguyên (Integer Factorization): Bài toán này liên quan đến việc tìm một số biết rằng nó là tích của hai số nguyên khác.
- Giai đoạn bài toán định hướng (Guided Tour Puzzle Protocol): Trong trường hợp mạng lưới đang bị tấn công DDoS, server có thể yêu cầu tính toán lại giá trị băm của các node theo một thứ tự nhất định. Bài toán sẽ là tìm một chuỗi các giá trị băm trong trường hợp này.
Với sự phát triển của mạng lưới, yêu cầu sức mạnh tính toán ngày càng tăng. Điều này thúc đẩy sự cần thiết của khả năng tính toán (hash power) để giải quyết bài toán và đào block. Do đó, độ khó của thuật toán đào token tăng lên, đây là một trong những vấn đề nhạy cảm nhất trên blockchain hiện nay.
Proof of Work blockchain kết cấu thế nào?
Blockchain là một sổ cái phân tán được sử dụng để ghi lại tất cả các giao dịch của Bitcoin. Nó có thể được xem như một bảng tính, trong đó mỗi block tương ứng với một ô trong bảng. Thông tin về số tiền giao dịch, địa chỉ ví, thời gian và ngày tháng được ghi lại và mã hóa vào phần đầu của mỗi block, được biểu diễn bằng một con số thập lục phân được tạo ra thông qua quá trình hash của blockchain.
Quá trình hash trong blockchain là việc lưu trữ và sử dụng thông tin từ block hiện tại trong block tiếp theo. Điều này tạo ra một chuỗi các block mà không thể bị thay đổi, vì thông tin từ mỗi block được bao gồm vào hash của block mới nhất. Đây là nơi cơ chế Proof of Work có vai trò quan trọng.
Hash là một con số hexa được mã hóa gồm 64 chữ số. Với công nghệ hiện đại, một hash có thể được tính toán trong vài mili giây với một lượng dữ liệu lớn. Công việc của các thợ đào là cố gắng tính toán kết quả hash đó, điều này đòi hỏi rất nhiều thời gian tính toán.
Quá trình đào là quá trình xác minh các giao dịch bằng cách giải quyết các bài toán hash và nhận phần thưởng. Một hash bao gồm một chuỗi con số gọi là nonce (số chỉ sử dụng một lần). Khi một thợ đào bắt đầu quá trình khai thác, nó tạo ra một hash từ thông tin công khai có sẵn bằng cách sử dụng một nonce bằng 0.
Nếu hash nhỏ hơn mục tiêu mạng hiện tại, thợ đào đã thành công trong việc giải quyết hash đó. Mục tiêu mạng là một kết quả toán học của một công thức được chuyển đổi thành một số hexa để quy định độ khó trong quá trình khai thác. Nếu hash lớn hơn mục tiêu, thợ đào sẽ thay đổi giá trị của nonce và tạo ra một hash mới. Toàn bộ mạng lưới các thợ đào cố gắng giải quyết các bài toán hash theo cách này.
Trên blockchain của Bitcoin, các thợ đào thành công trong việc giải quyết hash sẽ nhận được phần thưởng cho công việc mà họ đã làm.
Những thành phần tạo ra Proof of Work
Trong mạng lưới blockchain sử dụng Proof of Work (PoW), các node đóng vai trò quan trọng trong việc chấp nhận và xác nhận các giao dịch, cũng như đề xuất và xác nhận các khối giao dịch mới cho toàn bộ mạng lưới. Các node này thường được gọi là “thợ đào,” bởi vì họ đóng góp năng lực tính toán và tài nguyên để kiếm được tiền ảo của mạng lưới.
Trong PoW, khái niệm “Work” đại diện cho năng lực tính toán mà các node đóng góp để xác nhận một khối giao dịch mới. Sức mạnh tính toán này được thể hiện trong hàm băm mật mã SHA-256, tạo ra sự khác biệt cho PoW so với các cơ chế đồng thuận khác.
Một yếu tố quan trọng trong PoW là điều chỉnh độ khó, nó đảm bảo rằng mạng lưới mất một khoảng thời gian cố định để xác nhận các khối giao dịch mới. Điều chỉnh này diễn ra sau mỗi 2016 khối (khoảng 2 tuần) để duy trì thời gian khối ổn định là 10 phút. Sự gia nhập hoặc rời khỏi mạng lưới của các thợ đào không ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ khó trong các khoảng thời gian ngắn.
Người đào sẽ nhận được phần thưởng khi họ tìm ra một hash dưới ngưỡng được đặt ra bởi mạng lưới. Khi phát hiện một hash khối hợp lệ, người đào sẽ chia sẻ thông tin này với các thợ đào khác để xác nhận và tích hợp nhanh chóng vào bản sao blockchain của họ. Quá trình xác nhận này ngăn chặn các hành động gian lận như chi tiền gian lận (double-spending).
Hiện tại, phần thưởng cho người đào là 6,25 BTC mỗi khối, cộng với các khoản phí giao dịch từ người dùng. Cấu trúc thưởng này là động lực cho các thợ đào tham gia vào hệ thống PoW và khuyến khích tính trung thực, bởi vì bất kỳ cố gắng can thiệp vào hệ thống đều sẽ dẫn đến lãng phí tài nguyên.
Số lượng phần thưởng này giảm đi một nửa sau mỗi 210.000 khối (khoảng 4 năm). Quá trình giảm này, được gọi là chu kỳ halving, tạo ra mối lo ngại về nguy cơ giảm động lực đào nếu giá của Bitcoin không đủ để đào đủ. Tuy nhiên, khi các thợ đào rời khỏi mạng lưới, độ khó cũng điều chỉnh để giảm chi phí đào Bitcoin.
Hoạt động đào Bitcoin có một hệ thống kinh tế phức tạp. Có nhiều yếu tố tài chính ảnh hưởng đến sự tiếp tục hoạt động của các thợ đào, ngay cả khi không có lợi nhuận rõ ràng.
Vì sao phải phức tạp trong Proof of Work?
Độ phức tạp của bài toán không nên vượt quá mức cho phép, vì nếu vượt quá, quá trình tạo khối mới sẽ mất quá nhiều thời gian. Điều này có thể dẫn đến giao dịch chậm trễ, đợi mãi cho đến khi được xác nhận và gây ra trục trặc trong hoạt động mạng. Nếu bài toán không thể được giải quyết trong thời gian hợp lý, mạng lưới sẽ trở nên không ổn định.
Tuy nhiên, nếu bài toán quá dễ, mạng lưới sẽ dễ bị tấn công DDoS, spam và gặp những vấn đề khác. Điều này có thể làm suy yếu tính bảo mật và tin cậy của hệ thống.
Ngoài ra, thuật toán cũng cần đơn giản để dễ dàng kiểm tra và chấp nhận. Không phải tất cả các node đều có khả năng xác định xem tất cả quá trình tính toán đã được thực hiện đúng theo quy trình. Trong trường hợp đó, chúng ta phải tin tưởng vào quyết định từ các node khác, có thể làm suy giảm tính minh bạch – một trong những yếu tố quan trọng nhất trong Blockchain.
Do đó, trong thiết kế của hệ thống blockchain, cần tìm một sự cân bằng hợp lý giữa độ phức tạp của bài toán, tốc độ xử lý, tính bảo mật và tính minh bạch để đảm bảo hoạt động ổn định và đáng tin cậy của mạng lưới.
Ưu điểm của Proof of Work
Proof of Work (PoW) mang lại nhiều lợi ích quan trọng trong hệ thống blockchain, bao gồm bảo vệ chống tấn công từ chối dịch vụ (DDoS) và giảm thiểu rủi ro trong việc đào tiền.
Bảo vệ chống tấn công DDoS: PoW thiết lập một ngưỡng cao đối với mạng lưới, yêu cầu bất kỳ hành động nào phải vượt qua ngưỡng đó trước khi được chấp nhận. Điều này đặt một rào cản lớn trước các cuộc tấn công từ chối dịch vụ, vì người tấn công cần phải sử dụng một lượng lớn năng lực tính toán và mất nhiều thời gian để tấn công thành công. Mặc dù không thể loại trừ hoàn toàn khả năng tấn công, nhưng chi phí và công sức cần thiết là rất lớn, làm cho tấn công trở nên đáng kể khó khăn và không hiệu quả.
Khả năng đào block: Trong mạng lưới blockchain, khả năng đào block không phụ thuộc vào số lượng tiền trong ví, mà tập trung vào khả năng tính toán của các node. Điều này đảm bảo rằng người có năng lực tính toán mạnh mẽ hơn có khả năng cao hơn để đào block và tham gia vào quá trình bảo vệ mạng lưới. Việc này đảm bảo tính công bằng và tránh việc quyền kiểm soát mạng lưới chỉ dựa trên số lượng tiền mà người dùng sở hữu.
Tổng quan, PoW mang lại lợi ích quan trọng như bảo vệ chống tấn công DDoS và đảm bảo tính công bằng trong khả năng đào block. Tuy nhiên, cần cân nhắc các khía cạnh khác của PoW như tiêu thụ năng lượng cao và khó khăn trong việc mở rộng mạng lưới. Các hệ thống blockchain khác như Proof of Stake (PoS) và Proof of Authority (PoA) cũng được phát triển để giải quyết những vấn đề này.
Nhược điểm của Proof of Work
Proof of Work (PoW) có một số nhược điểm đáng lưu ý, bao gồm chi phí đắt đỏ, sự lãng phí của năng lực máy tính và nguy cơ tấn công 51%.
Chi phí đắt đỏ: Quá trình đào tiền trong PoW yêu cầu sử dụng thiết bị máy tính đặc biệt và phần cứng mạnh mẽ. Việc mua và vận hành các thiết bị này đòi hỏi đầu tư lớn, gây ra chi phí cao cho các thợ đào. Điều này làm cho việc tham gia vào hoạt động đào tiền trở nên khó khăn và không phải là lựa chọn có thể tiếp cận cho mọi người.
Sự lãng phí của năng lực máy tính: Hoạt động đào tiền trong PoW tiêu tốn rất nhiều năng lượng điện để thực hiện các phép tính toán phức tạp. Các thiết bị máy tính dùng cho đào tiền không thể tái sử dụng cho các mục đích khác, dẫn đến sự lãng phí của năng lực máy tính này.
Nguy cơ tấn công 51%: Một trong những nguy cơ đáng lo ngại trong PoW là tấn công 51%. Điều này xảy ra khi một nhóm người dùng chiếm đa số năng lực khai thác trên mạng lưới, cho phép họ kiểm soát và thay đổi các sự kiện trong mạng lưới. Kẻ tấn công có thể đơn độc quyền việc tạo block mới, thay đổi thông tin giao dịch và thậm chí hoàn toàn lật ngược các giao dịch đã xác nhận. Điều này gây mất niềm tin và có thể gây thiệt hại đáng kể cho người dùng và hệ thống blockchain.
Việc tấn công 51% đòi hỏi người tấn công phải chi tiêu một lượng lớn năng lực khai thác và có sự kiểm soát đa số trong mạng lưới. Mặc dù khó khăn, tuy nhiên, nguy cơ này vẫn tồn tại và là một vấn đề cần được giải quyết trong hệ thống PoW.
Tổng quan, PoW có nhược điểm về chi phí cao, lãng phí năng lực máy tính và nguy cơ tấn công 51%. Để giảm thiểu nhược điểm này, các hệ thống blockchain khác như Proof of Stake (PoS) và Proof of Authority (PoA) đã được phát triển để cung cấp các phương pháp khai thác và bảo vệ mạng lưới khác nhau.
Tổng kết
Chúng tôi đã cùng bạn khám phá cơ chế đồng thuận Proof of Work, và hy vọng rằng qua bài viết này, bạn đã có cái nhìn tổng quan về khái niệm Proof of Work cũng như thu thập được những thông tin hữu ích về nó.