Blockchain hoạt động như thế nào? Một số khái niệm cơ bản mà bạn không nên bỏ lỡ

Từ khóa “blockchain” có vẻ ngày càng được phổ biến rộng rãi và nhận được sự quan tâm nhất định từ mọi người. Nhưng bạn đã thật sự hiểu rõ quy trình hoạt động của công nghệ này? Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ về blockchain hoạt động như thế nào và một số khái niệm cơ bản mà bạn không nên bỏ lỡ.

Blockchain hoạt động như thế nào? Một số khái niệm cơ bản mà bạn không nên bỏ lỡ (Nguồn ảnh: Appinventiv)

Blockchain hoạt động như thế nào?

Điều làm cho blockchain trở thành người thay đổi cuộc chơi là tính phi tập trung và minh bạch. Mục tiêu cơ bản của blockchain ở đây là cho phép mọi người – đặc biệt là những người không tin tưởng nhau – giao tiếp dữ liệu quan trọng theo cách an toàn, chống giả mạo.
Hàm hash, block, node, công cụ khai thác, ví, chữ ký điện tử và giao thức là những khái niệm đa dạng trong blockchain. Để hiểu rõ về cách hoạt động và những khái niệm cơ bản của blockchain, hãy cùng BlockchainWork xem qua ví dụ bên dưới.

Hàm băm (Hash function)

Hãy tưởng tượng rằng 10 người trong một phòng quyết định tạo ra một loại tiền tệ mới. Họ phải tuân theo dòng tiền để đảm bảo tính hợp lệ của các đồng tiền trong hệ sinh thái tiền tệ mới của họ thì qua ví dụ này sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về các cách hoạt động của blockchain trong đời sống
Chẳng hạn lấy ví dụ sau: một người tên là Bob – đã quyết định ghi lại danh sách tất cả các hành động trong một cuốn nhật ký. Tuy nhiên, một người khác tên là Jack – đã quyết định ăn cắp tiền. Để che giấu điều này, anh đã thay đổi các mục trong nhật ký.

Hình 1

Rồi một ngày, Bob nhận thấy có ai đó đã can thiệp vào nhật ký của mình. Anh quyết định thay đổi định dạng nhật ký của mình để ngăn chặn việc giả mạo trong tương lai. Anh ấy đã sử dụng một chương trình gọi là hàm băm để biến văn bản thành một tập hợp các số và chữ cái, như trong bảng dưới đây.
Quá trình này khai thác một thuật toán băm an toàn, hoặc SHA, biến các chữ cái thành chuỗi ký tự. Bob có thể chọn các loại SHA khác nhau, mỗi loại có độ phức tạp khác nhau và phục vụ các nhu cầu khác nhau.

Hình 2

Hàm băm là một chuỗi số và chữ cái, được tạo ra bởi các hàm băm. Hàm băm là một hàm toán học chuyển đổi một số ký tự biến đổi thành một chuỗi với một số ký tự cố định.
Chỉ cần một thay đổi nhỏ trong một chuỗi sẽ tạo ra một hàm băm hoàn toàn mới. Sau mỗi mục nhật ký, Bob chèn một hàm băm. Nhưng sau đó Jack quyết định thay đổi mục một lần nữa. Anh ta vào nhật ký, thay đổi bản ghi và tạo một hàm băm mới.

Hình 3

Bob nhận thấy ai đó đã xem lại cuốn nhật ký. Anh ta quyết định làm phức tạp hồ sơ của mỗi giao dịch. Sau mỗi bản ghi, anh ta chèn một hàm băm mới được tạo từ hàm băm cuối cùng được ghi lại. Do đó, mỗi lần nhập phụ thuộc vào trước đó.

Hình 4

Nếu Jack cố gắng thay đổi bản ghi, anh ta sẽ phải thay đổi hàm băm trong tất cả các mục trước đó. Jack, tuy nhiên, là một tên trộm kiên quyết, vì vậy anh ta đã dành cả đêm để đếm tất cả các băm.
Bob không muốn bỏ cuộc, vì vậy anh ta thêm một số ngẫu nhiên khác sau mỗi bản ghi. Con số này được gọi là “nonce”(Số được sử dụng một lần). Các số không phải được chọn theo cách dẫn đến hàm băm được tạo kết thúc bằng hai số không.

Hình 5

Để tạo hồ sơ với hệ thống nhập liệu cập nhật của Bob, Jack giờ đây sẽ phải dành hàng giờ đồng hồ để xác định số nonce cho mỗi dòng.
Ngay cả máy tính cũng khó phát hiện ra các Nonce, nhưng nhiệm vụ này là hoàn toàn có thể, vì các thợ đào cạnh tranh để phát hiện ra chúng như một phần của quá trình khai thác blockchain.

Khối (Block)

Bảng tính ban đầu gồm 5.000 giao dịch của Bob được gọi là khối nguồn gốc – điểm khởi đầu cho chuỗi khối này. Việc chấp nhận đồng tiền này đã lan rộng, vì vậy các giao dịch đến nhanh chóng và thường xuyên. Các khối mới được tạo ra, cũng có thể chứa tới 5.000 giao dịch và có mã tương quan với các khối cũ, khiến chúng không thể tránh khỏi.
Giả sử rằng chuỗi khối này tự cập nhật 10 phút một lần với một khối mới. Nó tự động làm như vậy. Không có máy tính chủ hoặc máy tính trung tâm nào hướng dẫn máy tính làm việc này.
Ngay sau khi bảng tính hoặc sổ cái hoặc sổ đăng ký được cập nhật, nó sẽ không thể thay đổi được nữa. Vì vậy,bạn không thể giả mạo nó mà chỉ có thể thêm các mục mới vào nó. Sổ đăng ký được cập nhật trên tất cả các máy tính trong mạng cùng một lúc. Các thay đổi đối với blockchain cần có sự đồng thuận của đa số người tham gia mạng.
Một rủi ro tiềm ẩn đối với blockchain là “cuộc tấn công 51%”, trong đó một bên vượt qua phần lớn tỷ lệ băm của blockchain, cho phép họ sau đó ra lệnh cho mạng.
Nói chung, một khối chứa một dấu thời gian, một tham chiếu đến khối trước đó, các giao dịch và vấn đề tính toán phải được giải quyết trước khi khối đó đi vào chuỗi khối. Mạng lưới phân tán của các nút phải đạt được sự đồng thuận khiến cho việc gian lận gần như không thể xảy ra trong chuỗi khối.

Điểm giao (Node)

Bob đã ghi nhật ký theo cách này trong một thời gian ngắn. Tuy nhiên, khi các giao dịch mới tiếp tục xảy ra, anh ta nhanh chóng bị gánh nặng bởi số lượng bản ghi, nhận thấy hệ thống hiện tại của mình là không bền vững. Vì vậy, ngay sau khi nhật ký của anh ấy đạt được 5.000 giao dịch, anh ấy đã chuyển nó thành một bảng tính một trang. Mary đã kiểm tra tính chính xác của tất cả các giao dịch.
Bob sau đó đã đưa nhật ký bảng tính của mình cho 3.000 máy tính khác nhau, mỗi máy tính đặt ở các khu vực khác nhau trên toàn cầu. Các máy tính này được gọi là các nút node. Mỗi khi một giao dịch xảy ra, nó phải được chấp thuận bởi các nút đó, mỗi nút sẽ kiểm tra tính hợp lệ của giao dịch. Khi mọi nút đã kiểm tra một giao dịch, về cơ bản, một loại biểu quyết điện tử sẽ xảy ra. Một số nút có thể nghĩ rằng giao dịch là hợp lệ, trong khi những người khác có thể coi đó là gian lận.
Mỗi nút có một bản sao của nhật ký bảng tính. Mỗi nút kiểm tra tính hợp lệ của mỗi giao dịch. Nếu phần lớn các nút nói rằng một giao dịch hợp lệ, thì giao dịch đó sẽ được ghi thành một khối.
Bây giờ, nếu Jack muốn thay đổi một mục nhập trong nhật ký bảng tính, tất cả các máy tính khác sẽ có giá trị băm ban đầu. Họ sẽ không cho phép thay đổi xảy ra.

Công cụ khai thác (Miner)

Công cụ khai thác (Nguồn ảnh: Igmguru)

Khai thác là quá trình người khai thác thêm các khối mới vào chuỗi. Mỗi khối trong chuỗi khối đều có hàm băm và hàm băm riêng biệt của nó, nhưng nó cũng đề cập đến hàm băm của khối trước đó trong chuỗi, khiến việc khai thác một khối trở nên khó khăn, đặc biệt là trên các chuỗi lớn.

Những người khai thác sử dụng phần mềm chuyên dụng để giải quyết vấn đề toán học cực kỳ khó về việc tạo ra một hàm băm có thể chấp nhận được bằng cách sử dụng một nonce. Bởi vì nonce chỉ dài 32 bit và băm dài 256 bit, nên có khoảng bốn tỷ tổ hợp nonce-băm để khai thác trước khi tìm ra kết hợp thích hợp.

Những người khai thác được coi là đã phát hiện ra “nonce vàng” khi điều này xảy ra và khối của họ được thêm vào chuỗi. Việc thực hiện thay đổi đối với bất kỳ khối nào trước đó trong chuỗi đòi hỏi phải khai thác lại không chỉ khối bị ảnh hưởng mà còn tất cả các khối tiếp theo.

Đây là lý do tại sao việc thao túng công nghệ blockchain rất khó khăn. Hãy coi nó là “an toàn trong toán học” bởi vì việc xác định các nút vàng mất nhiều thời gian và nhiều tài nguyên tính toán. Khi một khối được khai thác thành công, tất cả các nút trong mạng đều thừa nhận sự thay đổi và người khai thác được bồi thường về mặt tài chính.

Ví, chữ ký điện tử và giao thức

Tiếp tục với ví dụ tương tự, Bob tập hợp 10 người lại với nhau (10 người ban đầu tập hợp là một phần của đơn vị tiền tệ mới). Anh ấy cần giải thích về đồng tiền kỹ thuật số và hệ thống sổ cái mới cho họ.
Jack đã thú nhận tội lỗi của mình với cả nhóm và xin lỗi. Để chứng minh sự chân thành của mình, anh ta đã trả lại cho Ann và Mary những đồng tiền của họ.
Với tất cả những gì đã được sắp xếp, Bob giải thích tại sao điều này không bao giờ có thể xảy ra nữa. Anh ấy quyết định triển khai một thứ gọi là chữ ký số để xác nhận mọi giao dịch. Nhưng trước tiên, anh ấy đưa cho mọi người một chiếc ví.

Ví là gì? (Wallet)

Nếu bạn sở hữu tiền kỹ thuật số, thì bạn cần một ví kỹ thuật số hoặc một nền tảng trực tuyến hoặc trao đổi để lưu trữ.
Ví là một chuỗi các số và chữ cái, chẳng hạn như: 18c177926650e5550973303c300e136f22673b74. Đây là một địa chỉ sẽ xuất hiện trong các khối khác nhau trong chuỗi khối khi các giao dịch diễn ra. Không có tên hoặc thông tin nhận dạng cá nhân được bao gồm – chỉ số ví.
Địa chỉ ví công khai là các chuỗi ký tự mà một số tài sản nhất định có thể được gửi đến. Địa chỉ của từng ví cụ thể được tạo từ khóa công khai.

Chữ ký số (Digital signature)

Để thực hiện một giao dịch, bạn cần hai thứ: Ví là địa chỉ và khóa cá nhân. Khóa riêng là một chuỗi số ngẫu nhiên. Tuy nhiên, không giống như địa chỉ, khóa cá nhân phải được giữ bí mật. Một khóa riêng kiểm soát các khoản tiền được giữ trong ví liên quan của nó.
Khi ai đó quyết định gửi tiền cho bất kỳ ai khác, họ phải sử dụng khóa riêng của mình để ký vào tin nhắn chứa giao dịch. Hệ thống hai khóa – khóa riêng tư và khóa công khai – là trọng tâm của mã hóa và mật mã, và việc sử dụng nó từ lâu đã có trước sự tồn tại của blockchain. Nó được đề xuất lần đầu tiên vào những năm 1970.
Sau khi tin nhắn được gửi đi, nó sẽ được phát tới mạng blockchain. Sau đó, mạng lưới các nút hoạt động trên thông báo để đảm bảo rằng giao dịch mà nó chứa là hợp lệ. Nếu nó xác nhận tính hợp lệ, giao dịch được đặt trong một khối. Sau đó, không có thông tin nào về nó có thể được thay đổi.

Khóa mật mã là gì? (Cryptographic key)

Khóa mật mã là một chuỗi số và chữ cái. Khóa mật mã được tạo ra bởi máy tạo khóa hoặc máy tạo khóa. Các keygens này sử dụng toán học rất cao cấp liên quan đến các số nguyên tố để tạo ra các key. Những khóa như vậy có thể được sử dụng để mã hóa hoặc giải mã thông tin.

Các giao thức (Protocol)

Công nghệ chuỗi khối bao gồm các đặc tả hành vi riêng lẻ, một tập hợp lớn các quy tắc được lập trình trong đó. Các thông số kỹ thuật đó được gọi là giao thức. Việc triển khai các giao thức cụ thể về cơ bản tạo nên blockchain – một cơ sở dữ liệu thông tin phân tán, ngang hàng, được bảo mật.
Các giao thức chuỗi khối đảm bảo rằng mạng chạy theo cách mà người tạo ra nó dự định, mặc dù nó hoàn toàn tự trị và không bị kiểm soát bởi bất kỳ ai.
Dưới đây là một số ví dụ về các giao thức được triển khai trong blockchain:
Thông tin đầu vào cho mọi số băm phải bao gồm số băm của khối trước đó.
Phần thưởng cho việc khai thác thành công một khối giảm một nửa sau khi 210.000 khối được khai thác. Đối với Bitcoin ( BTC ), điều này được gọi là giảm một nửa. Với tốc độ 10 phút mỗi khối, khai thác 210.000 khối mất khoảng bốn năm; do đó, sự kiện giảm một nửa của Bitcoin cứ bốn năm một lần.
Để giữ khoảng thời gian cần thiết để khai thác một khối là khoảng 10 phút, độ khó khai thác được tính toán lại sau mỗi 2.016 khối. Độ khó khai thác về cơ bản cân bằng mạng lưới với số lượng thợ đào. Nhiều thợ đào hơn đồng nghĩa với bầu không khí cạnh tranh hơn, khiến các khối khó khai thác hơn. Ít người khai thác hơn có nghĩa là việc khai thác các khối tương đối dễ dàng hơn, do đó thu hút các thợ đào tham gia.

Hình 6

Kết luận

Với những ứng dụng đặt biệt của blockchain hiện tại đã và đang được ứng dụng nhiều trên thế giới nhưng nó chỉ phát triển mạnh trong thế giới tiền mã hóa. Tóm lại trên đây là những thông tin cơ bản về cách thức mà blockchain hoạt động cũng như một số khái niệm cơ bản dành cho những bạn đang tìm hiểu trên lĩnh vực này. Chúc các bạn thành công.

BlockchainWork biên dịch

Nguồn: Cointelegraph

Có thể bạn quan tâm:

• Blockchain là gì? Giải mã blockchain cho người mới bắt đầu
• Bitcoin có phải là blockchain không? Chúng khác nhau như thế nào?
• Spatial chuyển mình từ công ty VR trở thành Airbnb cho NFT