Tìm Hiểu Về Cấu Tạo Của Công Nghệ Blockchain

Sự xuất hiện đầu tiên của công nghệ chuỗi khối

Công nghệ chuỗi khối (Blockchain) được phát minh và thiết kế đầu tiên bởi Satoshi Nakamoto vào năm 2008 khi mà đồng tiền Bitcoin được Satoshi giới thiệu ra thế giới. Tại thời điểm đó, người ta chỉ biết đến Bitcoin, và công nghệ đứng sau nó thì chưa có tiếng vang như thời điểm hiện giờ. Nhưng từ 2008 đến nay, Blockchain đã được phát triển và cải tiến trở thành một trong những công nghệ đột phá lớn nhất với tiềm năng ảnh hưởng rộng lớn tới mọi ngành nghề, mọi lĩnh vực từ tài chính đế sản xuất kinh doanh và thậm chí là cả ngành giáo dục.

Cơ chế hoạt động

Công nghệ chuỗi khối Blockchain là một cuốn sổ cái ghi chép và lưu trữ thông tin các giao dịch. Blockchain, có thể nói đây là một cơ sở dữ liệu được tổ chức thành liên kết dạng chuỗi của các khối thông tin (block), cho phép phát triển và mở rộng theo thời gian, nghĩa là bất cứ khi nào có những dữ liệu mới thì sẽ hình thành thêm các khối mới.

Khi nhắc đến Blockchain, người ta nghĩ ngay đến các giao dịch. Theo phương pháp truyền thống, những giao dịch sẽ được lưu trữ trong những sổ cái; những sổ cái này được khóa lại và cô lập nhằm đảm bảo tính chính xác và tính bất khả xâm phạm của chúng. Khi hoạt động các giao dịch, mỗi cơ quan, đơn vị phải duy trì những bản ghi (record) riêng để xác minh thông tin độc lập. Ngược với kiểu truyền thông này, blockchain cũng là một sổ cái, tuy nhiên điểm khác biệt là sự tin cậy được tích hợp; hay nói cách khác Blockchain là một cuốn sổ cái đồng thuận phân tán, được chia sẻ và đáng tin cậy; do đó nó hình thành một sổ cái kỹ thuật số mang tính tin cậy cao, trong đó ghi lại các giao dịch, đặc biệt sổ cái này được duy trì trong và giữa những người tham gia mang lưới. Khác với phương pháp truyền thống là có nhiều sổ cái độc lập và cô lập, thì đối với Blockchain, một bản ghi duy nhất được chia sẻ đến mỗi bên tham gia giao dịch. Mỗi giao dịch đã xảy ra hoặc đang chờ xử lý sẽ được nhóm lại và lưu trữ trong một cấu trúc cố định được gọi là khối (Block). Thông qua giao thức đồng thuận, khi mỗi khối được xác nhận là đúng và có độ tin cậy, thì khối đó sẽ được liên kết vào chuỗi (Chain) và được gửi tới các bản sao (Copy) của sổ cái được phân tán và lưu trữ bởi mỗi thành viên tham gia mạng lưới.

Công nghệ chuỗi khối Blockchain là một cuốn sổ cái ghi chép và lưu trữ thông tin các giao dịch - Nguồn: Internet

Khi mỗi khối được tải vào sổ cái, nó được liên kết đến khối trước bằng cách sử dụng những mã băm (hash) tương ứng của chúng. Điều này tạo thành một bản ghi hoàn toàn có thể theo dõi và không thể giả mạo trong chuỗi khối.

Trong mỗi khối Block chứa những thông tin gì?

Về cơ bản mỗi khối chứa những thông tin chính sau:

+ Dữ liệu (data). Dữ liệu trong mỗi khối phụ thuộc vào loại blockchain, ví dụ blockchain của bitcoin chứa thông tin về các giao dịch như thông tin người gửi, người nhận tiền và số bitcoin được giao dịch; blockchain về bảo hiểm y tế sẽ lưu trữ các thông tin về đối tượng được hưởng bảo hiểm, lịch sử sức khỏe của đối tượng đó, …

+ Mỗi khối có một mã băm (Hash) để nhận dạng một khối và các dữ liệu trong đó. Mã này là duy nhất, nó tương tự như dấu vân tay. Bất kỳ sự thay đổi nào trong khối thì mã băm cũng sẽ thay đổi.

+ Mã băm đối chiếu (chính là mã của khối phía trước – Hash of previous block) sẽ tạo thành chuỗi. Bất cứ sự thay đổi một khối sẽ khiến các khối tiếp theo không phù hợp.

Từ bất kỳ một khối, ta có thể truy cập tất cả các khối trước đó và các khối tiếp theo trong chuỗi liên kết. Vì vậy, cơ sở dữ liệu trong blockchain lưu trữ lịch sử đẩy đủ và không thể xóa của tất cả các giao dịch được thực hiện từ lần đầu tiên.

Các chuỗi khối Blockchain | Nguồn: Internet

Để rõ hơn, chúng ta nhìn vào hình ảnh trên. Khối 1 là khối khởi điểm, khi thay đổi thông tin khối thứ 2 thì khối thứ 3 và các khối tiếp theo đó sẽ không còn phù hợp nữa hay nói cách khác là các mối liên kết bằng mã băm đối chiếu sẽ bị sai. Trên hình ảnh, khối thứ 2 bị thay đổi thông tin, mã băm của khối sẽ thay đổi theo (mã băm khối 2 từ 6BQ1 chuyển thành H62Y), như vậy mối liên kết giữa khối 2 và khối 3 bằng mã băm 6BQ1 không tương thích nữa.

Với thiết kế này, Blockchain giúp chống lại việc thay đổi của dữ liệu. Về nguyên tắc, một khi dữ liệu đã được ghi vào Blockchain thì sẽ không có cách nào thay đổi được dữ liệu đó.

Tuy nhiên, trong thế giới hiện đại và thông minh hiện nay, sử dụng những đoạn mã băm không thôi là chưa đủ để ngăn chặn những sự thay đổi, sự giả mạo. Thực tế, có hàng trăm, hàng nghìn chiếc máy tính với cấu hình ‘khủng’ có thể tính toán hàng trăm nghìn các mã băm trên một giây; tức là khi một khối bị thay đổi dữ liệu, tức mã băm của khối sẽ thay đổi, các máy tính can thiệp vào quá trình thay đổi, giả mạo đó sẽ tính toán lại tất cả các mã băm của các khối tiếp theo sao cho phù hợp và liên kết với các khối trước đó và kết quả là sổ cái Blockchain bị thay đổi giả mạo hoàn toàn. Để giảm thiểu vấn đề này, Blockchain đã được trang bị thêm phương tiện đó là thuật toán đồng thuận, trong đó có 02 loại thuật toán đồng thuận được triển khai phổ biến:  Thuật toán bằng chứng công việc (PoW) và thuật toán bằng chứng cổ phần (PoS).

• Thuật toán bằng chứng công việc  (Proof of work hay viết tắt là PoW): Cơ chế của PoW là làm chậm lại quá trình hình thành những khối Block mới; ví dụ trong trường hợp Bitcoin, để tính toán bằng chứng công việc theo yêu cầu thì mất khoảng 10 phút, sau đó mới có một khối mới được hình thành vào chuỗi. Với cơ chế PoW này, việc giả mạo dường như là không thể, vì khi thay đổi dữ liệu của một khối, người can thiệp giả mạo sẽ phải tính toán lại toàn bộ bằng chứng công việc của những khối tiếp theo; như vậy chúng ta hãy hình dùng xem, mỗi khối để tính toán lại mất tối thiểu 10 phút, với hàng trăm, hàng nghìn khối thì thời gian sẽ nhiều như thế nào.
• Thuật toán bằng chứng cổ phần (Proof of Stake hay viết tắt là PoS): ngược lại với PoW, thuật toán PoS là cách khác để xác minh các giao dịch. Với PoS, người tạo ra khối mới sẽ được lựa chọn một cách ngẫu nhiên, dựa trên giá trị cổ phẩn (hay còn gọi là stake) của họ có. Người này có trách nhiệm xác nhận tính hợp lệ của các khối mới. Để trở thành một người xác nhận, thì người này phải đặt cọc một khoản tiền nhất định (đó là stake, và khoản tiền này sẽ bị mất nếu người này thực hiện xác nhận một giao dịch gian lận) và người xác nhận chỉ được khai thác. Khi xác nhận được một khối thành công, người xác nhận sẽ nhận được phần thưởng là khoản tiền phí liên quan của các giao dịch tương ứng trong khối đó.  Nếu người này không muốn tiếp tục làm người xác nhận, sau một khoảng thời gian nhất định để xác thực người này không thực hiện bất kỳ một xác nhận giả mạo nào, thì cổ phẩn và tiền kiếm được của họ sẽ được hoàn lại. Như vậy, sẽ rất mất thời gian và tiền để thực hiện một xác nhận một khối block giả.

Ngoài ra, Blockchain còn tự đảm bảo tính không thể thay đổi bằng cách sử dụng mạng phân tán hay còn gọi là mạng ngang hàng P2P (quyền lực được phân tán, dân chủ; người tham gia các điểm trong mạng đều có quyền lực như nhau). Nếu một người tham gia mạng lưới này, họ sẽ nhận được một bản sao đầy đủ của sổ cái Blockchain. Khi một khối dữ liệu mới được tạo ra, thì dữ liệu của khối này sẽ được gửi đến toàn bộ những người tham gia mạng lưới đó, và mỗi người tham gia sẽ có trách nhiệm xác nhận rằng không có bất kỳ sự thay đổi, hay giả mạo nào xảy ra cả, đó chính là cơ chế đồng thuận như đã nhắc ở phía trên. Với bất kỳ sự giả mạo xảy ra được phải có được sự đồng thuận của trên 50% những người tham gia mạng lưới và điều này dường như là không thể xảy ra.

Tuy nhiên, chính vì blockchain sử dụng mạng P2P để xử lý dữ liệu, do vậy quá trình xử lý trên blockchain sẽ chậm hơn quy trình xử lý tập trung. Khi xử lý một giao dịch, một blockchain phải xử lý dữ liệu như một quy trình tập trung, nhưng phải thực hiện thêm 2 bước chính để xác minh giao dịch, đó là xác nhận chữ ký số và cơ chế đồng thuận. Đây cũng chính là hạn chế lớn nhất của Blockchain.

Ngoài ra, Blockchain còn tự đảm bảo tính không thể thay đổi bằng cách sử dụng mạng phân tán hay còn gọi là mạng ngang hàng P2P | Nguồn ảnh: Internet

Đặc tính của Blockchain

Với cơ chế hoạt động như đã nêu trên, Blockchain có những đặc tính như có thể tóm lược ngắn gọn như sau:

Một mạng lưới minh bạch: Blockchain đảm bảo tính minh bạch trong giao dịch thông qua chuỗi mật mã tinh vi tốt hơn là thông qua việc tin vào những công ty tài chính hay bất kỳ một bên thứ ba để nhận diện danh tính của mọi người và đảm bảo quyền riêng tư của người tham gia giao dịch. Lần đầu tiên trong lịch sử, chúng ta có một nền tảng đảm bảo uy tín trong giao thương và thông tin luôn được ghi nhận bất kể động thái nào của bên đối tác tham gia giao thương.

Quyền lực được phân phối: Blockchain phân phối quyền lực thông qua một mạng lưới ngang hàng, không có bất kỳ điểm kiểm soát nào. Không một tổ chức nào có thể đơn phương tắt hệ thống giao dịch. Kể cả khi một tổ chức nào đó tham gia hệ thống bị loại bỏ thì hệ thống vẫn tồn tại.

• Tính bảo mật: Các tiêu chuẩn an toàn được nhúng trong toàn mạng mà không có bất kỳ điểm chịu lỗi nào sẽ cung cấp không chỉ khả năng bảo mật mà còn cả tính chính xác. Bất cứ ai tham gia vào mạng lưới đều phải sử dụng các chương trình đã mã hóa và cho phép người tham gia trao đổi thông tin một cách riêng tư và được đảm bảo bí mật của riêng họ.
• Quyền sở hữu: Kết hợp với hạ tầng khóa công khai, blockchain không chỉ ngăn chặn việc lặp chi mà còn khẳng định quyền sở hữu của mỗi sản phẩm (ví dụ tiền mã hóa) được lưu thông, cũng như đảm bảo mỗi giao dịch là bất biến và không thể hủy bỏ. Nói cách khác, chúng ta không thể giao dịch những gì không phải là của mình trên blockchain, từ bất động sản, tài sản trí tuệ, hay các quyền nhân thân. Chúng ta cũng không thể giao dịch những thứ không được ủy quyền với vai trò là người đại diện, như luật sư hoặc giám đốc công ty. Chúng ta không thể hạn chế được các quyền con người về tự do ngôn luận, hội họp và tôn giáo.
• Hợp đồng thông minh (Smart Contract): Đây là một thuật ngữ diễn tả khả năng tự động tạo ra các điều kiện và tiến hành các thỏa thuận của hệ thống máy tính bằng cách sử dụng công nghệ Blockchain. Tất cả quá trình hoạt động của Smart Contract đều được thực thi một cách tự động và không có bất kỳ sự can thiệp nào từ bên ngoài. Có thể nói hợp đồng thông minh là sự tiến hóa của blockchain.

Một mạng lưới minh bạch: Blockchain đảm bảo tính minh bạch trong giao dịch thông qua chuỗi mật mã tinh vi | Nguồn ảnh: Internet

Tiềm năng phát triển và ứng dụng của Blockchain

Hiện nay, một số quốc gia đang rất quan tâm đến công nghệ Blockchain và ban hành nhiều chính sách liên quan tạo môi trường thúc đẩy, phát triển công nghệ mới này. Nhiều cơ quan nhà nước trên thế giới đã có kế hoạch đầu tư vào blockchain để quản lý các giao dịch tài chính, tài sản, hợp đồng và việc tuân thủ pháp luật của các tổ chức trong những năm tới. Ví dụ, tại quốc gia Georgia, cơ quan quản lý đất đai quốc gia đã chuyển việc đăng ký quyền sở hữu đất sang blockchain và hệ thống này hiện đang xử lý 160.000 hồ sơ (theo Economist); tại Estonia, chính phủ đã áp dụng công nghệ blockchain để bảo mật hồ sơ y tế và quản lý cơ sở dữ liệu của chính phủ; tại Nga, ngân hàng Nhà nước Sberbank của nước này đã công bố rằng họ đang hợp tác với Cơ quan chống độc quyền Liên bang Nga (FAS) để thực hiện chuyển giao tài liệu và lưu trữ thông qua blockchain; …Tại Việt Nam, việc sớm nghiên cứu và áp dụng công nghệ này cũng sẽ là cơ hội để Việt Nam chủ động bắt nhịp với sự phát triển của nền kinh tế toàn cầu. Hiện công ty cổ phần MISA đã có giải pháp hóa đơn điện tử áp dụng thành công blockchain.

Với tiềm năng to lớn của Blockchain, nhiều khả năng trong tương lai gần những ứng dụng kỹ thuật này sẽ làm biến đổi đáng kể cuộc sống của chúng ta. Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ Blockchain cũng cần được các nhà quản lý giám sát và điều tiết một cách phù hợp nhằm tuân theo đúng quy định của pháp luật. Trong số các nguy cơ và thách thức mà blockchain đang đối mặt, khi muốn áp dụng blockchain, các cơ quan, đơn vị, nhà nước hay tư nhân cần trang bị cho mình kiến thức, bản lĩnh, và nhân lực sẵn sàng đối mặt với sự phát triển của nền kinh tế, tài chính và công nghệ trong một tương lai không xa. 

Nguồn tham khảo:

[1] AITA : Cơ chế hoạt động của công nghệ chuỗi khối Blockchain, tác giả Nguyễn Trung Kiên

[2] WIKIPEDIA: Blockchain