Blockchain: Định nghĩa lại cơ sở hạ tầng giao dịch số

Tóm tắt điểm chính

• Blockchain là một sổ cái kỹ thuật số phân tán, ghi lại dữ liệu giao dịch một cách an toàn trên mạng máy tính toàn cầu, mang ý nghĩa cách mạng so với hệ thống ngân hàng truyền thống.
• Thông qua mật mã học và cơ chế đồng thuận, blockchain đảm bảo tính không thể sửa đổi của dữ liệu, một khi thông tin đã được ghi lại, nó không thể bị truy xuất và sửa đổi.
• Blockchain không chỉ hỗ trợ các hệ sinh thái tiền điện tử như Bitcoin, Ethereum mà còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như quản lý chuỗi cung ứng, chăm sóc sức khỏe, hệ thống bỏ phiếu, mang lại tính minh bạch, an toàn và niềm tin cho các ngành.

Điểm khởi đầu của cuộc cách mạng công nghệ

Công nghệ blockchain đã có những thay đổi sâu sắc đối với nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là lĩnh vực tài chính. So với mô hình quản lý tập trung của các ngân hàng truyền thống, blockchain đã giới thiệu một khuôn khổ hoàn toàn mới: cơ chế quản lý dữ liệu và giao dịch phi tập trung, minh bạch và an toàn. Mặc dù công nghệ này ban đầu được thiết kế làm cơ sở hạ tầng cho các loại tiền điện tử như Bitcoin, nhưng phạm vi ứng dụng của nó đã vượt xa giới hạn của lĩnh vực tài chính, bao gồm nhiều lĩnh vực như truy xuất nguồn gốc chuỗi cung ứng, hồ sơ sức khỏe y tế, và bỏ phiếu điện tử.

Bản chất của blockchain

Blockchain là gì?

Blockchain về bản chất là một hệ thống cơ sở dữ liệu đặc biệt. Nó là một sổ cái kỹ thuật số phi tập trung được duy trì bởi một mạng lưới máy tính phân tán toàn cầu. Dữ liệu trên blockchain được tổ chức thành các khối, những khối này được sắp xếp theo thứ tự thời gian và được bảo vệ bằng công nghệ mã hóa. Cấu trúc này đảm bảo tính minh bạch, an toàn và không thể thay đổi của dữ liệu.

Khi một khối được xác nhận và thêm vào chuỗi khối, dữ liệu được lưu trữ trong đó gần như không thể bị sửa đổi. Điều này khác với hệ thống ngân hàng truyền thống - ngân hàng truyền thống dựa vào cơ quan quyền lực trung ương để quản lý và xác thực giao dịch, trong khi cấu trúc phi tập trung của chuỗi khối loại bỏ sự phụ thuộc vào một cơ quan quyền lực duy nhất. Trên chuỗi khối, các bên tham gia có thể thực hiện giao dịch trực tiếp với nhau mà không cần sự tham gia của bên trung gian thứ ba.

Mặc dù có nhiều loại blockchain với các đặc điểm phi tập trung khác nhau, nhưng thuật ngữ “blockchain” thường chỉ đến sổ cái kỹ thuật số phi tập trung được sử dụng để ghi lại các giao dịch tiền điện tử.

Từ lịch sử công nghệ đến thực tế ứng dụng

Khái niệm về blockchain không xuất phát từ tiền điện tử. Ngay từ đầu những năm 90, nhà khoa học máy tính Stuart Haber và nhà vật lý W. Scott Stornetta đã sử dụng công nghệ mật mã để tạo ra một chuỗi khối nhằm bảo vệ tài liệu số khỏi việc bị thay đổi dữ liệu. Công trình nền tảng này đã truyền cảm hứng cho nhiều nhà nghiên cứu mật mã và chuyên gia máy tính, cuối cùng dẫn đến sự ra đời của đồng tiền điện tử đầu tiên áp dụng công nghệ blockchain – Bitcoin.

Kể từ đó, tốc độ áp dụng blockchain đã tăng trưởng theo cấp số nhân, và tiền điện tử đã trở thành một hiện tượng chủ đạo trên toàn cầu. Mặc dù công nghệ blockchain chủ yếu được sử dụng để ghi lại giao dịch tiền điện tử, nhưng nó cũng phù hợp với nhiều hình thức ghi chép dữ liệu số khác và có thể mở rộng ứng dụng vào nhiều tình huống thực tế.

Các đặc điểm cốt lõi của blockchain

phi tập trung

Thông tin được lưu trữ trong một mạng lưới gồm nhiều máy tính (được gọi là “nút”), thay vì một máy chủ trung tâm duy nhất. Các mạng phi tập trung quy mô lớn như Bitcoin có khả năng chống lại các cuộc tấn công rất mạnh mẽ. Ngược lại, hệ thống ngân hàng truyền thống phụ thuộc vào các máy chủ tập trung, khiến nó trở thành nguồn điểm lỗi tiềm ẩn.

Minh bạch

Hầu hết các mạng blockchain là công khai, điều này có nghĩa là tất cả người tham gia đều có thể truy cập cùng một cơ sở dữ liệu. Thông tin giao dịch là rõ ràng đối với mỗi người tham gia trong mạng, và sự minh bạch này làm cho hành vi gian lận trở nên khó khăn để che giấu.

tính không thể thay đổi của dữ liệu

Một khi dữ liệu đã được thêm vào chuỗi khối, không thể thay đổi nó nếu không có sự đồng thuận của đa số mạng. Điều này đối lập rõ rệt với hệ thống ngân hàng truyền thống, nơi mà quản trị viên có thể có quyền sửa đổi các bản ghi giao dịch lịch sử.

Bảo vệ an toàn dữ liệu

Cơ chế mật mã và đồng thuận cung cấp sự bảo vệ mạnh mẽ cho dữ liệu, giảm thiểu đáng kể rủi ro bị thay đổi và giả mạo.

Hiệu quả vận hành

Bằng cách loại bỏ các khâu trung gian, blockchain có thể đạt được tốc độ giao dịch nhanh hơn và chi phí thấp hơn. Xử lý giao dịch chủ yếu được hoàn thành với tốc độ thời gian thực, trong khi chuyển tiền xuyên biên giới qua ngân hàng truyền thống có thể mất vài ngày.

Ý nghĩa của việc phi tập trung trong blockchain

Trong bối cảnh blockchain, phi tập trung chỉ việc quyền kiểm soát và quyền ra quyết định được phân tán giữa nhiều người tham gia, thay vì nằm trong tay một thực thể duy nhất (như chính phủ, ngân hàng hoặc công ty).

Trong một mạng lưới blockchain phi tập trung, không có bất kỳ cơ quan trung ương hoặc trung gian nào để quản lý dòng dữ liệu hoặc quy trình giao dịch. Thay vào đó, giao dịch được xác minh và ghi lại bởi một mạng lưới máy tính phân tán, những máy tính này hợp tác với nhau để duy trì tính toàn vẹn của mạng. Cấu trúc này tạo ra sự tương phản cơ bản với hệ thống ngân hàng truyền thống.

Cơ chế hoạt động của blockchain

Nguyên lý cơ bản

Blockchain về bản chất là một sổ cái kỹ thuật số, ghi lại một cách an toàn các giao dịch giữa hai bên tham gia theo cách không thể bị thay đổi. Dữ liệu giao dịch này được ghi lại và xác thực bởi mạng máy tính toàn cầu (nút).

Khi Alice gửi Bitcoin cho Bob, giao dịch này sẽ được phát sóng ra toàn bộ mạng. Mỗi nút xác thực giao dịch này bằng cách xác minh chữ ký số và các dữ liệu giao dịch khác. Sau khi xác thực giao dịch hoàn tất, nó sẽ được thêm vào một khối cùng với các giao dịch khác. Mỗi khối có thể được hiểu là một trang trong sổ cái số.

Các khối này được liên kết với nhau thông qua các phương pháp mật mã, hình thành nên chuỗi khối (tức là chuỗi các khối). Quá trình xác minh giao dịch và thêm khối được thực hiện thông qua cơ chế đồng thuận, đó là một tập hợp các quy tắc quy định cách các nút mạng đạt được sự đồng thuận về trạng thái của chuỗi khối và tính hợp lệ của giao dịch.

quy trình giao dịch hoàn chỉnh

Bước 1: Khởi tạo và truyền bá giao dịch

Khi một giao dịch được khởi xướng (ví dụ chuyển tiền điện tử), nó sẽ được phát đi trong mạng lưới các nút. Mỗi nút sẽ sử dụng các quy tắc đã định nghĩa sẵn để xác minh giao dịch này.

Bước 2: Thành phần của khối

Các giao dịch đã được xác minh được tập hợp thành một khối. Mỗi khối chứa:

• Dữ liệu giao dịch (ví dụ chi tiết chuyển khoản)
• Dấu thời gian
• Giá trị băm mật mã (định danh duy nhất được tạo ra thông qua thuật toán băm)
• Giá trị băm của khối trước (đây là yếu tố quan trọng để kết nối các khối thành chuỗi)

Bước ba: Xác thực đồng thuận

Để thêm một khối mới vào blockchain, các thành viên trong mạng phải đạt được sự đồng thuận về tính hợp lệ của nó. Quá trình xác thực này sử dụng các thuật toán đồng thuận cụ thể, trong đó hai loại chính là chứng minh công việc (PoW) và chứng minh cổ phần (PoS).

Bước 4: Cấu trúc chuỗi của blockchain

Sau khi xác thực hoàn tất, khối sẽ được thêm vào chuỗi khối. Mỗi khối tiếp theo sẽ tham chiếu đến khối trước đó, tạo thành một cấu trúc không thể phá vỡ. Bất kỳ ai muốn thay đổi một khối phải thay đổi đồng thời tất cả các khối tiếp theo, điều này về mặt kỹ thuật là gần như không thể, và chi phí cũng vô cùng cao.

Bước thứ năm: Công khai minh bạch

Một đặc điểm quan trọng khác của blockchain là tính mở của nó. Thông thường, bất kỳ ai cũng có thể xác minh dữ liệu trên blockchain thông qua các nền tảng công khai như trình duyệt khối, bao gồm tất cả dữ liệu giao dịch và chi tiết khối. Ví dụ, bạn có thể xem tất cả các giao dịch được ghi lại trên mạng Bitcoin, bao gồm địa chỉ ví của người gửi và người nhận, số tiền chuyển khoản, và những thông tin khác. Bạn thậm chí có thể theo dõi tất cả các khối Bitcoin cho đến khối Genesis (khối đầu tiên).

Mật mã học: Nền tảng an ninh của blockchain

Mật mã học rất quan trọng đối với việc duy trì các bản ghi giao dịch an toàn, minh bạch và không thể thay đổi trong blockchain. Hàm băm là một trong những phương pháp mật mã học quan trọng nhất trong blockchain. Nó là một quá trình mật mã chuyển đổi đầu vào có độ dài tùy ý thành chuỗi có độ dài cố định.

Các hàm băm được sử dụng trong blockchain thường có tính chất chống va chạm, điều này có nghĩa là xác suất tìm ra hai dữ liệu khác nhau tạo ra cùng một đầu ra gần như bằng không.

Hiệu ứng tuyết lở

Một đặc điểm mật mã học quan trọng khác của blockchain là hiệu ứng tuyết lở, có nghĩa là sự thay đổi nhỏ trong dữ liệu đầu vào sẽ tạo ra kết quả đầu ra hoàn toàn khác. Lấy ví dụ từ hàm SHA256 mà Bitcoin sử dụng, chỉ cần thay đổi chữ hoa chữ thường cũng sẽ dẫn đến sự thay đổi cơ bản trong kết quả đầu ra.

Hàm băm vẫn là hàm một chiều, tức là việc tính toán dữ liệu đầu vào gốc từ giá trị băm đầu ra là không khả thi.

Mỗi khối trong blockchain đều chứa an toàn giá trị băm của khối trước đó, tạo thành một chuỗi khối vững chắc. Bất kỳ ai muốn chỉnh sửa một khối đều phải chỉnh sửa tất cả các khối tiếp theo, điều này về mặt kỹ thuật là vô cùng khó khăn và chi phí cũng cực kỳ cao.

mật mã khóa công khai

Một phương pháp mật mã học khác được sử dụng rộng rãi trong blockchain là mật mã công khai (còn được gọi là mật mã bất đối xứng), giúp thiết lập các giao dịch an toàn và có thể xác minh giữa người dùng. Nguyên lý hoạt động của nó như sau: mỗi người tham gia có một cặp khóa độc đáo, bao gồm một khóa bí mật cá nhân và một khóa công khai được chia sẻ.

Khi người dùng khởi xướng giao dịch, họ sử dụng khóa riêng để ký giao dịch, tạo ra chữ ký số. Những người dùng khác trong mạng có thể sử dụng khóa công khai của người gửi để xác minh tính xác thực của giao dịch. Cách này đảm bảo tính an toàn của giao dịch, vì chỉ có những người sở hữu khóa riêng hợp pháp mới có thể ủy quyền cho một giao dịch, trong khi bất kỳ ai cũng có thể xác minh chữ ký bằng khóa công khai.

Cơ chế đồng thuận: Tâm điểm của sự phối hợp mạng

Thuật toán đồng thuận là một cơ chế cho phép người dùng hoặc máy móc có thể phối hợp trong môi trường phân tán. Nó phải đảm bảo rằng tất cả các bên tham gia trong hệ thống có thể đồng thuận về một nguồn thực duy nhất, ngay cả khi một số bên tham gia gặp sự cố.

Cơ chế đồng thuận đảm bảo rằng tất cả các nút trong mạng đều có bản sao giống hệt nhau của sổ cái, trong đó ghi lại tất cả các giao dịch. Khi hàng chục ngàn nút đều sở hữu bản sao dữ liệu blockchain, sẽ nhanh chóng xuất hiện nhiều thách thức khác nhau, chẳng hạn như vấn đề nhất quán dữ liệu và mối đe dọa từ các nút độc hại.

Để đảm bảo tính toàn vẹn của blockchain, có nhiều cơ chế đồng thuận quy định cách các nút mạng đạt được sự đồng thuận về trạng thái của blockchain.

Chứng minh công việc (PoW)

Bằng chứng công việc là cơ chế đồng thuận được sử dụng trong nhiều mạng blockchain, dùng để xác thực giao dịch và duy trì tính toàn vẹn của mạng. Đây là cơ chế đồng thuận ban đầu được Bitcoin áp dụng.

Trong khuôn khổ PoW, các thợ mỏ cạnh tranh với nhau để giải một vấn đề toán học phức tạp nhằm giành quyền thêm khối tiếp theo vào chuỗi khối. Trong quá trình được gọi là khai thác, thợ mỏ đầu tiên giải được vấn đề sẽ nhận phần thưởng bằng tiền điện tử. Các thợ mỏ phải sử dụng máy tính mạnh mẽ để giải quyết các vấn đề toán học, khai thác tiền điện tử mới và bảo vệ an ninh mạng. Chính vì vậy, quá trình khai thác cần tiêu tốn một lượng lớn tài nguyên tính toán và năng lượng.

Chứng minh quyền lợi (PoS)

Bằng chứng cổ phần là một cơ chế đồng thuận nhằm giải quyết một số thiếu sót của bằng chứng công việc. Trong hệ thống PoS, những người xác thực khối không cần phải cạnh tranh với nhau để giải quyết các bài toán toán học phức tạp, mà thay vào đó được chọn dựa trên số lượng tiền điện tử mà họ “khóa” (đặt cọc) trong mạng.

Quyền lợi đại diện cho số lượng tiền điện tử mà các validator nắm giữ làm tài sản thế chấp. Các validator PoS thường được chọn ngẫu nhiên để tạo khối mới và xác thực giao dịch dựa trên quy mô quyền lợi của họ. Họ nhận được phần thưởng bằng cách thu phí giao dịch, điều này khuyến khích họ hành động vì lợi ích của mạng lưới. Nếu họ hành động không đúng cách, họ sẽ đối mặt với nguy cơ mất tiền điện tử đã đặt cọc.

Các cơ chế đồng thuận khác

Bằng chứng công việc và bằng chứng cổ phần là hai thuật toán đồng thuận phổ biến nhất, nhưng còn nhiều loại khác nữa. Một số là hệ thống hỗn hợp, kết hợp các yếu tố của hai phương pháp, trong khi những loại khác thì áp dụng cách hoàn toàn khác.

Ví dụ, Chứng minh quyền ủy quyền (DPoS) tương tự như PoS, nhưng khác biệt là không phải tất cả các xác thực đều đủ điều kiện để tạo ra khối mới, mà là do những người nắm giữ token bầu ra một nhóm các ủy viên nhỏ hơn đại diện cho họ thực hiện quyền này.

So với đó, trong Bằng chứng Ủy quyền (PoA), các xác thực được chọn dựa trên danh tiếng hoặc danh tính của họ thay vì số lượng tiền điện tử mà họ nắm giữ. Các xác thực được chọn dựa trên độ tin cậy của họ, nếu họ hành động không đúng có thể bị loại khỏi mạng.

Phân loại các loại mạng blockchain

chuỗi khối công cộng

Blockchain công cộng là một mạng lưới phi tập trung mở, bất kỳ ai mong muốn tham gia đều có thể gia nhập. Những mạng lưới này thường là mã nguồn mở, minh bạch và không cần giấy phép, có nghĩa là bất kỳ ai cũng có thể truy cập và sử dụng. Bitcoin và Ethereum là đại diện tiêu biểu cho blockchain công cộng.

chuỗi khối riêng

Như tên gọi, blockchain riêng là một mạng blockchain không mở cho công chúng. Blockchain riêng thường được quản lý bởi một thực thể duy nhất (chẳng hạn như doanh nghiệp) và được sử dụng cho các mục đích nội bộ và các nhu cầu cụ thể. Blockchain riêng là một môi trường cần có giấy phép, có những quy tắc rõ ràng quy định ai có thể xem và ghi dữ liệu vào chuỗi. Đây không phải là hệ thống phi tập trung vì có một cấu trúc kiểm soát rõ ràng. Tuy nhiên, do nhiều nút giữ bản sao của chuỗi, các hệ thống này có thể là phân tán.

Liên minh chuỗi khối

Blockchain liên minh là sự kết hợp giữa blockchain công khai và blockchain riêng tư. Trong blockchain liên minh, nhiều tổ chức hợp tác để tạo ra một mạng lưới blockchain chia sẻ, được quản lý và điều hành chung bởi nhiều bên. Các mạng lưới này có thể là mở hoặc đóng, tùy thuộc vào nhu cầu của các thành viên trong liên minh.

Trong một hệ thống hoàn toàn mở (bất kỳ ai cũng có thể xác minh khối) hoặc hệ thống hoàn toàn đóng (một thực thể duy nhất chỉ định nhà sản xuất khối), chuỗi khối liên minh đã chọn một con đường trung gian: được xác nhận bởi một số bên tham gia có sức mạnh ngang nhau. Quy tắc của hệ thống có tính linh hoạt: khả năng nhìn thấy chuỗi khối có thể chỉ giới hạn ở các xác nhận viên, những người được ủy quyền hoặc tất cả mọi người. Nếu các xác nhận viên đạt được đồng thuận, việc thực hiện thay đổi có thể dễ dàng. Chỉ cần một tỷ lệ nhất định của các xác nhận viên trong liên minh giữ hành vi trung thực, hệ thống sẽ không gặp vấn đề.

Các ứng dụng thực tế của blockchain

Mặc dù công nghệ blockchain vẫn ở giai đoạn tương đối sơ khai, nhưng nó đã tạo ra những ứng dụng thực tế trong nhiều lĩnh vực. Hiện tại, những ứng dụng phổ biến nhất bao gồm:

giao dịch tiền điện tử

Công nghệ blockchain ban đầu được phát triển để hỗ trợ việc tạo ra tiền điện tử, và được sử dụng như một sổ cái an toàn và phi tập trung để ghi lại các giao dịch. Chuyển tiền xuyên biên giới truyền thống liên quan đến nhiều trung gian và chi phí cao, trong khi blockchain giúp thực hiện các giao dịch quốc tế nhanh hơn, chi phí thấp hơn và minh bạch hơn. Ngoài việc làm công cụ lưu trữ giá trị, nhiều người sử dụng Bitcoin và các loại tiền điện tử khác để chuyển tiền toàn cầu.

Hợp đồng thông minh

Hợp đồng thông minh là hợp đồng tự thi hành, có thể lập trình để tự động thực hiện khi các điều kiện cụ thể được đáp ứng. Công nghệ blockchain cho phép hợp đồng thông minh được tạo ra và thực hiện một cách an toàn và phi tập trung. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của hợp đồng thông minh là cho các ứng dụng phi tập trung (DApps) và tổ chức tự trị (DAOs), những cái này cấu thành phần quan trọng của nền tảng tài chính phi tập trung (DeFi). Các nền tảng DeFi sử dụng công nghệ blockchain để cung cấp các dịch vụ tài chính như cho vay, tài trợ và giao dịch mà không cần phụ thuộc vào các tổ chức tài chính truyền thống, từ đó dân chủ hóa việc sử dụng các công cụ tài chính.

Tài sản token hóa

Tài sản vật lý (như bất động sản, cổ phiếu hoặc tác phẩm nghệ thuật) có thể được mã hóa (chuyển đổi thành token kỹ thuật số trên blockchain). Điều này có thể nâng cao tính thanh khoản của tài sản, mở rộng phạm vi cơ hội đầu tư.

xác thực danh tính kỹ thuật số

Blockchain có thể được sử dụng để tạo ra danh tính số an toàn và không thể bị giả mạo, có thể được sử dụng để xác minh thông tin cá nhân và các dữ liệu nhạy cảm khác. Khi thông tin cá nhân và tài sản của chúng ta ngày càng được số hóa, tầm quan trọng của các ứng dụng như vậy sẽ ngày càng tăng.

Hệ thống bỏ phiếu điện tử

Bằng cách cung cấp một bản ghi phi tập trung và không thể bị giả mạo cho tất cả các cuộc bỏ phiếu, công nghệ blockchain có thể được sử dụng để tạo ra một hệ thống bỏ phiếu an toàn và minh bạch, loại bỏ khả năng gian lận trong bầu cử và đảm bảo tính toàn vẹn của bỏ phiếu.

Quản lý chuỗi cung ứng

Blockchain có thể được sử dụng để tạo ra hồ sơ đầy đủ về tất cả các giao dịch trong chuỗi cung ứng. Mỗi giao dịch (hoặc một nhóm giao dịch) có thể được ghi lại dưới dạng một khối trong blockchain, tạo ra hồ sơ không thể thay đổi và minh bạch cho toàn bộ quy trình chuỗi cung ứng.

Triển vọng tương lai của blockchain

Công nghệ blockchain cung cấp một cách an toàn và minh bạch để ghi lại các giao dịch và lưu trữ dữ liệu. Đây là một công nghệ đang thay đổi nhiều ngành, mang lại mức độ tin cậy và an toàn mới cho thế giới số.

Dù là việc thực hiện giao dịch ngang hàng, tạo ra các hình thức tài sản kỹ thuật số mới, hay thúc đẩy sự phát triển của các ứng dụng phi tập trung, công nghệ blockchain đã mở ra một thế giới vô hạn khả năng. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ này và việc ứng dụng rộng rãi hơn, chúng ta có thể mong đợi sẽ thấy nhiều tình huống ứng dụng đổi mới xuất hiện trong vài năm tới.