Trong thế giới công nghệ hiện đại, blockchain nổi lên như một cuộc cách mạng, hứa hẹn thay đổi cách chúng ta giao dịch, lưu trữ thông tin và tương tác với nhau. Tuy nhiên, đằng sau sự phức tạp và tiềm năng to lớn của blockchain, có một yếu tố then chốt đảm bảo hoạt động trơn tru và đáng tin cậy của nó: cơ chế đồng thuận. Vậy, cơ chế đồng thuận là gì và tại sao nó lại quan trọng đến vậy? Hãy cùng khám phá trong bài viết dưới đây.

Cơ chế đồng thuận là gì?

Trong một hệ thống phi tập trung như blockchain, nơi không có bất kỳ tổ chức hay cá nhân nào nắm quyền kiểm soát tuyệt đối, làm thế nào để đảm bảo rằng tất cả các bên tham gia đều đồng ý về trạng thái hiện tại của dữ liệu? Đó chính là lúc cơ chế đồng thuận thể hiện vai trò quan trọng của mình.

Cơ chế đồng thuận, hay còn gọi là thuật toán đồng thuận, là một quy trình mà các nút (node) trong mạng lưới blockchain sử dụng để đạt được thỏa thuận về tính hợp lệ của các giao dịch và khối mới. Nói cách khác, nó là cách để tất cả các nút trong mạng lưới “bắt tay” và thống nhất về những gì được ghi vào sổ cái phân tán (distributed ledger) của blockchain.

Tại sao cơ chế đồng thuận lại quan trọng đến vậy?

Bảo vệ tính toàn vẹn và độ tinh cậy của dữ liệu

Trong một mạng lưới phân tán như blockchain, việc đảm bảo rằng tất cả các nút đều có cùng một bản sao của dữ liệu là một thách thức lớn. Cơ chế đồng thuận giải quyết vấn đề này bằng cách yêu cầu tất cả các nút phải đạt được sự thống nhất về trạng thái hiện tại của blockchain trước khi bất kỳ thay đổi nào được thực hiện. Điều này đảm bảo rằng dữ liệu trên blockchain luôn chính xác, không thể bị thay đổi hay giả mạo, tạo nên một nguồn thông tin đáng tin cậy và minh bạch.

Ngăn chặn tấn công “Double-Spending”

Một trong những vấn đề nan giải của tiền điện tử là nguy cơ “double-spending”, tức là một đơn vị tiền điện tử có thể bị chi tiêu nhiều lần. Cơ chế đồng thuận đóng vai trò như một “người canh gác”, kiểm tra kỹ lưỡng mỗi giao dịch trước khi nó được thêm vào blockchain, đảm bảo rằng không có bất kỳ giao dịch nào bị trùng lặp hay gian lận.

Duy trì tính phi tập trung

Tính phi tập trung là một trong những đặc điểm nổi bật nhất của blockchain, giúp loại bỏ sự kiểm soát của bất kỳ cá nhân hay tổ chức nào. Cơ chế đồng thuận chính là “linh hồn” của tính phi tập trung này, đảm bảo rằng mọi quyết định trong mạng lưới đều được đưa ra thông qua sự đồng thuận của đa số các nút, không phụ thuộc vào bất kỳ thực thể trung gian nào.

Tăng cường bảo mật

Blockchain được thiết kế để chống lại các cuộc tấn công độc hại, và cơ chế đồng thuận đóng góp một phần quan trọng vào khả năng bảo mật này. Bằng cách yêu cầu sự xác nhận từ nhiều nút trước khi một giao dịch hay khối mới được thêm vào blockchain, cơ chế đồng thuận làm cho việc tấn công hoặc thao túng mạng lưới trở nên cực kỳ khó khăn, đòi hỏi kẻ tấn công phải kiểm soát một phần lớn hệ thống.

Đảm bảo tính minh bạch

Trong thế giới blockchain, mọi giao dịch đều được ghi lại công khai và có thể kiểm chứng bởi bất kỳ ai. Cơ chế đồng thuận đảm bảo rằng tất cả các nút trong mạng lưới đều có quyền truy cập vào cùng một lịch sử giao dịch, tạo nên một hệ thống minh bạch và công bằng, nơi mọi hoạt động đều được theo dõi và giám sát chặt chẽ.

Tóm lại, cơ chế đồng thuận không chỉ là một thành phần kỹ thuật của blockchain, mà còn là nền tảng cho sự tin tưởng, an toàn và minh bạch của toàn bộ hệ thống. Nó đảm bảo rằng blockchain hoạt động một cách trơn tru, đáng tin cậy và phi tập trung, mở ra cánh cửa cho vô vàn ứng dụng tiềm năng trong tương lai.

Các loại cơ chế đồng thuận phổ biến

Trong thế giới blockchain đa dạng, có rất nhiều cơ chế đồng thuận khác nhau được phát triển và ứng dụng. Dưới đây là một số cơ chế đồng thuận phổ biến nhất, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các mục tiêu và yêu cầu cụ thể của từng dự án blockchain.

Proof of Work (PoW)

Cách hoạt động

• Giải mã bài toán: Các nút (thường là các máy đào chuyên dụng) cạnh tranh để giải một bài toán toán học phức tạp, đòi hỏi sức mạnh tính toán lớn.
• Tạo khối mới: Nút đầu tiên tìm ra lời giải sẽ có quyền tạo khối mới, bao gồm các giao dịch đã được xác minh, và thêm nó vào blockchain.
• Nhận phần thưởng: Nút tạo khối thành công sẽ nhận được phần thưởng dưới dạng tiền điện tử mới được tạo ra (block reward) và phí giao dịch.

Ưu điểm

• Bảo mật cao: PoW được coi là một trong những cơ chế đồng thuận an toàn nhất hiện nay. Để tấn công và thao túng hệ thống, kẻ tấn công cần kiểm soát hơn 50% sức mạnh tính toán của toàn bộ mạng lưới, điều này cực kỳ khó khăn và tốn kém.
• Phi tập trung hoàn toàn: Quyền lực được phân tán đều cho tất cả các nút tham gia vào quá trình đào, không có bất kỳ cá nhân hay tổ chức nào có thể kiểm soát hoàn toàn mạng lưới.

Nhược điểm

• Tiêu tốn nhiều năng lượng: Quá trình đào đòi hỏi một lượng lớn điện năng để vận hành các máy đào, gây ra những lo ngại về tác động đến môi trường và tính bền vững.
• Tốc độ xử lý giao dịch chậm: Do tính chất cạnh tranh của quá trình đào, thời gian xác nhận giao dịch có thể kéo dài, đặc biệt là khi mạng lưới bị tắc nghẽn do số lượng giao dịch tăng cao.
• Rủi ro tập trung hóa: Các “pool” đào (nhóm các máy đào hợp tác để tăng khả năng tạo khối) có thể trở nên quá lớn và tập trung quyền lực, làm giảm tính phi tập trung của mạng lưới.

Ứng dụng

• Bitcoin: Đồng tiền điện tử đầu tiên và lớn nhất thế giới, sử dụng PoW làm cơ chế đồng thuận cốt lõi.
• Ethereum (trước khi chuyển sang PoS): Mặc dù Ethereum đã chuyển sang PoS, nhưng PoW vẫn là một phần lịch sử quan trọng của nó.
• Litecoin, Bitcoin Cash, Dogecoin,…: Nhiều đồng tiền điện tử khác cũng sử dụng PoW làm cơ chế đồng thuận.

Proof of Stake (PoS)

Cách hoạt động

• Stake tiền điện tử: Các nút tham gia vào quá trình xác nhận giao dịch bằng cách “stake” (đặt cược) một lượng tiền điện tử của họ vào mạng lưới.
  Chọn người xác nhận: Hệ thống sẽ chọn ngẫu nhiên một nút để tạo khối mới dựa trên số lượng tiền điện tử họ đã stake và một số yếu tố khác (như thời gian stake, độ tuổi của tiền stake,…).
  Xác nhận giao dịch và tạo khối: Nút được chọn sẽ xác minh các giao dịch trong khối mới và thêm nó vào blockchain.
  Nhận phần thưởng: Nút tạo khối thành công sẽ nhận được phần thưởng dưới dạng tiền điện tử mới được tạo ra và phí giao dịch.

Ưu điểm

• Tiết kiệm năng lượng: Không yêu cầu giải các bài toán phức tạp như PoW, PoS tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể, thân thiện với môi trường hơn.
• Tốc độ xử lý giao dịch nhanh hơn: Quá trình xác nhận giao dịch và tạo khối mới diễn ra nhanh chóng hơn, giúp cải thiện khả năng mở rộng và đáp ứng nhu cầu giao dịch ngày càng tăng.
• Khuyến khích nắm giữ dài hạn: PoS khuyến khích người dùng nắm giữ tiền điện tử lâu dài để tham gia vào quá trình stake và nhận phần thưởng, góp phần ổn định giá trị của đồng tiền.

Nhược điểm

• Nguy cơ tập trung quyền lực: Những người nắm giữ nhiều tiền điện tử (cá voi) có thể có ảnh hưởng lớn hơn đến mạng lưới do khả năng stake cao hơn, làm giảm tính phi tập trung.
• Vấn đề “nothing at stake”: Trong một số trường hợp, các nút có thể “vote” cho nhiều nhánh blockchain khác nhau mà không phải chịu hậu quả gì, gây ra rủi ro về tính bảo mật và ổn định của mạng lưới.
• Rào cản tham gia: Để tham gia vào quá trình stake, người dùng cần nắm giữ một lượng tiền điện tử nhất định, có thể tạo ra rào cản cho những người mới tham gia.

Ứng dụng

• Ethereum (sau khi chuyển đổi): Ethereum đã chuyển từ PoW sang PoS với bản cập nhật “The Merge” vào năm 2022, nhằm cải thiện khả năng mở rộng và giảm tiêu thụ năng lượng.
• Cardano, Solana, Polkadot, Tezos,…: Nhiều dự án blockchain khác cũng sử dụng PoS hoặc các biến thể của nó làm cơ chế đồng thuận.

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Cách hoạt động

• Bầu cử đại biểu: Người dùng bỏ phiếu cho các đại biểu (delegate) mà họ tin tưởng để xác nhận giao dịch và tạo khối mới.
• Xác nhận giao dịch và tạo khối: Các đại biểu được bầu chọn sẽ thay phiên nhau tạo khối mới và nhận phần thưởng.
• Phân phối phần thưởng: Một phần thưởng sẽ được chia sẻ cho những người đã bỏ phiếu cho đại biểu đó.

Ưu điểm

• Hiệu suất cao: Chỉ có một số lượng nhỏ các đại biểu tham gia vào quá trình xác nhận giao dịch, giúp tăng tốc độ xử lý và khả năng mở rộng của mạng lưới đáng kể.
• Quản trị dân chủ: Người dùng có quyền tham gia vào việc lựa chọn các đại biểu, tạo ra một hệ thống quản trị minh bạch và công bằng hơn.
• Khuyến khích tham gia: Người dùng có thể tham gia vào quá trình quản trị mạng lưới ngay cả khi không có đủ tiền điện tử để stake trực tiếp.

Nhược điểm

• Ít phi tập trung hơn: Quyền lực tập trung vào một số lượng nhỏ các đại biểu được bầu chọn, có thể dẫn đến nguy cơ thao túng và kiểm soát nếu các đại biểu thông đồng với nhau.
• Rủi ro bảo mật: Nếu các đại biểu bị tấn công hoặc thông đồng, toàn bộ mạng lưới có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
• “Bỏ phiếu mù quáng”: Người dùng có thể bỏ phiếu cho các đại biểu mà không thực sự hiểu rõ về họ hoặc khả năng của họ, dẫn đến việc lựa chọn không tối ưu.

Ứng dụng

• EOS, Tron, Steem, Bitshares,…: Đây là những dự án blockchain nổi bật sử dụng DPoS làm cơ chế đồng thuận.

Proof of Authority (PoA) 

Cách hoạt động

• Xác định trước các nút xác nhận: Các nút xác nhận giao dịch được xác định trước và đáng tin cậy, thường là các tổ chức hoặc cá nhân có uy tín trong cộng đồng hoặc được lựa chọn bởi một cơ quan quản lý.
• Tạo khối và xác nhận giao dịch: Các nút xác nhận sẽ thay phiên nhau tạo khối mới và xác minh các giao dịch.

Ưu điểm

• Tốc độ xử lý giao dịch rất nhanh: Do không cần quá trình đào hay bỏ phiếu, PoA có thể xử lý giao dịch với tốc độ cực kỳ nhanh chóng, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao.
• Phù hợp cho các ứng dụng doanh nghiệp: Tính tập trung và khả năng kiểm soát cao của PoA làm cho nó trở nên hấp dẫn đối với các ứng dụng doanh nghiệp, nơi mà hiệu suất và khả năng kiểm soát là yếu tố quan trọng hơn tính phi tập trung.
• Tiết kiệm năng lượng: PoA không yêu cầu tiêu tốn nhiều năng lượng như PoW, giúp giảm thiểu tác động đến môi trường.

Nhược điểm

• Tính phi tập trung thấp: Quyền lực tập trung vào một số lượng nhỏ các nút xác nhận, làm giảm tính phi tập trung của mạng lưới, có thể dẫn đến nguy cơ thao túng và kiểm soát.
• Phụ thuộc vào sự tin cậy: Hệ thống phụ thuộc vào sự trung thực và đáng tin cậy của các nút xác nhận. Nếu chúng bị tấn công hoặc thông đồng, toàn bộ mạng lưới có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

Ứng dụng

• VeChain: Một nền tảng blockchain tập trung vào các ứng dụng chuỗi cung ứng và truy xuất nguồn gốc sản phẩm, sử dụng PoA để đảm bảo hiệu suất cao và khả năng kiểm soát.
• Hyperledger: Một dự án mã nguồn mở cung cấp các khuôn khổ blockchain cho doanh nghiệp, PoA thường được sử dụng trong các mạng lưới Hyperledger riêng tư.
• Các mạng lưới blockchain tư nhân: PoA thường được sử dụng trong các mạng lưới blockchain tư nhân, nơi mà tính tập trung và khả năng kiểm soát được ưu tiên hơn tính phi tập trung.

Các cơ chế đồng thuận khác

Ngoài các cơ chế đồng thuận phổ biến trên, còn có nhiều cơ chế khác đang được phát triển và thử nghiệm, mỗi cơ chế mang đến những cách tiếp cận độc đáo và giải quyết các thách thức cụ thể:

Proof of Burn (PoB) 

Các nút “đốt” (gửi đến một địa chỉ không thể truy cập) một lượng tiền điện tử để có quyền tham gia vào quá trình xác nhận giao dịch.

• Ưu điểm: Tăng cường bảo mật bằng cách yêu cầu các nút đầu tư thực sự vào mạng lưới.
• Nhược điểm: Gây lãng phí tài nguyên và có thể dẫn đến tập trung quyền lực vào tay những người có nhiều tiền điện tử để đốt.

Proof of Capacity (PoC) 

Các nút sử dụng không gian lưu trữ trống trên ổ cứng để tham gia vào quá trình xác nhận giao dịch.

• Ưu điểm: Tiết kiệm năng lượng hơn PoW, tận dụng tài nguyên sẵn có.
• Nhược điểm: Có thể dẫn đến tập trung quyền lực vào tay những người có nhiều không gian lưu trữ, rủi ro về bảo mật dữ liệu.

Proof of Elapsed Time (PoET)

Các nút chờ đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên, nút có thời gian chờ ngắn nhất sẽ được chọn để tạo khối mới.

• Ưu điểm: Công bằng hơn, không yêu cầu sức mạnh tính toán lớn.
• Nhược điểm: Khó kiểm chứng tính ngẫu nhiên của thời gian chờ, có thể bị thao túng.

Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)

Một cơ chế đồng thuận phức tạp hơn, cho phép hệ thống hoạt động bình thường ngay cả khi có một số nút bị lỗi hoặc độc hại.

• Ưu điểm: Bảo mật cao, khả năng chịu lỗi tốt.
• Nhược điểm: Khó triển khai và mở rộng, yêu cầu thông tin liên lạc liên tục giữa các nút.

Lựa chọn cơ chế đồng thuận phù hợp

Mỗi cơ chế đồng thuận đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và không có một cơ chế nào là hoàn hảo cho mọi trường hợp. Việc lựa chọn cơ chế đồng thuận phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố như:

• Mục tiêu của dự án: Một dự án tập trung vào hiệu suất cao có thể chọn PoA, trong khi một dự án ưu tiên tính phi tập trung có thể chọn PoW hoặc PoS.
• Yêu cầu về bảo mật: Các dự án đòi hỏi bảo mật cao có thể chọn PoW, trong khi các dự án chấp nhận mức độ bảo mật thấp hơn có thể chọn PoS hoặc DPoS.
• Hiệu suất và khả năng mở rộng: PoA và DPoS thường có hiệu suất cao hơn PoW và PoS, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi xử lý nhiều giao dịch.
• Mức độ phi tập trung mong muốn: PoW được coi là cơ chế phi tập trung nhất, trong khi PoA là tập trung nhất.

Sự phát triển không ngừng của các cơ chế đồng thuận mới đang mở ra những cánh cửa mới cho việc ứng dụng blockchain trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong tương lai, chúng ta có thể kỳ vọng sẽ thấy sự xuất hiện của những cơ chế đồng thuận sáng tạo hơn, giúp giải quyết các thách thức hiện tại và mang lại những lợi ích to lớn cho xã hội.

Hãy cùng Khám Phá Crypto tiếp tục tìm hiểu và khám phá tiềm năng vô hạn của blockchain và cơ chế đồng thuận, để không bỏ lỡ cơ hội trong kỷ nguyên số.