Consensus là gì? Các thuật toán phổ biến trong Blockchain

Consensus hay cơ chế đồng thuận, đóng vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ sự an toàn và tính toàn vẹn của các hệ thống blockchain. Đây là một thuật ngữ quen thuộc nhưng ít người hiểu rõ về nó. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu rõ ràng Consensus là gì? Cơ chế hoạt động và các loại thuật toán đồng thuận phổ biến hiện nay.

Consensus là gì?

Trong thế giới blockchain, Consensus (cơ chế đồng thuận) có thể được hiểu đơn giản là một quy trình mà trong đó tất cả các thành viên của mạng lưới blockchain đạt được sự đồng thuận về trạng thái hiện tại của sổ cái (ledger). Các giao dịch trên blockchain cần phải được tất cả các nút (node) trong mạng lưới chấp thuận và ghi lại một cách chính xác, đồng bộ. Đây là một trong những yếu tố then chốt giúp các hệ thống blockchain hoạt động mà không cần đến các tổ chức, cơ quan trung gian như ngân hàng hay chính phủ.

Cơ chế đồng thuận không chỉ đơn thuần là xác minh các giao dịch, mà còn đảm bảo rằng dữ liệu trên blockchain là chính xác, minh bạch và không thể thay đổi sau khi được ghi nhận. Một khi giao dịch đã được thêm vào blockchain, nó trở thành một phần không thể thay thế của lịch sử, không thể bị thay đổi, không thể bị xóa bỏ, và đây chính là lý do tại sao blockchain được xem là một hệ thống bảo mật tuyệt vời.

Hệ thống blockchain có thể tồn tại và phát triển mạnh mẽ nhờ vào cơ chế đồng thuận. Các blockchain như Bitcoin hay Ethereum đều sử dụng các cơ chế đồng thuận để giải quyết các vấn đề về tính bảo mật, phân quyền, và hiệu quả giao dịch. Nếu không có cơ chế đồng thuận, không có cách nào để các nút trong mạng lưới có thể đồng ý với nhau về một phiên bản duy nhất của sổ cái, và điều này sẽ dẫn đến tình trạng phân mảnh, không đồng bộ trong các dữ liệu.

Blockchain và sự cần thiết của Consensus

Blockchain là một công nghệ lưu trữ dữ liệu phân tán, trong đó các thông tin về giao dịch được chia sẻ trên một mạng lưới toàn cầu các máy tính (nút) mà không có sự quản lý của một tổ chức trung ương. Tính phân tán này là yếu tố đặc biệt của blockchain, nhưng cũng mang lại một thách thức lớn trong việc duy trì tính chính xác và sự nhất quán của dữ liệu.

Do không có một cơ quan quản lý duy nhất, các giao dịch trên blockchain cần được xác thực bởi toàn bộ mạng lưới. Điều này yêu cầu một cơ chế để các nút trong mạng đồng thuận về tính hợp lệ của giao dịch và trạng thái của hệ thống. Cơ chế đồng thuận là câu trả lời cho vấn đề này, giúp duy trì sự chính xác và minh bạch trong toàn bộ hệ thống.

Một trong những vấn đề mà cơ chế đồng thuận giúp giải quyết là vấn đề double spending (chi tiêu gấp đôi). Đây là tình trạng mà một người có thể sử dụng cùng một lượng tiền trong nhiều giao dịch khác nhau, gây ra sự gian lận và ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Cơ chế đồng thuận đảm bảo rằng mỗi giao dịch chỉ được chấp nhận nếu nó hợp lệ, và không có giao dịch nào có thể bị ghi đè lên một giao dịch hợp lệ khác.

Bên cạnh việc ngăn chặn gian lận, cơ chế đồng thuận cũng giúp đảm bảo rằng dữ liệu trên blockchain không thể bị thay đổi sau khi đã được xác nhận. Một khi giao dịch đã được đưa vào blockchain, nó sẽ không thể bị sửa đổi hoặc xóa bỏ, tạo ra một hệ thống minh bạch và an toàn cho tất cả các bên tham gia.

Các loại cơ chế đồng thuận phổ biến

Để hiểu rõ hơn về sự đa dạng và các tính năng của các cơ chế đồng thuận, chúng ta có thể phân loại chúng thành một số loại chính, mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng biệt.

Proof of Work (PoW)

Proof of Work (PoW) là cơ chế đồng thuận đầu tiên được áp dụng trong Bitcoin và nhiều blockchain khác. Trong PoW, các thợ đào (miners) trong mạng blockchain cần giải quyết các bài toán toán học phức tạp để tìm ra một giá trị (hash) hợp lệ. Người đầu tiên giải quyết bài toán này sẽ được phép xác nhận và ghi lại các giao dịch vào trong khối mới. Sau khi khối giao dịch được thêm vào blockchain, người thợ đào sẽ nhận được phần thưởng, thường là một lượng tiền điện tử.

Ưu điểm

• Bảo mật cao: PoW rất khó bị tấn công, vì việc thay đổi bất kỳ một giao dịch nào trong khối đã được xác nhận đòi hỏi phải giải quyết lại tất cả các bài toán toán học, điều này gần như không thể thực hiện được trong mạng lưới lớn.
• Phi tập trung: PoW giúp đảm bảo tính phi tập trung, vì bất kỳ ai sở hữu phần cứng tính toán đều có thể tham gia vào quá trình khai thác và duy trì mạng lưới.

Nhược điểm

• Tiêu tốn năng lượng: PoW yêu cầu một lượng năng lượng khổng lồ để thực hiện các phép toán, gây lo ngại về tác động môi trường của các mạng sử dụng PoW.
• Chi phí vận hành cao: Việc duy trì hệ thống khai thác PoW tốn kém chi phí về phần cứng và điện năng, khiến các mạng như Bitcoin phải đối mặt với vấn đề về tính bền vững.

Proof of Stake (PoS)

Proof of Stake (PoS) là một cơ chế đồng thuận thay thế cho PoW. Thay vì yêu cầu thợ đào giải quyết các bài toán toán học, trong PoS, các người xác nhận giao dịch (validators) sẽ phải “đặt cược” một lượng tiền điện tử vào mạng lưới để có quyền xác nhận các giao dịch và thêm khối mới vào blockchain. Người xác nhận sẽ nhận phần thưởng tương ứng với số lượng tiền mà họ đã stake, và nếu họ hành động không trung thực, số tiền đã đặt cược sẽ bị mất.

Ưu điểm

• Tiết kiệm năng lượng: PoS không yêu cầu tính toán phức tạp như PoW, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành.
• Khả năng mở rộng: PoS có thể xử lý được số lượng giao dịch lớn hơn so với PoW vì không có sự cạnh tranh giữa các thợ đào.
• Bảo mật tốt: PoS giảm thiểu nguy cơ tấn công 51% (khi một thực thể sở hữu hơn 51% tài nguyên mạng), vì việc kiểm soát mạng lưới yêu cầu sở hữu một lượng lớn tiền điện tử, điều này làm cho việc tấn công mạng trở nên đắt đỏ và khó thực hiện.

Nhược điểm

• Tính tập trung: Những người sở hữu lượng lớn tiền điện tử có thể dễ dàng kiểm soát mạng lưới, tạo ra sự tập trung quyền lực.
• Khó khăn trong việc chuyển giao: Các mạng sử dụng PoS có thể gặp khó khăn trong việc chuyển giao quyền lực giữa các validator, đặc biệt khi một validator gặp sự cố hoặc không thể tiếp tục tham gia.

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Delegated Proof of Stake (DPoS) là một biến thể của PoS, trong đó các người tham gia mạng lưới bỏ phiếu để chọn ra các đại diện (delegates) chịu trách nhiệm xác thực giao dịch và tạo ra các khối mới. Những đại diện này được chọn thông qua một cuộc bỏ phiếu công bằng và có thể thay thế được nếu không thực hiện nhiệm vụ đúng cách.

Ưu điểm

• Hiệu quả cao: DPoS giúp giảm thiểu thời gian tạo khối và tốc độ giao dịch, do chỉ có một nhóm các đại diện xác nhận các giao dịch.
• Quản trị dân chủ: Việc bỏ phiếu để chọn đại diện tạo ra một hình thức quản trị dân chủ, giúp người tham gia mạng lưới có thể kiểm soát hoạt động của blockchain.
• Tiết kiệm năng lượng: So với PoW, DPoS tiết kiệm năng lượng vì không yêu cầu sức mạnh tính toán cao.

Nhược điểm

• Tính tập trung: Vì chỉ có một số ít đại diện được chọn, DPoS có thể tạo ra sự tập trung quyền lực, điều này có thể làm giảm tính phân quyền của mạng lưới.
• Rủi ro về gian lận trong bỏ phiếu: Mặc dù DPoS có thể giúp giảm thiểu các vấn đề về tập trung, nhưng nó cũng có thể dẫn đến các vấn đề liên quan đến gian lận trong việc bỏ phiếu, nhất là khi có sự thao túng.

Proof of Authority (PoA)

Proof of Authority (PoA) là một cơ chế đồng thuận mà trong đó các “authorities” hoặc các thực thể được ủy quyền sẽ chịu trách nhiệm xác nhận giao dịch và thêm các khối mới vào blockchain. PoA thường được sử dụng trong các mạng lưới riêng tư hoặc bán công khai, nơi các node được kiểm soát và ủy quyền bởi các tổ chức tin cậy.

Ưu điểm

• Nhanh chóng và hiệu quả: Vì PoA không yêu cầu sức mạnh tính toán như PoW, nó có thể xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây với chi phí rất thấp.
• Bảo mật: Việc sử dụng các tổ chức được ủy quyền giúp giảm thiểu khả năng xảy ra tấn công hoặc gian lận.

Nhược điểm

• Tính tập trung cao: PoA tạo ra sự tập trung quyền lực trong tay những tổ chức hoặc cá nhân được ủy quyền, làm giảm tính phân quyền của blockchain.
• Không phù hợp với mạng công cộng: PoA không phải là lựa chọn lý tưởng cho các blockchain công khai, vì nó thiếu tính phân quyền.

Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)

Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) là một cơ chế đồng thuận giúp mạng blockchain đạt được sự đồng thuận ngay cả khi có một số nút trong mạng bị lỗi hoặc có hành động gian lận. PBFT là một cơ chế đồng thuận không yêu cầu đào coin hay giải quyết các bài toán toán học, mà thay vào đó, các nút trong mạng tiến hành trao đổi thông tin và đạt được sự đồng thuận về tính hợp lệ của các giao dịch.

Ưu điểm

• Nhanh chóng và hiệu quả: PBFT có thể xử lý rất nhiều giao dịch trong một thời gian ngắn mà không tiêu tốn quá nhiều tài nguyên.
• Bảo mật cao: PBFT có thể duy trì sự hoạt động bình thường ngay cả khi một số nút trong mạng bị lỗi hoặc không trung thực.

Nhược điểm

• Không phù hợp với mạng lớn: Khi số lượng nút trong mạng tăng lên quá nhiều, PBFT có thể trở nên không khả thi về mặt chi phí và hiệu quả.
• Khó triển khai: PBFT yêu cầu một quá trình giao tiếp phức tạp giữa các nút, điều này có thể làm phức tạp quá trình triển khai và duy trì.

Như vậy, Consensus là gì? Consensus (hay cơ chế đồng thuận) là nền tảng quan trọng giúp blockchain duy trì tính bảo mật, hiệu quả và minh bạch trong toàn bộ hệ thống. Dù mỗi cơ chế đồng thuận có những đặc điểm và ưu nhược điểm riêng, nhưng chúng đều góp phần quan trọng vào sự phát triển của các hệ thống blockchain và tiền điện tử. Việc lựa chọn cơ chế đồng thuận phù hợp là một yếu tố quyết định đến hiệu suất và tính an toàn của blockchain trong tương lai.

iBlockchain.edu.vn hy vọng qua những thông tin chúng mình chia sẻ trong bài viết này đã giúp bạn trả lời được câu hỏi “Consensus là gì?” Chúc bạn thành công!