Blockchain được bảo mật thông qua nhiều cơ chế bao gồm các kỹ thuật mã hóa tiên tiến và các mô hình toán học về hành vi và ra quyết định. Công nghệ blockchain là cấu trúc cơ bản của hầu hết các hệ thống tiền điện tử và là thứ ngăn chặn loại tiền kỹ thuật số này bị trùng lặp hoặc phá hủy.
Việc sử dụng công nghệ blockchain cũng đang được khám phá trong các bối cảnh khác, nơi tính bất biến và bảo mật dữ liệu có giá trị cao. Một vài ví dụ bao gồm hành động ghi lại và theo dõi quyên góp từ thiện, cơ sở dữ liệu y tế và quản lý chuỗi cung ứng.
Tuy nhiên, bảo mật blockchain không phải là một chủ đề đơn giản. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu các khái niệm và cơ chế cơ bản mang lại sự bảo vệ mạnh mẽ cho các hệ thống sáng tạo này.
Các khái niệm về sự bất biến và đồng thuận
Mặc dù nhiều tính năng đóng vai trò bảo mật liên quan đến blockchain, hai trong số những điều quan trọng nhất là các khái niệm về sự đồng thuận và bất biến. Đồng thuận đề cập đến khả năng của các node trong mạng blockchain phân tán để đồng ý về trạng thái thực của mạng và về tính hợp lệ của các giao dịch. Thông thường, quá trình đạt được sự đồng thuận phụ thuộc vào cái gọi là thuật toán đồng thuận.
Mặt khác, tính bất biến đề cập đến khả năng của blockchain để ngăn chặn sự thay đổi của các giao dịch đã được xác nhận. Mặc dù các giao dịch này thường liên quan đến việc chuyển tiền điện tử, nhưng chúng cũng có thể đề cập đến hồ sơ của các dạng dữ liệu số phi tiền tệ khác.
Kết hợp, đồng thuận và bất biến cung cấp khuôn khổ cho bảo mật dữ liệu trong các mạng blockchain. Mặc dù các thuật toán đồng thuận đảm bảo rằng các quy tắc của hệ thống đang được tuân theo và tất cả các bên liên quan đều đồng ý về trạng thái hiện tại của mạng – tính không thay đổi đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu và hồ sơ giao dịch sau khi mỗi khối dữ liệu mới được xác nhận là hợp lệ.
Vai trò của mật mã trong bảo mật blockchain
Blockchain phụ thuộc rất nhiều vào mật mã để đạt được bảo mật dữ liệu của họ. Một chức năng mã hóa cực kỳ quan trọng trong bối cảnh như vậy là băm. Băm là một quá trình trong đó một thuật toán được gọi là hàm băm nhận đầu vào dữ liệu (có kích thước bất kỳ) và trả về một đầu ra xác định có chứa giá trị độ dài cố định.
Bất kể kích thước đầu vào, đầu ra sẽ luôn luôn có cùng độ dài. Nếu đầu vào thay đổi, đầu ra sẽ hoàn toàn khác nhau. Tuy nhiên, nếu đầu vào không thay đổi, hàm băm kết quả sẽ luôn giống nhau – bất kể bạn chạy hàm băm bao nhiêu lần.
Trong các chuỗi khối, các giá trị đầu ra này, được gọi là băm, được sử dụng làm định danh duy nhất cho các khối dữ liệu. Băm của mỗi khối được tạo ra liên quan đến hàm băm của khối trước đó và đó là thứ liên kết các khối lại với nhau, tạo thành một chuỗi các khối. Hơn nữa, băm khối phụ thuộc vào dữ liệu chứa trong khối đó, có nghĩa là bất kỳ thay đổi nào được thực hiện đối với dữ liệu sẽ yêu cầu thay đổi đối với băm khối.
Do đó, hàm băm của mỗi khối được tạo dựa trên cả dữ liệu chứa trong khối đó và hàm băm của khối trước đó. Các mã định danh băm này đóng vai trò chính trong việc đảm bảo tính bảo mật và tính bất biến của blockchain.
Băm cũng được tận dụng trong các thuật toán đồng thuận được sử dụng để xác nhận các giao dịch. Ví dụ, trên blockchain Bitcoin, thuật toán Proof of Work (PoW) được sử dụng để đạt được sự đồng thuận và để khai thác các đồng tiền mới sử dụng hàm băm có tên là SHA-256. Đúng như tên gọi, SHA-256 nhận dữ liệu đầu vào và trả về hàm băm dài 256 bit hoặc 64 ký tự.
Ngoài việc cung cấp bảo vệ cho các hồ sơ giao dịch trên sổ cái, mật mã cũng đóng một vai trò trong việc đảm bảo tính bảo mật của các ví được sử dụng để lưu trữ các đơn vị tiền điện tử. Các khóa công khai và khóa riêng tư được ghép tương ứng cho phép người dùng nhận và gửi thanh toán được tạo thông qua việc sử dụng mật mã khóa bất đối xứng hoặc khóa công khai. Khóa riêng được sử dụng để tạo chữ ký số cho các giao dịch, giúp xác thực quyền sở hữu đối với các đồng tiền đang được gửi.
Mặc dù các chi tiết cụ thể nằm ngoài phạm vi của bài viết này, bản chất của mật mã bất đối xứng ngăn không cho bất kỳ ai trừ người giữ khóa riêng truy cập tiền được lưu trữ trong ví tiền điện tử, do đó giữ cho các khoản tiền đó an toàn cho đến khi chủ sở hữu quyết định chi tiêu chúng (miễn là riêng tư khóa không được chia sẻ hoặc bị xâm phạm).
Kinh tế học tiền điện tử
Ngoài mật mã, một khái niệm tương đối mới được gọi là kinh tế học tiền điện tử cũng đóng một vai trò trong việc duy trì tính bảo mật của các mạng blockchain . Nó liên quan đến một lĩnh vực nghiên cứu được gọi là lý thuyết trò chơi, trong đó toán học mô hình hóa việc ra quyết định của các tác nhân hợp lý trong các tình huống với các quy tắc và phần thưởng được xác định trước. Trong khi lý thuyết trò chơi truyền thống có thể được áp dụng rộng rãi cho một loạt các trường hợp, kinh tế học tiền điện tử mô hình cụ thể và mô tả hành vi của các nút trên các hệ thống blockchain phân tán.
Nói tóm lại, kinh tế học tiền điện tử là nghiên cứu về tính kinh tế trong các giao thức blockchain và kết quả có thể xảy ra mà thiết kế của chúng có thể xuất hiện dựa trên hành vi của người tham gia. Bảo mật thông qua kinh tế học tiền điện tử dựa trên khái niệm rằng các hệ thống blockchain cung cấp các khuyến khích lớn hơn cho các nút để hành động trung thực hơn là áp dụng các hành vi độc hại hoặc bị lỗi. Một lần nữa, thuật toán đồng thuận Proof of Work được sử dụng trong khai thác Bitcoin cung cấp một ví dụ điển hình về cấu trúc khuyến khích này.
Khi Satoshi Nakamoto tạo ra khuôn khổ cho khai thác Bitcoin, nó được thiết kế có chủ ý là một quá trình tốn kém và tốn nhiều tài nguyên. Do sự phức tạp và nhu cầu tính toán của nó, khai thác PoW liên quan đến một khoản đầu tư đáng kể về tiền bạc và thời gian – bất kể nút khai thác ở đâu và của ai. Do đó, cấu trúc như vậy cung cấp một sự khinh thường mạnh mẽ đối với hoạt động độc hại và khuyến khích đáng kể cho hoạt động khai thác trung thực. Các nút không trung thực hoặc không hiệu quả sẽ nhanh chóng bị trục xuất khỏi mạng blockchain, trong khi các công cụ khai thác trung thực và hiệu quả có tiềm năng nhận được phần thưởng khối đáng kể.
Tương tự, sự cân bằng rủi ro và phần thưởng này cũng cấp cho sự bảo vệ chống lại các cuộc tấn công tiềm tàng có thể làm suy yếu sự đồng thuận bằng cách đặt tỷ lệ băm đa số của mạng blockchain vào tay một nhóm hoặc một thực thể. Các cuộc tấn công như vậy, được gọi là các cuộc tấn công 51 phần trăm, có thể cực kỳ tai hại nếu được thực hiện thành công. Do tính cạnh tranh của việc khai thác Proof of Work và độ lớn của mạng Bitcoin, khả năng một diễn viên độc hại giành quyền kiểm soát phần lớn các nút là vô cùng nhỏ.
Hơn nữa, chi phí cho sức mạnh tính toán cần thiết để đạt được 51% quyền kiểm soát của một mạng blockchain khổng lồ sẽ là thiên văn, mang lại sự bất mãn ngay lập tức để đầu tư lớn như vậy cho phần thưởng tiềm năng tương đối nhỏ. Thực tế này góp phần tạo nên một đặc tính của blockchains được gọi là Byzantine Fault Tolerance (BFT), về cơ bản là khả năng hệ thống phân tán tiếp tục hoạt động bình thường ngay cả khi một số nút bị xâm phạm hoặc hành động độc hại.
Miễn là chi phí thiết lập phần lớn các nút độc hại vẫn bị cấm và các ưu đãi tốt hơn tồn tại cho hoạt động trung thực, hệ thống sẽ có thể phát triển mạnh mà không bị gián đoạn đáng kể. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là các mạng blockchain nhỏ chắc chắn dễ bị tấn công đa số vì tổng tỷ lệ băm dành cho các hệ thống đó thấp hơn đáng kể so với Bitcoin.
Bớt tư tưởng
Thông qua việc sử dụng kết hợp lý thuyết trò chơi và mật mã, blockchain có thể đạt được mức độ bảo mật cao như các hệ thống phân tán. Tuy nhiên, như với gần như tất cả các hệ thống, điều quan trọng là hai lĩnh vực kiến thức này được áp dụng đúng cách. Một sự cân bằng cẩn thận giữa phân cấp và bảo mật là rất quan trọng để xây dựng một mạng lưới tiền điện tử đáng tin cậy và hiệu quả.
Khi việc sử dụng blockchain tiếp tục phát triển, hệ thống bảo mật của họ cũng sẽ thay đổi để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng khác nhau. Các blockchain tư nhân hiện đang được phát triển cho các doanh nghiệp kinh doanh, ví dụ, phụ thuộc nhiều vào bảo mật thông qua kiểm soát truy cập hơn là các cơ chế lý thuyết trò chơi (hay tiền điện tử) không thể thiếu đối với sự an toàn của hầu hết các blockchain công cộng .
- Proof of Stake (PoS) là gì ?
- Proof of Work (PoW) là gì? Proof of Stake (PoS) là gì?
- Ưu – nhược điểm của các thuật toán: Proof of Work, Proof of Stake và Delegated Proof of Stake
- Bitcoin : Proof of work những điều chưa kể – Phần 1
- Bitcoin : Proof of work quá trình điều chỉnh độ khó – Phần 2
SN_Nour
Theo Tapchibitcoin.vn
