Hình ảnh kinh tế siêu đơn giản mà các nhà kinh tế yêu thích đó là mười người mua và bán các loại vật dụng khác nhau và sử dụng tiền tệ fiat. Ví dụ, Tam Mao bán cho con Mít một chiếc quần sà lõn của mình để lấy 100.000đ, Chí Phèo mua thiếu đôi tông lào của Ngọc Trinh với giá ba lít… Khi mọi người giao dịch xong trong ngày, không có vấn đề gì về việc họ đứng ở đâu về tài chính: họ chỉ cần đếm tiền của mình.
Mọi thứ phức tạp hơn một chút nếu thị trường hoạt động dựa trên thị trường tín dụng. Thị Nở vay Bá Kiến 50 xu, Xuân Tóc Đỏ thiếu bà Phó Đoan 2 xu… nhưng không có đồng tiền fiat nào đổi chủ. Trong kịch bản này, bất kỳ bên nào quan tâm, đủ động lực sẽ lưu ý các giao dịch của họ để theo dõi những gì họ nợ và những gì người khác nợ họ. Nhưng trừ khi mọi bên đều hoàn toàn có lương tâm và vô cùng cẩn trọng, thì những bất đồng sẽ nảy sinh. Bởi vì, cuộc sống này, ta hay nhớ những gì người khác nợ mình, chứ ít ai nhớ những gì ta nợ người khác.
Để đảm bảo mọi thứ đều công bằng, nhóm cần có một sổ cái trung tâm. Theo cách đó, khi có sự khác biệt, trọng tài cuối cùng sẽ có mặt để giải quyết. Nhưng ai kiểm soát sổ cái? Liệu nhóm có tổ chức một cuộc bầu cử? Một cuộc thi đấu vật tay? Làm thế nào thường xuyên xoay chuyển vị trí ? Hai người có nên chia sẻ trách nhiệm? Có lẽ hai sổ cái nên được giữ đồng thời, hoặc có thể gây ra nhiều vấn đề hơn nó giải quyết. Quan trọng nhất, làm thế nào để nhóm giữ được tính chính xác khi lòng người luôn thay đổi.
Lý tưởng nhất, mọi người sẽ giữ sổ cái. Nói cách khác, mỗi cái sẽ có đầu vào và giám sát như nhau khi nói đến sổ cái trung tâm, thay vì giữ riêng. Đó là một thách thức kỹ thuật khó khăn, nhưng may mắn thay, đó là một trong những sổ cái phân tán, còn được gọi là blockchain, đã giải quyết được bài toán này.
Sự tin tưởng và bằng chứng công việc
Sổ cái phân tán đã đã giải quyết một vấn đề khiến các nhà mật mã học bực tức từ lâu: niềm tin. Trong bất kỳ kịch bản nào ở trên, mọi người phải dựa vào sự đàng hoàng của nhau. Các mối quan hệ cá nhân, gia đình và cộng đồng có thể xoa dịu sự cám dỗ để lừa gạt những người thất vọng và thiếu quan tâm, nhưng những lực lượng đó sẽ bị phá vỡ ở quy mô lớn hơn bởi tham nhũng là không thể tránh khỏi.
Sổ cái phân tán khắc phục vấn đề niềm tin bằng cách cho phép nhiều người xác minh tính chính xác của sổ cái trung tâm bằng cách sử dụng bản sao của chính họ. Thuật toán đồng thuận giúp loại bỏ niềm tin là bằng chứng công việc ( Proof of Work -POW ).
Khái niệm về bằng chứng công việc có trước bitcoin. Điều này có nghĩa là để ngăn chặn việc sử dụng độc hại sức mạnh tính toán, chẳng hạn như spam email và các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DDOS), bằng cách yêu cầu một lượng công việc không tầm thường nhưng có thể quản lý được.
Năm 2004, Hal Finney đã áp dụng ý tưởng này vào tiền. Đề xuất tiền của anh ta vẫn là một tờ giấy trắng, nhưng cuộc hôn nhân của tiền và bằng chứng công việc đã trở thành nền tảng quan trọng của bitcoin, và Satoshi Nakamoto giới thiệu năm năm sau đó trong white paper Bitcoin.
Nếu sổ cái của bitcoin đơn giản như một bảng tính, thì người nào đó có quyền kiểm soát sẽ dễ dàng reorg (tổ chức lại) lại như họ muốn, điều chỉnh một hoặc hai giao dịch và biến họ thành triệu phú. Ngoài ra, họ có thể chi tiêu gấp đôi, một vấn đề quan trọng với các loại tiền tệ không tồn tại trong thế giới thực.
Bằng chứng công việc khiến cho việc thêm một giao dịch mới trở nên khó khăn, việc thay đổi một giao dịch gần đây đòi hỏi một số sự nghiêm túc và thay đổi một giao dịch từ năm ngoái là không thể. Hãy tưởng tượng đặt một khối mới trên đỉnh Kim tự tháp Giza, điều đó không khó, nhưng để kéo một viên gạch từ trung tâm của lớp dưới cùng của cấu trúc thì là bất khả thi, điều đó đòi hỏi phải đảo ngược tất cả các công việc đã được thực hiện để xây dựng nó. Sau đó, để đánh lừa bất cứ ai rằng chưa có chuyện gì sảy ra, bạn phải xây dựng như nguyên trạng lại mọi thứ. Bởi nếu không làm, giá trị của bạn vừa reorg sẽ trở về số 0, vì không còn ai tưởng vào hệ thống này nữa.
Hàm băm và Khai thác
Tại một số điểm, phép ẩn dụ không truyền đạt được những gì đang thực sự xảy ra trong sổ cái phân tán. Về cơ bản nhất, một sổ cái như vậy được tạo thành từ các “khối” được sắp xếp tuần tự – gọi là block chain (chuỗi khối) . Mỗi khối là một bản ghi của tất cả các giao dịch đã diễn ra (lưu ý rằng trong thực tế, một số được chuyển qua) trong một khoảng thời gian nhất định. Trong blockchain bitcoin, một khối mới được thêm vào cứ sau 10 phút.
Khía cạnh “phân tán” của sổ cái tương ứng với các “node” của mạng, các máy tính chạy chương trình có liên quan và lưu trữ một bản ghi của toàn bộ blockchain khi nó đứng. Chúng không nhất thiết phải tương ứng với “thợ mỏ”, các máy tính thực hiện công việc để thêm các khối mới vào blockchain, nhưng trong thực tế có rất nhiều sự chồng chéo.
Khai thác là nơi mọi thứ bắt đầu để có được coin. Mỗi khối ghi lại các giao dịch xảy ra trong thời gian kể từ khi khối cuối cùng được khai thác . Mỗi khối cũng ghi lại mọi giao dịch trước đó, tuy nhiên, thông qua một chuỗi các ký tự được gọi là “hàm băm”. Băm được tạo bằng cách chịu một tập hợp dữ liệu – trong trường hợp này là dữ liệu giao dịch – với các phép biến đổi mật mã. Một tập hợp dữ liệu nhất định sẽ chỉ tạo ra một hàm băm và thay đổi ngay cả một iota của dữ liệu gốc, do một hiện tượng được gọi là “hiệu ứng tuyết lở”, sẽ khiến nó tạo ra một hàm băm rõ ràng khác. Băm cũng không thể được sử dụng để lấy dữ liệu gốc, chỉ để kiểm tra xem tập dữ liệu trước mặt bạn có khớp với dữ liệu đã tạo ra hàm băm không.
Ngoài dữ liệu giao dịch của riêng mình, mỗi khối kết hợp hàm băm của khối trước đó. Sau đó, cố gắng lẻn một giao dịch gian lận vào một khối bị lãng quên từ lâu, sau đó, sẽ loại bỏ mọi hàm băm tiếp theo và những người tham gia khác của mạng sẽ từ chối phiên bản blockchain đó.
Cách duy nhất để thay đổi blockchain là kiểm soát phần lớn sức mạnh tính toán của mạng. Một thực thể có quyền kiểm soát như vậy có thể thực hiện một cuộc tấn công 51%, ngăn các giao dịch được xác nhận và hủy các giao dịch xảy ra trong khi chúng kiểm soát mạng; nói cách khác, họ có thể tiêu tiền điện tử của mình hai lần (chi tiêu gấp đôi), điều này sẽ làm giảm giá trị của nó một cách nhanh chóng , nhanh như người yêu cũ trở mặt.
Tuy nhiên, ngay cả khi một cuộc tấn công 51% xảy ra, hacker có thể sẽ không thể đảo ngược hoặc thay đổi các giao dịch trong quá khứ. Lý do là khối lượng công việc khổng lồ đã được ghi lại trong các giao dịch đó, đòi hỏi số lượng công việc khổng lồ không kém để hoàn tác (như trong ẩn dụ kim tự tháp ở trên). Tạo ra một hàm băm là chuyện nhỏ đối với một máy tính hiện đại, tuy nhiên, mạng bitcoin đặt ra một rào cản nhân tạo, được gọi là “độ khó khai thác”, hay độ diff.
Làm cho việc khai thác trở nên khó khăn liên quan đến việc thiết lập một giá trị tối đa cho hàm băm hợp lệ: mức tối đa càng thấp, càng cần nhiều công việc. Băm của khối # 0 là
000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f.
Chuỗi 10 số 0 ở đầu cho thấy giá trị rất thấp, nhưng điều đó dễ dàng xuất hiện so với 17 số không ở đầu khối băm # 431233. Đối với khối # 0, độ khó là 1; đối với # 431233.
Càng khó tìm một hàm băm hợp lệ, càng mất nhiều dự đoán. Tất nhiên, một tập hợp dữ liệu nhất định chỉ có thể tạo ra một hàm băm, điều này cực kỳ khó có thể nằm dưới mục tiêu. Để có nhiều hơn một lần, các công cụ khai thác thêm một “nonce”, một số nguyên ở cuối dữ liệu giao dịch khiến nó tạo ra một hàm băm hoàn toàn khác. Không có cách nào để xác định một nonce chính xác ngoài thử nghiệm và lỗi: nonce của khối # 431223 là 410871698, cho thấy rằng người khai thác thành công phải mất nhiều hơn một vài vết nứt.
Mạng hiệu chỉnh độ khó để trung bình, một người nào đó tìm thấy một nonce hợp lệ và khai thác một khối mới cứ sau mười phút. Có nhiều công cụ khai thác làm cho mạng trở nên mạnh mẽ hơn, nhưng điều đó cũng khiến cho ai đó có khả năng gặp phải “thẻ vàng”, do đó, mạng hạ thấp mục tiêu và tăng độ khó.
Khai thác là một quá trình cạnh tranh, nhưng nó không phải là một cuộc đua xổ số. Bất cứ ai cũng có thể đạt được con số may mắn. Các công ty khai thác cùng nhau tăng cơ hội thành công tập thể của họ, khi khai thác một khối mới đi kèm với phí giao dịch cũng như phần thưởng của bitcoin mới được tạo ra (phần thưởng đã giảm từ 50 BTC xuống 12,5 tại thời điểm viết và cuối cùng sẽ hết).
Hợp nhất khai thác (pool khai thác) đã gây ra lo ngại về một cuộc tấn công 51%, nhưng nhóm duy nhất có được phần lớn sức mạnh tính toán của mạng bitcoin – ghash.io vào tháng 7 năm 2014 – đã tự nguyện giảm quy mô của nó để làm chệch hướng sự nghi ngờ.
Trớ trêu thay, cộng đồng bitcoin vẫn thỉnh thoảng phụ thuộc vào niềm tin.
Tóm tắt sổ cái phân tán
Đây không phải là giải pháp đơn giản nhất cho mười người trong thử nghiệm, nhưng nó hoạt động khá tốt. Mỗi người cài đặt ứng dụng bitcoin (hoặc của một loại tiền điện tử khác), thiết lập một giàn khai thác nhanh và bẩn, và đi làm để duy trì một sổ cái công khai duy nhất mà mỗi người trong số họ có quyền kiểm soát như nhau. Sau một vài phút giao dịch widget, mỗi máy tính của họ bắt đầu chạy qua nonces để tìm hàm băm hợp lệ. Khi một trong số này – đó là suy đoán của bất kỳ ai – thành công, nó sẽ phát băm mới lên mạng và mọi người đều cập nhật blockchain của họ. Đảm bảo rằng không có ai can thiệp vào các giao dịch trước đó đơn giản như đảm bảo rằng hai số khớp với nhau, một quá trình tất nhiên là tự động.
Nếu năm người liên hiệp lại, họ có khả năng khiến mạng bị đình trệ và làm tê liệt bất kỳ giao dịch mới nào, nhưng họ không thể quay lại và sửa lại lịch sử của giao dịch. Để làm điều đó, ai đó sẽ cần phải kiểm soát cơ bản sức mạnh tính toán của toàn bộ mạng; tất nhiên, điều đó sẽ để lại cho họ một mô phỏng riêng, phức tạp, nhưng không có giá trị với bất kỳ ai khác. Cũng như fiat, giá trị của tiền điện tử bốc hơi mà không còn sự tin tưởng nơi những người phát hành ra nó, và điều này cũng lại thật mỉa mai, cho rằng các sổ cái phân tán tồn tại để loại bỏ niềm tin vào các tổ chức tập trung.
Xem thêm: Tại sao mọi người lại bỏ lỡ phát minh quan trọng nhất 500 năm qua
Ứng dụng sổ cái phân tán
Sổ cái phân tán của Bitcoin đã tỏ ra kiên cường và thậm chí tương đối phổ biến, và công nghệ đã bắt đầu khơi gợi sự quan tâm của các ngân hàng, chính phủ và những người khác. Các ngân hàng nhìn thấy một cách để tránh các gian lận và loại bỏ các kiểm toán không cần thiết.
Với chính phủ, nước Honduras đang làm việc để cam kết đăng ký đất đai vào một blockchain.
Có một loạt các ứng dụng tiềm năng khác, vì bất kỳ thông tin nào – không chỉ là trao đổi giá trị – có thể được cam kết với một blockchain. Email, giấy chứng nhận kết hôn, phiếu bầu, di chúc, bạn đặt tên cho nó. “Hợp đồng thông minh” hứa hẹn sẽ tự động hóa các bộ phận lớn, nếu không phải là tất cả, của một số doanh nghiệp bằng cách mã hóa các hợp đồng tự thực hiện thành một blockchain.
Xem thêm: Proof of Work ( POW ) là gì ?
