Hướng dẫn về thuật toán đồng thuận: Cơ chế đồng thuận là gì?

0
24

Công nghệ chuỗi khối được coi là một sự đổi mới đột phá có thể cách mạng hóa cách chúng ta làm việc . Trên thực tế, nhiều người đã so sánh blockchain với việc giới thiệu internet vào những năm 1990, đây là một bước tiến đột phá cho nhân loại.

Một bài kiểm tra để đánh giá tác động cách mạng của internet là tự hỏi bản thân: Có thể chúng ta thực sự sống sót mà không cần internet không?

Việc tạo ra Bitcoin vào năm 2008 đã dẫn đầu một cuộc cách mạng công nghệ đe dọa kết cấu xã hội của chúng ta, theo một cách tốt hơn. Bitcoin của công nghệ cơ bản, gọi là blockchain, là một hệ thống hoàn toàn mới tạo điều kiện cho sự không tín nhiệm, giao dịch minh bạch và an toàn trên một mạng mở, phân cấp mà trao quyền quần chúng . Đột nhiên, các trung gian và thực thể có quyền kiểm soát độc quyền đối với các hệ thống quan trọng của chúng ta cảm thấy bị đe dọa. Sự tiến bộ của mật mã và khoa học máy tính đã hội tụ thành một công nghệ mới mạnh mẽ được gọi là blockchain, được thiết lập để xác định lại các hệ thống và mạng truyền thống.

Để chúng ta thực sự hiểu tiềm năng của công nghệ, chúng ta hãy khám phá một thành phần cốt lõi của blockchain cho phép nó hoạt động mà không cần cơ quan hay tổ chức trung ương : Cơ chế đồng thuận. Hướng dẫn này sẽ được dành riêng để khám phá tất cả về các cơ chế đồng thuận. Trước khi chúng ta tiến xa hơn, chúng ta hãy xem sự khác biệt giữa blockchain và các hệ thống truyền thống để hiểu sự cần thiết của các cơ chế đồng thuận.

Hệ thống tập trung và phi tập trung

Hệ thống tập trung: Trong một hệ thống tập trung, chỉ có nhân vật trung tâm mới có quyền duy trì và cập nhật cơ sở dữ liệu. Tất cả các luồng dữ liệu được kiểm soát và quản lý bởi cơ quan trung ương; họ quyết định loại dữ liệu nào là cần thiết, có liên quan hoặc được phép trong cơ sở dữ liệu. Trong việc duy trì cơ sở dữ liệu, thực thể trung tâm có toàn quyền trong việc thêm, xóa hoặc cập nhật dữ liệu tùy thuộc vào các quy tắc và chính sách mà nó đã đặt ra cho chính nó. Tất cả các nút (thiết bị) khác được kết nối trong mạng có quyền truy cập tối thiểu vào dữ liệu, phải được sự cho phép của cơ quan trung ương.

Một ví dụ về một hệ thống tập trung là Facebook và Google, nơi thu thập một lượng dữ liệu người dùng khổng lồ mỗi giây trong cơ sở dữ liệu tập trung của họ .

Hệ thống phi tập trung: Trong khi một hệ thống phi tập trung, không phụ thuộc vào bất kỳ cơ quan nào và được tự điều chỉnh. Công nghệ chuỗi khối sử dụng kiến ​​trúc mạng phi tập trung. Bất cứ ai cũng có thể là một nút và mỗi nút là một máy chủ. Các nút đầy đủ bằng nhau trong phân cấp, có nghĩa là không có nút hoặc thực thể nào có nhiều quyền truy cập hơn các nút khác. Những người tham gia vào mạng phân tán làm việc chung trong việc xác minh và xác thực một lượng lớn giao dịch trong thời gian thực. Các câu hỏi quan trọng liên quan đến một mạng phân tán sẽ là:

  • Làm thế nào quyết định được thực hiện trong một mạng phân tán?
  • Làm thế nào để tất cả những người tham gia đồng ý với tình trạng hiện tại của cơ sở dữ liệu nếu không có cơ quan trung ương ?
  • Làm thế nào chúng ta có thể xác nhận rằng chỉ có một phiên bản sự thật trong cơ sở dữ liệu của mọi người?
  • Làm thế nào chúng ta có thể chắc chắn rằng các giao dịch trong mạng là có thật và xác thực?
  • Làm thế nào để chúng ta đảm bảo rằng tất cả mọi người làm việc cùng nhau để bảo mật mạng và không ai sẽ hành động bất lợi?

Trong lĩnh vực khoa học máy tính, những vấn đề liên quan đến hệ thống phân tán đã được tìm hiểu và tranh luận rộng rãi nhưng không có giải pháp khả thi . Sự ra đời của công nghệ blockchain đã cung cấp một giải pháp để giải quyết những câu hỏi quan trọng này, thông qua việc sử dụng các cơ chế đồng thuận. Trước khi chúng ta xem xét cơ chế đồng thuận là gì, chúng ta hãy tìm hiểu sâu hơn về vấn đề điện toán phân tán không có giải pháp cho đến khi blockchain xuất hiện.

Bài toán tổng hợp Byzantine: Bài toán kinh điển về tính toán phân tán

Một vấn đề kinh điển của một hệ thống máy tính phân tán được gọi là Bài toán tổng hợp Byzantine .

Nó có thể được hiểu thông qua sự tương tự của ví dụ quân đội Byzantine đang bao vây một lâu đài của kẻ thù. Quân đội Byzantine (La Mã) được chia thành nhiều tiểu đoàn, mỗi tiểu đoàn được điều khiển bởi một vị tướng. Các tướng liên lạc với nhau thông qua các sứ giả.

Để đạt được chiến thắng, TẤT CẢ các tướng phải đồng loạt tấn công lâu đài của kẻ thù. Do đó, tất cả các tướng đều phải đạt được sự đồng thuận để quân đội Byzantine tấn công lâu đài của kẻ thù và giành chiến thắng. Tuy nhiên, có một vài rủi ro có thể ngăn cản chiến thắng;

  • Không phải tất cả các tướng đều đáng tin cậy; một số có thể là kẻ phản bội
  • Không phải tất cả các sứ giả đều đáng tin cậy; một số có thể là kẻ phản bội
  • Một tin nhắn có thể bị kẻ thù bắt và thay thế bằng một tin nhắn giả để chuyển tiếp tin tức giả.

Dưới đây là một đại diện trực quan của vấn đề:

Đối mặt với nhiều rủi ro có thể làm ảnh hưởng đến chiến thắng, cần có một số quy trình nhất định có thể đảm bảo:

  1. Tính xác thực của tin nhắn: Tin nhắn phải được xác minh dễ dàng để đảm bảo nó là xác thực và không bị thay đổi với hoặc thay đổi
  2. Đoàn kết: Cần có sự đồng thuận tập thể của tất cả các tướng để tham gia vào kế hoạch chiến đấu
  3. Fault-Tolerant: Một vài kẻ phản bội hoặc tác nhân xấu không thể thỏa hiệp toàn bộ quá trình

Đây là những rủi ro và cân nhắc mà một mạng máy tính phân tán phải giải quyết. Những người tham gia trong một mạng phi tập trung – được gọi là các nút – tất cả phải đồng ý với một bộ giao thức và quy tắc nhất định để đạt được sự đồng thuận, với mỗi nút đồng ý với tính hợp lệ của mỗi giao dịch được thêm vào cơ sở dữ liệu. Nó không phải là dễ dàng, nhưng những tiến bộ của mật mã và khoa học máy tính – thông qua công nghệ blockchain – đã cho phép khả năng này. Giải pháp đạt được thông qua các cơ chế đồng thuận của blockchain.

Cơ chế đồng thuận là gì?

Hãy chia nhỏ hai thành phần:

Đồng thuận: Một thỏa thuận chung giữa tất cả những người tham gia trong một nhóm, ngụ ý mọi người chấp nhận và ủng hộ các quyết định.

Cơ chế: Quá trình được thiết lập bao gồm các quy tắc xác định để đạt được các mục tiêu cụ thể

Các cơ chế đồng thuận đề cập đến quá trình đạt được một thỏa thuận thống nhất (đồng thuận) về trạng thái (trạng thái) của mạng theo cách phi tập trung. Còn được gọi là thuật toán đồng thuận, nó tạo điều kiện cho việc xác minh và xác nhận thông tin được thêm vào sổ cái. Điều này đảm bảo rằng chỉ các giao dịch xác thực được ghi lại trên blockchain.

Do đó, cơ chế đồng thuận có trách nhiệm cập nhật an toàn trạng thái của dữ liệu trên một mạng phân tán.

Các quy tắc đã được mã hóa cứng vào giao thức đảm bảo rằng nguồn sự thật duy nhất sẽ luôn được tìm thấy và thống nhất giữa một mạng máy tính toàn cầu. Các quy tắc này bảo mật toàn bộ mạng, cho phép một mạng không tin cậy mà không cần các số liệu trung gian hoặc trung gian.

Mục tiêu của cơ chế đồng thuận

Chúng ta hãy xem xét các mục tiêu khác nhau mà các cơ chế đồng thuận đặt ra để đạt được:

  1. Đạt được thỏa thuận thống nhất: Các cơ chế đồng thuận cố gắng giải quyết một trong những vấn đề phức tạp nhất xung quanh một hệ thống phân tán; đạt được một thỏa thuận thống nhất về dữ liệu nào là đúng và chính xác. Không giống như các hệ thống tập trung đòi hỏi sự tin tưởng đối với cơ quan trung ương, người dùng không phải tin tưởng bất cứ ai vào một hệ thống phi tập trung. Các quy tắc giao thức được nhúng trong mạng đảm bảo rằng trạng thái của sổ cái công khai luôn được cập nhật với sự đồng thuận của số đông.
  2. Ngăn chặn chi tiêu kép: Các cơ chế đồng thuận ngăn chặn bất kỳ người dùng nào chi tiêu gấp đôi, vốn là vấn đề tồn tại lâu dài của các loại tiền kỹ thuật số trước Bitcoin . Chi tiêu gấp đôi đề cập đến khả năng một loại tiền kỹ thuật số được chi tiêu hai lần. Các quy tắc giao thức được nhúng trong cơ chế đồng thuận của blockchain đảm bảo rằng chỉ các giao dịch hợp lệ và xác thực mới được đưa vào sổ cái công khai, minh bạch . Khi các công ty khai thác mở rộng một lượng lớn tài nguyên tính toán để đảm bảo các giao dịch (và do đó, mạng), việc chi tiêu hoặc thay đổi giao dịch sẽ trở nên khó khăn hơn theo cấp số nhân.
  3. Sắp xếp các ưu đãi kinh tế : Tạo ra một hệ thống không tin cậy có khả năng tự điều chỉnh đòi hỏi phải sắp xếp sự quan tâm của những người tham gia vào mạng. Một cơ chế đồng thuận thực hiện điều này bằng cách khuyến khích hành vi tốt và trong một số trường hợp, trừng phạt các hành vi xấu. Cơ chế đồng thuận đầu tiên được sử dụng bởi Bitcoin (được gọi là Proof-of-Work), các công ty khai thác được khuyến khích bằng cách thưởng cho họ Bitcoin cho mỗi khối giao dịch được bảo mật và xác thực thành công. Bất kỳ nỗ lực nào để hành động chống lại mạng (thông qua hack hoặc chi tiêu kép) đòi hỏi một lượng lớn tài nguyên máy tính và tài chính, sẽ được sử dụng tốt hơn để làm việc cho hệ thống (như người ta sẽ được khen thưởng cho những nỗ lực của họ) thay vì chống lại hệ thống.
  4. Công bằng & bình đẳng : Một lợi thế quan trọng của việc phân cấp blockchain là trao quyền phân phối, trong đó bất kỳ ai cũng có thể tham gia vào mạng và cùng đứng vững. Bản chất nguồn mở của các chuỗi khối công khai cho phép mọi người kiểm tra và xác minh rằng mã nguồn cơ bản là công bằng cho tất cả những người tham gia trong mạng. Nếu bạn muốn, bạn có thể dễ dàng thiết lập một nút để trở thành người tham gia hoặc thậm chí là người khai thác. Nói tóm lại, cơ chế đồng thuận đảm bảo rằng blockchain không phân biệt đối xử .
  5. Fault-Tolerant: Trong không gian tính toán, khả năng chịu lỗi liên quan đến đặc tính của một hệ thống phân tán khi vận hành vô thời hạn ngay cả khi đối mặt với các mối đe dọa hoặc thất bại. Các cơ chế đồng thuận đảm bảo rằng blockchains có khả năng chịu lỗi và do đó, đáng tin cậy và nhất quán.

So sánh các thuật toán đồng thuận

Có nhiều mô hình thuật toán đồng thuận trong bối cảnh tiền điện tử sở hữu các tính năng và tính chất khác nhau để đạt được sự đồng thuận theo cách phân tán. Cơ chế đồng thuận phân tán đầu tiên là Proof-of-Work (POW), được tiên phong bởi Sataoshi Nakamoto khi ông tạo ra Bitcoin vào cuối năm 2018.

POW yêu cầu các thợ mỏ cạnh tranh lẫn nhau để giải các hàm toán học bằng phần cứng máy tính tiên tiến. Người khai thác chiến thắng phải có ‘bằng chứng’ rằng anh ta đã thực hiện (khai thác) ‘công việc’, sau đó cung cấp cho họ quyền thêm giao dịch mới trên sổ cái công khai (blockchain) và kiếm phần thưởng cho những nỗ lực của họ. Sức mạnh tính toán của một người khai thác càng cao, xác suất anh ta sẽ thắng trong cuộc đua khai thác càng cao. Sức mạnh tính toán tập thể của người tham gia bảo vệ toàn bộ mạng.

POW đặt nền móng cho các cơ chế đồng thuận thú vị khác mọc lên. Mặc dù POW là siêu hiệu quả trong việc tạo ra sự đồng thuận phân tán và đảm bảo một mạng lưới phi tập trung, quá trình này rất tốn năng lượng và không thân thiện với môi trường. Không chỉ vậy, khả năng mở rộng cũng là một mối quan tâm lớn đối với Bitcoin và công nghệ blockchain . Do đó, đã có rất nhiều nỗ lực để hình thành các biến thể khác nhau của các mô hình đồng thuận nhằm giải quyết các điểm yếu của POW của Bitcoin. Trên thực tế, sự phát triển của công nghệ này cho phép một mức độ đổi mới thú vị, với mỗi thuật toán đồng thuận sở hữu những giá trị và sự đánh đổi khác nhau.

Chúng ta hãy xem một so sánh về các cơ chế đồng thuận khác nhau được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp tiền mã hoá:

Cơ chế đồng thuận, thuật toán đồng thuận, cơ chế đồng thuận là gì, hướng dẫn thuật toán đồng thuận, đồng thuận

Chúng tôi đã so sánh các tính năng của 5 cơ chế đồng thuận phổ biến nhất được sử dụng trong không gian blockchain. Thật thú vị khi lưu ý rằng hầu hết tất cả các mô hình đồng thuận xuất hiện sau Bitcoin đều tiết kiệm năng lượng hơn nhiều, do đó chứng minh rằng sự đồng thuận vẫn có thể đạt được một cách hiệu quả mà không cần một lượng lớn tài nguyên điện toán và điện toán theo cách thân thiện với môi trường. Có nhiều cơ chế đồng thuận khác ngoài đó là các biến thể của các loại chính như được hiển thị ở trên.

Nguồn: MTC


Đầu tư vào tiền mã hoá rất tiềm năng nhưng cũng tiềm ẩn rủi ro cao. Chúng tôi khuyến nghị bạn tìm hiểu thật kỹ và có tư vấn từ chuyên gia trong lãnh vực bạn có ý định đầu tư. Tất cả các thông tin chúng tôi cung cấp ở đây là để cho bạn tham khảo và sử dụng riêng, nhưng đây không phải là sự bảo đảm đầu tư thành công cũng như không có nghĩa là tư vấn khuyến khích bạn đầu tư.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here