Vậy blockchain là gì? Blockchain ra đời như thế nào? Nó có tính chất, cơ chế hoạt động gì và có thể được ứng dụng vào thực tiễn như thế nào?
Blockchain là gì?
Blockchain là hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán có khả năng ghi lại và lưu trữ dữ liệu của tài sản kỹ thuật số (ví dụ như tiền điện tử) trên các khối (block), bao gồm lịch sử giao dịch, biến động số dư… Các khối này sẽ liên kết với nhau thông qua mật mã hàm băm (hash) và được sắp xếp theo trình tự thời gian để tạo thành một chuỗi (chain).
Blockchain còn được gọi là công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung (Distributed Ledger Technology – DLT) vì nó không bị kiểm soát bởi cơ quan, bên trung gian nào. Các thông tin lưu trữ trên blockchain cũng không thể bị thay đổi, viết đè hoặc xoá dưới bất kỳ hình thức nào.
Blockchain ra đời như thế nào?
Ý tưởng về công nghệ blockchain đã được giới thiệu vào đầu những năm 1990 bởi hai nhà nghiên cứu khoa học Stuart Haber and W Scott Stornetta.
Tuy nhiên, cuối năm 2008, sau khi Satoshi Nakamoto ra mắt tài liệu white paper giới thiệu về hệ thống tiền điện tử (electronic cash) ngang hàng P2P mới có tên là Bitcoin, thì mô hình hoạt động của công nghệ blockchain mới được thiết lập và mô tả một cách rõ ràng hơn.
Ngày 03/01/2009, blockchain Bitcoin ra đời khi khối đầu tiên được khai thác (đào) bởi Satoshi Nakamoto, với phần thưởng khối là 50 Bitcoin. Giao dịch bitcoin đầu tiên trên thế giới được thực hiện vào ngày 12/01/2009, khi Satoshi gửi 10 Bitcoin cho Hal Finney (nhà phát triển phần mềm tại Hoa Kỳ).
Theo đó, công nghệ blockchain ra đời nhằm giải quyết các hạn chế trong giao dịch thời xưa, đồng thời loại bỏ vấn đề chi tiêu hai lần (double spending*) và các bên trung gian thứ ba như hệ thống ngân hàng, dịch vụ thanh toán…
*Double spending là hiện tượng khi người dùng sử dụng một đơn vị tiền tệ để cùng lúc thanh toán cho hai giao dịch khác nhau. Thông thường, giải pháp cho double spending là tồn tại một bên trung gian thứ ba giúp xác thực thông tin giao dịch. Tuy nhiên, công nghệ blockchain giúp giải quyết vấn đề này mà không cần sự tham gia của một bên trung gian nào.
Hạn chế trong giao dịch thời xưa
Trước kia khi chưa có sự tồn tại của hệ thống ngân hàng, những người (gọi là A và B) tham gia giao dịch tiền tệ như trao đổi mua bán, vay tiền, trả nợ… sẽ phải thỏa thuận trước với nhau, và ghi thông tin giao dịch đó vào 1 cuốn sổ để lưu trữ – gọi là sổ cái.
Sau đó, sổ này được đưa cho 1 người trung gian (gọi là C) uy tín nắm giữ để đảm bảo hai người còn lại sẽ không thể can thiệp vào việc sửa đổi thông tin giao dịch. Với điều kiện là C phải được cả A và B tin tưởng.
Các thành phần tham gia giao dịch bao gồm:
- A & B là 2 người tham gia giao dịch.
- C là người uy tín đứng ra làm trung gian (có thể nhận một phần phí hoa hồng từ A và B).
- Sổ cái để lưu trữ thông tin (bằng giấy).
Tuy nhiên, người giao dịch sẽ đối mặt với một số hạn chế:
- Cuốn số giấy dễ bị mục nát theo thời gian (phụ thuộc vào chất liệu giấy), dẫn đến rủi ro thông tin lưu trữ trên sổ bị mất.
- Thông tin trên sổ có thể dễ dàng bị sửa đổi.
- Tồn tại trung gian thứ 3.
Hạn chế trong giao dịch qua hệ thống ngân hàng
Khi xã hội phát triển, lúc này hệ thống giao dịch xuất hiện bên trung gian mới là ngân hàng, thay thế cho người C trong trường hợp trên. Cuốn sổ cái bằng giấy cũng được thay thế bằng hệ thống máy tính của ngân hàng.
Ưu điểm của việc giao dịch qua ngân hàng:
- Ngân hàng có hệ thống pháp luật nghiêm ngặt, thường được chính phủ và nhà nước đứng ra đảm bảo quyền lợi cho người giao dịch.
- Thông tin lưu trữ trong hệ thống máy tính bền vững theo thời gian, không sợ rủi ro bị mục nát như trên giấy.
Tuy nhiên, chúng vẫn có một số hạn chế như:
- Nguy cơ tài sản bị đe dọa: Máy chủ ngân hàng luôn là mục tiêu tấn công của nhiều kẻ xấu. Chỉ cần xâm nhập vào máy chủ, chúng sẽ có quyền kiểm soát toàn bộ mạng lưới máy tính của ngân hàng và đánh cắp tài sản.
Điển hình là vụ hack một ngân hàng lớn (MB Bank) tại TP Hồ Chí Minh, Việt Nam vào tháng 5/2023, hacker đã xâm nhập vào hệ thống tài chính của ngân hàng và đánh cắp hơn 10 tỷ đồng (chi tiết tại đây). - Phí giao dịch cao.
- Tồn tại bên thứ 3 trung gian để lưu trữ, quản lý thông tin giao dịch.
- Rủi ro về việc rò rỉ thông tin người dùng: Ngân hàng yêu cầu người dùng cung cấp thông tin cá nhân và nắm giữ dữ liệu giao dịch của họ. Điều này có thể gây ra việc rò rỉ dữ liệu người dùng cho các bên thứ ba khác.
6 tính chất, đặc điểm của blockchain
Vì blockchain ra đời để giải quyết các hạn chế trong hệ thống giao dịch thông thường, do đó nó sẽ có các tính chất sau:
- Tính phi tập trung: Blockchain hoàn toàn không bị cơ quan hay tổ chức nào nắm quyền kiểm soát mạng lưới, mà nó hoạt động độc lập dựa trên các thuật toán và node xác thực để đảm bảo tính phi tập trung. Sự phân quyền này giúp cho blockchain trở nên minh bạch và có khả năng chống gian lận cao.
- Tính phân tán: Mạng lưới blockchain được duy trì bởi các node trong hệ thống trên toàn cầu. Điều này giúp phân tán sức mạnh tính toán trên nhiều máy tính khác nhau để đảm bảo kết quả tốt hơn.
- Tính bất biến: Một khi dữ liệu đã được ghi vào trong khối của blockchain, nó sẽ không thể bị thay đổi hoặc sửa chữa bởi đặc tính của thuật toán đồng thuận và mã hash (trình bày chi tiết ở phần dưới).
- Tính bảo mật: Blockchain bảo mật thông tin thông qua công nghệ mật mã học, để mã hoá dữ liệu lưu trữ thành các hàm băm (hash). Tất cả các khối trong blockchain đều có một hash của riêng chúng và hash của khối trước nó. Vì vậy, việc thay đổi hoặc cố gắng giả mạo dữ liệu sẽ đồng nghĩa với việc thay đổi tất cả các hash ID. Và điều đó là không thể.
- Tính minh bạch: Các thông tin giao dịch trên blockchain đều được công khai, cho phép bất kỳ ai cũng có thể kiểm tra, truy xuất lịch sử giao dịch nhanh chóng.
- Tính không cần tin cậy: Mạng lưới blockchain hoạt động nhờ node xác thực giao dịch tự động, dựa trên các thuật toán bao gồm quy tắc và mật mã phức tạp. Các node không cần tin tưởng lần nhau, mà chỉ cần tuân theo thuật toán của blockchain để vận hành và duy trì mạng lưới.
Cấu trúc và cơ chế hoạt động của blockchain
Cấu trúc của blockchain
Blockchain bao gồm các “block” để tạo thành một “chain”. Cụ thể:
- Khối (block) chứa các dữ liệu giao dịch trên blockchain.
- Các khối này mở rộng theo thời gian về mặt số lượng và liên kết với nhau tạo thành một chuỗi (chain).
Mỗi block sẽ chứa các thành phần bao gồm:
- Block Header (Tiêu đề khối): Là một mã hàm băm (hash*) chứa các thông tin để xác định khối cụ thể trong blockchain, bao gồm hash của khối trước đó, thời gian khởi tạo khối (timestamp), nonce và merkle root.
- Previous Hash: Mã hàm băm (hay block header) của khối trước đó.
- Timestamp: Thời gian khởi tạo khối.
- Nonce: Mỗi khối (block) trong một blockchain sẽ có một số nonce riêng biệt. Số nonce này được tính toán trong quá trình khai thác (đào) khối và giúp tạo ra giá trị hash duy nhất cho khối.
- Merkle Root: Giá trị hash cuối cùng của quá trình ghép cặp và hashing các giao dịch trong Merkle Tree.
Để hiểu về quy trình tạo ra Merkle Root từ Merkle Tree, tìm hiểu thêm qua bài viết: Merkle Tree là gì?
*Hash (hàm băm) là một chuỗi ký tự được mã hoá bằng công nghệ hàm băm mật mã học (cryptographic hash function) từ các thông tin đầu vào đã được xác định sẵn.
Công nghệ Blockchain hoạt động như thế nào?
Quy trình hoạt động khi xử lý giao dịch trên blockchain sẽ diễn ra như sau:
Bước 1: Người dùng yêu cầu thực hiện giao dịch. Lúc này, thông tin giao dịch sẽ được ghi lại trên hệ thống, tạo thành bản ghi và gửi đến cho các node để chờ xác thực.
Bước 2: Các máy tính trong hệ thống (được gọi là node) sẽ xác thực các bản ghi chứa thông tin giao dịch theo thuật toán đồng thuận trên blockchain.
Ví dụ: Giả sử người dùng cần thực hiện giao dịch 3 bitcoin:
- Các node sẽ xác thực xem có 3 Bitcoin trong ví của người đó hay không, nếu có thì giao dịch sẽ được thực hiện.
- Nếu trong ví của người đó chỉ có 1 Bitcoin, node xác định rằng ví người dùng không đủ bitcoin để thực hiện giao dịch, giao dịch sẽ không được thực hiện.
Bước 3: Các bản ghi đã được xác thực của người dùng sẽ được lưu trữ trên một khối (block).
Bước 4: Khối (block) vừa mới được tạo sẽ được thêm vào chuỗi (chain) bằng cách kết nối Previous Hash của khối cần thêm vào với mã hash của khối trước đó và tạo thành một chuỗi khối (blockchain).
Khối đầu tiên không có khối nào trước đó nên sẽ có mã Hash là chuỗi số 0, được gọi là khối nguyên thuỷ hay Genesis Block.
Thuật toán đồng thuận của blockchain
Thuật toán đồng thuận của blockchain là một quy tắc hoặc cơ chế để các node tuân theo, nhằm đảm bảo các giao dịch được thực hiện trên blockchain là chính xác và giống nhau trên tất cả các node của mạng.
Nếu trong mạng lưới có một block bị thay đổi dữ liệu, chúng sẽ được so sánh với dữ liệu của khối khác để đảm bảo tính đúng đắn và phù hợp với khối trước đó. Nếu có sự khác biệt thì nó sẽ không cho phép dữ liệu ấy được ghi vào bên trong blockchain. Đó là cách blockchain được thiết kế để chống lại sự thay đổi dữ liệu.
Ví dụ: Giả sử có hacker tấn công và thay đổi thông tin trên khối n. Tại thời điểm đó:
- Hash của khối n bị thay đổi.
- Hệ thống sẽ so sánh hash khối n với mã hash của khối trước đó để phát hiện sai lệch.
- Hacker phải thay đổi hash của khối trước n. Hệ thống lại phát hiện ra sai lệch ở khối n-1. Hacker phải tiếp tục thay đổi hash của khối n-2.
Như vậy, để thay đổi được giao dịch thì hacker phải thay đổi tất cả các khối để đảm bảo theo cơ chế đồng thuận của blockchain.
Thuật toán đồng thuận là một phần không thể thiếu của một blockchain, đóng vai trò cốt lõi giữ các blockchain hoạt động một cách phi tập trung và bảo mật. Một số thuật toán đồng thuận phổ biến bao gồm:
- Proof of Work (PoW): Các thợ đào (miner) sẽ dùng sức mạnh máy tính để giải các bài toán tạo ra mã hash. Sau khi giải xong, họ sẽ giành được quyền xác thực giao dịch và tạo khối mới trong blockchain. Ví dụ: Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Monero…
- Proof of Stake (PoS): Người dùng phải đặt cược (stake) lượng coin/token lớn để giành quyền trở thành node xác thực giao dịch và tạo khối. Ví dụ: Ethereum 2.0, Polkadot, Algorand…
- Delegated Proof of Stake (DPoS): Người sở hữu token có thể bỏ phiếu chọn và uỷ quyền cho node để thực hiện việc xác minh giao dịch. Ví dụ: EOS, Tron, BitShares…
- Proof of Authority (PoA): Thuật toán đề cao giá trị của danh tính & danh tiếng của những người tham gia chứ không dựa trên giá trị token mà họ nắm giữ. Ví dụ: MakerDAO, VeChain…
Quá trình phát triển của công nghệ blockchain
Cho đến nay, công nghệ blockchain đã phát triển qua các giai đoạn với sự ra đời của nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm: Tiền tệ, Hợp đồng thông minh, Ứng dụng phi tập trung và Công nghiệp.
Công nghệ Blockchain 1.0 – Tiền tệ
Đây là phiên bản đầu tiên của công nghệ blockchain. Nhờ áp dụng công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, các giao dịch được diễn ra trên blockchain được xử lí nhanh chóng và minh bạch.
Ví dụ tiêu biểu cho phiên bản Blockchain 1.0 là Bitcoin, đồng tiền điện tử đầu tiên trên thế giới và đặt nền móng cho sự phát triển của thị trường crypto.
Công nghệ Blockchain 2.0 – Hợp đồng thông minh
Đây là phiên bản thứ 2 của công nghệ blockchain. Với hợp đồng thông minh (smart contract), giao dịch trên Blockchain sẽ được giảm mạnh các chi phí xác thực, chống gian lận, vận hành, đồng thời tăng tính minh bạch.
Phiên bản này loại bỏ hoàn toàn các yếu tố cảm tính hay đạo đức thường gặp khi làm việc với con người, ví dụ điển hình là Ethereum.
Công nghệ Blockchain 3.0 – Ứng dụng phi tập trung
Ứng dụng phi tập trung (dApp – Decentralized Application) là các phần mềm được triển khai độc lập, không nằm trên một máy chủ duy nhất mà lưu trữ một cách phân tán trên các kho lưu trữ phi tập trung và có thể được viết bằng bất kỳ ngôn ngữ nào.
Hầu hết mã nguồn của dApp đều chạy trên các mạng lưới ngang hàng, điều này ngược lại so với các ứng dụng truyền thống và chỉ chạy trên một hệ thống tập trung duy nhất.
Công nghệ Blockchain 4.0 – Công nghiệp
Công nghệ Blockchain 4.0 là phiên bản Blockchain mới nhất hiện nay. Phiên bản này sẽ áp dụng tất cả những ứng dụng từ phiên 1 đến 3 vào quá trình kinh doanh sản xuất trong thực tiễn.
Ứng dụng của công nghệ blockchain
Một số ứng dụng tiêu biểu của công nghệ blockchain như:
- Tiền điện tử (cryptocurrency): Là ứng dụng đầu tiên và phổ biến nhất của công nghệ blockchain. Các giao dịch tiền điện tử được thực hiện trên blockchain để đảm bảo tính minh bạch, bảo mật và nhanh chóng.
- Hợp đồng thông minh: Được tạo ra dựa trên công nghệ blockchain để đảm bảo tự động thực thi các điều khoản, quy tắc đã ghi trong hợp đồng thông minh khi các điều kiện trước đó được thỏa mãn. Không ai có thể ngăn cản hoặc hủy bỏ các hợp đồng thông minh.
- Hệ thống quản lý chuỗi cung ứng: Blockchain giúp tăng cường tính minh bạch và dễ dàng truy xuất nguồn gốc sản phẩm.
- Danh tính kỹ thuật số (Digital Identity): Công nghệ blockchain giúp tạo ra hệ thống chứng thực an toàn và không thể bị giả mạo, đồng thời đảm bảo bảo mật thông tin cá nhân của người dùng.
- Bất động sản: Blockchain giúp đơn giản hóa quy trình mua bán bất động sản, giảm phí giao dịch và thời gian.
- Quyền tác giả: Sử dụng blockchain để bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ, đảm bảo các thông tin được ghi trên blockchain không thể bị thay đổi.
- Giao dịch ngân hàng và tài chính: Blockchain giúp giảm phí, thời gian và tăng tính hiệu quả trong giao dịch tài chính.
