Khái niệm về tính bất biến và sự đồng thuận

Mặc dù có nhiều yếu tố liên quan đến an ninh blockchain, hai yếu tố quan trọng nhất là sự đồng thuận và tính bất biến. Sự đồng thuận đề cập đến khả năng các nút trong mạng blockchain phân tán đồng ý về trạng thái thực của mạng và tính hợp lệ của các giao dịch. Quá trình đạt được sự đồng thuận thường phụ thuộc vào thuật toán đồng thuận mà mạng sử dụng.

Mặt khác, tính bất biến có nghĩa là blockchain ngăn chặn việc thay đổi các bản ghi giao dịch đã được xác nhận. Mặc dù các giao dịch này thường liên quan đến chuyển đổi tiền kỹ thuật số, đôi khi chúng cũng đề cập đến quá trình ghi lại các dạng dữ liệu điện tử phi tiền tệ khác.

Tóm lại, sự đồng thuận và tính bất biến cung cấp khung nền tảng cho an ninh dữ liệu trong mạng blockchain. Các thuật toán đồng thuận đảm bảo rằng tất cả các nút tuân thủ quy tắc hệ thống và công nhận trạng thái hiện tại của mạng, trong khi tính bất biến đảm bảo tính toàn vẹn của từng khối dữ liệu và bản ghi giao dịch đã được xác thực.

Vai trò của mật mã trong an ninh blockchain

Blockchain chủ yếu dựa vào kỹ thuật mã hóa để bảo vệ dữ liệu. Hàm băm mật mã là yếu tố then chốt của công nghệ này. Băm là một quy trình tính toán trong đó thuật toán băm nhận đầu vào dữ liệu có kích thước bất kỳ và tạo ra đầu ra có kích thước cố định và dự đoán được (tức là giá trị băm).

Bất kể kích thước đầu vào, đầu ra luôn có cùng số byte. Tuy nhiên, nếu đầu vào thay đổi, đầu ra sẽ hoàn toàn khác. Miễn là đầu vào không đổi, giá trị băm sẽ luôn giống nhau dù hàm băm được chạy bao nhiêu lần.

Trong blockchain, các giá trị đầu ra này (băm) đóng vai trò là định danh duy nhất cho các khối dữ liệu. Mỗi khối được băm dựa trên giá trị băm của khối trước đó, đây là cách các khối được liên kết với nhau để tạo thành chuỗi khối. Ngoài ra, giá trị băm của một khối được xác định bởi dữ liệu mà nó chứa, nghĩa là bất kỳ thay đổi nào đối với dữ liệu sẽ làm thay đổi giá trị băm của khối.

Do đó, dữ liệu của khối và giá trị băm của khối trước đó cùng quyết định giá trị băm của mỗi khối. Các định danh băm này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh và tính bất biến của blockchain.

Hàm băm cũng được sử dụng trong các thuật toán đồng thuận để xác thực giao dịch. Ví dụ, blockchain Bitcoin sử dụng thuật toán Proof of Work (PoW) với hàm băm SHA-256. Như tên gọi, SHA-256 nhận đầu vào dữ liệu và tạo ra giá trị băm dài 256 bit (64 ký tự).

Ngoài việc bảo vệ bản ghi giao dịch trong sổ cái phân tán, mật mã cũng đóng vai trò quan trọng trong an ninh của ví tiền kỹ thuật số. Cặp khóa công khai và khóa riêng tư cho phép người dùng gửi và nhận tiền kỹ thuật số bằng mật mã khóa công khai (bất đối xứng). Khóa riêng tư được sử dụng để tạo chữ ký điện tử cần thiết cho giao dịch, xác minh quyền sở hữu số tiền được gửi.

Mặc dù chi tiết nằm ngoài phạm vi bài viết, đặc tính của mật mã khóa công khai ngăn chặn bất kỳ ai ngoài người giữ khóa riêng tư truy cập vào tiền trong ví, đảm bảo an toàn cho đến khi chủ sở hữu quyết định sử dụng (miễn là khóa riêng tư không bị chia sẻ hoặc rò rỉ).

Kinh tế học mật mã (Cryptoeconomics)

Ngoài mật mã, một khái niệm tương đối mới gọi là kinh tế học mật mã cũng đóng vai trò quan trọng trong duy trì an ninh mạng blockchain. Nó liên quan chặt chẽ đến lý thuyết trò chơi, mô hình hóa toán học các quyết định của các tác nhân hợp lý trong kịch bản có quy tắc và phần thưởng xác định. Trong khi lý thuyết trò chơi truyền thống áp dụng rộng rãi cho các trường hợp kinh doanh, kinh tế học mật mã tập trung mô hình hóa hành vi của các nút trong hệ thống blockchain phân tán.

Nói ngắn gọn, kinh tế học mật mã là nghiên cứu về nguyên tắc kinh tế trong giao thức blockchain, nơi thiết kế có thể dẫn đến kết quả khác nhau dựa trên hành vi người tham gia. An ninh kinh tế học mật mã dựa trên mô hình hệ thống blockchain cung cấp động lực lớn hơn để các nút hành động trung thực thay vì độc hại hoặc thiếu trách nhiệm. Thuật toán đồng thuận Proof of Work (PoW) trong khai thác Bitcoin là ví dụ điển hình cho cơ chế khuyến khích này.

Khi Satoshi Nakamoto thiết kế khai thác Bitcoin, nó được cố ý làm cho đắt đỏ và tiêu tốn tài nguyên. Do độ phức tạp và yêu cầu tính toán, PoW đòi hỏi đầu tư lớn về thời gian và tiền bạc—bất kể vị trí hay danh tính của thợ đào. Cấu trúc này ngăn chặn mạnh mẽ hành vi độc hại và khuyến khích đào trung thực. Các nút độc hại hoặc kém hiệu quả nhanh chóng bị loại khỏi mạng, trong khi thợ đào trung thực và hiệu quả có cơ hội nhận phần thưởng khối lớn.

Tương tự, sự cân bằng giữa rủi ro và phần thưởng giúp ngăn chặn các cuộc tấn công tiềm ẩn phá vỡ sự đồng thuận, như tấn công 51%—khi một tổ chức kiểm soát phần lớn sức mạnh băm của mạng. Với tính cạnh tranh của PoW và quy mô mạng Bitcoin, khả năng kẻ xấu chiếm đa số là cực kỳ thấp.

Hơn nữa, thực hiện tấn công 51% trên mạng blockchain lớn đòi hỏi sức mạnh tính toán khổng lồ, khiến chi phí vượt xa lợi ích tiềm năng. Điều này góp phần tạo ra khả năng chịu lỗi Byzantine (BFT), cho phép hệ thống phân tán tiếp tục hoạt động ngay cả khi một số nút bị xâm phạm.

Miễn là chi phí tạo nút độc hại quá cao và đào trung thực được khuyến khích, hệ thống có thể phát triển mà không gặp trở ngại. Tuy nhiên, các mạng blockchain nhỏ dễ bị tấn công hơn do tổng sức mạnh băm thấp hơn nhiều so với mạng Bitcoin.

Kết luận

Nhờ kết hợp lý thuyết trò chơi và mật mã, blockchain đạt được mức độ an ninh cao với tư cách hệ thống phân tán. Tuy nhiên, như mọi hệ thống, việc áp dụng đúng các khái niệm này là rất quan trọng. Sự cân bằng giữa phi tập trung và an ninh là yếu tố then chốt để xây dựng mạng tiền kỹ thuật số hiệu quả và đáng tin cậy.

Khi công nghệ blockchain phát triển, hệ thống an ninh sẽ thích ứng để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, blockchain riêng tư cho doanh nghiệp thường dựa nhiều hơn vào kiểm soát truy cập để bảo mật, khác biệt đáng kể so với cơ chế lý thuyết trò chơi (hoặc kinh tế học mật mã) trong hầu hết blockchain công khai.