Vấn Đề Double-Spending Là Gì?

Vấn đề double-spending là một rủi ro tiềm ẩn trong hệ thống tiền điện tử, xảy ra khi cùng một khoản tiền được chi tiêu đồng thời cho hai người nhận. Nếu không có biện pháp phòng ngừa thích hợp, giao thức đơn thuần không thể giải quyết triệt để vấn đề này, vì người dùng không thể xác minh liệu số tiền họ nhận được đã từng được chi tiêu cho người khác hay chưa.

Trong lĩnh vực tiền điện tử, phải đảm bảo rằng các đơn vị tiền tệ cụ thể không thể bị sao chép. Nếu Alice có thể nhận 10 đơn vị tiền tệ, sao chép và dán 10 lần, rồi sở hữu 100 đơn vị tiền tệ, toàn bộ hệ thống sẽ sụp đổ. Tương tự, nếu cô ấy có thể gửi cùng 10 đơn vị tiền tệ cho cả Bob và Carol cùng lúc, hệ thống cũng không thể hoạt động. Do đó, cần có cơ chế phù hợp để ngăn chặn tình trạng này, đảm bảo tiền kỹ thuật số hoạt động bình thường.

Làm Thế Nào Để Ngăn Chặn Vấn Đề Double-Spending?

Phương Pháp Tập Trung

Phương pháp tập trung dễ triển khai hơn giải pháp phi tập trung, thường yêu cầu một bên giám sát quản lý hệ thống và kiểm soát việc phát hành, phân phối đơn vị tiền tệ. eCash của David Chaum là một ví dụ về giải pháp tập trung cho vấn đề double-spending.

Ngân hàng có thể sử dụng chữ ký mù (blind signature) để phát hành tài sản kỹ thuật số giống tiền mặt (cho phép giao dịch ngang hàng ẩn danh). Nhà mật mã học David Chaum đã trình bày chi tiết trong bài báo năm 1982: "Blind Signatures for Untraceable Payments."

Trong trường hợp này, nếu người dùng Dan muốn nhận 100 USD tiền điện tử, anh ta phải thông báo trước cho ngân hàng. Nếu tài khoản có đủ số dư, ngân hàng sẽ tạo ra các số ngẫu nhiên (nếu mệnh giá nhỏ thì tạo nhiều số). Giả sử tạo ra năm số ngẫu nhiên, mỗi số trị giá 20 USD. Để ngăn ngân hàng theo dõi đơn vị tiền tệ cụ thể, Dan làm mờ dữ liệu bằng cách thêm yếu tố mù (blind factor) vào mỗi số ngẫu nhiên.

Sau đó, anh ta gửi dữ liệu này cho ngân hàng, ngân hàng trừ 100 USD từ tài khoản của anh ta và ký xác nhận, chứng minh năm thông điệp này có thể đổi lấy 20 USD mỗi cái. Lúc này, Dan có thể sử dụng tiền điện tử do ngân hàng phát hành. Anh đến nhà hàng của Erin và tiêu 40 USD.

Dan có thể loại bỏ yếu tố mù, công khai số ngẫu nhiên liên quan đến mỗi "tờ tiền" điện tử, số này đóng vai trò là định danh duy nhất (tương tự số seri). Anh tiết lộ hai số này cho Erin, Erin phải ngay lập tức đổi tiền với ngân hàng để ngăn Dan chi tiêu cho người khác. Ngân hàng kiểm tra tính hợp lệ của chữ ký, nếu đúng, sẽ gửi 40 USD vào tài khoản của Erin.

Các "tờ tiền" đã sử dụng sẽ bị hủy. Nếu Erin muốn sử dụng số dư tương tự, cô phải phát hành thêm tiền mới.

Cơ chế eCash của Chaum rất hữu ích cho giao dịch riêng tư. Tuy nhiên, bản thân eCash không có khả năng tự bảo vệ. Vì ngân hàng là nút tập trung, nếu hệ thống gặp sự cố, mọi thứ sẽ sụp đổ. Tiền do ngân hàng phát hành không có giá trị nội tại, giá trị hoàn toàn phụ thuộc vào việc ngân hàng sẵn sàng đổi chúng thành USD. Khách hàng phụ thuộc vào ngân hàng, phải dựa vào uy tín của ngân hàng để quản lý tiền. Đây chính là vấn đề mà tiền mã hóa hướng tới giải quyết.

Phương Pháp Phi Tập Trung

Ngăn chặn double-spending trong hệ sinh thái không có cơ chế giám sát khó khăn hơn nhiều. Các bên tham gia có quyền lực ngang nhau phải phối hợp theo cùng một bộ quy tắc để ngăn gian lận và khuyến khích hành vi trung thực.

Đổi mới lớn nhất trong sách trắng Bitcoin chính là giải pháp cho vấn đề double-spending. Satoshi Nakamoto đã đề xuất một cấu trúc dữ liệu chưa từng có, nay được gọi là blockchain.

Blockchain thực chất chỉ là một cơ sở dữ liệu với các thuộc tính độc đáo. Người tham gia mạng (gọi là node) chạy phần mềm chuyên dụng để đồng bộ hóa bản sao cơ sở dữ liệu của họ. Nhờ đó, toàn mạng có thể kiểm tra lịch sử giao dịch từ khối genesis. Vì blockchain công khai, việc phát hiện và ngăn chặn hành vi gian lận (như giao dịch double-spending) trở nên dễ dàng hơn.

Khi người dùng phát giao dịch, nó không được thêm ngay vào blockchain mà phải được đào vào một khối trước. Do đó, chỉ khi khối được thêm vào chuỗi, người nhận mới xác nhận giao dịch hợp lệ. Nếu không, nếu người gửi chi tiêu cùng số token ở nơi khác, người nhận có nguy cơ mất tiền.

Khi giao dịch được xác nhận, quyền sở hữu token được chuyển cho người dùng mới và được toàn mạng xác minh, do đó token không thể bị double-spend. Vì lý do này, nhiều người khuyên nên đợi nhiều lần xác nhận trước khi chấp nhận thanh toán. Mỗi khối tiếp theo làm tăng đáng kể công sức cần thiết để sửa đổi hoặc viết lại chuỗi (ví dụ: trong trường hợp tấn công 51%).

Quay lại tình huống nhà hàng. Dan quay lại và thấy sticker "Chúng tôi chấp nhận Bitcoin". Anh gọi lại món cũ và trả 0.005 BTC.

Erin cung cấp cho Dan địa chỉ công khai để chuyển tiền. Dan phát giao dịch—về cơ bản là một tin nhắn được ký, tuyên bố rằng 0.005 BTC của anh giờ thuộc về Erin. Không cần đi sâu chi tiết, bất kỳ ai cũng có thể xác minh giao dịch được ký của Dan để khẳng định quyền sở hữu và quyền gửi token.

Tuy nhiên, như đã nói, giao dịch chỉ hợp lệ khi được xác nhận trong khối. Nhận giao dịch chưa xác nhận giống như nhận 40 USD eCash mà không đổi ngay—người gửi có thể chi tiêu số tiền đó ở nơi khác. Vì vậy, Erin nên đợi ít nhất sáu lần xác nhận khối (khoảng một giờ) trước khi chấp nhận thanh toán.

Vấn Đề Double-Spending Trong Bitcoin

Bitcoin được thiết kế cẩn thận để ngăn chặn tấn công double-spending, ít nhất khi giao thức được sử dụng đúng cách. Nghĩa là, nếu ai đó đợi xác nhận khối cho giao dịch, người gửi không thể dễ dàng hủy nó. Chỉ có thể đảo ngược giao dịch bằng cách "đảo ngược" blockchain, đòi hỏi sức mạnh băm khổng lồ.

Tuy nhiên, một số cuộc tấn công double-spending nhắm vào người dùng chấp nhận giao dịch chưa xác nhận. Với giao dịch nhỏ, thương gia có thể không muốn đợi giao dịch được đào. Nhà hàng bận rộn khó lòng chờ đợi thời gian xử lý. Do đó, nếu cửa hàng cho phép thanh toán "tức thì", họ có nguy cơ gặp double-spending. Ai đó có thể trả tiền mua burger rồi ngay lập tức gửi cùng số tiền về địa chỉ của mình. Nếu giao dịch sau có phí cao hơn, nó có thể được xác nhận trước, khiến giao dịch trước đó vô hiệu.

Hiện có ba kiểu tấn công double-spending phổ biến:

1. Tấn công 51%: Một cá nhân hoặc tổ chức giành quyền kiểm soát hơn 50% hash rate, cho phép xóa hoặc thay đổi thứ tự giao dịch. Tấn công này rất khó xảy ra trên mạng Bitcoin nhưng đã từng xảy ra ở mạng khác.

2. Tấn công Race: Kẻ tấn công phát hai giao dịch mâu thuẫn cùng sử dụng một số tiền, nhưng chỉ một được xác nhận. Mục tiêu là vô hiệu hóa thanh toán bằng cách xác thực giao dịch có lợi cho họ (ví dụ: gửi tiền đến địa chỉ của họ). Tấn công race thường khiến người nhận chấp nhận giao dịch chưa xác nhận.

3. Tấn công Finney: Kẻ tấn công đào trước một giao dịch vào khối nhưng không phát ngay. Thay vào đó, họ chi tiêu cùng số token trong giao dịch khác rồi mới phát khối đã đào, làm giao dịch ban đầu vô hiệu. Tấn công Finney đòi hỏi trình tự sự kiện cụ thể và phụ thuộc vào việc người nhận có chấp nhận giao dịch chưa xác nhận hay không.

Như vậy, thương gia có thể giảm rủi ro bằng cách kiên nhẫn đợi xác nhận khối, tránh trở thành nạn nhân của double-spending.

Kết Luận

Người dùng có thể lợi dụng tấn công double-spending để thao túng hệ thống tiền điện tử ngang hàng, chi tiêu cùng một khoản tiền nhiều lần để trục lợi. Trước đây, do vấn đề này chưa được giải quyết tốt, lĩnh vực này phát triển chậm chạp.

May mắn thay, chữ ký mù đã trở thành giải pháp nổi bật trong tài chính tập trung. Sau đó, cơ chế proof-of-work và công nghệ blockchain đã tạo ra Bitcoin—một loại tiền phi tập trung mạnh mẽ, truyền cảm hứng cho hàng ngàn dự án tiền mã hóa.