Skip to main content

6 loại cơ chế đồng thuận của blockchain

Ngày 26 tháng 09 năm 2022

Trong lĩnh vực Blockchain, cơ chế đồng thuận (consensus) đóng vai trong rất quan trọng. Cơ chế đồng thuận là nền tảng quyết định đến các đặc tính căn bản của một mạng blockchain. Có rất nhiều loại cơ chế đồng thuận khác nhau.

Blockchains là hệ thống phân tán trong đó bản ghi của các giao dịch kỹ thuật số đều có thể dễ dàng được xác minh công khai và có thuộc tính bất biến (không thay đổi được). Mỗi giao dịch mới đơn lẻ được ghi gộp chung vào trong một khối (block) cùng với các giao dịch khác. Khối mới này sau đó được thêm vào một chuỗi (chain) gồm các khối khác đã có trước đó. Đó cũng là lý do tại sao chúng ta có thuật ngữ 'blockchain' (chuỗi khối).

Để một blockchain hoạt động thành công, những người tham gia - còn được gọi là các node - cần phải đồng thuận về tính hợp lệ của mỗi khối mới. Các blockchain có thể sử dụng các biến thể khác nhau của các giao thức đồng thuận khác nhau để xác định tính đủ điều kiện và hợp lệ của các node tạo khối.

Để đảm bảo tính liên tục, các nhà sản xuất khối phải đạt được sự đồng thuận về lịch sử giao dịch cụ thể. Điều này đạt được nhờ một cơ chế đồng thuận cụ thể đảm bảo rằng quan điểm của người tham gia hội tụ về cùng một lịch sử của các sự kiện. Điều này đảm bảo sự tin tưởng vào toàn bộ chuỗi khối mà không cần phải tin tưởng vào từng người tham gia cụ thể. Các thực thể không tin tưởng lẫn nhau vẫn có thể tham gia vào blockchain. Họ hoàn toàn thoải mái khi biết rằng bản thân blockchain có thể phân xử và xác minh hành động của họ.

Các giao thức đồng thuận khác nhau cung cấp các mức độ bảo mật, khả năng mở rộng và phân quyền khác nhau. Vì vậy, mỗi cơ chế đồng thuận cũng có thể tuyên bố đó là giải pháp 'tốt nhất' ở một khía cạnh nào đó.

Chúng ta hãy xem xét sáu giao thức blockchain.

Các cơ chế đồng thuận phổ biến nhất hiện nay là gì?​

Picture

Hai trong số các giao thức đồng thuận nổi tiếng nhất là Bằng chứng công việc (PoW) và Bằng chứng cổ phần (PoS), nhưng các giao thức khác (và nhiều biến thể ở trên) cũng tồn tại. Hãy cùng tìm hiểu cách thức hoạt động của một số cơ chế này và điều gì khiến chúng trở nên khác biệt.

Bằng chứng công việc (PoW)

PoW là cơ chế đồng thuận blockchain đầu tiên được tạo ra bởi Satoshi Nakamoto. POW được áp dụng đầu tiên vào chuỗi Bitcoin vào năm 2009.

PoW dựa vào sự cạnh tranh giữa các máy tính (thợ đào) để giải các câu đố có độ khó vừa đủ. Người khai thác kế tiếp là người tìm ra kết quả cho bài toán đố sẽ giành quyền khai thác một khối mới trên blockchain.

Ergo và Ethereum Classic cũng là hai blockchain có sử dụng PoW.

Dưới đây là một số Ưu điểm và Nhược điểm đáng lưu ý của PoW:

Ưu điểm

  • Để tấn công một chuỗi PoW cần phải kiểm soát 51% sức mạnh tính toán của toàn bộ mạng lưới. Đây là một quá trình rất tốn kém đối với tin tặc. Việc làm nản lòng những kẻ có ý định tấn công mạng lưới ngay từ khi chúng định bắt đầu là một trong những ưu điểm giúp mạng lưới an toàn hơn.

Nhược điểm

  • Mức tiêu thụ năng lượng rất cao được sử dụng để giải quyết các câu đố (vì các thợ đào đều luôn phải tích cực cạnh tranh để khai thác một khối) là một nhược điểm lớn của chuỗi PoW.
  • Cần phải có phần cứng đắt tiền và chuyên dụng để trở thành một thợ đào, do đó cản trở việc phân quyền và làm giảm tính Phi tập trung của mạng.
  • PoW có những hạn chế về khả năng mở rộng do thiết kế của mạng, giới hạn kích thước khối và thời gian tạo khối.
Bằng chứng cổ phần (PoS)

PoS là một cơ chế đồng thuận mới hơn, ít tiêu tốn năng lượng hơn và do đó bền vững hơn PoW. Thông qua sự đồng thuận PoS, chủ sở hữu tài sản blockchain có thể tham gia vào việc bảo mật và xác thực các giao dịch trên chuỗi bằng cách ủy quyền cổ phần của họ cho người xác thực.

Ra mắt vào năm 2012, Peercoin là dự án sử dụng PoS đầu tiên. Cardano, Polygon  và Tezos là ba blockchain PoS phổ biến. Ethereum gần đây đã chuyển từ PoW sang PoS sau khi tiến trình The Merge (Hợp nhất) thành công.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng, Cardano sử dụng cơ chế đồng thuận Ouroboros (một biến thể nâng cao của POS) hoàn toàn khác với Ethereum. Đặc tính khác biệt này là:

  • POS của Cardano cho phép stake với tính thanh khoản cao (tức là không khóa token), qua đó người sở hữu token gốc Cardano có thể rút tiền đặt cọc của họ hoặc ủy quyền cho người xác nhận khác (nhóm cổ phần) bất kỳ lúc nào.
  • POS của Cardano yêu cầu một số tiền Stake tối thiểu ban đầu nhỏ là 2,17 ada để bắt đầu stake. Trong khi mạng Ethereum quy định tối thiểu là 32 ETH để có thể trở thành một Validator.
  • POS của Cardano hhông có tính năng phạt (slashing). Điều này có thể dẫn đến nguy cơ trừng phạt không công bằng những người ủy quyền vì stake vào các node không hoạt động như dự định.

Xem thêm bài viết đánh giá sự khác biệt giữa mô hình POS của Ethereum và Cardano tại đây

Ouroboros là giao thức đồng thuận PoS của Cardano và là giao thức PoS bảo mật đầu tiên. Nói cách khác, Ouroboros cung cấp khả năng bảo mật có thể xác minh bằng toán học chống lại những kẻ tấn công. Giao thức được đảm bảo là an toàn, miễn là 51% cổ phần được nắm giữ bởi những người tham gia trung thực. Theo các bài viết trên Google, bài báo gốc đã được trích dẫn học thuật hơn 1400 lần và các biến thể của giao thức được sử dụng trên các chuỗi PoS khác. 

Hãy xem xét ưu và nhược điểm của PoS:

Ưu điểm

Nhược điểm

  • Người xác thực trên một số cơ chế đồng thuận PoS phải khóa một lượng nhỏ tài sản của họ (tài sản cầm cố), không thể hủy bỏ trong một khoảng thời gian nhất định.

    Lưu ý: Mạng Cardano không sử dụng việc khóa token.

  • Người xác thực có số lượng tài sản cố định lớn nhất hoặc nhiều nhóm có ảnh hưởng đáng kể trong việc xác thực các giao dịch, điều này có thể gây ra rủi ro bảo mật.
  • Với một số chuỗi, người ủy quyền và người xác thực có thể có nguy cơ mất một phần số tiền đã đặt cọc (giảm dần) nếu người xác thực xác nhận các giao dịch không chính xác, chuyển sang chế độ ngoại tuyến cùng với người xác thực khác hoặc tấn công mạng.

    Lưu ý: Trên Cardano không có cơ chế slashing như Ethereum.

  • Các hệ thống PoS với một số lượng nhỏ trình xác thực đang hoạt động quá phụ thuộc vào các dịch vụ Đám mây được lưu trữ tập trung (so với các node tự lưu trữ) làm giảm sự phân cấp, làm giảm tính Phi tập trung.
Bằng chứng cổ phần được ủy quyền (DPoS)

DPoS là một biến thể của cơ chế đồng thuận PoS đã được sửa đổi, thực hiện một hệ thống bỏ phiếu với hai tác nhân: đại biểu và cử tri. Các cử tri đóng góp tài sản của họ và bầu ra các đại biểu để xác thực các giao dịch trên mạng. Điều này có nghĩa là khả năng trở thành và vẫn là người xác nhận của đại biểu phụ thuộc vào danh tiếng của họ. Một sai lầm và chúng có thể được loại bỏ và thay thế. Do đó, duy trì danh tiếng của họ trở nên quan trọng. WAX và EOS là các blockchain DPoS.

Ưu điểm và nhược điểm của cơ chế đồng thuận DPoS bao gồm:

Ưu điểm

  • Các giao dịch diễn ra nhanh chóng trên mạng DPoS do số lượng trình xác thực có giới hạn, cho phép đồng thuận nhanh hơn. 
  • Một blockchain giao thức đồng thuận DPoS vẫn an toàn thông qua bỏ phiếu. Bất kỳ đại biểu nào có hành vi đáng ngờ đều có thể bị bỏ phiếu ngay lập tức.
  • Một blockchain DPoS rất tiết kiệm năng lượng.

Nhược điểm

  • Mạng DPoS có thể dễ bị tấn công 51% hơn do số lượng trình xác thực tương đối nhỏ. Cuộc tấn công này xảy ra khi hơn 50% cổ phần của chuỗi được kiểm soát bởi một cá nhân hoặc nhóm.
  • Các blockchains DPoS tập trung hơn các chuỗi với một số cơ chế đồng thuận khác vì có ít trình xác thực hơn trên một chuỗi DPoS.
  • Những cử tri có nhiều tài sản cố định hơn sẽ có ảnh hưởng lớn hơn. Điều này rất dễ dẫn đến việc kiểm soát mạng lưới làm giảm tính Phi tập trung.
Bằng chứng về thẩm quyền (PoA)

PoA là một mô hình đồng thuận có thể phù hợp hơn với các mạng riêng (Private Blockchain). Thay vì sử dụng các tài sản kỹ thuật số của chuỗi để cấp quyền xác thực, một Ủy ban sẽ được ủy nhiệm để thực hiện xác thực dữ liệu. Điều này hoàn toàn trái ngược với cách làm của mạng cộng đồng/công khai (Public Blockchain). Cần phải phải được phép nếu muốn tham gia đồng thuận.

Cơ chế đồng thuận PoA xác định một tập hợp các node cố định để thực hiện bảo trì chuỗi. Các node này giành được quyền độc quyền để bảo mật mạng và xác thực các giao dịch.

VeChain và các mạng riêng như Hệ thống Coin của JP Morgan sử dụng cơ chế này.

Giao thức PoA có những ưu và nhược điểm sau:

Ưu điểm

  • Như với PoS, mô hình này tiết kiệm năng lượng và không yêu cầu phần cứng đắt tiền hoặc sức mạnh tính toán cao.

Nhược điểm

  • Blockchain được duy trì bởi một số lượng nhỏ trình xác nhận được chấp thuận, có nghĩa là nó không thực sự phi tập trung.
  • Để trở thành người xác thực đòi hỏi tiềm lực tài chính để cam kết, khiến hầu hết mọi người khó tham gia vào quá trình này hơn.
Bằng chứng về năng lực (PoC)

PoC - còn được gọi là Bằng chứng về dung lượng - yêu cầu người khai thác phải có dung lượng đĩa trống để có được quyền khai thác và xác thực các giao dịch. Tương tự như PoW, trong PoC, quyền tạo ra một khối mới được chỉ định tương ứng với dung lượng ổ cứng (thay vì sức mạnh tính toán) mà một người khai thác nhất định dành cho hệ thống PoC.

Các blockchain sử dụng PoC bao gồm Chia, Signum (trước đây gọi là Burstcoin), SpaceMint và Storj .

Ưu điểm

  • Khai thác khối không yêu cầu tiêu thụ năng lượng cao vì việc bầu chọn nhà sản xuất khối phụ thuộc vào không gian có sẵn của ổ cứng.
  • Bất kỳ đĩa cứng tiêu chuẩn nào cũng tương thích với PoC.
  • Ổ cứng có thể được sử dụng cho bất kỳ mục đích lưu trữ dữ liệu nào khác sau khi dữ liệu khai thác đã bị xóa, không giống như trong cơ chế PoW nơi phần cứng chỉ được sử dụng để khai thác.
  • Các node không yêu cầu nâng cấp ổ cứng hoặc phần cứng chuyên dụng, chúng chỉ yêu cầu dung lượng ổ cứng.

Nhược điểm

  • Khi mô hình PoC trở nên phổ biến hơn, cơ chế này sẽ yêu cầu dung lượng lưu trữ cao hơn. Vì vậy, người vận hành sẽ phải đầu tư nhiều tiền hơn và ổ cứng để tăng cơ hội xác thực khối của người khai thác.
Bằng chứng về công việc hữu ích (PoUW): một cơ chế đồng thuận mới và bền vững

Ngành công nghiệp blockchain vẫn còn tương đối mới, tồn tại không lâu hơn một thập kỷ. Các tổ chức và dự án blockchain liên tục xem xét cách xây dựng và cải tiến trên các cơ chế đồng thuận.

Input Output Global là một trong những ví dụ như vậy với nghiên cứu gần đây về Ofelimos - một bằng chứng mới về cơ chế đồng thuận làm việc hữu ích (PoUW) nhằm tìm cách giảm thiểu lãng phí năng lượng trong cơ chế PoW.

Tại thời điểm viết bài, chưa có blockchain nào sử dụng PoUW và bất kỳ ưu nhược điểm nào của cơ chế đồng thuận này chỉ là lý thuyết. Dưới đây là một lợi thế có thể có và một Nhược điểm được cho là của Ofelimos:

Ưu điểm

  • PoUW đảm bảo rằng, mức tiêu thụ năng lượng sử dụng cho công việc tính toán của PoW là thấp nhất để có đáp ứng yêu cầu công việc tính toán của thế giới thực. Các ví dụ có thể bao gồm giải trình tự DNA, tính toán phân tán, mở rộng nghiên cứu sâu về protein, quy hoạch đô thị, v.v.

Nhược điểm

  • Mô hình PoUW yêu cầu một luồng liên tục các truy vấn phức tạp trong thế giới thực để giải quyết, nếu không, sẽ mất sức mạnh tính toán không cần thiết như trong các giao thức PoW.

Tìm hiểu thêm về mô hình mới này bằng cách đọc bài viết chuyên sâu này .

Nguồn bài viết tại đây.

Picture

Đọc thêm các bài viết liên quan tại thẻ Tags bên dưới