Blockchain là gì? Nguyên lý hoạt động & Ứng dụng thực tế

Thuật ngữ blockchain không còn quá xa lạ, đặc biệt khi tiền mã hóa như Bitcoin hay Ethereum đang bùng nổ. Tuy nhiên, blockchain không chỉ là nền tảng cho tiền điện tử mà còn là một công nghệ tiềm năng định hình lại cách thế giới lưu trữ và chia sẻ dữ liệu. Vậy blockchain là gì, hoạt động ra sao và ứng dụng như thế nào trong đời sống và doanh nghiệp? Hãy cùng Tiền Điện Tử khám phá chi tiết trong bài viết sau đây.

Blockchain là gì?

Blockchain, hay còn gọi là công nghệ chuỗi khối, là một loại sổ cái phân tán cho phép lưu trữ dữ liệu minh bạch, bảo mật và không thể thay đổi. Mỗi khối (block) chứa một tập hợp dữ liệu giao dịch và được liên kết với khối trước đó thông qua hàm băm mật mã học (cryptographic hash), tạo thành một chuỗi liên tục gọi là blockchain.

Lịch sử của Blockchain

Công nghệ blockchain được ý tưởng vào đầu những năm 1990 bởi hai nhà nghiên cứu khoa học Stuart Haber và W. Scott Stornetta. Tuy nhiên, vào cuối năm 2008, sau khi Satoshi Nakamoto công bố một tài liệu white paper giới thiệu về Bitcoin, mô hình hoạt động của công nghệ blockchain lúc này mới cơ bản được xác định và mô tả rõ ràng hơn.

Blockchain Bitcoin ra đời vào ngày 03/01/2009 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, một nhà phát triển phần mềm tại Hoa Kỳ.

Công nghệ blockchain ra đời với mục tiêu giải quyết các hạn chế trong giao dịch truyền thống, đồng thời loại bỏ vấn đề chi tiêu hai lần và các bên trung gian như hệ thống ngân hàng, dịch vụ thanh toán.

Chi tiêu hai lần hay Double spending ám chỉ vấn đề khi người dùng sử dụng một đơn vị tiền tệ để thanh toán cho hai giao dịch khác nhau cùng một lúc. Thông thường, giải pháp cho double spending là có một bên trung gian thứ ba để xác thực thông tin giao dịch. Tuy nhiên, công nghệ blockchain giúp giải quyết vấn đề này mà không cần sự tham gia của bất kỳ bên trung gian nào.

>> Xem thêm: NFT là gì? Có nên đầu tư vào NFT ở thời điểm hiện tại không?

Đặc điểm của công nghệ blockchain

Công nghệ blockchain được xem là một trong những phát minh đột phá nhất của thời đại số. Sở dĩ nó được ứng dụng rộng rãi và ngày càng phát triển là nhờ vào những đặc tính đặc biệt mà không một hệ thống truyền thống nào có thể sở hữu đồng thời. Dưới đây là 6 đặc điểm nổi bật làm nên sức mạnh và sự khác biệt của blockchain:

Tính phi tập trung

Một trong những đặc điểm cốt lõi của blockchain chính là tính phi tập trung. Điều này có nghĩa là hệ thống blockchain không bị kiểm soát bởi bất kỳ tổ chức hay cá nhân nào. Thay vào đó, toàn bộ mạng lưới được duy trì bởi hàng ngàn node (nút mạng) độc lập trên khắp thế giới.

Mỗi node tham gia đều có quyền ngang nhau trong việc xác thực và lưu trữ dữ liệu. Chính nhờ cơ chế này, blockchain không chỉ giảm thiểu rủi ro bị thao túng mà còn đảm bảo sự minh bạch và tin cậy mà không cần đến một “trung gian” đáng tin cậy.

Tính phân tán

Tính phân tán của blockchain thể hiện ở cách thức lưu trữ dữ liệu. Thay vì tập trung vào một máy chủ trung tâm, blockchain phân tán toàn bộ dữ liệu đến các node khác nhau trong mạng. Mỗi node sẽ giữ một bản sao hoàn chỉnh của toàn bộ chuỗi khối.

Cơ chế này giúp hệ thống trở nên bền vững và chống chịu tốt hơn trước các cuộc tấn công mạng. Ngay cả khi một hoặc vài node gặp sự cố, mạng lưới vẫn tiếp tục hoạt động ổn định nhờ các node còn lại.

Tính bất biến

Một khi thông tin đã được ghi vào blockchain, gần như không thể thay đổi hoặc xóa bỏ. Đây chính là tính bất biến – đặc tính khiến blockchain trở thành một công cụ lý tưởng cho việc lưu trữ dữ liệu quan trọng như giao dịch tài chính, hồ sơ y tế, hợp đồng điện tử…

Nhờ sử dụng thuật toán đồng thuận và mã hash (hàm băm), mọi dữ liệu đều được “niêm phong” và liên kết chặt chẽ với khối trước đó. Nếu ai đó cố gắng sửa đổi một giao dịch đã ghi, toàn bộ chuỗi khối sau đó sẽ bị ảnh hưởng và ngay lập tức bị phát hiện.

Tính bảo mật

Bảo mật là yếu tố then chốt làm nên sự tin tưởng vào blockchain. Công nghệ này áp dụng các kỹ thuật mã hóa hiện đại, trong đó nổi bật nhất là việc sử dụng hàm băm mật mã để bảo vệ thông tin.

Mỗi khối không chỉ chứa dữ liệu giao dịch, mà còn bao gồm mã hash của chính nó và mã hash của khối liền trước. Điều này tạo thành một chuỗi liên kết chặt chẽ, giúp ngăn chặn việc giả mạo dữ liệu. Càng nhiều node tham gia xác thực, mức độ an toàn và tin cậy của hệ thống càng cao.

Tính minh bạch

Một trong những lợi thế rõ rệt của blockchain là mọi giao dịch đều được ghi lại công khai và có thể kiểm tra bất kỳ lúc nào. Tùy vào loại blockchain (public hoặc private), người dùng có thể xem được toàn bộ lịch sử hoạt động trong chuỗi khối.

Tính minh bạch này đặc biệt hữu ích trong các lĩnh vực đòi hỏi sự tin cậy cao như tài chính, kiểm toán, quản lý chuỗi cung ứng… Thay vì phải phụ thuộc vào giấy tờ hoặc bên trung gian xác minh, blockchain cho phép mọi bên liên quan tự kiểm chứng thông tin một cách nhanh chóng và chính xác.

Tính không cần tin cậy (Trustless)

Nghe có vẻ nghịch lý, nhưng chính “tính không cần tin cậy” lại là yếu tố giúp blockchain vận hành hiệu quả. Trong hệ thống blockchain, các bên tham gia không cần phải tin tưởng lẫn nhau – thay vào đó, họ tin tưởng vào thuật toán của hệ thống.

Các giao dịch được tự động xác minh bởi các node độc lập, theo các quy tắc đã được lập trình sẵn. Không ai có thể thay đổi quy trình này vì tất cả đều tuân thủ một hệ thống đồng thuận minh bạch, công bằng. Điều này giúp loại bỏ nhu cầu về bên trung gian và giảm đáng kể rủi ro gian lận.

>> Xem thêm: Hướng dẫn cách chơi Future Binance cho người mới hiệu quả từ A – Z

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 mở rộng theo thời gian về mặt số lượng và liên kết với nhau để tạo thành một chuỗi (chain).

Mỗi block bao gồm 5 thành phần sau:

• 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 (Hash của khối trước): Là mã hàm băm của khối trước đó.
• Timestamp (Thời gian): Thời gian khởi tạo khối.
• Nonce: Mỗi khối trong một blockchain có một số nonce riêng biệt, 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.

Hash (hàm băm) là một chuỗi ký tự được mã hoá bằng công nghệ hàm băm mật mã học từ các thông tin đầu vào đã được xác định sẵn.

Cách thức hoạt động của công nghệ Blockchain

Quy trình hoạt động khi xử lý giao dịch trên blockchain sẽ diễn ra theo 4 bước 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.

Ứng dụng của Blockchain là gì?

Một số ứng dụng tiêu biểu của công nghệ blockchain bao gồm:

• 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.

Cơ chế đồng thuận của Blockchain

Cơ chế đồng thuận của blockchain là một 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.

Các cơ chế đồng thuận giúp đảm bảo tính đúng đắn và minh bạch của blockchain.

Cơ chế 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 cơ chế 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…

Các giai đoạn phát triển của công nghệ blockchain

Công nghệ blockchain đã phát triển qua các giai đoạn khác nhau với sự xuất hiện của nhiều ứng dụng, 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 tiền điện tử.

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 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.

Kết luận

Trên đây chúng tôi đã giải đáp cho bạn đọc chi tiết Blockchain là gì. Hy vọng rằng nó sẽ giúp bạn hiểu thêm về blockchain và các ứng dụng của nó. Nếu bạn còn bất kỳ thắc mắc nào hoặc muốn chia sẻ kiến thức về công nghệ blockchain của bạn, hãy liên hệ với chúng tôi bằng cách để lại bình luận dưới đây.