Blockchain là gì? Blockchain hoạt động như thế nào?

Blockchain là gì?

Blockchain là một hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán, được thiết kế để ghi lại và lưu trữ thông tin về các tài sản kỹ thuật số như tiền điện tử. Các dữ liệu này được tổ chức vào các khối (blocks), bao gồm thông tin về lịch sử giao dịch và biến động số dư. Mỗi khối được kết nối với nhau thông qua mật mã hàm băm (hash) và xếp theo trình tự thời gian, tạo thành một chuỗi (chain).

Blockchain cũng được biết đến với tên gọi là Công nghệ Sổ cái Phân tán Phi tập trung (Distributed Ledger Technology – DLT), vì nó không phụ thuộc vào bất kỳ tổ chức hoặc bên trung gian nào. Thông tin lưu trữ trên blockchain là không thể thay đổi, viết đè hoặc xoá một cách trái phép.

Nguồn gốc 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 hệ thống tiền điện tử (electronic cash) ngang hàng P2P mới mang tên Bitcoin, mô hình hoạt động của công nghệ blockchain 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 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 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.

Hạn chế giao dịch ngày xưa

Trước khi có hệ thống ngân hàng, những người tham gia giao dịch tiền tệ như A và B phải tự thỏa thuận và ghi lại thông tin giao dịch vào một cuốn sổ gọi là sổ cái. Sau đó, họ phải giao sổ này cho một người trung gian uy tín (C) để đảm bảo tính toàn vẹn của thông tin giao dịch mà không ai có thể can thiệp vào việc sửa đổi. Điều kiện là cả A và B đều phải tin tưởng vào C.

Các thành phần tham gia giao dịch bao gồm:

• A và B là hai bên tham gia giao dịch.
• C là người trung gian uy tín (có thể nhận phí hoa hồng từ A và B).
• Sổ cái để lưu trữ thông tin (trên giấy).

Tuy nhiên, hệ thống này gặp phải một số hạn chế:

• Cuốn sổ giấy dễ bị hỏng theo thời gian (tùy thuộc vào chất liệu giấy), gây rủi ro mất thông tin lưu trữ trên sổ.
• Thông tin trên sổ có thể bị sửa đổi dễ dàng.
• Tồn tại một bên trung gian thứ ba.

Hạn chế giao dịch trong hệ thống ngân hàng

Khi xã hội phát triển, hệ thống giao dịch trung gian mới – ngân hàng – xuất hiện, thay thế cho vai trò của người C trong trường hợp trước đó. Sổ cái trên giấy được thay thế bằng hệ thống máy tính của ngân hàng.

Ưu điểm của việc giao dịch qua ngân hàng là:

• Ngân hàng được quản lý theo hệ thống pháp luật nghiêm ngặt, thường được chính phủ và nhà nước bảo vệ quyền lợi của người giao dịch.
• Thông tin được lưu trữ trong hệ thống máy tính của ngân hàng có độ bền vững theo thời gian, không lo mất mát thông tin như trên giấy.
• Dữ liệu giao dịch của người dùng được lưu trữ trên hệ thống máy tính của ngân hàng.

Tuy nhiên, hệ thống cũng có một số hạn chế như:

• Nguy cơ tài sản bị đe dọa: Máy chủ của ngân hàng luôn là mục tiêu của các cuộc tấn công. Nếu xâm nhập thành công, kẻ xấu có thể kiểm soát toàn bộ hệ thống máy tính của ngân hàng và đánh cắp tài sản. Ví dụ, vụ hack của một ngân hàng lớn (MB Bank) tại TP Hồ Chí Minh, Việt Nam vào tháng 5/2023, nơi kẻ tấn công đã xâm nhập vào hệ thống tài chính của ngân hàng và đánh cắp hơn 10 tỷ đồng.
• Phí giao dịch cao.
• Tồn tại bên trung gian thứ ba để lưu trữ và quản lý thông tin giao dịch.
• Rủi ro rò rỉ thông tin người dùng: Ngân hàng yêu cầu người dùng cung cấp thông tin cá nhân và lưu trữ dữ liệu giao dịch của họ, điều này có thể dẫn đến rủi ro rò rỉ thông tin cho các bên thứ ba khác.

Đặc điểm của blockchain là gì?

Blockchain ra đời để giải quyết các hạn chế trong hệ thống giao dịch thông thường, và do đó nó có các tính chất sau:

• Tính phi tập trung: Blockchain hoạt động độc lập mà không cần sự kiểm soát từ bất kỳ cơ quan hoặc tổ chức nào, dựa trên các thuật toán và node xác thực để đảm bảo tính phi tập trung. Điều này giúp blockchain trở nên minh bạch và khó có thể gian lận.
• Tính phân tán: Mạng lưới blockchain được duy trì bởi các node trên toàn thế giới, giúp phân tán sức mạnh tính toán trên nhiều máy tính khác nhau để đảm bảo tính ổn định.
• Tính bất biến: Dữ liệu ghi vào blockchain không thể thay đổi hoặc sửa đổi sau khi đã được ghi vào khối, nhờ thuật toán đồng thuận và mã hash.
• Tính bảo mật: Blockchain sử dụng công nghệ mật mã học để bảo vệ thông tin, mã hóa dữ liệu thành các hàm băm. Mỗi khối trong blockchain có một hash của riêng nó và của khối trước nó, đảm bảo tính toàn vẹn và không thể thay đổi dữ liệu.
• Tính minh bạch: Tất cả thông tin giao dịch trên blockchain đều được công khai, cho phép bất kỳ ai cũng có thể kiểm tra và truy xuất lịch sử giao dịch.
• Tính không cần tin cậy: Mạng lưới blockchain hoạt động dựa trên các node tự động xác thực giao dịch, không cần phải tin tưởng vào nhau. Các node chỉ cần tuân theo thuật toán của blockchain để vận hành và duy trì mạng lưới.

Cấu trúc của blockchain là gì?

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 các 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.

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.

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…

Đọc thêm: Đào coin là gì? Đào coin có lợi nhuận tốt không?

Lịch sử 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.

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.

Kết luận

Trên đây là bài viết “Blockchain là gì? Blockchain hoạt động như thế nào?”. 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. Chúng tôi sẽ cố gắng giải đáp câu hỏi của bạn càng sớm càng tốt.