GIẢI THÍCH VỀ CƠ CHẾ PROOF OF WORK
Giải thích chi tiết về cơ chế PoW bao gồm cách hoạt động của hàm băm, ý nghĩa của độ khó khai thác và cách phân phối phần thưởng bằng ngôn ngữ đơn giản, dễ hiểu.
Bằng chứng công việc (PoW) là thành phần nền tảng của nhiều hệ thống tiền điện tử, đáng chú ý nhất là Bitcoin. Nó hoạt động như một cơ chế đồng thuận, nghĩa là một cách để một mạng lưới máy tính (hoặc nút) phi tập trung thống nhất về nội dung của blockchain - một sổ cái kỹ thuật số bất biến. PoW đảm bảo rằng những người tham gia, còn được gọi là thợ đào, sử dụng tài nguyên tính toán để xác thực và ghi lại các giao dịch. Điều này ngăn chặn gian lận và bảo mật mạng lưới mà không cần một cơ quan quản lý trung ương.
Trên thực tế, PoW yêu cầu người tham gia giải các bài toán phức tạp. Những bài toán này không phải do con người giải mà do máy móc - máy tính thực hiện các phép tính mật mã. Khi một bài toán được giải, kết quả (một "bằng chứng") có thể dễ dàng được xác minh bởi các nút khác, cho phép thợ đào thêm một khối dữ liệu mới - thường chứa các giao dịch đã được xác minh - vào blockchain.
PoW kết hợp ba cơ chế chính: băm, điều chỉnh độ khó và phần thưởng khai thác. Mỗi cơ chế này đều đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì tính toàn vẹn, bảo mật và công bằng của mạng lưới blockchain. Hệ thống này được thiết kế để ngăn chặn thư rác và các hoạt động độc hại bằng cách khiến việc tạo ra các khối hợp lệ trở nên tốn kém và mất thời gian.
Ban đầu được đề xuất vào đầu những năm 1990 như một giải pháp chống thư rác email, PoW đã được ứng dụng mang tính cách mạng trong Bitcoin vào năm 2009. Kể từ đó, nó đã trở thành một hệ thống đã được chứng minh là có thể bảo mật mạng lưới blockchain và điều chỉnh việc phát hành các đồng tiền kỹ thuật số mới một cách công bằng và có thể dự đoán được.
Hãy cùng xem xét từng thành phần chính của hệ thống PoW để hiểu cách thức hoạt động thực tế của nó.
Trọng tâm của Proof of Work là một quá trình gọi là băm. Băm là một chuỗi ký tự có độ dài cố định được tạo ra bởi một hàm mật mã từ dữ liệu đầu vào có độ dài bất kỳ. Trong nhiều hệ thống PoW phổ biến, chẳng hạn như Bitcoin, hàm băm được sử dụng được gọi là SHA-256 (Thuật toán Băm An toàn 256-bit).
Hãy nghĩ về băm như dấu vân tay kỹ thuật số: không có hai tập dữ liệu khác nhau nào tạo ra cùng một giá trị băm, và ngay cả một thay đổi nhỏ trong đầu vào—chẳng hạn như thay đổi một số hoặc chữ cái—cũng sẽ dẫn đến một giá trị băm hoàn toàn khác. Điều này rất quan trọng vì mục tiêu của khai thác PoW là tìm ra một loại băm cụ thể đáp ứng các tiêu chí rất nghiêm ngặt, được gọi là độ khó mục tiêu.
Đây là cách hoạt động của băm trong khai thác:
- Thợ đào thu thập một tập hợp các giao dịch blockchain chưa được xác nhận.
- Thợ đào thêm siêu dữ liệu, bao gồm dữ liệu như dấu thời gian và băm của khối trước đó.
- Toàn bộ khối này được băm nhiều lần với một biến gọi là nonce (số chỉ được sử dụng một lần).
- Mỗi khi nonce thay đổi, một băm mới sẽ được tạo ra từ toàn bộ dữ liệu khối.
- Mục tiêu là tìm một băm bắt đầu bằng một số lượng số 0 đứng đầu nhất định—hoặc thấp hơn một ngưỡng số cụ thể.
Vì mỗi lần thử tìm băm chấp nhận được đều dựa trên phương pháp thử và sai—và vì mục tiêu cực kỳ hẹp—thợ đào cần phải thực hiện hàng nghìn tỷ phép tính mỗi giây. Khối lượng tính toán khổng lồ này tiêu tốn một lượng điện năng và sức mạnh xử lý đáng kể, khiến việc khai thác thành công thực sự dựa trên giá trị.
Tính bảo mật và tính bất biến của blockchain bắt nguồn từ quy trình băm này. Khi tìm thấy một hàm băm chính xác, khối sẽ được phân phối cho toàn bộ mạng. Các thợ đào và nút khác sau đó có thể dễ dàng xác thực khối bằng cách kiểm tra hàm băm - một quy trình cực kỳ nhanh chóng so với công việc phải làm để tìm ra nó ngay từ đầu. Điều này xác thực "bằng chứng" trong Proof of Work.
Một trong những trụ cột cốt lõi của một hệ thống Proof of Work bền vững là cơ chế điều chỉnh độ khó. Cơ chế này đảm bảo các khối mới được thêm vào blockchain theo định kỳ, bất kể có bao nhiêu thợ đào hay sức mạnh tính toán đang tham gia.
Trong trường hợp của Bitcoin, mục tiêu là tạo ra một khối sau mỗi 10 phút. Tuy nhiên, khi có nhiều thợ đào tham gia mạng lưới và đóng góp sức mạnh tính toán hơn, về mặt lý thuyết, họ cùng nhau giúp giải quyết bài toán mật mã nhanh hơn. Để khắc phục điều này và duy trì lịch trình nhất quán, mạng lưới sẽ xem xét và hiệu chỉnh lại mức độ khó khoảng 2.016 khối (khoảng hai tuần một lần).
Việc điều chỉnh này được tính toán dựa trên thời gian khối trước đó:
- Nếu khối được khai thác nhanh hơn dự kiến, độ khó sẽ tăng lên.
- Nếu khối được khai thác chậm hơn, độ khó sẽ giảm xuống.
Độ khó được điều chỉnh bằng cách thay đổi hàm băm mục tiêu. Số mục tiêu càng thấp, càng cần nhiều số 0 đứng đầu trong hàm băm, khiến việc tìm kiếm một tổ hợp hợp lệ trở nên khó khăn hơn. Hệ thống tự điều chỉnh này duy trì nhịp độ tạo khối và giúp ngăn ngừa lạm phát đột ngột hoặc trì hoãn giao dịch kéo dài.
Hơn nữa, độ khó đóng vai trò như một cơ chế hãm cho sự tập trung hóa. Nếu một đơn vị khai thác hoặc nhóm khai thác giành được quá nhiều quyền kiểm soát đối với sức mạnh băm của mạng lưới, thì độ khó tăng lên sẽ đòi hỏi nhiều tài nguyên hơn từ họ để duy trì hoặc gia tăng ảnh hưởng của họ. Điều này đóng vai trò như một biện pháp kiểm soát độc quyền.
Độ khó cũng ổn định nền kinh tế tiền điện tử bằng cách ảnh hưởng đến tốc độ phát hành coin mới. Nếu độ khó quá thấp, nhiều coin sẽ được đào nhanh hơn, có khả năng dẫn đến sự gia tăng đột biến không thể kiểm soát về nguồn cung. Bằng cách áp dụng thời gian khối được đo lường và dự đoán, độ khó sẽ củng cố sự khan hiếm và các đề xuất giá trị dài hạn.
Điều quan trọng là tất cả những điều này diễn ra tự động. Giao thức không cần một cơ quan tập trung để thực hiện những thay đổi này; nó tuân theo mã, phản hồi các số liệu thống kê mạng thực tế.
Tóm lại, việc điều chỉnh độ khó là rất cần thiết để duy trì sự cân bằng hoạt động và kinh tế của các mạng PoW, đảm bảo tính công bằng, bảo mật và khả năng dự đoán ngay cả khi các điều kiện bên ngoài thay đổi liên tục.
