KHỐI MỒ CÔI TRONG BLOCKCHAIN: CHÚNG LÀ GÌ VÀ TẠI SAO CHÚNG XUẤT HIỆN

Khối mồ côi trong Blockchain là gì?

Trong thế giới công nghệ blockchain, thuật ngữ khối mồ côi dùng để chỉ một khối hợp lệ nhưng không được đưa vào blockchain chính. Mặc dù các khối này tuân theo tất cả các quy tắc mật mã và hợp lệ về mặt nội dung, nhưng chúng không phải là một phần của chuỗi được thống nhất cuối cùng được sử dụng để xác minh giao dịch và đồng thuận.

Để làm rõ, không nên nhầm lẫn khối mồ côi với khối không hợp lệ. Khối mồ côi là hợp lệ theo giao thức blockchain; tuy nhiên, nó đã bị loại khỏi chuỗi chính do cơ chế đồng thuận và độ trễ mạng đặc thù.

Khối mồ côi thường xuất hiện nhiều nhất trong các blockchain Bằng chứng công việc (PoW) như Bitcoin và Ethereum (trước khi Ethereum chuyển sang Bằng chứng cổ phần). Trong các mạng lưới này, các thợ đào cạnh tranh để thêm khối tiếp theo vào chuỗi bằng cách giải các câu đố mật mã phức tạp. Đôi khi, hai thợ đào có thể giải thành công câu đố cùng lúc, dẫn đến việc hai khối cạnh tranh được lan truyền trên toàn mạng.

Đặc điểm chính của Khối mồ côi

• Chúng hợp lệ nhưng không được bao gồm trong chuỗi dài nhất hiện tại.
• Thường xảy ra trong các đợt phân nhánh tạm thời trong blockchain.
• Không đóng góp vào lịch sử giao dịch chính của mạng.
• Bất kỳ giao dịch nào trong khối mồ côi không được tìm thấy ở nơi khác sẽ được trả về mempool.

Thuật ngữ "khối mồ côi" được sử dụng để chỉ cụ thể các khối mà khối cha mẹ của chúng không được biết đến hoặc bị mất. Ngày nay, thuật ngữ này thường trùng lặp với khái niệm liên quan là khối cũ: các khối hợp lệ đã bị thay thế trong quá trình đồng thuận.

Khi xảy ra phân nhánh, mạng phải quyết định phiên bản blockchain nào sẽ được giữ lại. Cơ chế đồng thuận thường quy định rằng chuỗi có bằng chứng công việc tích lũy được nhiều nhất (tức là chuỗi dài nhất hoặc khó nhất) sẽ trở thành phiên bản chuẩn. Do đó, các khối thay thế — mặc dù hợp lệ — sẽ bị loại trừ.

Tại sao các khối mồ côi không bị lãng phí

Mặc dù các khối mồ côi không phải là một phần của chuỗi chính, nhưng chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo blockchain vẫn an toàn và phi tập trung. Sự xuất hiện của chúng là dấu hiệu của một mạng lưới năng động và phân tán, cho thấy các thợ đào trên toàn cầu đang tích cực tham gia và hệ thống có tính dự phòng tích hợp để ngăn chặn thao túng giao dịch.

Ví dụ thực tế: Khối mồ côi trên Bitcoin

Vào ngày 12 tháng 11 năm 2022, mạng lưới Bitcoin đã ghi nhận một khối mồ côi ở độ cao khối 762.711. Hai thợ đào đã giải mã hàm băm gần như cùng lúc, tạm thời tạo ra các chuỗi song song. Cuối cùng, một phiên bản đã đạt được nhiều bằng chứng công việc hơn, và phiên bản còn lại — khối mồ côi — đã bị loại bỏ.

Tóm lại, khối mồ côi là kết quả dự kiến ​​của bản chất phi tập trung của các mạng lưới blockchain. Mặc dù chúng có vẻ như là dữ liệu chưa được sử dụng hoặc dư thừa, nhưng sự hiện diện của chúng khẳng định những lý tưởng nền tảng về tính minh bạch, cạnh tranh và khả năng phục hồi trong các hệ thống blockchain.

Cách thức và Nguyên nhân Khối Mồ Côi Xuất hiện

Khối mồ côi thường là kết quả của các điều kiện mạng và động lực đồng thuận trong một hệ thống phi tập trung. Để hiểu nguyên nhân của chúng, cần phải xem xét cách các giao dịch và khối di chuyển qua mạng blockchain, đặc biệt là trong môi trường Bằng chứng Công việc (Proof of Work).

Dưới đây là những lý do chính tại sao khối mồ côi xuất hiện:

1. Khám phá Khối Đồng thời

Trong các hệ thống Bằng chứng Công việc như Bitcoin, các thợ đào cạnh tranh trên toàn cầu để giải các bài toán nhằm thêm khối mới vào chuỗi. Đôi khi, hai thợ đào tìm ra giải pháp băm chính xác gần như cùng một lúc. Tình trạng chạy đua này dẫn đến việc cả hai khối được phát sóng lên mạng, tạo ra một nhánh tạm thời nơi tồn tại hai chuỗi hợp lệ.

Sau khi nhánh xảy ra, mạng sẽ chờ khối tiếp theo được khai thác. Chuỗi nào nhận được khối hợp lệ tiếp theo trước thường được coi là chuỗi chính tắc vì nó dài hơn (có nhiều bằng chứng công việc hơn). Khối còn lại, mặc dù trước đây vẫn hợp lệ, sau đó sẽ bị bỏ rơi.

2. Độ trễ mạng và độ trễ lan truyền

Sự phân bố địa lý của các thợ đào đồng nghĩa với việc một số phần của mạng có thể nhận được các khối mới trước các phần khác. Nếu một khối được lan truyền chậm, một thợ đào khác có thể khai thác một khối mới mà không biết về khối trước đó. Sự chậm trễ này dẫn đến các khối đồng thời, và một trong số các khối đó cuối cùng sẽ bị bỏ rơi.

Môi trường có độ trễ cao hoặc kết nối nút không hiệu quả làm trầm trọng thêm vấn đề này, đặc biệt là khi các khối có kích thước lớn hoặc mạng bị tắc nghẽn bởi các giao dịch.

3. Phân nhánh ngẫu nhiên

Đôi khi, phần mềm bị lỗi hoặc lỗi trong một máy khách cụ thể có thể khiến một nút hoạt động khác với các quy tắc đồng thuận. Nếu đủ số lượng thợ đào sử dụng phần mềm bị lỗi, họ có thể vô tình khai thác một khối mà sau đó bị phần còn lại của mạng từ chối. Mặc dù những trường hợp này hiếm khi xảy ra và thường được khắc phục nhanh chóng, nhưng các khối như vậy có thể trở thành khối bỏ rơi.

4. Tấn công Khai thác Chiến lược

Trong những trường hợp hiếm gặp hơn, các nỗ lực tinh vi nhằm thao túng cơ chế đồng thuận blockchain có thể dẫn đến các khối mồ côi. Ví dụ, kẻ tấn công có thể cố gắng thực hiện chiến lược khai thác ích kỷ, trong đó chúng cố tình giữ lại các khối để đạt được lợi thế chiến lược. Nếu cuộc tấn công thất bại, các khối chưa được công bố - một khi đã được tiết lộ - có thể bị bỏ rơi bởi chuỗi dài hơn thực sự.

5. Các Biến thể trong Triển khai Đồng thuận

Các máy khách blockchain khác nhau có thể diễn giải các chi tiết giao thức nhỏ theo những cách hơi khác nhau, đặc biệt là trong các lần nâng cấp mạng hoặc hard fork. Sự không đồng bộ này có thể dẫn đến việc một số thợ đào xây dựng trên một khối mà những người khác không chấp nhận, dẫn đến tình trạng khối mồ côi sau khi đạt được sự đồng thuận.

Giảm thiểu Khối mồ côi

Mạng lưới blockchain sử dụng nhiều cơ chế khác nhau để giảm thiểu sự xuất hiện của khối mồ côi:

• Truyền khối nhanh hơn: Các giao thức như Chuyển tiếp khối nhỏ gọn trong Bitcoin giúp giảm thời gian truyền giữa các nút.
• Giảm độ trễ: Cơ sở hạ tầng mạng được cải thiện đảm bảo việc truyền khối kịp thời.
• Đồng bộ hóa máy khách: Đảm bảo tất cả máy khách tuân theo cùng một quy tắc đồng thuận sẽ hạn chế việc phân nhánh ngẫu nhiên.
• Những rào cản về kinh tế: Vì khối mồ côi không nhận được phần thưởng, nên các thợ đào có động lực để duy trì sự đồng bộ với chuỗi dài nhất.

Nhìn chung, khối mồ côi không phải là bằng chứng của lỗi hệ thống. Thay vào đó, chúng đại diện cho giải pháp giải quyết xung đột phi tập trung tích hợp sẵn — một đặc điểm tinh tế của thiết kế blockchain giúp đảm bảo tính toàn vẹn đồng thời hỗ trợ sự tham gia toàn cầu.

Ảnh hưởng của Khối mồ côi lên Mạng lưới Blockchain

Mặc dù các khối mồ côi không phải là một phần của blockchain cuối cùng, nhưng chúng ảnh hưởng đến một số khía cạnh quan trọng của hoạt động mạng, đặc biệt là về tính cuối cùng của giao dịch, bảo mật và chiến lược của thợ đào.

1. Tổ chức lại Giao dịch

Một trong những ảnh hưởng đáng chú ý nhất của các khối mồ côi liên quan đến các giao dịch mà chúng chứa. Mặc dù các khối này hợp lệ, các giao dịch được bao gồm trong chúng không được coi là cuối cùng ngay lập tức vì khối đó chưa được đưa vào chuỗi chính. Thay vào đó, bất kỳ giao dịch duy nhất nào trong khối mồ côi đều được trả về mempool — khu vực chờ cho các giao dịch chưa được xác nhận — nơi chúng có thể được đưa vào các khối tiếp theo.

Quá trình này có thể gây ra sự chậm trễ ngắn cho người dùng, đặc biệt là khi gửi tiền, vì một giao dịch trong khối mồ côi phải chờ để được khai thác lại. Tuy nhiên, ví và sàn giao dịch thường đợi nhiều xác nhận khối trước khi coi một giao dịch là cuối cùng, do đó tính đến khả năng mồ côi.

2. Động lực và Kinh tế của Thợ đào

Khi một khối bị bỏ rơi, phần thưởng khai thác liên quan (tính theo Bitcoin, 6,25 BTC tính đến năm 2024) sẽ không được trả. Điều này đóng vai trò như một hình phạt kinh tế tự nhiên và khuyến khích thợ đào hoạt động trên chuỗi dài nhất.

Do tính chất khai thác đòi hỏi nhiều tài nguyên, việc thiếu phần thưởng từ một khối bị bỏ rơi có thể gây ra tổn thất tài chính tiềm ẩn. Do đó, các thợ đào cố gắng lan truyền khối nhanh chóng, duy trì phần mềm nút được cập nhật và tham gia vào các nhóm khai thác để giảm độ trễ và rủi ro bị bỏ rơi.

3. Bảo mật Mạng và Phi tập trung

Một số lượng vừa phải các khối bị bỏ rơi được coi là dấu hiệu của sức mạnh phi tập trung. Điều này cho thấy nhiều thợ đào trên toàn cầu đang tích cực đóng góp và không có bên nào thống trị việc tạo khối.

Tuy nhiên, tỷ lệ khối mồ côi cao bất thường có thể báo hiệu tình trạng tắc nghẽn, chia tách mạng lưới, hoặc thậm chí là các cuộc tấn công có chủ đích vào chuỗi.

4. Khối mồ côi so với Tái tổ chức Blockchain

Khái niệm khối mồ côi gắn liền chặt chẽ với việc tổ chức lại chuỗi khối (reorg), xảy ra khi chuỗi chính tắc được chuyển sang một chuỗi thay thế dài hơn. Nhiều khối mồ côi có thể được tạo ra trong quá trình tái tổ chức, đặc biệt là trong điều kiện mạng lưới biến động.

Mặc dù thỉnh thoảng có thể xảy ra tái tổ chức, nhưng việc tái tổ chức thường xuyên hoặc kéo dài có thể làm suy yếu tính ổn định của blockchain và làm giảm niềm tin vào tính cuối cùng của giao dịch. Các nhà phát triển đặt mục tiêu tối ưu hóa các thuật toán đồng thuận và mạng máy chủ để thu hẹp khoảng thời gian mà các khối mồ côi có thể xuất hiện.

5. Khối mồ côi trong Ethereum và các Blockchain khác

Trước khi chuyển sang Proof of Stake vào năm 2022, Ethereum đã trải qua các khối mồ côi — thường được gọi là khối chú. Không giống như Bitcoin, Ethereum thưởng cho thợ đào cho các khối chú, tạo động lực để họ đưa chúng vào chuỗi và do đó cải thiện bảo mật mạng.

Trong các giao thức blockchain khác như Litecoin hoặc Bitcoin Cash, tần suất và cách xử lý các khối mồ côi thay đổi tùy thuộc vào cấu trúc mạng, thiết kế đồng thuận và thời gian giữa các khối. Nhìn chung, thời gian khối ngắn hơn (ví dụ: 2,5 phút đối với Litecoin) có xu hướng làm tăng khả năng xảy ra tình trạng mồ côi do các cuộc đua khối thường xuyên hơn.

Tóm lại, mặc dù các khối mồ côi có vẻ như là sản phẩm phụ của sự kém hiệu quả, nhưng thực tế chúng là một phần không thể thiếu của hoạt động sổ cái phi tập trung, minh bạch. Hiểu được chúng sẽ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về những thách thức — và sự khéo léo — vốn có trong công nghệ blockchain.