Blockchain bảo mật nhờ đâu?

1. Blockchain bảo mật nhờ đâu?

Công nghệ Blockchain được bảo mật thông qua nhiều cơ chế bao gồm các kỹ thuật mã hóa tiên tiến và các mô hình toán học về hành vi và ra quyết định. Công nghệ blockchain là cấu trúc cơ bản của hầu hết các hệ thống tiền điện tử và là yếu tố ngăn chặn việc loại tiền kỹ thuật số này bị trùng lặp hoặc phá hủy.

Việc sử dụng công nghệ blockchain cũng đang được khám phá trong các bối cảnh khác; ở đó tính bất biến và bảo mật dữ liệu có giá trị cao. Một vài ví dụ bao gồm hành động ghi lại và theo dõi quyên góp từ thiện, cơ sở dữ liệu y tế và quản lý chuỗi cung ứng.

Tuy nhiên, bảo mật blockchain không phải là một chủ đề đơn giản. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu các khái niệm và cơ chế cơ bản mang lại sự bảo vệ mạnh mẽ cho các hệ thống sáng tạo này.

2. Các khái niệm về sự bất biến và đồng thuận

Mặc dù có nhiều tính năng tham gia giúp tạo tính bảo mật cho blockchain nhưng hai tính năng quan trọng nhất là cơ chế đồng thuận và bất biến. Đồng thuận là khả năng của các node trong một mạng blockchain phân tán cùng đồng thuận về trạng thái thực của mạng và về tính hợp lệ của các giao dịch. Thông thường, quá trình đạt được sự đồng thuận phụ thuộc vào thuật toán đồng thuận.

Mặt khác, tính bất biến đề cập đến khả năng của blockchain để ngăn chặn sự thay đổi của các giao dịch đã được xác nhận. Mặc dù các giao dịch này thường liên quan đến việc chuyển tiền điện tử nhưng chúng cũng có thể đề cập đến hồ sơ của các dạng dữ liệu số phi tiền tệ khác.

Tính năng đồng thuận và bất biến cung cấp khung cho bảo mật dữ liệu trong các mạng blockchain. Trong khi các thuật toán đồng thuận đảm bảo rằng các quy tắc của hệ thống đang được tuân theo và tất cả các bên liên quan đều đồng ý về trạng thái hiện tại của mạng - tính bất biến cũng đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu và hồ sơ giao dịch sau khi mỗi khối dữ liệu mới được xác nhận là hợp lệ.

3. Vai trò của mật mã trong bảo mật blockchain

Blockchains phụ thuộc rất nhiều vào mã hóa để đạt được bảo mật dữ liệu. Trong bối cảnh này, chức năng mã hóa cực kỳ quan trọng chính là hashing (băm). Hashing là một quá trình trong đó một thuật toán được gọi là hàm hash nhận đầu vào dữ liệu (có kích thước bất kỳ) và trả về một đầu ra xác định có giá trị độ dài cố định.

Bất kể kích thước đầu vào là gì, đầu ra sẽ luôn luôn có cùng độ dài. Nhưng nếu đầu vào thay đổi, đầu ra sẽ hoàn toàn khác. Tuy nhiên, nếu đầu vào không thay đổi, hàm băm kết quả sẽ luôn giống nhau - bất kể bạn chạy hàm băm bao nhiêu lần.

Trong blockchains, các giá trị đầu ra này được gọi là băm, được sử dụng làm định danh duy nhất cho các khối dữ liệu. Băm của mỗi khối được tạo liên quan đến hàm băm của khối trước đó và đó chính là thứ tạo ra một chuỗi các khối được liên kết. Băm khối phụ thuộc vào dữ liệu chứa trong khối đó, có nghĩa là mọi thay đổi được thực hiện đối với dữ liệu sẽ yêu cầu thay đổi đối với băm khối.

Do đó, hàm băm của mỗi khối được tạo dựa trên cả dữ liệu chứa trong khối đó và hàm băm của khối trước đó. Các mã định danh băm này đóng vai trò chính trong việc đảm bảo tính bảo mật và tính bất biến của blockchain.

Băm cũng được tận dụng trong các thuật toán đồng thuận được sử dụng để xác nhận các giao dịch. Ví dụ, trên blockchain Bitcoin, thuật toán Proof of Work (PoW) sử dụng hàm băm có tên SHA-256. Đúng như tên gọi, SHA-256 nhận dữ liệu đầu vào và trả về hàm băm dài 256 bit hoặc 64 ký tự.

Ngoài việc cung cấp bảo vệ cho các hồ sơ giao dịch trên sổ cái, mật mã cũng đóng một vai trò trong việc đảm bảo tính bảo mật của các ví được sử dụng để lưu trữ các đơn vị tiền điện tử. Các khóa công khai và khóa riêng được ghép tương ứng cho phép người dùng nhận và gửi thanh toán được tạo thông qua việc sử dụng mật mã không đối xứng hoặc khóa công khai. Khóa riêng được sử dụng để tạo chữ ký điện tử cho các giao dịch, giúp xác thực quyền sở hữu đối với các đồng tiền đang được gửi.

Mặc dù các chi tiết cụ thể nằm ngoài phạm vi của bài viết này, bản chất của mật mã bất đối xứng ngăn không cho bất kỳ ai trừ người giữ khóa riêng truy cập vào các khoản tiền được lưu trữ trong ví tiền điện tử, do đó giữ cho các khoản tiền đó an toàn cho đến khi chủ sở hữu quyết định chi tiêu chúng miễn là khóa riêng tư không được chia sẻ hoặc bị xâm phạm.

4. Kinh tế học tiền điện tử

Ngoài mật mã, một khái niệm tương đối mới được gọi là kinh tế học tiền điện tử cũng đóng một vai trò trong việc duy trì tính bảo mật của các mạng blockchain. Nó liên quan đến một lĩnh vực nghiên cứu được gọi là lý thuyết trò chơi, trong đó toán học mô hình hóa việc ra quyết định của các tác nhân hợp lý trong các tình huống với các quy tắc và phần thưởng được xác định trước. Trong khi lý thuyết trò chơi truyền thống có thể được áp dụng rộng rãi cho một loạt các trường hợp, kinh tế học tiền điện tử mô hình cụ thể và mô tả hành vi của các nút trên các hệ thống blockchain phân tán.

Nói tóm lại, cryptoeconomics là nghiên cứu về các nguyên lý kinh tế diễn ra trong các giao thức blockchain và kết quả có thể xảy do thiết kế của chúng với cơ sở dựa trên hành vi của các đối tượng tham gia. Bảo mật nhờ cryptoeconomics dựa trên quan điểm rằng các hệ thống blockchain khuyến khích các node hành động trung thực hơn là thực hiện các hành vi độc hại hoặc gây lỗi. Thuật toán đồng thuận PoW dùng trong đào Bitcoin là một ví dụ điển hình về cơ chế khuyến khích này.

Khi Satoshi Nakamoto tạo ra khuôn khổ cho khai thác Bitcoin, nó được thiết kế có chủ ý là một quá trình tốn kém và tốn nhiều tài nguyên. Do sự phức tạp và nhu cầu tính toán của nó, khai thác PoW liên quan đến một khoản đầu tư đáng kể về tiền bạc và thời gian - bất kể nút khai thác ở đâu và của ai. Do đó, cấu trúc như vậy cung cấp một sự khinh thường mạnh mẽ đối với hoạt động độc hại và khuyến khích đáng kể cho hoạt động khai thác trung thực. Các nút không trung thực hoặc không hiệu quả sẽ nhanh chóng bị trục xuất khỏi mạng blockchain, trong khi các công cụ khai thác trung thực và hiệu quả có tiềm năng nhận được phần thưởng khối đáng kể.

Tương tự, sự cân bằng giữa rủi ro và phần thưởng cũng đem đến sự bảo vệ trước các cuộc tấn công tiềm tàng có thể làm suy yếu sự đồng thuận bằng cách đặt tỷ lệ hash đa số của mạng blockchain vào tay một nhóm hoặc một thực thể. Các cuộc tấn công như vậy, được gọi là tấn công 51%, có thể cực kỳ tai hại nếu được thực hiện thành công. Do tính cạnh tranh của việc đào bằng PoW và độ lớn của mạng Bitcoin, khả năng một nhân tố độc hại giành quyền kiểm soát phần lớn các node là vô cùng nhỏ.

Hơn nữa, chi phí cần thiết để đạt được 51% quyền kiểm soát của một mạng blockchain khổng lồ sẽ là thiên văn; nó mang lại sự bất mãn ngay lập tức để đầu tư lớn như vậy cho phần thưởng tiềm năng tương đối nhỏ. Thực tế này góp phần tạo nên một đặc tính của chuỗi khối được gọi là Byzantine Fault Tolerance (BFT), về cơ bản là khả năng hệ thống phân tán tiếp tục hoạt động bình thường ngay cả khi một số nút bị xâm phạm hoặc hành động độc hại.

Miễn là chi phí thiết lập phần lớn các nút độc hại vẫn bị cấm và các ưu đãi tốt hơn tồn tại cho hoạt động trung thực thì hệ thống sẽ có thể phát triển mạnh mà không bị gián đoạn quá nhiều. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là các mạng blockchain nhỏ chắc chắn dễ bị tấn công đa số vì tổng tỷ lệ băm dành cho các hệ thống đó thấp hơn đáng kể so với Bitcoin.

Như vậy, thông qua việc sử dụng kết hợp lý thuyết trò chơi và mật mã, blockchains có thể đạt được mức độ bảo mật cao như các hệ thống phân tán. Tuy nhiên, điều quan trọng là hai lĩnh vực kiến thức này được áp dụng đúng cách. Một sự cân bằng giữa phân cấp và bảo mật là yếu tố rất quan trọng để xây dựng một mạng lưới tiền điện tử đáng tin cậy và hiệu quả. Khi việc sử dụng blockchain tiếp tục phát triển, hệ thống bảo mật của họ cũng sẽ thay đổi để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng khác nhau.

Đọc thêm: