Proof of Work (PoW) là gì? Toàn tập về Proof of Work

1. Proof of Work (PoW) là gì?

Proof of Work (PoW - bằng chứng công việc) là cơ chế đồng thuận đầu tiên được tạo ra trên Blockchain, gồm tập hợp các thợ đào (node) tham gia cạnh tranh để xác thực các giao dịch, sau đó đưa giao dịch vào các block trong Blockchain. Node nào xác thực khối nhanh nhất sẽ nhận được phần thưởng khối tuỳ theo mạng lưới.

Proof of Work được biết đến phổ biến hơn như cơ chế đồng thuận Bitcoin, đặc biệt sau khi Satoshi Nakamoto áp dụng thành công cho Bitcoin vào năm 2009. Hiện tại, đây là một trong những cơ chế đồng thuận phổ biến nhất trong Crypto.

2. Nguồn gốc ra đời của Proof-of-Work

Có phải Satoshi Nakamoto là người phát minh ra ý tưởng về PoW? Câu trả lời là Không.

Ý tưởng về Proof of Work (PoW) được hai nhà học giả Cynthia Dwork và Moni Naor thể hiện trong bản luận “Pricing via Processing or Combatting Junk Mail”. Bản thảo trình bày về vấn đề chống lại các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DoS và DDoS) và vấn đề Email rác.

Tuy nhiên với sự ra đời của Bitcoin, PoW mới được nhiều người biết đến. Trong whitepaper của Bitcoin, Satoshi Nakamoto giới thiệu PoW là một cơ chế để xác nhận các giao dịch trên một mạng peer-to-peer mà không cần sự tham gia của bên thứ ba như một tổ chức hoặc một người trung gian.

Từ đó, PoW đã trở thành một trong những cơ chế đồng thuận nổi tiếng nhất để xác nhận các giao dịch trên các blockchain và đã được ứng dụng trong nhiều blockchain khác.

3. Thành phần tham gia trong cơ chế đồng thuận PoW

PoW áp dụng mô hình các nút mạng giải các phép toán phức tạp để tạo ra khối mới thêm vào mạng lưới. Có hai thành phần tham gia vào PoW gồm thợ đào (Miner) và người kiểm định (Validator).

Thợ đào

Những người tham gia vào quá trình tính toán gọi là thợ đào, quá trình giải các phép toán phức tạp gọi là đào. Cần có cộng đồng thợ đào để thực hiện một lượng công việc khổng lồ để giải mỗi phép toán nối tiếp nhau.

Nút mạng (Node)

Mỗi node cần thời gian để giải những phép toán phức tạp. Vì thế, quá trình đó tiêu tốn một lượng điện khổng lồ, gây hại cho môi trường.

Người kiểm định (Validator)

Mất trung bình từ 40 đến 60 phút để người kiểm định chấp thuận giao dịch trên mạng lưới blockchain dưới cơ chế đồng thuận Proof of Work

4. Cơ chế hoạt động của Proof of Work

Proof of Work là việc xác nhận bằng chứng làm việc của ai đó là hợp lệ đến toàn bộ mạng lưới blockchain, thông qua việc tiêu tốn năng lượng, tài nguyên ở thế giới thực.

Để xác nhận một giao dịch, một Node phải giải quyết một bài toán phức tạp và chứng minh rằng nó đã hoàn thành bài toán này. Sau khi giao dịch được xác nhận, giao dịch đó sẽ được thêm vào block và gắn với các block trước đó trong chuỗi.

Để dễ hình dung, mình sẽ phân tích về cơ chế hoạt động PoW của Bitcoin:

Bước 1: Một người dùng gửi một giao dịch đến mạng

Bước 2: Các thợ đào (Miners) sẽ sử dụng các siêu máy tính (máy đào) để giải quyết một bài toán phức tạp và gửi đáp án đúng, nhanh nhất đến mạng lưới.

Bước 3: Các Node khác trong mạng sẽ xác nhận kết quả và xác nhận rằng bài toán đã được giải quyết một cách chính xác.

Bước 4: Nếu kết quả được xác nhận, giao dịch sẽ được thêm vào block mới và gắn với các block trước đó trong chuỗi.

Có thể hiểu, bản chất PoW của Bitcoin như sau: Xác nhận bằng chứng công việc (đáp án đúng của bài toán) của Miners đến toàn mạng lưới blockchain của Bitcoin, thông qua việc tiêu tốn tài nguyên trong thế giới thực (máy đào, điện năng và thời gian).

5. Ưu và nhược điểm của Proof of Work

5.1. Ưu điểm

Bảo mật mạng lưới: PoW yêu cầu những siêu máy tính giải quyết các bài toán phức tạp để duy trì sự đồng thuận và bảo mật trong một mạng phi tập trung.
Bảo vệ mạng lưới khỏi các cuộc tấn công: Vì khi tấn công vào mạng lưới cần rất nhiều tài nguyên như sức mạnh tính toán, thời gian giải toán,… khiến cho cuộc tấn công trở nên cực kỳ tốn kém.
Công bằng và minh bạch: PoW cho phép các Miner cạnh tranh công bằng trong việc xác nhận giao dịch và tạo khối mới, nâng cao tính minh bạch của hệ thống.

5.2. Nhược điểm

Tiêu tốn quá nhiều tài nguyên: PoW yêu cầu rất nhiều tài nguyên như năng lượng điện, các thiết bị máy móc để vận hành các máy đào nhằm giải quyết các bài toán phức tạp.
Tốc độ chậm trễ: vì PoW yêu cầu thời gian để giải quyết các bài toán phức tạp nên có thể gây ra tốc độ chậm trễ trong việc xác nhận giao dịch. Tốc độ giao dịch mỗi giây của Bitcoin là 5 - 7 TPS.
Khả năng bị tấn công 51%

Nếu một tổ chức, cá nhân sở hữu hơn 51% tổng sức mạnh tính toán của mạng lưới thì cơ bản, cá nhân hoặc tổ chức đó sẽ nắm được quyền kiểm soát mạng lưới: xác nhận sai lệch các bằng chứng gây ra sự thiệt hại cho mạng lưới.

Tấn công 51% thường dễ xảy ra với các mạng lưới nhỏ, lượng thợ đào không quá nhiều. Đối với mạng lưới blockchain như Bitcoin việc này khá khó xảy ra vì để chiếm được sức mạnh tính toán đòi hỏi chi phí rất lớn (hơn 1 triệu đô/giờ đối với mạng lưới của Bitcoin).

*Chi phí để thực hiện một cuộc tấn công 51%*

6. Đồng nào đang sử dụng cơ chế Proof of Work?

Bitcoin (BTC)

Bitcoin là tiền điện tử PoW đầu tiên, phổ biến nhất, có sự bảo mật tốt nhất so với các coin POW khác. Cho tới hiện tại thì chưa có đồng tiền điện tử nào làm được như Bitcoin khi là người đi tiên phong của tiền điện tử và khó có thể bị đánh bại.

Litecoin (LTC)

Litecoin Là một bản sao nhẹ hơn của Bitcoin nhưng có nguồn cung lớn hơn Bitcoin và có tốc độ tạo khối nhanh hơn Bitcoin.

*Đồng nào đang sử dụng cơ chế Proof of Work?*

Bitcoin Cash (BCH)

Tương tự như Litecoin, Bitcoin Cash là một bản sao của Bitcoin nhưng có tốc độ giao dịch nhanh, chi phí giao dịch rẻ hơn và đang được chấp nhận rộng rãi. Tuy nhiên thì Bitcoin Cash lại không phổ biến được như Bitcoin, giá trị của Bitcoin Cash cũng khá thấp và bảo mật kém hơn Bitcoin.

Ethereum Classic (ETC)

Dù Ethereum 2.0 đã chuyển sang PoS, Ethereum Classic vẫn đang sử dụng PoW đồng thuận để bảo vệ mạng lưới của nó. Tuy thế, vì chỉ là một chuỗi nhỏ, Ethereum Classic dễ bị tấn công 51% hơn và gây ra chi tiêu kép cho đồng coin.

7. FAQs

Q1: Proof of work có bảo mật không?

Cơ chế Proof of Work cực kỳ bảo mật vì nó có thể chống lại được hệ thống chịu lỗi Byzantine. Thêm vào đó, theo cơ chế của Blockchain: mỗi hash của khối sau chứa hash của khối trước đó, điều này làm tăng tính bảo mật và ngăn chặn bất kỳ khối vi phạm nào trên Blockchain.

Để thay đổi một khối, thợ đào cần tạo ra một khối mới có cùng hash với khối gốc. Như vậy, cần phải tạo lại toàn bộ chuỗi khối và làm lại công việc họ đang làm. Từ đó, blockchain có thể tránh nguy cơ giả mạo.

Q2: PoW ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ xác nhận giao dịch?

Tốc độ xác nhận giao dịch trong PoW phụ thuộc vào thời gian mà một khối mới được tạo ra, thông thường là khoảng mỗi 10 phút đối với Bitcoin. Điều này có thể làm chậm quá trình xác nhận giao dịch so với các cơ chế đồng thuận khác như PoS.

8. Kết luận

Trên đây, là những thông tin về định nghĩa Proof of Work là gì cũng như tầm quan trọng lẫn điểm yếu của cơ chế này. Hy vọng bạn đã có những cái nhìn tổng quan về cơ chế đông thuận Proof of Work.

Đọc thêm