Hiểu các thuật toán khai thác

Các thuật toán khai thác là xương sống của các mạng dựa trên blockchain như Bitcoin và các giao thức khác.

Trong công nghệ blockchain, thuật toán khai thác là cần thiết để xác minh giao dịch và bảo mật mạng. Thuật toán khai thác hướng dẫn máy tính của người khai thác tuân theo một bộ quy tắc để tạo khối hợp lệ.

Bằng chứng công việc (PoW) là thuật toán đồng thuận nổi tiếng được Bitcoin và các loại tiền điện tử khác sử dụng. Trong PoW, các thợ đào cạnh tranh bằng sức mạnh tính toán để tìm ra giá trị băm cụ thể sẽ mang lại cho họ khối mới. Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC) là phần cứng chuyên dụng cần thiết để thợ mỏ có thể cạnh tranh trong quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng như vậy, nhưng trước ASIC, thiết bị khai thác CPU và GPU quy mô thấp hơn đã được người dùng tại nhà sử dụng.

Khai thác ASIC chủ yếu sử dụng hàm băm SHA-256, được thiết kế bởi Cơ quan An ninh Quốc gia Hoa Kỳ (NSA) và xuất bản năm 2001 dưới dạng tiêu chuẩn toàn vẹn dữ liệu. Bitcoin sử dụng SHA-256 để đảm bảo tính bảo mật và tính toàn vẹn tối đa, vì một thay đổi nhỏ nhất đối với thuật toán sẽ làm thay đổi đầu ra của hàm băm khai thác.

Để theo kịp các hoạt động khai thác ở quy mô công nghiệp, nhiều thợ mỏ tham gia các nhóm khai thác để kết hợp sức mạnh tính toán của họ, từ đó tăng cơ hội khai thác thành công một khối. Phần thưởng khối được chia theo tỷ lệ dựa trên sự đóng góp của mỗi thành viên.

Chọn thuật toán khai thác là một quyết định quan trọng đối với một dự án tiền điện tử, vì nó xác định các quy tắc và yêu cầu cần thiết để tạo và bảo mật mạng blockchain, ngoài cách những người tham gia được thưởng bằng những đồng tiền mới đúc. Ví dụ về các thuật toán khai thác phổ biến khác bao gồm Ethash, được sử dụng bởi chuỗi khối Ethereum và CryptoNight, được sử dụng bởi Mạng Monero. 

Thuật toán CryptoNight là gì?

CryptoNight là một trong những thuật toán khai thác nhanh nhất và là một phần của giao thức đồng thuận CryptoNote.

CryptoNight là một thuật toán khai thác PoW dành cho khai thác CPU và GPU, được thiết kế để chống ASIC nhằm ngăn chặn việc tập trung sức mạnh khai thác. Nó hy vọng sẽ giúp người dùng khai thác hiệu quả hơn bằng cách sử dụng kết hợp các hàm băm, bao gồm cả hàm băm CryptoNight và Keccak. 

Hàm băm mật mã của nó hoạt động xung quanh Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao (AES), một thuật toán cấp quân sự để đảm bảo mức độ bảo mật cực cao, biến CryptoNight trở thành thuật toán khai thác tập trung cao độ vào bảo mật. Kể từ khi Monero bắt đầu sử dụng nó làm thuật toán băm cho sự đồng thuận blockchain của mình, danh tiếng của CryptoNight như một thuật toán bảo mật đã được củng cố trên toàn thế giới tiền điện tử.

Việc tạo ra thuật toán CryptoNight rất hấp dẫn và gợi nhớ về nguồn gốc của Bitcoin. Người tạo ra nó – người có cái tên hư cấu là Nicolas van Saberhagen – đã biến mất, giống như Satoshi Nakamoto nổi tiếng. 

Do sự giống nhau, nhiều người tin rằng hai nhà phát triển là cùng một người, bí ẩn càng được nâng cao bởi ngày phát hành đầy ma quái của CryptoNote, ngày 12 tháng 12 năm 2012 (12/12/2012). CryptoNote là một giao thức bảo mật và một công cụ bảo mật giúp thúc đẩy các giao dịch bí mật, giao dịch không thể liên kết và chữ ký vòng.

Thuật toán khai thác CryptoNight hoạt động như thế nào?

CryptoNight sử dụng giao thức đồng thuận CryptoNote để tăng cường quyền riêng tư để không ai có thể biết người tham gia giao dịch nào đang thanh toán và ai đang nhận tiền.

CryptoNight thân thiện với việc khai thác GPU, nhưng các đặc điểm của nó khiến nó trở nên lý tưởng cho việc khai thác CPU. Với bộ nhân nhanh 64-bit cho tốc độ tối đa, kiến ​​trúc CPU rất hiệu quả; hơn nữa, việc sử dụng nhiều bộ đệm CPU đảm bảo hiệu suất tốt nhất.

Quá trình làm việc của nó bao gồm ba bước chính:

Tạo một “bàn di chuột” 

Một bộ nhớ lớn với các giá trị trung gian được lưu trữ trong hàm băm. Dữ liệu đầu vào đầu tiên được băm bằng hàm băm Keccak-1600, tạo ra 200 byte dữ liệu được tạo ngẫu nhiên.

Chuyển đổi mã hóa

Sau đó, nó lấy 31 byte đầu tiên của hàm băm Keccak-1600 này và biến chúng thành khóa mã hóa cho thuật toán AES-256, giá trị cao nhất trong họ AES.

Băm cuối cùng

CryptoNight lấy toàn bộ tập dữ liệu được tạo bởi hàm AES-256 và Keccak ở bước trước và chuyển nó qua phần còn lại của hàm băm. Cuối cùng, hàm băm cuối cùng là kết quả của bằng chứng công việc của CryptoNight. Hàm băm này có phần mở rộng 256 bit hoặc tổng cộng 64 ký tự.

Tại sao CryptoNight lại quan trọng?

CryptoNight được thiết kế để mang lại cho CPU và GPU cơ hội bình đẳng trong việc khai thác các khối và không khuyến khích việc sử dụng máy khai thác ASIC.

CryptoNight rất quan trọng vì ba lý do quan trọng: Nó cung cấp quyền riêng tư mạnh mẽ hơn với các giao dịch không thể theo dõi, tính năng kháng ASIC và khả năng mở rộng. Hầu hết các loại tiền điện tử, bao gồm Bitcoin (BTC), đều ở chế độ riêng tư, vì các giao dịch và số dư của ai đó có thể dễ dàng được theo dõi trên chuỗi khối nguồn mở thông qua địa chỉ công khai. 

Mặt khác, CryptoNight được thiết kế để đáp ứng nhiều người dùng quan tâm đến quyền riêng tư hơn muốn thực hiện các giao dịch blockchain riêng tư. Những người tạo ra nó đã tích hợp hai công cụ bảo mật quan trọng vào thuật toán để đạt được tính bảo mật và ẩn danh tối đa: chữ ký vòng và địa chỉ ẩn, cả hai đều do nhóm Monero phát triển.

Giảm thiểu những lo ngại ngày càng tăng xung quanh việc tập trung tiền điện tử do các giàn khai thác ASIC là một lý do quan trọng đằng sau sự phát triển của CryptoNight. Các nhà phát triển của dự án tập trung vào việc thách thức sự thống trị của ASIC và nâng cao một hệ thống trong đó GPU và CPU có thể duy trì lợi thế cạnh tranh trong hoạt động khai thác. 

Khả năng mở rộng và hiệu quả cao cũng là cốt lõi của CryptoNight, tính toán của nó tăng theo cấp số nhân, đảm bảo quy mô lớn hơn thông qua các giao dịch nhanh hơn.

Những loại tiền điện tử nào sử dụng thuật toán khai thác CryptoNight?

Bytecoin là loại tiền điện tử đầu tiên áp dụng giao thức CryptoNote cho blockchain của nó, nhưng ứng dụng của nó trên Monero đã giúp dự án có được nhiều danh tiếng và tai tiếng hơn.

Một số loại tiền điện tử đã tích hợp thuật toán CryptoNight, ví dụ đầu tiên là CryptoNoteCoin, một tham chiếu rõ ràng đến dự án CryptoNight. 

Bytecoin 

Mặc dù ban đầu cam kết chống lại sự thống trị của ASIC, đồng tiền CryptoNight đầu tiên hỗ trợ phát triển dự án đã công bố vào năm 2018 rằng nó sẽ tích hợp khai thác ASIC trong khi vẫn giữ thuật toán để ngăn chặn các vấn đề bảo mật và ẩn danh.

Monero

Mặc dù Monero không còn sử dụng CryptoNight nữa nhưng đây vẫn là một trong những người ủng hộ mạnh mẽ nhất lập trường chống lại sức mạnh của ASIC. Monero kế thừa CryptoNight làm bằng chứng hoạt động vào năm 2014 và kể từ đó, nó đã phát triển thuật toán một chút, tạo ra CryptoNight-R nhằm cố ý phá vỡ khả năng tương thích với các ASIC hiện có. 

Tuy nhiên, một CryptoNight tương thích với ASIC hiệu quả đã được Bitmain phát triển vào năm 2017 và đến năm 2018, ASIC đã gia nhập lại mạng Monero. Năm 2019, Monero đã thay đổi thuật toán khai thác của mình thành RandomX, tập trung vào khai thác CPU.

Điện tử (ETN) 

Electroneum sử dụng thuật toán khai thác CryptoNight, với một cải tiến đáng chú ý trong phiên bản di động, cho phép người dùng khai thác tiền điện tử không chỉ thông qua phương pháp thông thường mà còn bằng cách sử dụng điện thoại thông minh của họ thông qua công cụ khai thác di động.

Các dự án ít được biết đến khác triển khai thuật toán CryptoNight bao gồm Boolberry, Dashcoin, DigitalNote, DarkNetCoin và Pebblecoin. Tuy nhiên, các dự án này đã phải đối mặt với các cuộc tấn công độc hại vào năm 2017, gây lo ngại về tính bảo mật của mạng và độ tin cậy của thuật toán CryptoNight.

Các biến thể khác nhau đã được tạo cho thuật toán CryptoNight và CryptoNight Heavy là một phiên bản của thuật toán băm. Nó được triển khai trong nhiều dự án tiền điện tử khác nhau, bao gồm Ryo Money, Sumokoin và Loki. 

Tuy nhiên, vì CryptoNight Heavy dựa trên mạng ngang hàng không đáng tin cậy nên điều này có thể dẫn đến các lỗ hổng nghiêm trọng. Vì các nút phải kiểm tra PoW của mọi khối mới và dành một lượng thời gian đáng kể để đánh giá từng hàm băm, nên chúng có thể trở nên dễ bị tổn thương hơn trước các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DDoS) phân tán, các hoạt động phối hợp nhắm mục tiêu vào mạng botnet làm tràn ngập mạng có lưu lượng truy cập giả mạo .

Điều gì đang chờ đợi thuật toán CryptoNight?

Kể từ khi ra đời vào năm 2012, thuật toán CryptoNight đã trải qua những thay đổi, nâng cấp và sửa đổi nhỏ đáng kể để phù hợp với các dự án tiền điện tử khác nhau cho đến khi phiên bản cuối cùng do Monero tạo ra, CryptoNight-R, được giới thiệu.

CryptoNight vẫn là một thuật toán khai thác hợp lệ hay nó đã thất bại trong sứ mệnh trở thành một công cụ bình đẳng? Tất cả các phiên bản khác nhau đều có một mục tiêu chung: kháng ASIC và ngăn chặn sự thống trị hơn nữa của nó trong hoạt động khai thác tiền điện tử. 

Nhiều người tin rằng điều này đã không xảy ra và dự án đã không thể thực hiện được quan điểm ban đầu. Nhóm Monero tuyên bố rằng sự thất bại là vì lý do bảo mật. Vì hàm băm CryptoNight khá tốn kém và tốn thời gian để xác minh nên nó có thể gây ra rủi ro DoS đối với các nút như đã nêu trước đây đối với một số loại tiền điện tử dựa trên CryptoNight. 

Những người khác cho rằng họ đã cố gắng hết sức để ngăn chặn việc mở rộng hơn nữa quyền lực của công ty ASIC. Nó được sinh ra như một loại thuật toán bình đẳng có thể đảm bảo quyền bình đẳng cho mọi người trong việc khai thác, không chỉ đối với thế giới doanh nghiệp. 

Nó vẫn hoạt động như một công cụ khai thác mở cho tất cả mọi người, mặc dù khả năng kháng ASIC không còn khả thi vì ASIC đã có thể thích ứng để khai thác thành công thuật toán này. Tuy nhiên, đây vẫn có thể là điểm khởi đầu tốt để phát triển các dự án tiền điện tử trong tương lai, đặc biệt đối với những người dùng coi trọng quyền riêng tư và khai thác công bằng.