Chuỗi khối được bảo mật thông qua nhiều cơ chế khác nhau bao gồm các kỹ thuật mã hóa tiên tiến, mô hình hành vi và ra quyết định toán học. Công nghệ chuỗi khối là cấu trúc đằng sau hầu hết các hệ thống tiền kỹ thuật số và là thứ ngăn chặn các loại tiền kỹ thuật số đó bị sao chép và phá hủy.

Tiện ích của công nghệ chuỗi khối cũng đang được khám phá trong các bối cảnh khác, nơi tính bất biến và bảo mật dữ liệu có giá trị. Một số ví dụ bao gồm ghi lại và theo dõi dữ liệu quyên góp từ thiện, cơ sở dữ liệu y tế và quản lý chuỗi cung ứng.

Tuy nhiên, bảo mật blockchain không phải là vấn đề đơn giản. Vì vậy, điều rất quan trọng là phải hiểu các khái niệm và cơ chế cơ bản mang lại sự bảo vệ mạnh mẽ cho các hệ thống đổi mới này.

Khái niệm về sự vĩnh cửu và sự đồng thuận

Mặc dù có nhiều tính năng đóng vai trò bảo mật liên quan đến blockchain, nhưng hai tính năng quan trọng nhất là khái niệm về sự đồng thuận và tính bất biến. Sự đồng thuận đề cập đến khả năng các nút trong mạng phân tán blockchain đồng ý về trạng thái của mạng và tính hợp lệ của các giao dịch. Nói chung, quá trình đạt được sự đồng thuận phụ thuộc vào cái được gọi là thuật toán đồng thuận.

Mặt khác, Tính bất biến đề cập đến khả năng của blockchain trong việc ngăn chặn những thay đổi đối với các giao dịch đã được xác nhận. Mặc dù các giao dịch này thường liên quan đến việc chuyển tiền kỹ thuật số, nhưng chúng cũng có thể đề cập đến các dạng dữ liệu kỹ thuật số khác như lịch sử phi tài chính.

Sự kết hợp, đồng thuận và bất biến cung cấp một khuôn khổ bảo mật dữ liệu trong mạng blockchain. Mặc dù thuật toán đồng thuận là thứ xác định các quy tắc hệ thống phải tuân theo và tất cả những người tham gia có liên quan phải đồng ý về trạng thái hiện tại của mạng - tính bất biến đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu và lịch sử giao dịch sau khi mỗi khối dữ liệu mới được xác nhận tính hợp lệ của nó .

Vai trò của mật mã trong bảo mật chuỗi khối

Chuỗi khối dựa chủ yếu vào mật mã để đảm bảo tính bảo mật cho dữ liệu của chúng. Một trong những chức năng mật mã rất quan trọng trong bối cảnh này là hàm băm. Băm là một quá trình trong đó thuật toán được gọi là hàm băm nhận dữ liệu đầu vào (bất kỳ kích thước nào) và tạo ra đầu ra được xác định trước có giá trị có độ dài xác định.

Bất kể kích thước đầu vào là bao nhiêu, đầu ra sẽ luôn có cùng độ dài. Nếu đầu vào thay đổi thì đầu ra cũng sẽ thay đổi tương ứng. Tuy nhiên, nếu đầu vào không thay đổi, kết quả băm sẽ luôn giống nhau - ngay cả khi hàm băm được thực hiện nhiều lần.

Trong blockchain, giá trị đầu ra, được gọi là hàm băm, được sử dụng làm mã định danh duy nhất cho một khối dữ liệu. Giá trị băm của mỗi khối kết quả có liên quan đến giá trị băm của khối trước đó. Hơn nữa, khối băm phụ thuộc vào dữ liệu chứa trong khối, nghĩa là bất kỳ thay đổi nào xảy ra với dữ liệu đó sẽ yêu cầu thay đổi khối băm.

Do đó, hàm băm của mỗi khối được tạo dựa trên dữ liệu chứa trong khối đó và hàm băm của khối trước đó. Các điểm đánh dấu băm này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính bảo mật và tính bất biến của chuỗi khối.

Băm cũng đóng một vai trò trong thuật toán đồng thuận được sử dụng để xác thực các giao dịch. Ví dụ: thuật toán Proof of Work (PoW) được sử dụng trong chuỗi khối Bitcoin để đạt được sự đồng thuận và khai thác tiền mới, sử dụng hàm băm có tên SHA-256. Đúng như tên gọi, SHA-256 lấy dữ liệu đầu vào và tạo ra hàm băm dài 256 bit hoặc 64 ký tự.

Ngoài việc bảo vệ lịch sử giao dịch trong sổ cái, mật mã còn đóng vai trò đảm bảo tính bảo mật của ví được sử dụng để lưu trữ tiền kỹ thuật số. Các cặp khóa công khai và riêng tư cho phép người dùng nhận và gửi thanh toán được tạo thông qua việc sử dụng mật mã khóa công khai hoặc 'bất đối xứng'. Khóa riêng được sử dụng để tạo chữ ký số cho giao dịch và cho phép xác thực quyền sở hữu số tiền được gửi.

Tuy nhiên, mặc dù có nhiều đặc tính của mật mã bất đối xứng không được đề cập trong bài viết này, nhưng mật mã bất đối xứng này ngăn cản bất kỳ ai bên ngoài chủ sở hữu khóa riêng truy cập vào số tiền được lưu trữ trong ví tiền kỹ thuật số và bảo mật tiền cho đến khi chủ sở hữu quyết định sử dụng. chúng (miễn là khóa riêng không bị tiết lộ và bị xâm phạm).

Kinh tế tiền điện tử

Hơn nữa, ngoài mật mã, một khái niệm mới được gọi là kinh tế học mật mã cũng đóng vai trò duy trì tính bảo mật của mạng blockchain. Nó liên quan đến một lĩnh vực học tập được gọi là lý thuyết trò chơi. Đây là một mô hình toán học dùng để đưa ra các quyết định hợp lý trong các tình huống mà các quy tắc và phần thưởng đã được xác định. Mặc dù lý thuyết trò chơi truyền thống có thể được áp dụng cho nhiều mục đích sử dụng, nhưng kinh tế học tiền điện tử lại mô hình hóa và mô tả cụ thể hành vi của các nút trong hệ thống phân tán blockchain.

Tóm lại, kinh tế học mật mã là nghiên cứu về kinh tế học trong phạm vi giao thức blockchain và các kết quả có thể xảy ra từ hành vi của người tham gia. Tính bảo mật bắt nguồn từ kinh tế học tiền điện tử dựa trên ý tưởng rằng các hệ thống blockchain cung cấp các động lực lớn hơn để các nút hành động trung thực hơn là tham gia vào các hành vi độc hại hoặc sai trái. Một lần nữa, thuật toán đồng thuận Proof of Work được sử dụng trong khai thác Bitcoin là một ví dụ điển hình về loại cấu trúc khuyến khích này.

Khi Satoshi Nakamoto tạo ra khuôn khổ khai thác Bitcoin, ông đã cố tình thiết kế nó thành một quy trình tốn kém và sử dụng nhiều tài nguyên. Do tính phức tạp và nhu cầu tính toán, việc khai thác bằng thuật toán PoW đòi hỏi sự đầu tư rất lớn về tiền bạc và thời gian - bất kể nút khai thác ở đâu và là ai. Do đó, cấu trúc như vậy mang lại bất lợi cho các hoạt động độc hại và mang lại lợi thế cho các hoạt động khai thác trung thực. Các nút không trung thực hoặc kém hiệu quả sẽ nhanh chóng bị xóa khỏi mạng blockchain, nơi những người khai thác trung thực và hiệu quả có tiềm năng kiếm được phần thưởng khối lớn.

Tương tự như vậy, sự cân bằng giữa rủi ro và phần thưởng này cũng cung cấp sự bảo vệ chống lại các cuộc tấn công tiềm ẩn có thể phá vỡ sự đồng thuận. Điều này có thể được thực hiện bằng cách chỉ định phần lớn tỷ lệ băm của mạng blockchain cho một nhóm hoặc thực thể. Một cuộc tấn công như thế này, được gọi là cuộc tấn công 51%, có thể gây thiệt hại cực kỳ nghiêm trọng nếu được thực hiện thành công. Do tính cạnh tranh cao của hoạt động khai thác Proof of Work và quy mô khổng lồ của mạng Bitcoin, rất khó có khả năng ai đó có mục đích xấu sẽ thành công trong việc giành quyền kiểm soát phần lớn các nút.

Hơn nữa, chi phí năng lượng tính toán cần thiết để giành quyền kiểm soát 51% mạng blockchain khổng lồ là rất lớn, đây là một bất lợi trực tiếp khi so sánh số tiền đầu tư khổng lồ này với phần thưởng tiềm năng tương đối nhỏ. Điều này góp phần tạo nên một đặc tính của blockchain được gọi là Dung sai lỗi Byzantine (BFT), về cơ bản là khả năng hệ thống phân tán tiếp tục hoạt động bình thường nếu một số nút bị xâm phạm hoặc hoạt động không chính xác.

Miễn là chi phí cần thiết để khiến phần lớn các nút hoạt động độc hại không mang lại lợi nhuận và mặt khác mang lại động lực lớn hơn cho các nút hoạt động trung thực, hệ thống sẽ có thể tiếp tục phát triển mà không bị gián đoạn lớn. Tuy nhiên, điều quan trọng cần biết là các mạng blockchain nhỏ rất dễ bị tấn công hàng loạt vì tổng tỷ lệ băm dành riêng cho hệ thống thấp hơn nhiều so với Bitcoin.

Phần kết luận

Thông qua việc sử dụng kết hợp lý thuyết trò chơi và mật mã, blockchain có thể có mức độ bảo mật cao hơn dưới dạng hệ thống phân tán. Tuy nhiên, để đạt được điều này, hầu hết tất cả các hệ thống đều yêu cầu hai lĩnh vực kiến ​​thức này phải được áp dụng chính xác. Sự cân bằng hợp lý giữa phân quyền và bảo mật là điều cần thiết để phát triển mạng lưới tiền kỹ thuật số đáng tin cậy và hiệu quả.

Khi việc sử dụng blockchain phát triển, hệ thống bảo mật của chúng cũng sẽ thay đổi để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng khác nhau. Giờ đây, các chuỗi khối riêng đang bắt đầu được phát triển cho các công ty và họ dựa nhiều hơn vào bảo mật thông qua kiểm soát truy cập hơn là các cơ chế lý thuyết trò chơi (hoặc kinh tế tiền điện tử) vốn không quan trọng đối với tính bảo mật của các chuỗi khối công cộng.