Tóm tắt nhanh
Blockchain dựa trên hai thuộc tính cốt lõi là đồng thuận (consensus) và tính bất biến (immutability) để giữ cho các bản ghi luôn chính xác và chống bị can thiệp trên một mạng blockchain phân tán.
Băm mật mã (cryptographic hashing) liên kết mỗi khối với khối đứng trước nó, khiến việc thay đổi các bản ghi lịch sử gần như không thể nếu không bị phát hiện.
Mật mã kinh tế (Cryptoeconomics) sử dụng thiết kế động lực để làm cho hành vi trung thực trở nên “đáng được nhận thưởng” hơn so với việc tấn công mạng.
Các cuộc tấn công 51% vẫn là một rủi ro thực sự đối với các blockchain nhỏ hơn với tỷ lệ băm thấp, trong khi các mạng lớn như Bitcoin lại chống chịu tốt hơn rất nhiều nhờ quy mô cơ sở hạ tầng của chúng.
Bức tranh về bảo mật blockchain tiếp tục phát triển khi các mạng chuyển đổi giữa các mô hình đồng thuận và nghiên cứu về điện toán lượng tử tiến lên.
Giới thiệu
Bảo mật blockchain đề cập đến tập hợp các cơ chế bảo vệ sổ cái phân tán khỏi các thay đổi trái phép, gian lận và các cuộc tấn công. Các cơ chế này bao gồm các kỹ thuật mật mã, động lực kinh tế và các quy tắc về cách các node tham gia trong mạng đạt được sự đồng thuận. Hiểu các nền tảng này giúp giải thích vì sao công nghệ blockchain được xem là đáng tin cậy cho các ứng dụng từ tiền mã hóa đến các bản ghi chuỗi cung ứng.
Bảo mật trong một blockchain không dựa vào một bên duy nhất đáng tin cậy. Thay vào đó, nó hình thành từ sự kết hợp giữa các thuộc tính toán học và các động lực được thiết kế cẩn thận, khiến hành vi gian dối trở nên khó khăn và tốn kém. Bài viết này giải thích các thành phần chính của hệ thống đó.
Các Khái niệm về Đồng Thuận và Tính Bất Biến
Hai thuộc tính cốt lõi của bảo mật blockchain là đồng thuận (consensus) và tính bất biến (immutability). Đồng thuận đề cập đến quá trình mà các node tham gia trong mạng thống nhất về trạng thái hiện tại, hợp lệ của sổ cái. Quá trình này được điều khiển bởi các thuật toán đồng thuận, xác định các quy tắc mà các node phải tuân theo để xác thực các giao dịch mới và thêm chúng vào chuỗi. Lưu ý rằng không phải tất cả node đều tham gia trực tiếp vào quá trình này; các full node sẽ tự xác minh độc lập, trong khi các thợ đào hoặc validator là những bên đề xuất tích cực các khối mới.
Tính bất biến có nghĩa là một khi một giao dịch đã được xác nhận và được thêm vào blockchain, gần như không thể thay đổi. Mọi nỗ lực nhằm sửa một bản ghi cũ sẽ yêu cầu viết lại tất cả các khối tiếp theo, điều này là không khả thi về mặt tính toán trên một mạng lớn. Việc tái tổ chức chuỗi đôi khi có thể đưa các khối gần đây về trạng thái trước đó (rollback), nhưng càng một giao dịch nằm sâu trong chuỗi thì nó càng trở nên an toàn hơn.
Kết hợp lại, đồng thuận và tính bất biến bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu. Đồng thuận đảm bảo chỉ các giao dịch hợp lệ mới được chấp nhận, và tính bất biến đảm bảo các giao dịch đã được chấp nhận sẽ vẫn tồn tại vĩnh viễn. Sự kết hợp này cho phép blockchain hoạt động như một sổ cái dùng chung đáng tin cậy mà không cần một cơ quan trung ương.
Vai trò của mật mã trong bảo mật blockchain
Băm mật mã là một trong những công cụ quan trọng nhất trong bảo mật blockchain. Một hàm băm nhận bất kỳ đầu vào nào và tạo ra một đầu ra có độ dài cố định, gọi là băm (hash). Nếu đầu vào thay đổi dù chỉ một chút, đầu ra sẽ thay đổi hoàn toàn.
Mỗi khối chứa mã băm của khối trước đó, tạo thành một chuỗi tuần tự. Điều này có nghĩa là việc sửa đổi bất kỳ khối lịch sử nào cũng sẽ làm vô hiệu tất cả các khối theo sau nó, vì liên kết giữa các khối sẽ bị đứt.
Trong mỗi khối, các giao dịch được sắp xếp bằng cách sử dụng cây Merkle. Cây Merkle sẽ tóm tắt tất cả giao dịch trong một khối thành một mã băm duy nhất, gọi là Merkle root, được lưu trong phần header của khối. Cấu trúc này giúp việc xác minh nhanh chóng liệu một giao dịch cụ thể có nằm trong một khối hay không mà không cần tải toàn bộ chuỗi.
Trên mạng Bitcoin, hàm băm SHA-256 tạo ra đầu ra 256-bit. Hàm này được sử dụng trong quá trình khai thác (mining) để tìm các khối hợp lệ bằng cách tạo một mã băm thấp hơn ngưỡng độ khó (difficulty target), đồng thời để kiểm tra tính đúng đắn của chúng. Đầu ra có thể dự đoán trước và cố định về kích thước giúp việc xác minh diễn ra nhanh chóng, trong khi việc đảo ngược quá trình về mặt tính toán là không khả thi.
Mật mã cũng bảo vệ các ví tiền mã hóa. Mật mã khóa công khai cho phép người dùng nhận tiền bằng một địa chỉ công khai trong khi vẫn giữ quyền chi tiêu độc quyền thông qua một khóa riêng (private key). Các khóa riêng được dùng để tạo chữ ký số nhằm xác thực các giao dịch. Chừng nào khóa riêng vẫn được giữ bí mật, số tiền vẫn nằm dưới quyền kiểm soát của chủ sở hữu.
Mật mã kinh tế và Thiết kế động lực
Mật mã kinh tế áp dụng các khái niệm từ lý thuyết trò chơi để thiết kế các giao thức blockchain. Mục tiêu là sắp xếp các động lực tài chính của các bên tham gia mạng sao cho hành vi trung thực mang lại phần thưởng cao hơn hành vi gian dối.
Hệ thống proof-of-work của Bitcoin là một ví dụ rõ ràng. Việc khai thác đòi hỏi đầu tư đáng kể vào phần cứng và điện năng. Một người khai thác tìm cách gian lận hệ thống sẽ có nguy cơ mất đi những nguồn lực đó mà không nhận được phần thưởng của khối. Điều này khiến việc tham gia trung thực trở thành lựa chọn hợp lý đối với hầu hết thợ đào.
Kể từ khi Ethereum Merge (Hợp nhất) vào tháng 9 năm 2022, Ethereum đã sử dụng cơ chế proof-of-stake thay vì proof-of-work. Trong proof-of-stake, các validator sẽ khóa tiền mã hóa như một khoản thế chấp. Hành vi gian dối có thể dẫn đến việc mất một phần đáng kể hoặc toàn bộ số tiền đã đặt cược thông qua một quy trình gọi là slashing (phạt khóa/loại bỏ). Các đánh đổi giữa proof-of-work và proof-of-stake vẫn là chủ đề thảo luận liên tục trong cộng đồng bảo mật blockchain.
Thiết kế mật mã kinh tế (cryptoeconomic design) có thể làm cho một mạng lưới trở nên vững chắc, nhưng không phải là hoàn hảo. Các cam kết về bảo mật phụ thuộc rất nhiều vào quy mô của mạng và mức độ phân bổ người tham gia trong mạng.
Tấn công 51% và Khả năng Chịu lỗi Byzantine (Byzantine Fault Tolerance)
Tấn công 51% xảy ra khi một thực thể duy nhất giành quyền kiểm soát hơn một nửa tỷ lệ băm của mạng (trong proof-of-work) hoặc số token đã đặt cược (trong proof-of-stake). Khi nắm quyền đa số, kẻ tấn công có thể—trong một số trường hợp—chiếm quyền ghi đè các giao dịch gần đây (double-spend), ngăn giao dịch mới được xác nhận hoặc tổ chức lại chuỗi blockchain.
Đối với các mạng lớn như Bitcoin, để đạt được mức độ kiểm soát này sẽ cần một khoản đầu tư khổng lồ vào phần cứng và năng lượng, khiến khả năng tấn công thành công cực kỳ khó xảy ra. Các blockchain nhỏ hơn với tổng tỷ lệ băm thấp dễ bị tổn thương hơn, và một số hệ thống đã trải qua các cuộc tấn công 51% trong thực tế.
Liên quan đến vấn đề này là khái niệm Khả năng Chịu lỗi Byzantine (BFT), mô tả khả năng của một hệ thống phân tán trong việc tiếp tục vận hành đúng đắn ngay cả khi một số người tham gia hành động độc hại hoặc không hoạt động. Một blockchain có các thuộc tính BFT mạnh có thể chịu đựng tới tối đa một phần ba số người tham gia hành động độc hại mà không làm ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của sổ cái tổng thể.
Blockchain Công khai vs. Blockchain Riêng tư
Các blockchain công khai, như Bitcoin và Ethereum, dựa rất nhiều vào các động lực mật mã kinh tế để đảm bảo an ninh. Bất kỳ ai cũng có thể tham gia dưới dạng một node hoặc validator, điều này góp phần vào tính phi tập trung và khiến mạng khó bị kiểm soát hơn.
Các blockchain riêng tư và blockchain liên minh (consortium) hoạt động khác đi. Quyền truy cập bị hạn chế đối với những người tham gia đã được phê duyệt, điều này làm giảm sự phụ thuộc vào bảo mật dựa trên mật mã kinh tế nhưng lại bổ sung một lớp bảo vệ khác thông qua xác minh danh tính và kiểm soát truy cập. Cách tiếp cận đúng đắn phụ thuộc vào tình huống sử dụng (use case) và các giả định về mức độ tin cậy liên quan.
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
Tính năng bảo mật quan trọng nhất của một blockchain là gì?
Consensus (đồng thuận) và tính bất biến (immutability) được xem là hai thuộc tính bảo mật quan trọng nhất. Consensus đảm bảo các node tham gia thống nhất về các giao dịch hợp lệ, trong khi immutability ngăn không cho các bản ghi lịch sử bị thay đổi. Kết hợp lại, chúng cho phép blockchain hoạt động mà không cần một cơ quan trung ương đáng tin cậy.
Có thể hack một blockchain không?
Bản thân một blockchain rất khó để thay đổi, đặc biệt trên các mạng lớn. Tuy nhiên, cơ sở hạ tầng xung quanh như ví, smart contract (hợp đồng thông minh) và sàn giao dịch có thể dễ bị tấn công. Về mặt lý thuyết, các cuộc tấn công 51% là có thể xảy ra trên các mạng nhỏ hơn với tỷ lệ băm thấp. Bảo mật phụ thuộc vào quy mô và thiết kế của blockchain cụ thể.
Tấn công 51% là gì?
Tấn công 51% xảy ra khi một thực thể duy nhất kiểm soát hơn một nửa sức mạnh đồng thuận của mạng blockchain, dù đó là tỷ lệ băm trong proof-of-work hay token đã đặt cược trong proof-of-stake. Khi kẻ tấn công nắm quyền đa số, họ có thể—về mặt tiềm năng—ghi lại các giao dịch gần đây hoặc ngăn các giao dịch mới được xác nhận. Các mạng lớn, đã được thiết lập vững chắc sẽ chống chịu kiểu tấn công này tốt hơn nhiều.
Tại sao băm mật mã lại quan trọng đối với bảo mật blockchain?
Băm mật mã liên kết mỗi khối với khối đứng trước nó. Nếu ai đó cố thay đổi một giao dịch cũ, mã băm của khối đó sẽ thay đổi, từ đó làm “gãy” mã băm của mọi khối tiếp theo. Sự phụ thuộc dạng chuỗi này khiến việc can thiệp cực kỳ khó có thể che giấu. Hàm băm cũng đảm bảo việc kiểm tra tính đúng đắn diễn ra nhanh chóng, dù việc tạo ra một mã băm hợp lệ đòi hỏi khối lượng công việc tính toán đáng kể.
Proof-of-stake có an toàn hơn proof-of-work không?
Proof-of-stake và proof-of-work cung cấp các đánh đổi bảo mật khác nhau. Proof-of-work gắn bảo mật với công việc tính toán và chi phí năng lượng. Proof-of-stake gắn bảo mật với phần tài sản (stake) kinh tế và rủi ro mất mát khoản thế chấp. Không mô hình nào “đúng” là an toàn hơn một cách phổ quát. Bảo mật của bất kỳ mô hình nào cũng phụ thuộc vào quy mô của mạng, cách phân bổ người tham gia và cách triển khai cụ thể.
Những suy nghĩ kết lại
Bảo mật blockchain xuất hiện từ sự kết hợp của mật mã, thiết kế đồng thuận và động lực kinh tế, thay vì chỉ dựa vào một công nghệ hay một tính năng đơn lẻ. Consensus đảm bảo các bên thống nhất về điều gì là hợp lệ, băm mật mã khiến bản ghi gần như bất biến, và động lực mật mã kinh tế khiến các cuộc tấn công trở nên tốn kém hơn so với phần thưởng tiềm năng.
Khi blockchain phát triển, các mô hình bảo mật của chúng cũng thay đổi theo. Sự chuyển dịch từ proof-of-work sang proof-of-stake ở các mạng lớn và các nghiên cứu đang diễn ra về mật mã kháng lượng tử đang định hình nên diện mạo có thể có của bảo mật blockchain thế hệ tiếp theo. Việc hiểu các nền tảng này là điểm khởi đầu hữu ích cho bất kỳ ai tìm hiểu cách công nghệ này vận hành.
Đọc thêm
Nakamoto Consensus là gì?
Hash Rate là gì?
Proof of Work (Bằng chứng công việc) vs. Proof of Stake (Bằng chứng cổ phần)
Blockchain Trilemma là gì?
Lịch sử của Blockchain
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Nội dung này được cung cấp cho bạn trên cơ sở “hiện có” (as is) chỉ để tham khảo thông tin chung và mục đích giáo dục, không có bất kỳ đại diện hoặc bảo đảm nào dưới bất kỳ hình thức nào. Nội dung này không được xem là lời khuyên về tài chính, pháp lý hoặc lời tư vấn chuyên nghiệp khác, cũng không nhằm khuyến nghị việc mua bất kỳ sản phẩm hoặc dịch vụ cụ thể nào. Bạn nên tự tìm kiếm lời khuyên từ các cố vấn chuyên môn phù hợp. Nếu nội dung do bên đóng góp thứ ba cung cấp, vui lòng lưu ý rằng các quan điểm được thể hiện thuộc về bên đóng góp thứ ba đó và không nhất thiết phản ánh quan điểm của Binance Academy. Giá tài sản kỹ thuật số có thể biến động. Giá trị khoản đầu tư của bạn có thể tăng hoặc giảm và bạn có thể không nhận lại được số tiền đã đầu tư. Bạn hoàn toàn chịu trách nhiệm đối với các quyết định đầu tư của mình và Binance Academy không chịu trách nhiệm đối với bất kỳ khoản lỗ nào mà bạn có thể gánh chịu. Để biết thêm thông tin, vui lòng xem Điều khoản Sử dụng, Cảnh báo Rủi ro và Điều khoản của Binance Academy.