Chuỗi khối được bảo mật thông qua nhiều cơ chế khác nhau bao gồm các kỹ thuật mã hóa tiên tiến và các mô hình toán học về hành vi và ra quyết định. Công nghệ chuỗi khối là cấu trúc cơ bản của hầu hết các hệ thống tiền điện tử và là thứ ngăn chặn loại tiền kỹ thuật số này bị sao chép hoặc phá hủy.
Việc sử dụng 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 cao. Một số ví dụ bao gồm hành động ghi lại và theo dõi các khoản 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 đổi mới này.
Các khái niệm về tính bất biến và sự đồng thuận
Mặc dù có nhiều tính năng đóng vai trò bảo mật liên quan đến blockchain, nhưng hai trong số những 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 blockchain phân tán đồng ý về trạng thái thực sự của mạng và về tính hợp lệ của các giao dịch. Thông thường, quá trình đạt được sự đồng thuận phụ thuộc vào cái gọi là thuật toán đồng thuận.
Mặt khác, tính bất biến đề cập đến khả năng của blockchain trong việc 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 bản ghi các dạng dữ liệu kỹ thuật số phi tiền tệ khác.
Sự kết hợp, đồng thuận và bất biến cung cấp khuôn khổ bảo mật dữ liệu trong mạng blockchain. Mặc dù các thuật toán đồng thuận đảm bảo rằng các quy tắc của hệ thống được tuân thủ và tất cả các bên liên quan đều đồng ý về trạng thái hiện tại của mạng - tính bất biến 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.
Vai trò của mật mã trong bảo mật blockchain
Blockchain phụ thuộc rất nhiều vào mật mã để đạt được sự bảo mật dữ liệu của chúng. Trong bối cảnh này, cái gọi là hàm băm mật mã có tầm quan trọng cơ bản. Băm là một quá trình trong đó một thuật toán (hàm băm) nhận dữ liệu đầu vào có kích thước bất kỳ và trả về đầu ra (băm) có chứa kích thước (hoặc độ dài) có thể dự đoán và cố định.
Bất kể kích thước đầu vào là bao nhiêu, đầu ra sẽ luôn có cùng độ dài. Nhưng nếu đầu vào thay đổi thì đầu ra sẽ hoàn toàn khác. Tuy nhiên, nếu đầu vào không thay đổi thì hàm băm thu được sẽ luôn giống nhau - bất kể bạn chạy hàm băm bao nhiêu lần.
Trong chuỗi khối, các giá trị đầu ra này, được gọi là giá trị băm, được sử dụng làm mã định danh duy nhất cho các khối dữ liệu. Hàm băm của mỗi khối được tạo liên quan đến hàm băm của khối trước đó và đó là thứ tạo ra một chuỗi các khối được liên kết. Hàm băm khối phụ thuộc vào dữ liệu chứa trong khối đó, nghĩa là bất kỳ thay đổi nào được thực hiện đối với dữ liệu sẽ yêu cầu thay đổi hàm 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 thực các giao dịch. Ví dụ: trên chuỗi khối 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 sự bảo vệ cho hồ sơ giao dịch trên sổ cái, mật mã còn đóng vai trò đảm bảo tính bảo mật của ví được sử dụng để lưu trữ các đơn vị tiền điện tử. Các khóa chung và khóa riêng được ghép nối tương ứng 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 các giao dịch, giúp xác thực quyền sở hữu đối với số tiền đang được gửi.
Mặc dù các chi tiết cụ thể nằm ngoài phạm vi của bài viết này, nhưng bản chất của mật mã bất đối xứng ngăn không cho bất kỳ ai ngoại trừ người giữ khóa riêng truy cập vào số tiền được lưu trữ trong ví tiền điện tử, do đó giữ số tiền đó an toàn cho đến khi chủ sở hữu quyết định chi tiêu chúng (miễn là số tiền riêng tư đó được giữ an toàn). khóa không được chia sẻ hoặc bị xâm phạm).
Kinh tế học tiền điện tử
Ngoài mật mã, một khái niệm tương đối 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 nghiên cứu được gọi là lý thuyết trò chơi, mô hình hóa toán học 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 nhiều trường hợp, thì kinh tế học mật mã lại mô hình hóa và mô tả cụ thể hành vi của các nút trên các hệ thống chuỗi khối phân tán.
Nói tóm lại, kinh tế học tiền điện tử là nghiên cứu về tính kinh tế trong các giao thức blockchain và các kết quả có thể xảy ra mà thiết kế của chúng có thể mang lại dựa trên hành vi của người tham gia. Bảo mật thông qua kinh tế học tiền điện tử dựa trên quan niệm rằng các hệ thống blockchain cung cấp các động lực lớn hơn để các nút hành động trung thực hơn là áp dụng các hành vi độc hại hoặc bị lỗi. Một lần nữa, thuật toán đồng thuận Proof of Work được sử dụng trong khai thác Bitcoin đưa ra một ví dụ điển hình về cấu trúc khuyến khích này.
Khi Satoshi Nakamoto tạo ra khuôn khổ để khai thác Bitcoin, nó được thiết kế có chủ đích để trở thành một quá trình tốn kém và tốn nhiều tài nguyên. Do tính phức tạp và nhu cầu tính toán, việc khai thác PoW đòi hỏi sự đầu tư đáng kể về tiền bạc và thời gian - bất kể nút khai thác là ai và ở đâu. Do đó, cấu trúc như vậy mang lại sự ngăn cản 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 kém hiệu quả sẽ nhanh chóng bị trục xuất khỏi mạng blockchain, trong khi những người khai thác trung thực và hiệu quả có khả năng nhận được phần thưởng khối đáng kể.
Tương tự, sự cân bằng giữa rủi ro và phần thưởng này cũng mang lại sự bảo vệ chống lại các cuộc tấn công tiềm ẩn có thể làm suy yếu sự đồng thuận bằng cách đặt tỷ lệ băm đa số của mạng blockchain vào tay một nhóm hoặc tổ chức duy nhất. Những cuộc tấn công như vậy, được gọi là tấn công 51 phần trăm, có thể cực kỳ nguy hiểm nếu được thực hiện thành công. Do tính cạnh tranh của hoạt động khai thác Proof of Work và tầm quan trọng của mạng Bitcoin, khả năng một tác nhân độc hại giành quyền kiểm soát phần lớn các nút là cực kỳ nhỏ.
Hơn nữa, chi phí về sức mạnh tính toán cần thiết để đạt được quyền kiểm soát 51% của một mạng blockchain khổng lồ sẽ là rất lớn, mang lại sự nản lòng ngay lập tức để thực hiện một khoản đầu tư lớn như vậy cho một phần thưởng tiềm năng tương đối nhỏ. Thực tế này góp phần tạo nên một đặc tính của chuỗi khối được gọi là Dung sai lỗi Byzantine (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 ở mức cao và có các biện pháp khuyến khích tốt hơn cho hoạt động trung thực, thì hệ thống sẽ có thể phát triển mạnh mà không bị gián đoạn đáng kể. 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.
Bớt tư tưởng
Thông qua việc sử dụng kết hợp lý thuyết trò chơi và mật mã, các chuỗi khối có thể đạt được mức độ bảo mật cao như các hệ thống phân tán. Tuy nhiên, giống như hầu hết các hệ thống, điều quan trọng là hai lĩnh vực kiến thức này phải được áp dụng đúng cách. Sự cân bằng cẩn thận giữa phân cấp và bảo mật là 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. Ví dụ, các chuỗi khối riêng hiện đang được phát triển cho các doanh nghiệp kinh doanh phụ thuộc nhiều vào bảo mật thông qua kiểm soát truy cập hơn là các cơ chế lý thuyết trò chơi (hoặc kinh tế học mật mã), vốn không thể thiếu đối với sự an toàn của hầu hết các chuỗi khối công cộng.
