Tác giả: Người đóng góp Decred, Richard Red
Cơ chế đồng thuận của blockchain được sử dụng để đảm bảo sự đồng thuận giữa những người tham gia về trạng thái hiện tại của blockchain. Cơ chế đồng thuận xác định các nút nào có thể thêm khối giao dịch mới và một trong những mục tiêu chính của nó là đảm bảo rằng chuỗi khối không bị viết lại.
Bằng chứng đồng thuận về công việc (POW)
Các chuỗi khối với sự đồng thuận bằng chứng công việc (như Bitcoin) chỉ có thể được tạo ra bởi những người khai thác, những người triển khai phần cứng và tìm ra cách giải quyết một cách hiệu quả một vấn đề toán học cụ thể. Mỗi khi người khai thác hoàn thành dự đoán hợp lệ, mạng blockchain có thể chấp nhận khối mà họ đã xây dựng. Mặc dù các thợ mỏ có thể chọn một trong hai chuỗi để thực hiện tính toán, nhưng mạng chỉ chấp nhận chuỗi có nhiều bằng chứng công việc nhất (tức là có nhiều hàm băm hoặc tính toán nhất) là hợp pháp. Điều này có nghĩa là những người khai thác được khuyến khích khai thác trên chuỗi dài nhất và khi họ phát hiện ra một khối mới hợp lệ, họ sẽ cố gắng tìm giải pháp về cách xây dựng trên khối mới.
Khó khăn trong việc viết lại blockchain nằm ở vai trò của nó như một sổ cái ghi lại các giao dịch tài chính. Khi một giao dịch gửi tiền đến ví xuất hiện trong một khối và các khối khác (đã được xác nhận) đã được xây dựng trên khối đó, thì khối (giao dịch) đó sẽ không thể được viết lại.
Nếu một thực thể kiểm soát đủ sức mạnh băm để tấn công "chuỗi thực", nó có thể viết lại (hoặc xây dựng lại) chuỗi khối bằng cách xây dựng lại các khối "cũ" để thay thế các khối mới nhất. Dưới đây là mô tả ngắn gọn về loại tấn công này, còn được gọi là tấn công 51%:
Kẻ tấn công trước tiên gửi tiền vào sàn giao dịch, giao dịch được ghi lại trong khối X và sau đó kẻ tấn công bắt đầu tự mình xây dựng một chuỗi song song khác (không phát khối lên mạng). Khi đạt đến số lượng xác nhận cần thiết cho giao dịch gửi tiền, kẻ tấn công sẽ chuyển đổi mã thông báo sang loại tiền tệ khác và rút chúng khỏi sàn giao dịch. Khi giao dịch rút tiền hoàn tất, kẻ tấn công sẽ giải phóng một chuỗi song song được xây dựng độc lập và nếu chuỗi khối này có nhiều PoW (khối) hơn chuỗi ban đầu, mạng sẽ chấp nhận nó như một chuỗi hợp pháp, trong khi chuỗi khối ban đầu ( (chứa mã của kẻ tấn công) giao dịch nạp tiền) sẽ trở thành phiên bản lịch sử và biến mất. Kẻ tấn công sau đó có thể tự do sử dụng lại mã thông báo.
Vì thợ đào là thực thể duy nhất có thể thêm khối trực tiếp vào chuỗi khối trong các loại tiền điện tử giống PoW, nên điều này mang lại cho họ vai trò quan trọng trong quản trị. Nếu các quy tắc đồng thuận cần được sửa đổi trong mạng blockchain, chúng phải được hỗ trợ bởi phần lớn các ví dụ tính toán băm. Một "soft fork" yêu cầu đủ thợ mỏ xác định lại các quy tắc đồng thuận mới để người dùng có thể giao dịch và mong đợi giao dịch của họ được xử lý chính xác và dữ liệu giao dịch được đóng gói theo khối. Một "hard fork" sẽ chia mạng blockchain ban đầu thành hai phần và hầu hết các thợ mỏ đều chấp nhận rằng "chuỗi có PoW công việc là chuỗi chính xác" và các thợ mỏ sẽ có quyền quyết định chuỗi nào được coi là hợp pháp.
Bằng chứng về sự đồng thuận cổ phần (POS)
Sự đồng thuận bằng chứng cổ phần là một phương pháp khác để quyết định thợ mỏ nào có thể thêm khối mới và xác minh trạng thái hiện tại của chuỗi khối. Giải quyết vấn đề thông qua bằng chứng cổ phần, thay vì cạnh tranh giữa những người khai thác, xác định nhà sản xuất khối tiếp theo thông qua một số cơ chế dựa trên số lượng mã thông báo (hoặc "cổ phần") trong ví. Quá trình đồng thuận dựa trên nguyên tắc những người có lợi ích cao nhất sẽ đưa ra những quyết định có trách nhiệm và hợp lý cho toàn bộ mạng lưới.
Sự đồng thuận bằng chứng cổ phần giúp loại bỏ nhu cầu về các hoạt động khai thác tiêu tốn nhiều năng lượng, nhưng việc thiếu chi tiêu năng lượng đáng kể sẽ tạo ra một vấn đề khác, đôi khi được gọi là "sự không liên quan". Lấy fork làm ví dụ, POS giả ("giả mạo" thường được sử dụng thay vì "đào") sẽ được khai thác riêng biệt trên cả hai chuỗi, vì chi phí tạo ra một chuỗi khác là rất nhỏ nên họ có thể kiếm được lợi nhuận trên cả hai chuỗi cùng một lúc. Đây là một vấn đề đối với mạng blockchain, vì mục đích của cơ chế đồng thuận là chỉ nhận ra rằng có một chuỗi hợp pháp và chỉ nhận ra trạng thái của chuỗi hợp pháp.
Bằng chứng cổ phần có một số vấn đề khác với việc phân phối mã thông báo. Công cụ khai thác PoW có chi phí cao (phần cứng, điện) và thường cần bán một phần lớn số token mà họ khai thác để đáp ứng các chi phí này. Do đó, nhiều đồng tiền khai thác được có thể được mua trên thị trường và không được người khai thác tích trữ. Chi phí làm giả bằng chứng cổ phần rất thấp và họ không cần bán số token mà họ có được để duy trì hoạt động của mạng. Những người nắm giữ cổ phần lớn tham gia bằng chứng cổ phần có xu hướng tăng tỷ lệ mã thông báo đang lưu hành vì họ thu được số lượng lớn phần thưởng và phí giao dịch từ người dùng mạng. Điều này được ví như chế độ phong kiến, nơi mạng được sở hữu và kiểm soát bởi những người nắm giữ token lớn và người dùng phải trả phí cho việc sử dụng của họ. Trong POS, một số hạn chế thường được đặt ra để người dùng thông thường không thể trực tiếp tham gia vào sự đồng thuận bằng chứng cổ phần.
PoW/PoS lai
Mục tiêu của hệ thống bằng chứng công việc, bằng chứng cổ phần kết hợp là kết hợp điểm mạnh của cả hai và cân bằng điểm yếu của nhau. Decred là một trong số ít tiền điện tử sử dụng hỗn hợp các cơ chế đồng thuận PoW và PoS, đồng thời tích hợp chúng để tạo ra cơ chế đồng thuận đa yếu tố và kết hợp.
Theo một nghĩa nào đó, "Đồng xu Masternode" cũng là các cơ chế kết hợp trong đó chúng có thành phần bằng chứng công việc có thể nhận biết được, thực hiện vai trò tương tự như Bitcoin, với vai trò bổ sung là một nút đặc biệt. Các nút đặc biệt này cũng thường giữ một lượng token nhất định làm tài sản thế chấp để chứng minh rằng chúng có thể đáng tin cậy và mang lại lợi ích tốt nhất cho mạng, tương tự như cơ chế bằng chứng cổ phần. Dash là mã thông báo masternode ban đầu và gọi mô hình này là Bằng chứng dịch vụ. Bài viết này tập trung vào các thành phần có bằng chứng cổ phần kết hợp, do đó, nó sẽ không thảo luận về phạm vi mã thông báo có tính đến mã thông báo masternode hoặc bằng chứng dịch vụ.
Thành phần PoW của Decred tương tự như các dự án dựa trên PoW khác và sử dụng hàm băm Blake-256. Thành phần PoS của Decred và cách nó xây dựng một blockchain khá độc đáo và đáng được giải thích thêm.
Để tham gia bằng chứng cổ phần của Decred, chủ sở hữu phải khóa DCR của họ và mua “vé”. Giá vé lẻ được thiết lập theo cơ chế giống như thị trường, với hệ thống nhằm đạt được một số lượng vé nhất định (40.960) - nếu vượt số lượng mục tiêu thì giá sẽ tăng, nếu không đạt số lượng đó thì giá sẽ giảm. Khi người dùng mua vé, DCR mà họ sử dụng sẽ bị khóa (tức là họ không thể chi tiêu số tiền đó) và thời gian khóa kéo dài cho đến khi vé của họ được bỏ phiếu bằng lệnh gọi hàm giả ngẫu nhiên hoặc cho đến khi vé hết hạn sau khoảng 142 ngày. Điều này tạo ra chi phí cơ hội cho cơ chế PoS, một cách để đảm bảo rằng những người bỏ phiếu PoS có được cơ hội công bằng trong trò chơi và hành động vì lợi ích tốt nhất của mạng.
Những người tham gia PoS (còn được gọi là cử tri hoặc các bên liên quan) có thể đóng ba vai trò khác nhau: từ chối bỏ phiếu, bỏ phiếu về những thay đổi đối với quy tắc đồng thuận và bỏ phiếu về quản trị cấp dự án bằng hệ thống xếp hạng Politeia. Vai trò đầu tiên, “từ chối bỏ phiếu”, là cách trực tiếp nhất để cử tri PoS tham gia duy trì sự đồng thuận.
Bỏ phiếu trong khối
Khi những người khai thác PoW tìm thấy một khối hợp lệ, họ sẽ phát nó lên mạng và để khối được coi là hợp lệ, khối đó phải có ít nhất 3 trong số 5 phiếu bầu được chọn ngẫu nhiên trong đó. Người bỏ phiếu PoS được yêu cầu giữ ví của họ luôn mở và phải trả lời (hoặc nhờ nhà cung cấp dịch vụ bỏ phiếu đại diện cho họ) khi phiếu bầu của họ được gọi. Khi một vé POS nhất định được gọi để bình chọn và phản hồi, chủ nhân của nó sẽ nhận được phần thưởng.
Khi vé được gọi, họ sẽ bỏ phiếu cho các giao dịch thông thường của khối trước đó, chọn chấp nhận hoặc từ chối chúng. Các nút trên mạng sẽ không coi khối mới là hợp lệ cho đến khi nhận được ít nhất 3 phiếu bầu. Nếu phần lớn các vé từ chối bỏ phiếu cho giao dịch ở khối trước đó, chúng sẽ được trả lại vào mempool. Các giao dịch thông thường này bao gồm phần thưởng dành cho người khai thác PoW, nhưng không dành cho người bỏ phiếu PoS.
Do đó, người bỏ phiếu PoS có quyền tước phần thưởng của người khai thác mà không ảnh hưởng đến lợi nhuận của chính họ. Điều này hạn chế sức mạnh của các công cụ khai thác PoW và ngăn họ giả mạo các quy tắc đồng thuận của mạng, những quy tắc này phải được các bên liên quan bỏ phiếu. Trên thực tế, khi phát hiện hành vi độc hại hoặc không hiệu quả, người bỏ phiếu PoS có thể "phủ quyết" các hành vi khai thác độc hại này bằng cách sử dụng phiếu bầu. Bằng cách này, những người khai thác PoW độc hại sẽ bị ngăn chặn giả mạo giao dịch và nhận phần thưởng bất hợp pháp.
Lớp xác minh PoS này có thể cải thiện đáng kể tính bảo mật của mạng và bảo vệ khỏi hầu hết các cuộc tấn công. Phương pháp phổ biến được sử dụng trong hầu hết các cuộc tấn công chi tiêu gấp đôi là ghi đè chuỗi khối bằng cách thay thế chuỗi hiện có bằng khai thác riêng tư và lén lút, sau đó xuất bản nó một thời gian sau đó và vô hiệu hóa các giao dịch trong chuỗi "cũ" (tức là họ có thể Thanh toán gấp đôi ). Vì các khối Decred yêu cầu đầu vào gồm các vé được chọn ngẫu nhiên để được coi là hợp lệ và các khối không thể được xây dựng bởi người khai thác PoW cho đến khi nhận được đầu vào này, nên người khai thác PoW không thể khai thác bí mật trừ khi họ cũng kiểm soát hầu hết các vé (xem bài viết bên dưới) .
Việc thiết kế cơ chế PoW/PoS lai có thể làm tăng đáng kể chi phí của các cuộc tấn công mạng vì kẻ tấn công phải phá vỡ hai hệ thống độc lập cùng một lúc. Đặc biệt nếu thành phần PoS được cấu hình để chỉ nhận được vé một cách chậm rãi. Mỗi khối chỉ có thể mua một số lượng vé hạn chế và việc mua số lượng lớn vé sẽ khiến giá tăng mạnh. Ngoài ra, khi cần mua vé, số tiền dùng để mua chúng sẽ bị khóa, khóa tiền của kẻ tấn công để tấn công và khiến chúng có nguy cơ mất giá.
Việc các bên liên quan được chọn ngẫu nhiên bỏ phiếu trên mỗi khối có nghĩa là chuỗi khối phải được chia sẻ với các nút nơi tất cả người tham gia khai thác, do đó tăng cường tính bảo mật của mạng. Cơ chế kết hợp của Decred được thiết kế để cung cấp cho các bên liên quan sức mạnh vượt xa các công cụ khai thác PoW.
Bỏ phiếu sửa đổi đồng thuận
Decred đã quyết định ngay từ đầu để biến các bên liên quan của PoS trở thành lực lượng ra quyết định chi phối trong quản trị blockchain. Việc sửa đổi hoặc viết các quy tắc đồng thuận yêu cầu quá trình nâng cấp phê duyệt, qua đó các quy tắc đồng thuận của mạng chỉ có thể được sửa đổi sau khi bỏ phiếu. Và những thay đổi chỉ có thể được thực hiện nếu có ít nhất 75% phiếu bầu đồng ý. Quá trình bắt đầu nếu một tỷ lệ phần trăm nhất định người khai thác (95%) và cử tri (75%) đang chạy phần mềm nâng cấp và thực hiện các thay đổi tiềm năng đối với các quy tắc. Nếu đề xuất sửa đổi nhận được hơn 75% sự ủng hộ sau thời gian bỏ phiếu 4 tuần thì nó sẽ được chấp nhận, nếu không thì sẽ bị từ chối và nếu số lượng phiếu bầu không đủ thì việc bỏ phiếu sẽ bắt đầu lại. Nếu đề xuất được chấp nhận, những sửa đổi đối với cơ chế đồng thuận sẽ được kích hoạt sau một tháng.
Quản lý dự án: Politeia
Phần thưởng khối của Decred được chia thành phần thưởng cho người khai thác PoW (60%), phần thưởng cho người bỏ phiếu PoS (30%) và Kho bạc (10%), được sử dụng để tài trợ cho những người đóng góp phần mềm nguồn mở phát triển dự án. Người giữ vé có quyền bỏ phiếu về cách sử dụng phần tiền này, những tính năng nào cần được thêm vào và đưa ra quyết định thông qua nền tảng Politeia.
Suy nghĩ tóm tắt
Vì người bỏ phiếu PoS nhận được 30% phần thưởng khối nên họ không thể duy trì tỷ lệ lưu hành DCR tương đối của mình chỉ bằng cách nắm giữ số cổ phần hiện có. Hầu hết DCR mới có được bằng cách khai thác từ các công cụ khai thác PoW, từ đó giảm thiểu vấn đề “không liên quan” của họ trong hệ thống PoS và cũng đóng vai trò của họ trong việc bảo vệ mạng. Người khai thác phải bán hầu hết phần thưởng họ nhận được để duy trì chi phí hoạt động, vì vậy phương pháp này đảm bảo nguồn cung DCR hợp lý trên thị trường.
Chuỗi khối Decred trình bày một mô hình kiến trúc độc đáo và là một trong những ví dụ nổi tiếng nhất về hệ thống PoW/PoS lai. Cùng với những thay đổi đáng kể trong cơ chế đồng thuận PoS trong nhóm, các dự án trong tương lai được triển khai thông qua cơ chế PoW/PoS lai cũng rất độc đáo và sẽ không nhất thiết phải tuân theo khuôn khổ Decred hiện tại.
