Bằng chứng công việc (PoW) là gì?

Nội dung
Giới thiệu
Chi tiêu gấp đôi là gì?
Tại sao Bằng chứng công việc lại cần thiết?
PoW hoạt động như thế nào?
Bằng chứng công việc so với Bằng chứng cổ phần
Cân nhắc cuối cùng

Giới thiệuBằng chứng công việc (thường được viết tắt là PoW) là một cơ chế ngăn chặn chi tiêu gấp đôi. Các loại tiền điện tử lớn sử dụng PoW làm thuật toán đồng thuận, đây là một phương pháp bảo mật tiền điện tử từ sổ cái phân tán.
Proof of Work là thuật toán đồng thuận đầu tiên được tạo ra và cho đến ngày nay, nó vẫn là thuật toán chính. Nó được Satoshi Nakamoto giới thiệu trong sách trắng Bitcoin vào năm 2008, nhưng bản thân công nghệ này đã được hình thành từ rất lâu trước đó.
HashCash của Adam Back là một ví dụ ban đầu về thuật toán Proof of Work có trước tiền điện tử. Bằng cách yêu cầu người gửi thực hiện một cuộc kiểm tra tính toán nhỏ trước khi gửi email, người nhận có thể giảm thư rác. Việc kiểm tra này diễn ra nhanh chóng và đơn giản đối với người dùng gửi email nhưng sẽ là vấn đề đối với người gửi email hàng loạt, chẳng hạn như email spam.

Chi tiêu gấp đôi là gì?Chi tiêu gấp đôi xảy ra khi cùng một khoản tiền được chi tiêu nhiều lần. Thuật ngữ này hầu như chỉ được sử dụng trong bối cảnh tiền kỹ thuật số – xét cho cùng, sẽ khó có thể tiêu cùng một số tiền hai lần khi nó là tiền vật chất. Khi bạn mua cà phê, bạn giao tiền cho nhân viên thu ngân, người này có thể sẽ chặn nó theo cách nào đó. Bạn sẽ không thể băng qua phía bên kia đường và trả tiền cho một ly cà phê khác với cùng một hóa đơn.
Trong các chương trình tiền kỹ thuật số, có khả năng như vậy. Có thể trước đây bạn đã sao chép một tập tin máy tính – chỉ cần sao chép và dán. Bạn có thể gửi cùng một tệp email cho mười, hai mươi, năm mươi người.
Vì tiền kỹ thuật số chỉ đơn giản là một tập hợp dữ liệu nên mọi người cần ngăn chặn việc sao chép và chi tiêu cùng một đơn vị ở những nơi khác nhau. Nếu không, hệ thống tiền tệ tương ứng sẽ sụp đổ.
Để biết thêm chi tiết về chi tiêu gấp đôi, hãy xem bài viết Hướng dẫn chi tiêu gấp đôi.

Tại sao Bằng chứng công việc lại cần thiết?Nếu bạn đã đọc hướng dẫn của chúng tôi về công nghệ chuỗi khối thì bạn đã biết rằng người dùng truyền tải các giao dịch lên mạng. Tuy nhiên, những giao dịch này không được coi là hợp lệ ngay lập tức. Điều này chỉ xảy ra khi chúng được thêm vào blockchain.
Chuỗi khối là một cơ sở dữ liệu lớn mà tất cả người dùng đều có thể xem, giúp kiểm tra xem tiền đã được chi tiêu trước đó hay chưa. Hãy tưởng tượng điều này: bạn và ba người bạn có một cuốn sổ. Bất cứ khi nào một trong các bạn thực hiện chuyển khoản bất kỳ đơn vị nào, bạn sẽ ghi lại nó vào khối – Alice trả năm đơn vị cho Bob, Bob trả hai đơn vị cho Carol, v.v.
Còn một chi tiết nữa – bất cứ khi nào bạn thực hiện một giao dịch, bạn sẽ tham chiếu đến giao dịch mà tiền đến. Do đó, nếu Bob thanh toán cho Carol hai đơn vị, mục nhập sẽ như sau: Bob trả cho Carol hai đơn vị từ giao dịch trước đó với Alice.
Bây giờ chúng ta có cách để theo dõi các đơn vị. Nếu Bob cố gắng thực hiện một giao dịch khác bằng cách sử dụng cùng đơn vị mà anh ấy vừa gửi cho Carol, mọi người sẽ biết ngay lập tức. Nhóm sẽ không cho phép thêm giao dịch vào sổ ghi chép.
Điều này có thể hoạt động tốt trong một nhóm nhỏ. Vì mọi người đều biết nhau nên họ có thể sẽ đi đến thống nhất về việc bạn bè nào có thể thêm giao dịch vào sổ ghi chép. Nhưng nếu chúng ta muốn có một nhóm 10.000 người tham gia thì sao? Ý tưởng notepad sẽ không phù hợp vì không ai muốn tin tưởng giao cho một người lạ quản lý hồ sơ giao dịch.
Đây là lúc Bằng chứng công việc xuất hiện. Nó đảm bảo rằng người dùng không tiêu tiền mà họ không có quyền chi tiêu. Bằng cách sử dụng sự kết hợp giữa lý thuyết trò chơi và mật mã, thuật toán PoW cho phép mọi người cập nhật chuỗi khối theo các quy tắc của hệ thống.

PoW hoạt động như thế nào?Sổ ghi chép của chúng tôi trong ví dụ trên là blockchain. Nhưng chúng tôi không thêm từng giao dịch một – thay vào đó, chúng tôi nhóm chúng thành các khối. Các giao dịch được thông báo trên mạng, vì vậy khi tạo khối, người dùng sẽ đưa các giao dịch đó vào một khối ứng cử viên. Các giao dịch sẽ chỉ được coi là hợp lệ khi khối ứng viên trở thành khối được xác nhận, có nghĩa là nó đã được thêm vào blockchain một cách hiệu quả.
Tuy nhiên, việc gắn một khối không phải là một quá trình rẻ tiền. Bằng chứng công việc yêu cầu người khai thác (người dùng tạo khối) sử dụng tài nguyên của riêng họ để có được đặc quyền này. Tài nguyên này là sức mạnh tính toán, được sử dụng để băm dữ liệu khối cho đến khi tìm được lời giải cho câu đố.
Để tạo hàm băm khối, quy trình Băm sẽ gửi dữ liệu khối tới một hàm băm. Băm khối hoạt động giống như một “dấu vân tay” – nó là thông tin nhận dạng của dữ liệu đầu vào và là duy nhất cho mỗi khối.
Thực tế là không thể đảo ngược hàm băm khối để lấy dữ liệu đầu vào. Tuy nhiên, khi biết đầu vào, thật dễ dàng để xác nhận rằng hàm băm là chính xác. Bạn chỉ cần gửi đầu vào cho hàm và kiểm tra xem đầu ra có giống nhau không.
Trong Bằng chứng công việc, bạn phải cung cấp dữ liệu có hàm băm đáp ứng các điều kiện nhất định. Nhưng bạn không biết làm cách nào để đến được đó. Tùy chọn duy nhất của bạn là gửi dữ liệu của mình thông qua hàm băm và kiểm tra xem dữ liệu đó có đáp ứng các điều kiện hay không. Nếu không, bạn sẽ phải thay đổi dữ liệu của mình một chút để có được hàm băm khác. Việc thay đổi một ký tự trong dữ liệu của bạn sẽ dẫn đến kết quả đầu ra hoàn toàn khác, do đó không có cách nào để dự đoán kết quả.
Vì vậy, nếu bạn muốn tạo một khối, bạn đang chơi trò chơi đoán. Thông thường, bạn nhận được thông tin về tất cả các giao dịch bạn muốn thêm và một số dữ liệu quan trọng khác, sau đó nhóm tất cả lại với nhau thành một hàm băm. Tuy nhiên, vì tập dữ liệu của bạn là cố định nên bạn sẽ cần thêm thông tin có thể thay đổi. Nếu không, bạn sẽ luôn nhận được hàm băm giống như đầu ra. Dữ liệu biến đổi này được chúng tôi gọi là dữ liệu nonce. Đó là một con số mà bạn thay đổi để có được hàm băm khác nhau mỗi lần bạn thử. Đây là quá trình chúng tôi gọi là khai thác.
Nói tóm lại, khai thác là quá trình thu thập dữ liệu từ blockchain và băm nó, sử dụng nonce, cho đến khi tìm thấy kết quả băm cụ thể. Nếu bạn tìm thấy hàm băm đáp ứng các điều kiện do giao thức đặt ra, bạn có quyền phát khối mới lên mạng. Khi điều này được thực hiện, những người tham gia khác trong mạng sẽ cập nhật chuỗi khối của họ để bao gồm khối mới được tạo.
Đối với các loại tiền điện tử hàng đầu hiện nay, các điều kiện cực kỳ khó đáp ứng. Tốc độ băm trên mạng càng cao thì càng khó tìm được hàm băm hợp lệ. Tốc độ băm được điều chỉnh để đảm bảo rằng các khối hợp lệ không được tìm thấy quá nhanh.
Như bạn có thể tưởng tượng, việc cố gắng đoán số lượng lớn giá trị băm bằng máy tính có thể là một quá trình rất tốn kém. Bạn sẽ lãng phí chu kỳ tính toán và điện năng. Nhưng nếu bạn tìm thấy hàm băm hợp lệ, giao thức sẽ thưởng cho bạn tiền điện tử.
Hãy tóm tắt lại những gì chúng ta đã thấy cho đến nay:
Khai thác là một quá trình rất tốn kém.
Bạn được thưởng vì đã tạo ra một khối hợp lệ.
Biết được đầu vào, người dùng có thể dễ dàng xác minh hàm băm của nó – người dùng không phải là thợ mỏ có thể kiểm tra xem một khối có hợp lệ hay không mà không cần sức mạnh tính toán lớn.
Càng xa càng tốt. Nhưng nếu ai đó cố gắng gian lận thì sao? Điều gì ngăn người dùng chèn các giao dịch gian lận vào khối và tạo ra hàm băm hợp lệ?
Đó là lúc mật mã khóa công khai phát huy tác dụng. Chúng tôi sẽ không đi sâu vào phần này nhưng hãy xem bài viết Mật mã khóa công khai là gì? để có cái nhìn toàn diện hơn về chủ đề này. Nói tóm lại, chúng tôi sử dụng một số thủ thuật mã hóa cho phép bất kỳ người dùng nào kiểm tra xem ai đó có quyền chuyển số tiền mà họ đang cố gắng chi tiêu hay không.
Khi bạn tạo một giao dịch, bạn sẽ ký vào giao dịch đó. Bất kỳ ai trên mạng đều có thể so sánh chữ ký của bạn với khóa chung và xem nó có khớp không. Họ cũng sẽ kiểm tra xem bạn có thực sự có thể chi tiêu số tiền đó hay không và tổng đầu vào của bạn có lớn hơn tổng đầu ra của bạn hay không - nghĩa là bạn không chi tiêu nhiều hơn số tiền bạn thực sự có.
Bất kỳ khối nào bao gồm giao dịch không hợp lệ sẽ bị mạng tự động từ chối. Cố gắng gian lận là tốn kém. Bạn sẽ lãng phí tài nguyên của mình mà không nhận được bất kỳ phần thưởng nào.
Đó là điều kỳ diệu của Proof of Work: gian lận thì tốn kém nhưng hành động trung thực sẽ mang lại lợi nhuận. Bất kỳ người khai thác hợp lý nào cũng tìm kiếm lợi tức đầu tư, ROI. Nói cách khác, kỳ vọng là họ hành xử theo cách đảm bảo lợi nhuận của mình.

Bạn đang suy nghĩ về việc đầu tư vào tiền điện tử? Mua Bitcoin trên Binance!

Bằng chứng công việc so với Bằng chứng cổ phầnCó nhiều thuật toán đồng thuận, nhưng Proof of Stake (PoS) là thuật toán được nhiều người mong đợi nhất. Đó là một khái niệm năm 2011 và đã được triển khai trong một số giao thức nhỏ hơn. Tuy nhiên, nó vẫn chưa được áp dụng trên bất kỳ blockchain chính nào.
Trong hệ thống Proof of Stake, người khai thác được thay thế bằng người xác nhận. Không có hoạt động khai thác liên quan cũng như không có sự cạnh tranh để đoán giá trị băm. Thay vào đó, người dùng được chọn ngẫu nhiên – nếu được chọn, họ phải đề xuất (hoặc “giả mạo”) một khối. Nếu khối hợp lệ, họ sẽ nhận được phần thưởng được tạo thành từ phí giao dịch của khối.
Không phải bất kỳ người dùng nào cũng có thể được chọn – giao thức sẽ chọn họ dựa trên một số yếu tố. Để đủ điều kiện, người tham gia phải duy trì giá trị cổ phần bị khóa, là số tiền được xác định trước bằng tiền bản địa của blockchain. Đặt cược hoạt động giống như một sự đảm bảo: giống như bị cáo phải chi một số tiền lớn để ngăn cản họ bỏ qua phiên tòa, người xác nhận duy trì số tiền đặt cọc để ngăn cản việc gian lận. Nếu họ hành động không trung thực thì giá trị tiền đặt cược (hoặc một phần) sẽ bị mất.
Proof of Stake có một số lợi thế so với Proof of Work. Điều đáng chú ý nhất là mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn – vì trong PoS, không cần có các trang trại khai thác tiêu thụ nhiều năng lượng như vậy. Lượng điện tiêu thụ chỉ bằng một phần nhỏ lượng điện được sử dụng trong PoW.
PoS thậm chí còn không bằng lịch sử sử dụng của PoW. Mặc dù điều này có thể được coi là lãng phí nhưng việc khai thác là thuật toán đồng thuận duy nhất đã được chứng minh là có hiệu quả trên quy mô lớn. Chỉ trong hơn một thập kỷ, nó đã đảm bảo việc chuyển hàng nghìn tỷ đô la trong các giao dịch. Để chắc chắn rằng PoS có thể cạnh tranh với tính bảo mật của PoW, Stake phải được kiểm tra đúng cách trên quy mô lớn.

Cân nhắc cuối cùngBằng chứng công việc là giải pháp ban đầu cho vấn đề chi tiêu gấp đôi và đã được chứng minh là một phương pháp đáng tin cậy và an toàn. Bitcoin đã chứng minh rằng chúng ta không cần các thực thể tập trung để ngăn chặn việc chi tiêu hai lần cùng một khoản tiền. Với việc sử dụng thông minh mật mã, hàm băm và lý thuyết trò chơi, những người tham gia trong môi trường phi tập trung có thể đạt được sự đồng thuận về trạng thái của cơ sở dữ liệu tài chính.