Chuỗi khối được bảo mật bằng nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm các phương pháp 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 ngăn chặn sự sao chép hoặc phá hủy tiền kỹ thuật số đó.
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 được đánh giá cao. Một số ví dụ là đăng ký và theo dõi 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. Vì vậy, điều quan trọng là phải hiểu các khái niệm và cơ chế cơ bản để đảm bảo sự bảo vệ đáng tin cậy cho các hệ thống đổi mới này.
Khái niệm về tính bất biến và sự đồng thuận
Mặc dù có nhiều tính năng đóng vai trò quan trọng trong bảo mật 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 đồng ý về trạng thái thực sự của mạng và tính hợp lệ của các giao dịch trong mạng blockchain phân tán. Theo quy định, 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 các giao dịch đã được xác nhận bị thay đổi. Mặc dù các giao dịch này thường liên quan đến việc chuyển tiền điện tử nhưng chúng cũng có thể liên quan đến việc ghi lại các dạng dữ liệu kỹ thuật số phi tiền tệ khác.
Kết hợp lại với nhau, sự đồng thuận và tính bất biến cung cấp nền tảng cho 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 thực.
Vai trò của mật mã trong bảo mật blockchain
Blockchain phụ thuộc rất nhiều vào mật mã để giữ an toàn cho dữ liệu của họ. Trong bối cảnh này, cái gọi là hàm băm mật mã có tầm quan trọng cơ bản. Băm là một quá trình trong đó thuật toán (hàm băm) lấy dữ liệu đầu vào có kích thước bất kỳ và trả về kết quả (băm) chứa kích thước (hoặc độ dài) có thể dự đoán và cố định.
Bất kể kích thước của đầu vào, 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 kết quả băm sẽ luôn giống nhau cho dù bạn có chạy hàm băm bao nhiêu lần đi chăng nữa.
Trong blockchain, các giá trị thô 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 bằng liên kết đến hàm băm của khối trước đó và đây là thứ tạo ra một chuỗi các khối được liên kết. Hàm băm của một khối phụ thuộc vào dữ liệu chứa trong khối đó, điều đó có nghĩa là bất kỳ thay đổi nào được thực hiện đối với dữ liệu đều yêu cầu thay đổi hàm băm của khối.
Do đó, hàm băm của mỗi khối được tạo dựa trên dữ liệu chứa trong khối này và hàm băm của khối trước đó. Các ID băm này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính bảo mật và tính bất biến của blockchain.
Băm cũng được sử dụng trong các thuật toán đồng thuận, do đó được sử dụng để xác minh các giao dịch. Ví dụ: trong chuỗi khối Bitcoin, thuật toán Proof of Work (PoW) sử dụng hàm băm SHA-256. Đúng như tên gọi, SHA-256 nhận đầu vào và trả về hàm băm dài 256 bit hoặc 64 ký tự.
Ngoài việc bảo mật hồ sơ giao dịch trong sổ cái, mật mã còn đóng vai trò bảo mật các ví được sử dụng để lưu trữ các đơn vị tiền điện tử. Các cặp khóa công khai và riêng tư, tương ứng cho phép người dùng nhận và gửi thanh toán, được tạo bằng mật mã bất đối xứng hoặc mật mã khóa chung. Khóa riêng được sử dụng để tạo chữ ký số cho các giao dịch, cho phép chứng minh quyền sở hữu số tiền được gửi.
Mặc dù tất cả các chi tiết không thể được đề cập trong bài viết này, nhưng bản chất của mật mã bất đối xứng sẽ ngăn không cho bất kỳ ai ngoại trừ chủ sở hữu 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 chọn chi tiêu chúng (với điều kiện là, rằng khóa riêng không bị chia sẻ hoặc bị xâm phạm).
Nền kinh tế tiền điện tử
Ngoài mật mã, một khái niệm tương đối mới được gọi là kinh tế học mật mã cũng đóng vai trò giữ an toàn cho mạng blockchain. Điều này liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu được gọi là lý thuyết trò chơi, mô hình hóa toán học quá trình ra quyết định của các đối tượng hợp lý trong các tình huống có quy tắc và phần thưởng xác định. Trong khi lý thuyết trò chơi truyền thống có thể được áp dụng rộng rãi cho nhiều tình huống, thì kinh tế học mật mã lại mô hình hóa và mô tả cụ thể hành vi của các nút trong các hệ thống chuỗi khối phân tán.
Nói tóm lại, kinh tế học mật mã là nghiên cứu về tính kinh tế của các giao thức blockchain và các kết quả có thể xảy ra mà sự phát triển của chúng có thể tạo ra tùy thuộc vào 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 cho các nút nhiều động lực hơn để hành xử trung thực hơn là hành xử ác ý hoặc nhầm lẫn. 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 nền tảng khai thác Bitcoin, nó được thiết kế có chủ ý để trở thành một quy trình tốn kém và tốn nhiều tài nguyên. Do tính phức tạp và yêu cầu tính toán, việc khai thác PoW đòi hỏi một khoản đầu tư đáng kể về tiền bạc và thời gian, bất kể nút khai thác nằm ở đâu và ai quản lý nó. Do đó, cấu trúc này mang lại sự ngăn chặn mạnh mẽ đối với hoạt động độc hại và khuyến khích đáng kể cho việc khai thác trung thực. Các nút không trung thực hoặc kém hiệu quả sẽ nhanh chóng bị loại khỏi mạng blockchain, trong khi những người khai thác trung thực và hiệu quả có thể kiếm được phần thưởng khối tốt.
Tương tự như vậy, sự cân bằng giữa rủi ro và phần thưởng này cung cấp sự bảo vệ chống lại các cuộc tấn công tiềm ẩn có thể làm suy yếu sự đồng thuận bằng cách đặt hầu hết hashrate của mạng blockchain vào tay một nhóm hoặc tổ chức. Những cuộc tấn công như vậy, được gọi là tấn công 51%, có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng khi thực hiện thành công. Do tính chất cạnh tranh của hoạt động khai thác Proof of Work và quy mô của mạng Bitcoin, khả năng kẻ tấn công giành quyền kiểm soát hầu hết các nút là cực kỳ thấp.
Ngoài ra, chi phí cho sức mạnh tính toán cần thiết để đạt được quyền kiểm soát 51% đối với mạng blockchain khổng lồ sẽ rất lớn, điều này sẽ ngay lập tức trở thành yếu tố không khuyến khích đối với khoản đầu tư lớn như vậy với phần thưởng tiềm năng tương đối ít. Thực tế này góp phần tạo nên một đặc tính khác 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 có hành động độc hại.
Miễn là chi phí tạo ra hầu hết các nút độc hại vẫn ở mức cực 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 bởi đa số, vì tỷ lệ băm tổng thể được gán cho các hệ thống này thấp hơn nhiều so với Bitcoin.
Kết quả
Do sử dụng kết hợp lý thuyết trò chơi và mật mã, 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, việc áp dụng chính xác hai lĩnh vực chuyên môn này là rất quan trọng. Sự cân bằng cẩn thận giữa phân cấp và bảo mật là rất quan trọng để tạo ra một mạng lưới tiền điện tử đáng tin cậy và hiệu quả.
Khi việc sử dụng chuỗi khối tiếp tục phát triển, hệ thống bảo mật của chúng cũng sẽ thay đổi để đáp ứng nhu cầu của các trường hợp sử dụng khác nhau. Các chuỗi khối riêng hiện đang được phát triển cho các doanh nghiệp thương mại phụ thuộc nhiều vào bảo mật thông qua kiểm soát truy cập hơn là cơ chế lý thuyết trò chơi (hoặc kinh tế học mật mã) cần thiết cho tính bảo mật của hầu hết các chuỗi khối công khai.