Thuật toán đồng thuận và Sự an toàn của máy tính

Trong mạng lưới phi tập trung, máy tính có thể cùng nhau hoạt động mà không nhất thiết phải có một hệ thống trung tâm. Đó là khi thuật toán đồng thuận xuất hiện như một "công thức chiến thắng" giúp các máy tính có thể hợp tác và tìm ra điểm chung. Những thuật toán này đảm bảo rằng tất cả trong mạng lưới đều đạt được sự thống nhất về cái gì là đúng và cái gì là sai, từ đó giữ cho dữ liệu an toàn và giao dịch trở nên hợp lệ.

Trong bài viết này, CryptoViet Info và các bạn sẽ khám phá bí mật của thuật toán đồng thuận theo một cách dễ hiểu nhất. Ta sẽ thấy cách những hệ thống thông minh này hoạt động để đảm bảo rằng tất cả các máy tính đều đồng nhất và tự bảo vệ chống lại những cuộc tấn công nguy hiểm, cách mà các máy tính hợp sức và giữ cho mọi thứ an toàn trong thế giới kỹ thuật số mà không cần một đầu não chỉ huy!

Thuật toán đồng thuận

Nói cách đơn giản, thuật toán đồng thuận là một phương pháp được sử dụng bởi các máy tính trong một mạng lưới để đạt được sự đồng thuận về một điều gì đó, như trạng thái của cơ sở dữ liệu được chia sẻ hay tính hợp lệ của giao dịch. Thuật toán đảm bảo rằng tất cả các máy tính trong mạng lưới đều hiểu nhau và làm việc cùng nhau theo một cách trôi chảy.

Ví dụ thực tiễn

Hãy tưởng tượng một nhóm bạn đang chia sẻ một tập tài liệu kỹ thuật số trong một cùng network folder. Tất cả họ đều có quyền truy cập vào tệp này và đều có quyền thay đổi nó. Tuy nhiên, họ cần đồng thuận với một phiên bản duy nhất của tài liệu để tránh sự nhầm lẫn.

Khi một bạn nào đó trong nhóm thay đổi nội dung tài liệu, hệ thống sẽ sử dụng thuật toán đồng thuận để thông báo cho các thành viên khác về sự thay đổi này. Các thành viên trong nhóm sẽ cùng nhau xem xét và đánh giá phiên bản mới, và nếu tất cả đều đồng thuận với nội dung thay đổi, thì phiên bản mới này sẽ trở thành phiên bản chính thức. Hoặc khi nếu có bất kỳ sự không đồng thuận nào, họ sẽ cùng nhau thảo luận để tìm ra giải pháp và đạt được sự thỏa thuận về nội dung của tài liệu.

Ví dụ cụ thể về thuật toán đồng thuận

1. Alice đề xuất một thay đổi cho tài liệu, bằng cách thêm một đoạn văn mới vào cuối tài liệu. 
2. Bob và Charlie, hai bạn bè khác trong mạng lưới, nhìn thấy đề xuất của Alice và đồng ý với nó. Họ bỏ phiếu ủng hộ thay đổi này. 
3. Vì số đông (hơn một nửa) của nhóm đồng ý với sự thay đổi này, nhóm đạt được sự đồng thuận, và sự thay đổi giờ đây được thực hiện trên tài liệu. 
4. Bây giờ, tất cả bạn bè có thể nhìn thấy phiên bản đã được cập nhật và tất cả họ đều biết rằng đó là trạng thái tài liệu đã được thống nhất và mang tính hợp lệ vơi tất cả thành viên.

Trong những hệ thống phức tạp hơn, như mạng blockchain (ví dụ, Bitcoin hoặc Ethereum), thuật toán đồng thuận đóng một vai trò quan trọng trong việc xác nhận và bảo mật giao dịch mà không cần thông quan một hệ thống trung tâm. Thuật toán đảm bảo rằng tất cả các node trong mạng lưới đều đồng ý về thứ tự và tính hợp lệ của các giao dịch, duy trì tính toàn vẹn của blockchain và thông tin được chia sẻ giữa các thành viên.

Thuật toán đồng thuận Proof of Stake (PoS) trong Ethereum

Trong thuật toán đồng thuận PoS, các validator được chọn để tạo các block mới và bảo vệ mạng lưới dựa trên số lượng coin (Ether) họ "stake" hoặc khóa lại như tài sản thế chấp. Càng nhiều Ether mà validator stake, thì cơ hội được chọn để đề xuất và xác minh các block càng cao.

Cách hoạt động của PoS

• Validator: Trong hệ thống PoS, một số node được chọn để trở thành validator. Để trở thành một validator, một node cần phải "stake" một số lượng tiền điện tử cụ thể (trong trường hợp này là Ether) như là tài sản thế chấp. Càng nhiều Ether mà họ đặt stake, thì cơ hội của họ để được chọn làm validator càng cao.
• Block Proposer: Các Validator lần lượt trở thành "Block proposer" để tạo một khối giao dịch mới. Validator có số lượng Ether stake cao thường có cơ hội cao hơn để được chọn làm Block Proposer.
• Block Validation: Khi một validator đề xuất một block mới, các validator khác kiểm tra tính hợp lệ của các giao dịch trong block để đảm bảo chúng tuân theo các quy tắc của mạng lưới và không phải là gian lận.
• Consensus and Finality: Nếu đại đa số Validator đồng ý rằng Block đề xuất là hợp lệ, thì nó sẽ được thêm vào blockchain. Đồng thuận được đạt thông qua sự đồng tình của các Validator này, các Valiadator này sẽ là những người có hành động trung thực nhất, vì họ có nguy cơ mất số tiền đã stake nếu họ hành động xấu.

Xét qua ví dụ thực tế

Hãy tưởng tượng một nhóm bạn đang vận hành một mạng lưới giống như Ethereum để theo dõi các khoản chi tiêu và giao dịch chung của họ. Họ sử dụng Proof of Stake (PoS) để đạt được sự đồng thuận.

• Validator: Trong mạng lưới của họ, mỗi người sẽ trở thành validator bằng cách stake một số lượng Ether họ sở hữu. Alice đặt cọc 10 Ether, Bob đặt cọc 5 Ether và Charlie đặt cọc 8 Ether.
• Block Proposer: Vì Alice đã đặt cọc nhiều Ether nhất (10 Ether), cô ấy có cơ hội cao hơn để được chọn làm người đề xuất block cho vòng đầu tiên.
• Block Validation: Alice đề xuất một block mới chứa các giao dịch gần đây. Bob và Charlie, như là những Validator khác, kiểm tra các giao dịch để đảm bảo tính hợp lệ của chúng.
• Consensus and Finality: Nếu Bob và Charlie đồng ý rằng block đề xuất của Alice là hợp lệ, họ sẽ thêm nó vào blockchain. Alice được thưởng bằng phí giao dịch vì đã đề xuất block, và mạng lưới chuyển sang vòng tiếp theo.

Trong ví dụ thực tế này, các bạn duy trì hồ sơ tài chính chung của họ bằng cách lần lượt đề xuất các block mới và xác minh chúng thông qua thuật toán đồng thuận PoS. Càng nhiều Ether họ đặt stake, cơ hội tham gia làm Validator và kiếm phần thưởng cho việc bảo vệ mạng lưới càng cao.

Các cuộc tấn công có thể xảy ra trong Proof of Stake (PoS) của Ethereum

Tấn công "Nothing-at-Stake"

Mô tả: Trong PoS, các Validator có thể tạo và xác minh nhiều phiên bản mâu thuẫn của blockchain mà không tốn chi phí. Sự thiếu chi phí này vô tình tạo ra các hành vi không trung thực, dẫn đến thiếu sự đồng thuận và bảo mật.

Ví dụ thực tế: Hãy tưởng tượng Alice và Bob là những người xác minh trong Ethereum. Thay vì đồng ý về một phiên bản duy nhất của blockchain, cả hai đều tạo và xác minh các chain khác nhau mà không đem lại kết quả thực sự. Điều này gây ra sự nhầm lẫn và an ninh của mạng lưới sẽ bị đe dọa. Khi người dùng cố gắng xác nhận trạng thái thật sự của blockchain, họ nhận được thông tin mâu thuẫn, làm cho việc tin tưởng tính toàn vẹn của hệ thống trở nên khó khăn.

Tấn công "Long-Range" (History Revision):

Mô tả: Trong cuộc tấn công này, kẻ tấn công cố gắng tạo một phiên bản thay thế của blockchain từ đầu và thay thế phiên bản hiện tại.

Ví dụ thực tế: Hãy tưởng tượng Charlie muốn thay đổi một giao dịch trong quá khứ của Ethereum. Anh ta bắt đầu tạo một blockchain thay thế từ khối đầu tiên và giữ nó ẩn đi. Theo thời gian, Charlie bí mật thêm thêm các block vào chuỗi thay thế của mình. Khi anh ta cuối cùng tạo ra chuỗi dài hơn, điều này sẽ gây nhầm lẫn cho mạng lưới về phiên bản nào là lịch sử thật sự. Các thành viên tham gia sẽ gặp khó khăn trong việc xác định chuỗi để tin tưởng, làm cho mạng lưới dễ bị thao túng hơn.

Tấn công "Nothing-to-Stake"

Mô tả: Cuộc tấn công này xảy ra khi một Validator không stake nhiều, do đó họ sẽ thiếu đi các lý do để tuân thủ các quy tắc và hành động trung thực trong mạng lưới.

Ví dụ thực tế: Hãy tưởng tượng Eve trở thành một Validator trong Ethereum mà không stake nhiều Ether. Vì cô ấy stake nhiều, cô ta có thể sẽ có các hành động không trung thực. Eve có thể xác minh các block với các giao dịch không hợp lệ hoặc ủng hộ tạo ra chuỗi mâu thuẫn, làm gián đoạn sự đồng thuận của mạng lưới. Kết quả là, các tham gia viên mất niềm tin vào tính hợp lệ của blockchain, dẫn đến việc sụp đổ sự đồng tuận và có thể gây ra hỗn loạn trong hệ thống.

Tấn công "51% Attack"

Mô tả: Trong cuộc tấn công 51%, kẻ tấn công chiếm quyền kiểm soát hơn 51% tổng số tiền stake trong mạng lưới, cho phép họ kiểm soát sự đồng thuận và có khả năng thao túng các giao dịch.

Ví dụ thực tế: Một nhóm kẻ tấn công quản lý stake hơn 51% tổng số Ether trong mạng Ethereum. Với quyền kiểm soát đa số, họ có thể quyết định những block nào được thêm vào blockchain và loại bỏ các giao dịch cụ thể.

Để bảo vệ chống lại những cuộc tấn công này, giao thức PoS của Ethereum bao gồm các biện pháp bảo mật như slashing penalty và checkpointing. Những cơ chế này hoạt động cùng nhau để đảm bảo an ninh của mạng và duy trì sự đồng thuận giữa các thành viên tham gia. 

Bằng cách sử dụng phương pháp này, Ethereum hiện vẫn duy trì tính bảo mật và là một blockchain có thể được tin cậy. Thuật toán đồng thuận đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì tính đáng tin cậy của mạng và đảm bảo rằng tất cả các tham gia viên có thể làm việc cùng nhau một cách tự tin.

Vậy, lần sau khi bạn nghe về blockchain hoặc tiền điện tử, hãy nhớ đến vai trò đáng kinh ngạc mà các thuật toán đồng thuận đóng trong việc duy trì mọi thứ hoạt động đồng bộ và đảm bảo rằng các máy tính làm việc cùng nhau một cách hoàn hảo nhé!

Lời kết

Vậy là bạn đã tìm hiểu qua bài viết Thuật toán đồng thuận và Sự an toàn của máy tính. CryptoViet Info hy vọng bài viết sẽ cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích nhất.