Proof of Work là gì? Tầm quan trọng của POW trong blockchain

Blockchain là một cơ sở dữ liệu mà được lưu trữ trên nhiều máy tính khác nhau mà mỗi người đều có thể truy cập và thêm vào dữ liệu của mình. Từ đó, blockchain có tính phi tập trung và minh bạch với mọi người. Tuy nhiên việc đó cũng mang lại nhiều vấn đề về tính tin cậy của dữ liệu. Để giải quyết vấn đề đó, các cơ chế đồng thuận ra đời.

Bài viết ngày hôm nay sẽ giới thiệu cho mọi người chi tiết về cơ chế đồng thuận Proof of Work. Vậy Proof of Work là gì và có tầm quan trọng như thế nào? Cùng MarginATM tìm hiểu qua bài viết nhé!

Proof of Work là gì?

Proof of Work hay bằng chứng công việc là thuật toán đồng thuận thường thấy ở các blockchain, được sử dụng trong việc xác nhận các giao dịch và tạo ra các khối mới trên blockchain (chuỗi khối) đó.

Cụ thể thuật toán PoW yêu cầu những người được phép thêm dữ liệu hay xác nhận giao dịch trên một blockchain phải thực hiện một khối lượng công việc. Khối lượng công việc đó có thể là một bài toán đố. Từ đó các giao dịch trên blockchain trở nên đáng tin cậy hơn và có thể được diễn ra một cách ngang hàng với nhau (Peer to peer) mà không cần phải qua một bên thứ ba nào như Paypal hay Momo,...

Quá trình hình thành Proof of Work

Proof of Work được phát minh bởi Cynthia Dwork và Moni Naor nhằm phòng ngừa các cuộc tấn công mạng và spamming mail vào năm 1993.

Năm 1999, khái niệm Proof of Work được hình thành bởi Mark Jakobsson qua bài báo về “Proofs of Work and Bread Pudding Protocols”  nhưng PoW khi ấy vẫn chưa có nhiều công dụng nổi bật.

Năm 2004, Hal Finney đề xuất một hệ thống RPoW sử dụng cơ chế Proof of Work. 

Năm 2008, Satoshi Nakamoto trình làng Whitepaper của Bitcoin: “Hệ thống tiền mặt điện tử ngang hàng”. Để làm được điều đó, Bitcoin áp dụng phương pháp Proof of Work để xác minh các giao dịch trên mạng lưới của mình. Giao dịch đầu tiên diễn ra vào ngày 12/10/2009, khi Satoshi Nakamoto gửi 10 BTC cho Hal Finney.

Nguyên lý hoạt động của Proof of Work

Trước hết, chúng ta hãy cùng tìm hiểu xem bài toán mà mỗi người thợ đào cùng giải quyết sẽ như thế nào. Điều kiện để có một bài toán phù hợp là bài toán đó phải vừa đủ khó để các thợ đào phải bỏ ra một khoản thời gian, công sức nhất định nhằm phòng ngừa các cuộc tấn công vào mạng lưới mà cũng không quá phức tạp rồi ảnh hưởng đến thời gian giao dịch. Hàm băm (Hash function) sẽ là đáp án cho câu hỏi này.

Hash function, Hashrate là các thuật ngữ khá lạ lẫm đúng không. Ở đây mình sẽ không đi sâu vào vấn đề này mà chỉ nêu một số điểm cần biết về Hash Function đối với blockchain:

• Hash function (Hàm băm) là quá trình biến một thông tin đầu vào với kích thước khác nhau, chủng loại khác nhau thành một đầu ra tiêu chuẩn với một độ dài nhất định. 
  Ví dụ: Bạn sử dụng hash function cho một video hoặc một tệp văn bản nào đó để thì đầu ra vẫn sẽ gồm một chuỗi kí tự với độ dài giống nhau.
• Đặc điểm của hàm băm là tính một chiều. Bạn không thể nào đoán được đầu vào mặc dù có đoạn mã đầu ra.

Các blockchain sẽ sử dụng một bộ mã Hash Function (với Bitcoin là SHA 256) để đưa ra đề toán. Đề toán ở đây là các dãy số đầu ra và việc của các thợ đào sẽ là việc đoán đầu vào là gì. Để làm được điều đó, người thợ đào phải chạy chương trình thử để đoán từng kí tự đầu vào để làm sao ra đúng được đáp án đã cho. Và việc này đơn thuần chỉ dựa vào đoán, thử và lập lại, bởi việc này chắc chắn không thể đoán được..

Sau khi mà người thợ đào đầu tiên có được đáp án đầu vào đúng thì đáp án đó sẽ được công bố cho các máy tính khác của mạng lưới. Cuối cùng là quá trình xác nhận các giao dịch trong block khi block mới được công bố. Đối với Bitcoin, mỗi block sẽ được công bố mỗi 10 phút, người thợ đào giải được bài toán block đó sẽ nhận lại phần thưởng là Bitcoin của block đó và phí giao dịch trong block đó. 

Tầm quan trọng của Proof of Work

Như tên gọi của nó, Proof of Work tạo ra một cơ chế đồng thuận mà ở đó mọi người xác nhận giao dịch phải tuân theo để bảo vệ mạng lưới của blockchain nhờ các yếu tố:

• PoW cung cấp cho các thợ đào (miner) một động lực để làm việc thông qua việc trả thưởng cho các block mới. Từ đó các thợ đào phải làm việc một cách có trách nhiệm và thực hiện xác minh các giao dịch một cách đúng đắn. Vì nếu sai thì các node khác sẽ thay thế block của họ và các thợ đào đó sẽ không nhận được phần thưởng.
• Để có thể thành một thành phần trong mạng lưới, các thợ đào cần một dàn máy tính đủ mạnh và một nguồn năng lượng ổn định để có thể giải quyết các bài toán. Giả sử khi một thợ đào tấn công vào chính mạng lưới đó và thành công thì giá đồng coin của blockchain đó sẽ dump từ đó sẽ gây ảnh hưởng xấu đến cho chính người thợ đó.

PoW biến blockchain thành một mạng lưới đáng tin cậy hơn nơi các người dùng có thể giao dịch Peer to Peer mà không cần phải qua một bên thứ ba nào. Việc xác minh sẽ được giao cho tất cả những người trên mạng lưới, không yêu cầu bất cứ sức mạnh về quyền lực hoặc tài chính, mỗi người đều có thể trở thành thợ đào.

Pow cũng khiến cho việc tấn công vào mạng lưới trở nên khó nhằn hơn. Bởi nếu một người muốn tấn công vào mạng lưới thì phải có hơn 50 phần trăm sức mạnh máy tính trên khắp thế giới của mạng lưới và điều này sẽ phải trả một cái giá cực kì lớn.

Một số dự án làm theo cơ chế đồng thuận Proof of Work

Bitcoin là một đồng coin đầu tiên ứng dụng cơ chế Proof of Work, được ra mắt bởi Satoshi Nakamoto. Nhờ một số đặc điểm về hashrate, halving mà Bitcoin đã trở thành đồng tiền vua và một tài sản được nhiều nhà đầu tư săn đón.

Ethereum là nền tảng điện toán phân toán, mã nguồn mở dựa trên công nghệ blockchain được tạo ra bởi Vitalik Buterin. Ethereum cũng sử dụng cơ chế đồng thuận Proof of Work. Với sự bùng nổ của Smart Contract, Ethereum đã trở thành đồng coin lớn thứ hai sau Bitcoin và vẫn đang phát triển không ngừng.

Ưu điểm và nhược điểm của Proof of Work

Ưu điểm

• Đảm bảo sự an toàn của toàn mạng lưới: Với khối lượng công việc phải giải quyết thì việc hack vào một blockchain theo cơ chế Proof of Work là không thể. Khi một hệ thống ngày càng phát triển, số lượng giao dịch ngày càng tăng thì việc tấn công vào mạng lưới sẽ ngày càng khó.
• Thúc đẩy đội ngũ thợ đào: Với việc thưởng cho các thợ đầu giải quyết block đầu tiên, PoW sẽ khuyến khích các thợ đầu làm việc nghiêm túc, nhanh chóng và chính xác.
• PoW giúp các thông tin trên Blockchain được cập nhật một cách chính xác, minh bạch và phi tập trung.

Nhược điểm

• Với việc mỗi block chỉ chứa được một số lượng giao dịch và các giao dịch phải chờ sau một khoảng thời gian để block được thành lập để xác nhận giao dịch thì khi mạng lưới ngày càng mở rộng và số lượng giao dịch ngày càng nhiều thì việc giao dịch bị ùn ứ là điều hiển nhiên. 
  Lấy một so sánh nhỏ giữa Bitcoin và Airpay, với Bitcoin thì số lượng giao dịch tối đa một block là 2400 và thời gian để tạo lập một block là 10 phút có nghĩa là số lượng giao dịch tối đa có thể trên mạng lưới Bitcoin chỉ là 2400. Còn với Airpay thì là 1,700 giao dịch trong một giây. Khá chênh lệch đúng không nào.
• Không hoàn toàn phi tập trung: Bởi vì phần thưởng chỉ dành cho các thợ đào đầu tiên và các thợ đào khác không có thu nhập nên các thợ đào có xu hướng kết hợp lại với nhau, tạo nên các mining pool để có thể có một sức mạnh đủ lớn để tới đích trước. Việc này sẽ tạo ra một hệ quả khi một mining pool quá lớn trên 50% tổng số máy đào thì việc xác minh giao dịch sẽ không còn phi tập trung nữa và có thể bị thao túng bởi chính mining pool đó gây ra tính không mình bạch cho mạng lưới.
• Tốn nguồn năng lượng: với việc một mạng lưới càng phát triển, số lượng giao dịch ngày càng nhiều thì bài toán ngày càng khó giải. Việc càng nhiều năng lượng hơn để giải bài toán đó là một vấn đề nan giải đôi khi năng lượng cung cấp cho máy đào Bitcoin có thể bằng một năng lượng cho một quốc gia nhỏ.

Tương lai của Proof of Work

Do một số khuyết điểm đó của POW mà hiện nay càng phát triển các phương thức khác để đẩy nhanh tính xác thực cũng như là giảm việc tiêu tốn năng lượng như POS ,dPOS, PoET, PBFT,... Và ngay cả Ethereum cũng đang phát triển Ethereum 2.0 theo cơ chế Proof of Stake để giải quyết các vấn đề hiện tại như hao tốn năng lượng, khả năng mở rộng thấp của Proof of Work.

Việc tiêu tốn năng lượng gây ra tác động tiêu cực với môi trường là một điểm trừ đối với PoW. Nhưng nếu nhìn ở mặt tích cực thì đây chính là nguyên nhân giúp nâng giá trị của một đồng coin của Blockchain. Việc quá dễ dàng, tốn ít chi phí rõ ràng đang vô hình làm giảm giá trị của một đồng coin và đó là nguyên nhân Bitcoin vẫn đang được đại đa số các thợ đào mong muốn sử dụng cơ chế PoW.

Tìm hiểu thêm: Proof of Stake (POS) là gì? Sự khác nhau giữa POW và POS.

Tổng kết

Như vậy, qua bài viết bạn đã hiểu Proof of Work cũng như công dụng của cơ chế đồng thuận này. POW giúp xác minh các giao dịch và tạo thêm block mới trong đó các thợ đào sẽ phải hoàn thành một số lượng công việc nhất định. 

Anh em nghĩ sao về Proof of Work và trong tương lai, họ sẽ giải quyết những nhược điểm hiện tại như thế nào? Anh em hãy cùng mình thảo luận bằng cách để lại comment ngay bên dưới nhé!

Nếu anh em có thắc mắc nào có thể đóng góp ý kiến cho MarginATM hoặc bình luận bên dưới nhé! Chúc anh em thành công!