Blockchain tăng cường bảo mật thông qua nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm mật mã tiên tiến và các mô hình toán học về việc ra quyết định và hành vi. Công nghệ chuỗi khối là cơ sở hạ tầng của hầu hết các hệ thống tiền kỹ thuật số và nó ngăn chặn việc sao chép và phá hủy các loại tiền kỹ thuật số.

Việc ứng dụng công nghệ blockchain cũng đặc biệt quan trọng trong các môi trường khác, nơi dữ liệu không thể bị giả mạo và yêu cầu bảo mật rất cao. Ví dụ bao gồm ghi lại và theo dõi các khoản quyên góp từ thiện, cơ sở dữ liệu y tế và quản lý chuỗi cung ứng.

Tuy nhiên, tính bảo mật của blockchain không phải là vấn đề đơn giản. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu các khái niệm và cơ chế cơ bản của các hệ thống đổi mới này cung cấp sự bảo vệ mạnh mẽ cho blockchain như thế nào.

Khái niệm về tính bất biến và sự đồng thuận

Mặc dù nhiều tính năng bảo mật có liên quan đến kết nối blockchain, nhưng hai tính năng quan trọng nhất là sự đồng thuận và tính bất biến. Sự đồng thuận có nghĩa là các nút trong mạng blockchain phân tán có thể đạt được thỏa thuận về trạng thái thực sự của mạng và tính hợp lệ của các giao dịch. Quá trình đạt được sự đồng thuận thường phụ thuộc vào thuật toán đồng thuận được mạng sử dụng.

Mặt khác, tính bất biến có nghĩa là blockchain có thể ngăn chặn việc thay đổi hồ sơ giao dịch đã được xác nhận. Mặc dù các giao dịch này thường liên quan đến việc chuyển đổi tiền kỹ thuật số, nhưng đôi khi chúng cũng đề cập đến quá trình ghi lại các dạng dữ liệu điện tử phi tiền tệ khác.

Nói chung, sự đồng thuận và tính bất biến cung cấp khuôn khổ cơ bản cho bảo mật dữ liệu trong mạng blockchain. Thuật toán đồng thuận có thể đảm bảo rằng tất cả các nút tuân theo các quy tắc hệ thống và nhận biết trạng thái hiện tại của mạng và việc không giả mạo có thể đảm bảo tính toàn vẹn của từng dữ liệu khối và bản ghi giao dịch đã được xác minh tính hợp lệ.

Vai trò của mật mã trong bảo mật blockchain

Blockchain chủ yếu dựa vào công nghệ mã hóa để đảm bảo an toàn dữ liệu. Hàm băm mật mã là chìa khóa của công nghệ này. Băm là một quá trình tính toán và thuật toán băm là một thuật toán có thể nhập dữ liệu ở bất kỳ kích thước nào và tạo ra hàm băm có kích thước cố định và có thể dự đoán được (tức là hàm băm).

Đầu ra luôn có cùng byte bất kể kích thước của dữ liệu đầu vào. Nhưng nếu đầu vào thay đổi thì đầu ra sẽ hoàn toàn khác. Miễn là đầu vào không thay đổi thì dù bạn có chạy hàm băm bao nhiêu lần thì giá trị băm đầu ra sẽ luôn giống nhau.

Trong một blockchain, các giá trị đầu ra này (tức là giá trị băm) là số nhận dạng duy nhất cho các khối dữ liệu. Hàm băm của mỗi khối được tạo ra tương ứng với hàm băm của khối trước đó, đây là thứ liên kết các khối với nhau để tạo thành một chuỗi khối. Ngoài ra, hàm băm khối được xác định bởi dữ liệu có trong khối, nghĩa là bất kỳ thay đổi nào được thực hiện đối với dữ liệu sẽ thay đổi hàm băm khối.

Do đó, dữ liệu của khối này và hàm băm của khối trước đó cùng nhau xác định hàm băm của từng khối. Các mã định danh băm này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng chuỗi khối được an toàn và không thể bị giả mạo.

Hàm băm cũng được sử dụng trong các thuật toán đồng thuận để xác minh giao dịch. Ví dụ: trên chuỗi khối Bitcoin, thuật toán Proof of Work (PoW) sử dụng hàm băm có tên SHA-256. Đúng như tên gọi, SHA-256 lấy dữ liệu đầu vào và xuất ra giá trị băm dài 256 bit hoặc 64 ký tự.

Ngoài việc bảo vệ hồ sơ giao dịch trong sổ cái phân tán, mật mã cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo mật các ví lưu trữ tiền kỹ thuật số. Các cặp khóa chung và khóa riêng cho phép người dùng nhận và gửi tiền kỹ thuật số bằng cách sử dụng mật mã khóa công khai hoặc bất đối xứng tương ứng. Khóa riêng được sử dụng để tạo chữ ký điện tử cần thiết cho các giao dịch, từ đó xác minh quyền sở hữu loại tiền được gửi.

Mặc dù các chi tiết cụ thể nằm ngoài phạm vi của bài viết này, nhưng các thuộc tính của mật mã bất đối xứng có thể ngăn bất kỳ ai khác ngoài người nắm giữ khóa riêng truy cập vào số tiền được lưu trữ trong ví tiền kỹ thuật số, từ đó cho phép các khoản tiền này được lưu giữ an toàn cho đến khi chủ sở hữu quyết định sử dụng chúng (miễn là khóa riêng không được chia sẻ hoặc rò rỉ).

Kinh tế học mật mã

Ngoài mật mã học, một cách tiếp cận so sánh được gọi là kinh tế học mật mã Các khái niệm mới cũng đóng một vai trò quan trọng trong duy trì tính bảo mật của mạng blockchain. Nó liên quan chặt chẽ đến lĩnh vực nghiên cứu lý thuyết trò chơi, trong đó sử dụng các nguyên tắc toán học để mô phỏng các quyết định được đưa ra bởi các tác nhân hợp lý trong các tình huống có quy tắc và phần thưởng được thiết lập sẵn. Trong khi lý thuyết trò chơi truyền thống có thể được áp dụng rộng rãi cho nhiều trường hợp kinh doanh, kinh tế học mật mã cũng mô hình hóa và mô tả độc lập hành vi của các nút trên hệ thống chuỗi khối phân tán.

Nói tóm lại, kinh tế học tiền điện tử là nghiên cứu về tính kinh tế trong các giao thức blockchain và các nguyên tắc thiết kế của chúng có thể tạo ra các kết quả khác nhau dựa trên hành vi của những người tham gia. Bảo mật kinh tế tiền điện tử dựa trên mô hình mà các hệ thống blockchain cung cấp các khuyến khích lớn hơn cho các nút hoạt động xác thực thay vì cố ý hoặc nhầm lẫn. Hơn nữa, thuật toán đồng thuận bằng chứng công việc được sử dụng trong khai thác Bitcoin là một ví dụ tuyệt vời về việc cung cấp loại khuyến khích này.

Khi Satoshi Nakamoto đề xuất khuôn khổ khai thác Bitcoin, nó được thiết kế có chủ đích để trở thành một nỗ lực tốn kém và tiêu tốn tài nguyên. Do tính phức tạp và yêu cầu tính toán, việc khai thác PoW đòi hỏi sự đầu tư lớn về tiền bạc và thời gian - bất kể vị trí của nút khai thác và người dùng. Do đó, cấu trúc này cung cấp sự bảo vệ mạnh mẽ chống lại các hoạt động độc hại và khuyến khích hành vi khai thác trung thực. Các nút độc hại hoặc kém hiệu quả sẽ nhanh chóng bị loại khỏi mạng blockchain, trong khi những người khai thác chân chính và hiệu quả có thể nhận được phần thưởng khối lớn.

Tương tự, sự cân bằng giữa rủi ro và lợi ích cũng có thể đạt được bằng cách đặt phần lớn hashrate của mạng blockchain vào tay một tổ chức hoặc thực thể duy nhất để ngăn chặn các cuộc tấn công tiềm ẩn có thể làm suy yếu sự đồng thuận đã xảy ra. Giống như đòn tấn công 51% nổi tiếng, một khi thành công, nó có thể gây ra thiệt hại lớn. Với cơ chế cạnh tranh bằng chứng công việc và quy mô của mạng Bitcoin, khả năng người dùng độc hại giành quyền kiểm soát hầu hết các nút là rất nhỏ.

Ngoài ra, trong một mạng blockchain khổng lồ, sức mạnh tính toán tiêu thụ để đạt được cuộc tấn công 51% sẽ là một con số khổng lồ. Do đó, khoản đầu tư khổng lồ này có chênh lệch lợi nhuận tiềm năng tương đối nhỏ. Nó cũng trực tiếp ức chế sự xuất hiện của cuộc tấn công. Điều này cũng góp phần tạo nên một tính năng điển hình của blockchain, cụ thể là Byzantine Fault Tolerance (BFT), minh họa rằng ngay cả khi một số nút bị xâm phạm hoặc xảy ra hành vi độc hại, hệ thống phân tán vẫn có thể tiếp tục hoạt động bình thường.

Miễn là chi phí tạo ra một số lượng lớn nút độc hại quá cao và các hoạt động khai thác thực tế có thể được khuyến khích tốt hơn thì hệ thống có thể tiếp tục phát triển mà không gặp trở ngại nào. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là các hệ thống mạng blockchain tương đối nhỏ sẽ dễ bị tấn công vì tổng tỷ lệ băm được sử dụng cho các hệ thống này thấp hơn nhiều so với mạng Bitcoin.

Tóm tắt

Thông qua việc sử dụng kết hợp lý thuyết trò chơi và mật mã, blockchain có thể hoạt động giống như một hệ thống phân tán. có được mức độ bảo mật cao hơn. Tuy nhiên, giống như hầu hết các hệ thống, việc áp dụng đúng hai lĩnh vực kiến thức này là rất quan trọng. Sự cân bằng giữa phân cấp và bảo mật là rất quan trọng để xây dựng một mạng lưới tiền kỹ thuật số đáng tin cậy và hiệu quả.

Với sự phát triển và thúc đẩy không ngừng của blockchain, hệ thống bảo mật của nó cũng sẽ thay đổi để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng khác nhau. Ví dụ: các chuỗi khối riêng được phát triển cho các doanh nghiệp thương mại ngày nay phụ thuộc nhiều hơn vào tính bảo mật được cung cấp bởi kiểm soát truy cập, rất khác với các cơ chế lý thuyết trò chơi (hoặc kinh tế học mật mã) được hầu hết các chuỗi khối công khai sử dụng.