Vào ngày 1/7/2021, việc giao cho Ngân hàng Nhà nước nhiệm vụ nghiên cứu và thí điểm tiền ảo dựa trên công nghệ blockchain tại Việt Nam đã đánh dấu một bước quan trọng, thể hiện sự quan tâm và tiếp cận tích cực của nhà nước đối với công nghệ blockchain và các loại tiền điện tử. Vậy, blockchain là gì? Nó ra đời như thế nào? Có những đặc điểm và cơ chế hoạt động gì? Và làm thế nào nó có thể được ứng dụng vào thực tế?
Blockchain là gì?
Blockchain là một hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán với khả năng ghi lại và lưu trữ thông tin về tài sản kỹ thuật số, ví dụ như tiền điện tử, trên các khối (blocks). Mỗi khối này bao gồm thông tin về lịch sử giao dịch, biến động số dư, và chúng được kết nối với nhau thông qua việc sử dụng mật mã hàm băm (hash). Các khối này được sắp xếp theo thứ tự thời gian, tạo thành một chuỗi liên tục, nên gọi là blockchain.
Blockchain còn được gọi là Công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung (Distributed Ledger Technology – DLT), bởi vì nó không phụ thuộc vào bất kỳ cơ quan hay bên trung gian nào. Các thông tin lưu trữ trên blockchain là bất biến, không thể bị thay đổi, ghi đè hoặc xoá dưới bất kỳ hình thức nào.
Blockchain ra đời như thế nào?
Ban đầu, ý tưởng về công nghệ blockchain đã được giới thiệu vào đầu những năm 1990 bởi hai nhà nghiên cứu khoa học, Stuart Haber và W. Scott Stornetta. Tuy nhiên, cuối năm 2008, sau khi Satoshi Nakamoto ra mắt tài liệu white paper giới thiệu về hệ thống tiền điện tử ngang hàng kiểu P2P mới được đặt tên là Bitcoin, mô hình hoạt động của công nghệ blockchain được thiết lập và mô tả rõ ràng hơn.
Ngày 03/01/2009, blockchain Bitcoin chính thức ra đời khi khối đầu tiên được khai thác bởi Satoshi Nakamoto, và phần thưởng cho khối này là 50 bitcoin. Giao dịch bitcoin đầu tiên trên thế giới được thực hiện vào ngày 12/01/2009, khi Satoshi gửi 10 bitcoin cho Hal Finey, một nhà phát triển phần mềm tại Hoa Kỳ.
Công nghệ blockchain được tạo ra nhằm giải quyết các hạn chế trong giao dịch thời xưa và loại bỏ vấn đề double spending (chi tiêu hai lần) cùng với sự phụ thuộc vào các bên trung gian thứ ba như hệ thống ngân hàng và dịch vụ thanh toán. Double spending là hiện tượng khi một đơn vị tiền tệ được sử dụng để thanh toán đồng thời cho hai giao dịch khác nhau. Cách thông thường để giải quyết vấn đề này là thông qua sự tham gia của một bên trung gian thứ ba để xác minh thông tin giao dịch. Tuy nhiên, công nghệ blockchain đã giải quyết vấn đề này mà không cần sự tham gia của bất kỳ bên trung gian nào.
Thời xưa giao dịch có hạn chế gì?
Trước khi có sự tồn tại của hệ thống ngân hàng, các cá nhân tham gia giao dịch tiền tệ, như mua bán, vay mượn, hoặc thanh toán nợ, thường phải đạt được thỏa thuận trước và ghi lại thông tin giao dịch vào một cuốn sổ cái được sử dụng để lưu trữ. Cuốn sổ cái này thường là giấy tờ chứa thông tin chi tiết về giao dịch.
Sau đó, cuốn sổ cái này thường được giao cho một người trung gian tin cậy, được gọi là người C, để đảm bảo rằng hai bên tham gia giao dịch, A và B, không thể can thiệp hoặc thay đổi thông tin giao dịch. Tuy nhiên, điều quan trọng là cả A và B phải tin tưởng hoàn toàn vào người C.
Các yếu tố chính liên quan đến giao dịch này bao gồm:
- A và B, đại diện cho hai bên tham gia giao dịch.
- C, người trung gian uy tín (có thể nhận một khoản phí hoa hồng từ A và B).
- Cuốn sổ cái dùng để lưu trữ thông tin giao dịch, thường là bằng giấy.
Tuy nhiên, giao dịch theo cách này có nhược điểm và hạn chế, bao gồm:
- Cuốn sổ giấy có thể dễ dàng bị hủy hoại theo thời gian, tùy thuộc vào loại giấy sử dụng, dẫn đến nguy cơ mất thông tin giao dịch.
- Thông tin trên cuốn sổ giấy có thể bị sửa đổi dễ dàng.
- Sự tồn tại của người trung gian thứ ba, trong trường hợp này là người C, mở ra khả năng xảy ra rủi ro và xung đột.
Giao dịch ngân hàng có những hạn chế gì
Khi xã hội phát triển, hệ thống giao dịch trung gian đã trải qua sự thay đổi, và ngân hàng đã xuất hiện để thay thế người C trong trường hợp trước đây. Cuốn sổ cái bằng giấy cũng đã được thay thế bằng hệ thống máy tính của ngân hàng.
Việc giao dịch thông qua ngân hàng có một số ưu điểm:
- Ngân hàng thường tuân thủ nghiêm ngặt các quy định pháp luật và thường được chính phủ và nhà nước đảm bảo để bảo vệ quyền lợi của người giao dịch.
- Thông tin được lưu trữ trong hệ thống máy tính của ngân hàng có tính bền vững theo thời gian, không gặp nguy cơ mục nát như trên giấy.
Tuy nhiên, việc giao dịch qua ngân hàng vẫn đi kèm với một số hạn chế, bao gồm:
- Nguy cơ tài sản bị đe dọa: Hệ thống máy chủ của ngân hàng thường là mục tiêu tấn công của nhiều kẻ xấu. Chỉ cần xâm nhập vào máy chủ, họ có thể kiểm soát toàn bộ mạng lưới máy tính của ngân hàng và đánh cắp tài sản. Một ví dụ điển hình là vụ hack một ngân hàng lớn (MB Bank) tại TP Hồ Chí Minh, Việt Nam vào tháng 5/2023, khi hacker xâm nhập vào hệ thống tài chính của ngân hàng và đánh cắp hơn 10 tỷ đồng.
- Phí giao dịch cao.
- Tồn tại bên thứ ba trung gian để lưu trữ và quản lý thông tin giao dịch.
- Rủi ro về việc rò rỉ thông tin người dùng: Ngân hàng yêu cầu người dùng cung cấp thông tin cá nhân và nắm giữ dữ liệu giao dịch của họ, điều này có thể gây ra rò rỉ dữ liệu người dùng cho các bên thứ ba khác.
Những đặc điểm của blockchain
Blockchain ra đời để giải quyết các hạn chế trong hệ thống giao dịch thông thường, và do đó, nó có các tính chất sau:
- Tính phi tập trung: Blockchain hoạt động hoàn toàn độc lập và không bị kiểm soát bởi cơ quan hoặc tổ chức nào, thay vào đó, nó dựa vào các thuật toán và các node xác thực để đảm bảo tính phi tập trung. Sự phân quyền này giúp làm cho blockchain trở nên minh bạch và khó bị gian lận.
- Tính phân tán: Mạng lưới blockchain được duy trì bởi các node trên toàn cầu, phân tán sức mạnh tính toán qua nhiều máy tính khác nhau để đảm bảo kết quả tốt hơn.
- Tính bất biến: Dữ liệu đã được ghi vào khối của blockchain không thể bị thay đổi hoặc chỉnh sửa, nhờ vào tính chất của thuật toán đồng thuận và mã hash.
- Tính bảo mật: Blockchain bảo mật thông tin bằng công nghệ mã hóa, biến dữ liệu lưu trữ thành các hàm băm (hash). Mỗi khối trong blockchain có một hash riêng và hash của khối trước nó. Do đó, thay đổi hoặc cố gắng giả mạo dữ liệu sẽ yêu cầu thay đổi tất cả các hash ID, điều này là không thể.
- Tính minh bạch: Các thông tin giao dịch trên blockchain đều được công khai, cho phép bất kỳ ai kiểm tra và truy xuất lịch sử giao dịch một cách nhanh chóng.
- Tính không cần tin cậy: Mạng lưới blockchain hoạt động nhờ các node tự động xác thực giao dịch, dựa trên các thuật toán và quy tắc phức tạp. Các node không cần phải tin tưởng lẫn nhau, chỉ cần tuân theo thuật toán của blockchain để duy trì và vận hành mạng lưới.
Cơ chế hoạt động của blockchain
Blockchain có một cấu trúc được tạo thành từ các “block” kết nối thành một chuỗi. Mỗi khối chứa thông tin về các giao dịch trên blockchain và mở rộng theo thời gian về số lượng, tạo thành một chuỗi liên kết.
Mỗi khối bao gồm các thành phần sau:
- Block Header (Tiêu đề khối): Chứa thông tin để xác định khối trong blockchain, bao gồm mã hàm băm (hash) của khối trước, thời gian khởi tạo khối, số nonce và merkle root.
- Previous Hash (Mã hàm băm của khối trước): Đây là mã băm của khối trước đó trong chuỗi.
- Timestamp (Thời gian): Thời điểm khối được tạo.
- Nonce: Mỗi khối trong blockchain có một số nonce riêng biệt. Số nonce này tính toán trong quá trình khai thác (đào) khối và tạo ra giá trị hash duy nhất cho khối.
- Merkle Root: Đây là giá trị hash cuối cùng của quá trình ghép cặp và băm các giao dịch trong Merkle Tree.
Quá trình xử lý giao dịch trên blockchain diễn ra theo các bước sau:
Bước 1: Người dùng yêu cầu thực hiện giao dịch và thông tin giao dịch được ghi lại trên hệ thống, sau đó gửi đến các node để xác thực.
Bước 2: Các node trong hệ thống sử dụng thuật toán đồng thuận để xác thực thông tin giao dịch. Ví dụ, nếu người dùng muốn giao dịch 3 bitcoin, các node sẽ kiểm tra xem ví người dùng có đủ bitcoin hay không. Nếu không đủ, giao dịch sẽ bị từ chối.
Bước 3: Các bản ghi giao dịch đã được xác thực sẽ được lưu trữ trong một khối.
Bước 4: Khối mới được thêm vào chuỗi bằng cách kết nối với mã băm của khối trước đó, tạo thành một chuỗi khối. Khối đầu tiên, gọi là Genesis Block, không có khối trước đó nên mã hash là một chuỗi số 0.
Đây là cách blockchain hoạt động và duy trì tính bất biến và an toàn của các giao dịch trên mạng lưới.
Thuật toán đồng thuận của blockchain
Thuật toán đồng thuận của blockchain là một quy tắc hoặc cơ chế mà các node phải tuân theo để đảm bảo tính chính xác và đồng nhất của các giao dịch trên mạng lưới. Nó có khả năng phát hiện bất kỳ sự thay đổi nào trong dữ liệu và đảm bảo rằng dữ liệu phải phù hợp với tất cả các node trên mạng. Điều này giúp ngăn chặn các thay đổi trái phép trong blockchain.
Ví dụ minh họa: Giả sử có một hacker cố gắng thay đổi thông tin trong khối thứ n. Tại thời điểm đó:
- Mã hash của khối n sẽ bị thay đổi.
- Hệ thống sẽ so sánh mã hash của khối n với mã hash của khối trước đó để phát hiện sự không đồng nhất.
- Nếu hệ thống phát hiện sai lệch, hacker cần thay đổi mã hash của khối trước n, và quá trình này sẽ tiếp tục lặp đi lặp lại cho đến khi đến khối gốc.
Như vậy, để thay đổi một giao dịch trong blockchain, hacker phải thay đổi mã hash của tất cả các khối liên quan, điều này rất khó khăn và tốn nhiều thời gian.
Các thuật toán đồng thuận phổ biến bao gồm:
- Proof of Work (PoW): Thợ đào (miner) sử dụng sức mạnh máy tính để giải các bài toán và tạo mã hash. Sau khi giải xong, họ có quyền xác thực giao dịch và tạo khối mới. Ví dụ: Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Monero…
- Proof of Stake (PoS): Người dùng phải đặt cược (stake) số lượng lớn coin hoặc token để giành quyền xác thực giao dịch và tạo khối. Ví dụ: Ethereum 2.0, Polkadot, Algorand…
- Delegated Proof of Stake (DPoS): Người dùng có token có quyền bỏ phiếu và uỷ quyền cho các node thực hiện xác thực giao dịch. Ví dụ: EOS, Tron, BitShares…
- Proof of Authority (PoA): Thuật toán dựa trên danh tính và danh tiếng của người tham gia chứ không dựa trên giá trị của token họ nắm giữ. Ví dụ: MakerDAO, VeChain…
Mỗi loại thuật toán đồng thuận có ưu điểm và ứng dụng riêng, tùy thuộc vào mục đích và cấu trúc của blockchain.
Công nghệ blockchain và quá trình phát triển
Công nghệ blockchain đã trải qua các giai đoạn phát triển khác nhau, với mỗi giai đoạn mang đến các ứng dụng và cải tiến riêng. Cụ thể:
Công nghệ Blockchain 1.0 – Tiền tệ: Giai đoạn này đánh dấu sự xuất hiện của công nghệ blockchain và tiền điện tử. Bitcoin, là ví dụ tiêu biểu, đã đưa công nghệ blockchain vào ứng dụng thực tế, cho phép giao dịch tiền điện tử nhanh chóng và minh bạch.
Công nghệ Blockchain 2.0 – Hợp đồng thông minh: Giai đoạn này mang đến khái niệm về hợp đồng thông minh, loại bỏ các yếu tố cảm tính và đạo đức trong giao dịch. Ethereum, một nền tảng phổ biến cho hợp đồng thông minh, giảm chi phí xác thực và cung cấp tính minh bạch trong giao dịch.
Công nghệ Blockchain 3.0 – Ứng dụng phi tập trung: Ứng dụng phi tập trung (dApp) trở thành xu hướng. Đây là các ứng dụng hoạt động trên mạng lưới ngang hàng và không phụ thuộc vào máy chủ duy nhất. Các ứng dụng này có khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu một cách phân tán, tạo tính bền vững và tính toàn cầu cho ứng dụng.
Công nghệ Blockchain 4.0 – Công nghiệp: Phiên bản mới nhất của công nghệ blockchain kết hợp các ứng dụng từ phiên bản 1 đến 3 vào quá trình kinh doanh và sản xuất trong thực tế. Công nghiệp sử dụng blockchain để cải thiện hiệu suất và đảm bảo tính chính xác trong quá trình sản xuất.
Mỗi giai đoạn này đóng góp cho sự phát triển và ứng dụng đa dạng của công nghệ blockchain trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Ứng dụng của công nghệ blockchain
Công nghệ blockchain có nhiều ứng dụng tiêu biểu, bao gồm:
- Tiền điện tử (cryptocurrency): Đây là ứng dụng ban đầu và phổ biến nhất của blockchain. Nó cho phép giao dịch tiền điện tử một cách minh bạch, an toàn và nhanh chóng trên blockchain.
- Hợp đồng thông minh: Hợp đồng thông minh được tạo dựa trên blockchain để tự động thực hiện các điều khoản và quy tắc mà không cần sự can thiệp của bên thứ ba. Mọi điều kiện trong hợp đồng được đảm bảo và không thể bị hủy bỏ.
- Quản lý chuỗi cung ứng: Blockchain cải thiện tính minh bạch và khả năng truy xuất nguồn gốc sản phẩm trong quản lý chuỗi cung ứng.
- Danh tính kỹ thuật số (Digital Identity): Công nghệ blockchain giúp xây dựng hệ thống chứng thực an toàn và không thể giả mạo danh tính của người dùng, đảm bảo bảo mật thông tin cá nhân.
- Giao dịch bất động sản: Blockchain đơn giản hóa quy trình giao dịch bất động sản, giảm chi phí và thời gian cần thiết.
- Quyền tác giả: Blockchain bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ bằng cách đảm bảo tính không thay đổi của thông tin được lưu trữ trên nó.
- Giao dịch ngân hàng và tài chính: Công nghệ blockchain cải thiện hiệu suất, giảm phí và thời gian trong giao dịch ngân hàng và tài chính.