Cách đảm bảo an ninh cho blockchain: vai trò của thợ đào trong mạng lưới

Các khía cạnh chính:

• Khai thác tiền điện tử là cơ chế mà qua đó các tham gia mạng tổ chức và xác minh các giao dịch trong sổ cái phân tán.
• Quy trình này đảm bảo việc tạo ra các đơn vị mới của tài sản kỹ thuật số và đồng thời bảo vệ mạng khỏi những thay đổi trái phép.
• Các thợ mỏ nhóm các giao dịch đang chờ xử lý thành các (khối) và giải quyết các bài toán tính toán để xác nhận chúng.
• Lợi nhuận phụ thuộc vào công suất thiết bị, chi phí năng lượng, biến động giá thị trường và sự thay đổi trong các giao thức.

Bản chất của khai thác tiền điện tử

Hãy tưởng tượng một hệ thống toàn cầu, nơi mọi giao dịch tài chính được ghi lại trong một sổ cái không thể thay đổi. Việc khai thác tiền điện tử đảm bảo tính toàn vẹn của sổ cái này và không cho phép bất kỳ ai làm giả các bản ghi. Các thành viên trong mạng sử dụng máy tính chuyên dụng để thực hiện các phép toán toán học phức tạp – về cơ bản, là tìm kiếm một giá trị số nhất định thỏa mãn các điều kiện cụ thể.

Người đầu tiên tìm ra giải pháp đúng sẽ nhận được phần thưởng bằng tài sản kỹ thuật số. Khai thác tiền điện tử là một quá trình cơ bản đảm bảo tính đáng tin cậy của các hệ thống như Bitcoin (BTC). Nó cho phép xác minh các giao dịch của người dùng và thêm chúng vào sổ cái công khai.

Khai thác là một yếu tố quan trọng trong sự phân cấp: mạng lưới hoạt động mà không có sự kiểm soát trung tâm, đảm nhận trách nhiệm phân phối. Đồng thời, quá trình này tạo ra các đồng tiền mới theo các quy tắc đã được thiết lập trước, được mã hóa trong giao thức cơ bản. Khác với việc in tiền fiat, việc phát hành tiền điện tử hoàn toàn minh bạch và được kiểm soát bởi các cơ chế tự động.

Các thợ mỏ hướng tài nguyên tính toán vào việc giải quyết các phương trình mật mã. Người tham gia đầu tiên tìm ra giải pháp sẽ có quyền thêm một gói giao dịch mới vào chuỗi khối và phát tán nó trên mạng.

Cơ chế của quá trình khai thác

Sơ đồ tóm tắt:

1. Nhóm các giao dịch – khi người dùng gửi hoặc nhận tài sản, các giao dịch đang chờ được tích lũy thành một nhóm duy nhất, sẵn sàng để xác thực.

2. Giải quyết câu đố toán học – thợ đào sử dụng thiết bị tính toán để tìm một số đặc biệt ( được gọi là số không có ứng dụng thực tiễn ), mà khi kết hợp với dữ liệu của nhóm sẽ cho ra kết quả dưới ngưỡng mục tiêu. Điều này giống như một cuộc xổ số kỹ thuật số.

3. Thêm vào sổ đăng ký – thợ mỏ đầu tiên giải được câu đố sẽ có quyền thêm nhóm của mình vào chuỗi. Các thành viên khác xác minh tính chính xác của nhóm này.

4. Nhận bồi thường – người chiến thắng nhận phần thưởng: các đồng tiền mới tạo ra cộng với phí từ tất cả các giao dịch trong nhóm đã khai thác.

Phân tích chi tiết:

Khi các giao dịch mới xuất hiện trên chuỗi, chúng sẽ được đưa vào một kho lưu trữ đặc biệt (bể nhớ). Các thành viên trong mạng lưới thực hiện chức năng kiểm tra xác nhận tính hợp pháp của từng giao dịch. Các thợ đào lấy những giao dịch đang chờ này, kết hợp chúng thành các nhóm và cố gắng phê duyệt chúng.

Nhóm tương tự như trang sổ đăng ký, nơi ghi lại một số giao dịch cùng với thông tin bổ sung. Nút khai thác chịu trách nhiệm thu thập các giao dịch chưa được xác minh và hình thành nhóm ứng cử viên. Tiếp theo, thợ mỏ cố gắng chuyển đổi bản nháp này thành nhóm đã được phê duyệt bằng cách giải quyết một nhiệm vụ phức tạp, đòi hỏi chi phí tính toán đáng kể.

Mỗi nhóm thành công được khai thác, người tham gia nhận được bồi thường - sự kết hợp của các tài sản kỹ thuật số mới được tạo ra và phí.

Bước 1: Băm các giao dịch

Bước đầu tiên là lấy các giao dịch đang chờ và liên tục chuyển chúng qua một chức năng đặc biệt, tạo ra một mã duy nhất có kích thước cố định. Mỗi giao dịch được chuyển đổi thành mã này - một dạng dấu vân tay, đại diện cho tất cả thông tin của giao dịch đó.

Ngoài ra, thợ đào thêm một giao dịch đặc biệt, trong đó tự chỉ định phần thưởng cho mình. Giao dịch này được ghi lại đầu tiên trong khối mới, sau đó là tất cả các giao dịch chưa hoàn thành.

Bước 2: Xây dựng cấu trúc phân cấp của các hàm băm

Sau khi mã hóa tất cả các giao dịch, các mã của chúng được tổ chức thành một cấu trúc phân cấp. Các mã được đặt thành cặp và mã hóa lại. Các mã mới lại được kết hợp thành cặp và mã hóa cho đến khi chỉ còn lại một mã duy nhất - gốc của cấu trúc này. Mã gốc này đại diện cho tất cả các mã trước đó.

Bước 3: Tìm kiếm mã nhóm hợp lệ

Mỗi nhóm có một định danh duy nhất - mã nhóm. Khi tạo một nhóm mới, người khai thác kết hợp mã của nhóm trước đó với gốc của nhóm ứng cử viên của mình và thêm một số ngẫu nhiên. Tất cả điều này được đưa qua hàm mã hóa.

Mục tiêu là nhận được mã nhóm, sẽ nhỏ hơn ngưỡng đã được thiết lập bởi giao thức. Vì hai thành phần đầu tiên không thể thay đổi, thợ đào nhiều lần thay đổi số ngẫu nhiên cho đến khi đạt được kết quả. Trên mạng Bitcoin, mã phải bắt đầu bằng một số lượng nhất định các số không - đây được gọi là độ khó khai thác.

Bước 4: Phân phối nhóm đã khai thác

Khi thợ mỏ cuối cùng tìm thấy mã hợp lệ, họ phát tán nhóm trên toàn mạng. Tất cả các nút xác thực phân tích nhóm và nếu nó hợp lệ, họ thêm nó vào bản sao chuỗi của mình. Các thợ mỏ không kịp thời sẽ bỏ bản nháp của họ và bắt đầu cuộc thi lại từ đầu.

Kịch bản khai thác đồng thời hai nhóm

Đôi khi hai thợ đào cùng lúc tìm ra giải pháp và phát tán hai nhóm cạnh tranh. Mạng tạm thời bị chia tách, và các thợ đào bắt đầu làm việc trên nhóm tiếp theo dựa trên nhóm mà họ đã nhận được đầu tiên. Cạnh tranh tiếp tục cho đến khi một khối mới được phát hành trên một trong các nhóm cạnh tranh. Nhóm mà khối mới xuất hiện trở thành người chiến thắng. Nhóm bị loại được gọi là khối mồ côi, và các thợ đào đã chọn nó phải quay trở lại làm việc với chuỗi chính.

Điều chỉnh độ khó khai thác

Mạng lưới thường xuyên điều chỉnh độ khó của các nhiệm vụ để việc khai thác các nhóm mới diễn ra với tốc độ ổn định. Cơ chế này tỷ lệ thuận với tổng công suất tính toán của các người tham gia.

Khi các thợ mỏ mới tham gia vào mạng và sự cạnh tranh gia tăng, độ khó tăng lên, điều này ngăn chặn sự tăng tốc trong tốc độ tạo khối. Nếu các thợ mỏ rời khỏi mạng, độ khó giảm, làm cho việc khai thác trở nên dễ dàng hơn. Những điều chỉnh này đảm bảo sự ổn định của thời gian trung bình giữa các khối.

Sự đa dạng của các phương pháp khai thác

Khai thác trên bộ vi xử lý trung tâm (CPU)

Vào những giai đoạn đầu của sự phát triển Bitcoin, việc khai thác có thể thực hiện trên những máy tính thông thường. Tuy nhiên, với sự gia tăng độ phổ biến và sức mạnh mạng, cạnh tranh đã trở nên gay gắt, và CPU đã trở nên không đủ mạnh. Thiết bị chuyên dụng đã thay thế các bộ vi xử lý. Ngày nay, khai thác bằng CPU đã trở thành một phương pháp lỗi thời.

Khai thác trên card đồ họa (GPU)

Các bộ xử lý đồ họa đa năng hơn và rẻ hơn so với thiết bị chuyên dụng, mặc dù hiệu quả kém hơn. GPU có thể được sử dụng để khai thác một số tài sản kỹ thuật số thay thế, nhưng hiệu suất phụ thuộc vào thuật toán và độ phức tạp.

khai thác ASIC

Mạch tích hợp chuyên dụng là thiết bị được thiết kế đặc biệt cho việc khai thác. Khai thác ASIC là phương pháp hiệu quả nhất, nhưng cũng là đắt nhất. Thiết bị nhanh chóng trở nên lỗi thời, cần phải được cập nhật liên tục. Đổi lại, nó mang lại thu nhập cao nhất khi mở rộng quy mô công nghiệp.

Các tổ hợp khai thác

Vì phần thưởng chỉ thuộc về người khai thác đầu tiên, khả năng thành công cho một đơn vị là cực kỳ thấp. Các liên minh khai thác là các liên minh của những người tham gia kết hợp tài nguyên của họ. Khi liên minh tìm thấy một nhóm, phần thưởng được phân chia tỷ lệ theo mức đóng góp của mỗi người. Tuy nhiên, sự thống trị của các liên minh gây ra lo ngại về sự tập trung và rủi ro tấn công độc quyền.

Khai thác đám mây

Thay vì mua sắm thiết bị, các thành viên thuê sức mạnh tính toán từ nhà cung cấp. Đây là một cách tiếp cận đơn giản hơn, nhưng liên quan đến rủi ro gian lận và lợi nhuận thấp hơn. Quan trọng là phải chọn các nhà cung cấp đáng tin cậy.

Khai thác Bitcoin như một trường hợp riêng biệt

Bitcoin – tài sản khai thác phổ biến nhất. Cơ chế của nó dựa trên thuật toán đồng thuận Proof of Work (PoW), được đề xuất bởi Satoshi Nakamoto trong whitepaper năm 2008.

PoW xác định cách mà mạng phân tán đạt được sự đồng thuận mà không cần trung gian. An ninh được đảm bảo bởi vì các cuộc tấn công trở nên không có mục tiêu về mặt kinh tế do chi phí năng lượng và tính toán khổng lồ.

Trong mạng PoW, các thợ mỏ tổ chức các giao dịch và cạnh tranh trong việc giải các câu đố. Người chiến thắng có thể mở rộng nhóm của mình; nếu các nút chấp thuận, thợ mỏ sẽ nhận được phần thưởng.

Phần thưởng hiện tại cho nhóm trong Bitcoin là 3,125 BTC ( tính đến tháng 12 năm 2024 ). Nhờ cơ chế halving, diễn ra sau mỗi 210.000 khối ( khoảng 4 năm ), phần thưởng dần dần giảm một nửa.

Có nên tham gia vào việc khai thác không?

Việc khai thác có thể mang lại lợi nhuận, nhưng cần phải phân tích kỹ lưỡng và quản lý rủi ro. Chi phí trang thiết bị, sự biến động của giá cả và những thay đổi trong các giao thức – đó chỉ là một số yếu tố.

Các yếu tố xác định chính của khả năng sinh lời:

Giá tài sản – khi giá trị fiat của tiền điện tử tăng, phần thưởng của thợ đào cũng tăng. Khi giá giảm, lợi nhuận sẽ giảm.

Hiệu quả thiết bị - được đo bằng chi phí, vì vậy nhà khai thác phải cân nhắc chi phí so với thu nhập tiềm năng.

Chi phí điện năng – chi phí năng lượng cao có thể làm giảm toàn bộ lợi nhuận.

Cập nhật thiết bị – thiết bị khai thác nhanh chóng trở nên lỗi thời; các mẫu mới vượt trội hơn các mẫu cũ. Không có việc hiện đại hóa, rất khó để giữ được tính cạnh tranh.

Thay đổi giao thức – halving Bitcoin cắt giảm phần thưởng cho mỗi khối một nửa. Trong các trường hợp khác, việc khai thác hoàn toàn có thể được thay thế bằng các cơ chế xác thực thay thế.

Kết luận

Việc khai thác tiền điện tử vẫn là yếu tố cốt lõi của các blockchain dựa trên PoW. Nó đảm bảo sự an toàn của mạng lưới và kiểm soát việc phát hành các đồng tiền mới. Phần thưởng tiềm năng rất hấp dẫn, nhưng việc lý tưởng hóa là nguy hiểm. Trước khi bắt đầu, hãy thực hiện nghiên cứu của riêng bạn và đánh giá tất cả các rủi ro.

Xem thêm

• Chuỗi khối hoạt động như thế nào?
• Bắt đầu khai thác từ đâu?
• Staking tài sản kỹ thuật số là gì?

Tuyên bố từ chối trách nhiệm: Nội dung này được cung cấp với mục đích giáo dục. Nó không nên được coi là lời khuyên tài chính hoặc đầu tư. Thị trường tiền điện tử rất biến động; giá trị của khoản đầu tư có thể giảm. Bạn hoàn toàn chịu trách nhiệm về quyết định của mình.