Giao thức đồng thuận là một cơ chế blockchain đảm bảo đồng bộ hóa giữa các nút và thiết lập một thỏa thuận dựa trên các giao dịch và khối được coi là hợp pháp và do đó được thêm vào blockchain. Đây là những phương pháp có khả năng chịu lỗi để duy trì một trạng thái duy nhất của mạng và hài hòa tất cả các nút phân tán.

Mục đích của việc có cơ chế đồng thuận là xác thực và xác thực các giao dịch và do đó đảm bảo rằng tính toàn vẹn của mạng blockchain vẫn còn nguyên vẹn. Đồng thuận là một thỏa thuận về những gì có thể chấp nhận được và những gì không! trước khi tạo một sổ cái bất biến và thêm nó vào các khối của mạng. Sự đồng thuận có thể được đưa ra bởi bất kỳ hoặc tất cả các nút trên mạng đã giành được quyền xác thực giao dịch (hoặc một khối). Các nút này được gọi là trình xác nhận hoặc trình khai thác hoặc trình xác minh dựa trên thuật ngữ phù hợp với mạng và giao thức đồng thuận đang được sử dụng. Blog này thảo luận về sự cần thiết của một cơ chế đồng thuận và làm sáng tỏ phân tích và quá trình kết luận về giao thức đồng thuận phù hợp cho một mạng blockchain.

Tại sao cần có cơ chế đồng thuận?

Sự lặp lại lần thứ 4 của cuộc cách mạng công nghiệp đang chuyển đổi ngành công nghiệp hiện đại từ một phiên bản số hóa đơn thuần của những gì được làm thủ công cách đây vài thập kỷ, thành một hệ thống vật lý mạng phi tập trung tự động hiệu quả, an toàn và mạnh mẽ. Ngày nay, mục tiêu là giới thiệu các công cụ công nghệ tốt hơn, có khả năng tạo điều kiện cho một mạng lưới sản phẩm và dịch vụ không tin cậy và không được phép, hiệu quả hơn và được thiết kế tốt hơn cho Web3.0 và các công nghệ mới nổi khác.

Chúng được thực hiện để đảm bảo một trạng thái duy nhất của mạng và tất cả các nút được kết nối với mạng chính xác. Cơ chế đồng thuận là danh tính kiểm soát duy nhất đảm bảo tính bảo mật và tính xác thực của sổ cái phi tập trung, một dạng blockchain. Các khối giao dịch chỉ được thêm vào blockchain hiện tại sau khi được xác thực và xác thực bởi cơ chế dành riêng cho blockchain để đồng ý về tính đúng đắn của giao dịch. Một sự đồng thuận là bắt buộc để mở rộng chuỗi bằng cách thêm các khối, trong đó mỗi khối là một tập hợp các giao dịch. Chính sự phát triển của chuỗi sẽ giữ cho mạng hoạt động. Cơ chế đồng thuận đảm bảo rằng các giao dịch vẫn có thể truy cập được và hệ thống vẫn minh bạch. Các thuật toán đồng thuận loại bỏ các bên trung gian bên thứ ba để đảm bảo tính đúng đắn của các giao dịch. Khi sự đồng thuận đạt được trạng thái giao dịch toàn cầu trong chuỗi, tất cả các nút / đồng nghiệp có thể tin tưởng lẫn nhau. Điều này tạo ra khả năng chịu lỗi trong mạng.

Trong một chuỗi khối, sổ cái phân tán được quản lý theo cách phi tập trung. Trong một số chuỗi, nhiều nút độc lập chịu trách nhiệm duy trì chuỗi khối trong khi ở những chuỗi khác, sự đồng thuận có tính chất tự động nhiều hơn và các nút chỉ chịu trách nhiệm gửi hoặc đề xuất các giao dịch. Đó là do cơ chế đồng thuận mà trải nghiệm người dùng được nâng cao thông qua sự thật được đồng ý giữa các bên liên quan tạo nên các nút và thành phần mạng không đồng nhất.

Bầu chọn cơ chế đồng thuận

Sự phát triển của công nghệ blockchain đã đi kèm với sự phát triển đồng thời và đổi mới trong các cơ chế đồng thuận. Giao thức đồng thuận có thể có nhiều mục tiêu như duy trì bảo mật, hợp tác, quyền nút bình đẳng, quản trị chuỗi khối, tỷ lệ tham gia nút nhất định, v.v. những mục tiêu đồng thuận này tạo tiền đề để xem xét kỹ lưỡng bất kỳ khối nào và xác nhận nó sẽ được thêm vào chuỗi để tiếp cận trạng thái ổn định, đáng tin cậy và an toàn tiếp theo trong mạng.

Để kết luận về bất kỳ cơ chế đồng thuận nào, điều quan trọng là phải hiểu các ưu tiên và khuôn khổ của blockchain. Cùng với đó, cần phải hiểu kiến ​​trúc yêu cầu, chức năng cơ bản và các thành phần chính liên quan đến cơ chế đồng thuận. Sau đó, một phương pháp đồng thuận phù hợp với blockchain có thể được kết luận. Dưới đây là một số đặc điểm chính được tính đến, đồng thời đánh giá cơ chế đồng thuận được sử dụng trên blockchain.

Phân tích các thuật toán đồng thuận cho các ứng dụng

● Loại chuỗi khối

Dựa trên các thuộc tính của ứng dụng hoặc hệ thống sử dụng blockchain, số lượng quyền kiểm soát và khả năng truy cập của blockchain được phân loại thành riêng tư, công khai hoặc liên kết. Cơ chế đồng thuận phải duy trì như cũ trong khi đảm bảo tính bảo mật và tính toàn vẹn của blockchain.

● Quản trị phi tập trung

Một mạng khi được điều hành bởi những người chơi được phân phối trên toàn mạng đảm bảo trước hết rằng blockchain sẽ không bị kiểm soát tập trung dẫn đến quản trị độc quyền được thúc đẩy bởi lợi ích của một bộ phận nhỏ người dùng và thứ hai đảm bảo rằng tất cả các quyết định được đưa ra thông qua sự đồng thuận phân tán. nhằm vào mục tiêu chung là mang lại lợi ích cho blockchain và duy trì tính bảo mật và tính toàn vẹn của nó.

● Khả năng mở rộng và các cuộc tấn công

Bất kỳ blockchain nào cũng phải có khả năng mở rộng. Một sự đồng thuận như PoW yêu cầu sức mạnh tính toán cao khiến nó không thể mở rộng quy mô một cách tự do. Các blockchain nhằm mục đích được chấp nhận trên toàn cầu chắc chắn không thể mở rộng và các cơ chế đồng thuận như PoT và ELASTICO cũng được tạo ra để hỗ trợ như vậy.

Khả năng mở rộng đi kèm với sự cân bằng cho việc blockchain trở nên dễ bị tấn công hơn, do đó, quản trị và đồng thuận blockchain nên được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo tính bảo mật cao.

● Mô hình khoan dung đối thủ

Không mạng nào có thể miễn nhiễm với lỗi. Mọi blockchain tương tự đều dễ mắc phải hai loại lỗi chính - sự cố và byzantine, được thảo luận thêm. Bảo vệ chuỗi khối chống lại các hoạt động độc hại nên được nhúng trong quản trị và mô hình đồng thuận của chuỗi khối. Cơ chế đồng thuận phải đảm bảo rằng tính mạnh mẽ của blockchain được duy trì thông qua các cuộc tấn công và lỗ hổng bảo mật.

Một cơ chế đồng thuận có thể giúp blockchain tránh các cuộc tấn công như vậy và thậm chí phục hồi liên tục trong trường hợp bất kỳ điều nào trong số này xảy ra là một biện pháp khác giúp kết luận tại sao một cơ chế đồng thuận cụ thể có thể phù hợp hoặc có thể không phù hợp với blockchain.

● Thông số hiệu suất

Số hóa và toàn cầu hóa đã làm tăng số lượng giao dịch xảy ra trên bất kỳ ngành dọc nào. Qua nhiều năm, các blockchain cũng đã phát triển từ một vài giao dịch mỗi ngày để xử lý các khối hoàn chỉnh trong vòng vài giây. Do đó, một trường hợp sử dụng yêu cầu xử lý và hoàn thiện giao dịch theo thời gian thực cũng sẽ cần một cơ chế đồng thuận như vậy. Cơ chế đồng thuận như vậy yêu cầu sự sẵn có liên tục của các nút trình xác nhận.

Băng thông, độ trễ và thông lượng là các thông số thiết yếu cần được giám sát để tạo nên một blockchain đáng tin cậy. Một blockchain phải duy trì giá trị thông lượng cao và độ trễ thấp. Nó phải hỗ trợ một băng thông có khả năng xử lý lượng lưu lượng mà nó dự định thu hút. Các cơ chế như DPoS, PoET và Tendermint hỗ trợ khả năng mở rộng và thông lượng cao.

● Mức độ phức tạp của mô hình truyền thông

Dựa trên thời gian phản hồi, một giao thức đồng thuận phải có khả năng đáp ứng các yêu cầu giao tiếp. Dù là đồng bộ (thời gian phản hồi thấp) hoặc không đồng bộ (thời gian phản hồi cao), ứng dụng sẽ xác định loại giao tiếp và giao thức đồng thuận nào sẽ phù hợp nhất cho trường hợp sử dụng cụ thể.

Thu thập sự đồng thuận từ nhiều nút phân tán là một nhiệm vụ tẻ nhạt. Từ việc đề xuất một khối được thêm vào chuỗi đến thời điểm nó được thêm vào và tất cả các nút đã đến trạng thái cập nhật của chuỗi khối, hành trình này không suôn sẻ và không thể đoán trước được. Một cơ chế đồng thuận thừa nhận và quản lý giống nhau có tầm quan trọng cao đối với các blockchain có khối lượng giao dịch cao và do đó các khối sẵn sàng xác thực.

● Cấu trúc túc số

Đối với một hệ thống phân tán để thực thi hoạt động nhất quán, có một số lượng hoặc tỷ lệ phần trăm tối thiểu các nút phải đồng ý, để một khối được coi là hợp lệ và được thêm vào chuỗi. Thuật toán đồng thuận với cấu trúc túc số thực thi sự phân quyền và phân phối sự đồng thuận thích hợp hơn cho bất kỳ blockchain nào.

● Yêu cầu năng lượng

Một mối quan tâm lớn trên toàn cầu là các yêu cầu về năng lượng và tỷ lệ phát thải của sự đồng thuận. Ngày nay, hầu hết các ứng dụng và người dùng đều hoài nghi và có xu hướng chọn một cơ chế đồng thuận có tác động thấp đến chất lượng môi trường vốn đã giảm sút.

Hiện tại, blockchain lớn nhất và lâu đời nhất chạy trên PoW đòi hỏi mức sức mạnh tính toán cực cao được coi là thù địch nhất đối với môi trường và trọng tâm đã chuyển sang các cơ chế tốt hơn như PoS, PoB và PoC.

● Hạng mục khai thác và đồng thuận

Dựa trên kích thước của các giao thức đồng thuận mạng có thể được kết luận. Mạng có số lượng lớn các nút phân tán ủng hộ sự đồng thuận dựa trên bằng chứng trong khi mạng nhỏ hơn thích cơ chế đồng thuận dựa trên hành vi biểu quyết. Điều này mặc dù khá thô sơ. Quan trọng hơn là cơ chế đồng thuận sử dụng modus-operandi nào. Các cơ chế đồng thuận được phân loại rộng rãi như sau:

1. Bằng chứng -Căn cứ : Những thứ phụ thuộc vào bằng chứng từ trình xác thực dựa trên các thông số như sức mạnh tính toán, dung lượng ghi, tài sản, bộ nhớ, v.v.
2. Dựa trên năng lực : Những điều này nhằm mục đích giảm yêu cầu năng lượng nhưng có một khuyết điểm cố hữu là dễ bị tập trung hóa dựa trên khả năng đang được xem xét.
3. Dựa trên biểu quyết : Người khai thác được bầu bằng cách bỏ phiếu để đề xuất, tạo và cam kết một khối. Qua bầu cử, vấn đề tập trung hóa được giải quyết ở một mức độ lớn. Ngoài ra, các yêu cầu dựa trên bằng chứng cũng được các cử tri quan tâm. Mặc dù vậy, cơ chế này có thể gián tiếp mắc phải:

a). Lỗi sự cố: Quá tải cho nút được bầu chọn với nhiệm vụ xác thực và không có bất kỳ cơ chế dự phòng nào trong trường hợp lỗi ở phần cuối xác thực đã chọn.

b). Lỗi Byzantine: Đây là một lỗi nhỏ mà người ta tin rằng sự phân phối ảo tưởng của sự đồng thuận được cho là ở đó mặc dù sự đồng thuận có thể được tập trung trong một vài nút.

● Tính đồng thuận cuối cùng

Có hai loại chính về tính cuối cùng của giao dịch - tuyệt đối và xác suất. Sự đồng thuận theo xác suất có thể có các giao dịch được lùi lại, không thể được cam kết sau này trong cùng một khối và do đó sẽ được tạo lại và xác thực lại để được cam kết với một khối. Ở đây, thời gian phản hồi là một yếu tố ảnh hưởng đến việc xác định cơ chế đồng thuận cho dù là xác suất hay tuyệt đối. Ngày nay chỉ có ripple và DBFT cung cấp tính chính xác tuyệt đối. Mục tiêu chính của sự đồng thuận là duy trì trạng thái toàn cầu xác thực của blockchain, loại bỏ lợi ích được giao của một hoặc nhiều nút và có mục đích chuyên dụng là duy trì tính riêng tư của dữ liệu. Một chuỗi khối phải luôn duy trì trạng thái được mọi nút nhất trí, tức là ở trạng thái toàn vẹn vĩnh viễn không thể nghi ngờ.

● Các cuộc tấn công

Khả năng truy cập toàn cầu và tính minh bạch khiến các blockchain rất dễ bị đe dọa. Một cơ chế đồng thuận trong giao dịch tài chính sẽ giúp người dùng giảm thiểu rủi ro trong khi vẫn giữ quyền kiểm soát tài sản trong tay của chủ sở hữu. Việc đạt được trạng thái toàn cầu trong chuỗi và sự duy trì của nó tạo ra sự tin tưởng giữa các nút và đồng nghiệp.

Tùy thuộc vào loại cuộc tấn công bảo mật mà một blockchain dễ mắc phải, các cơ chế đồng thuận có thể được sử dụng để thêm một lớp bảo mật trên blockchain. RAFT, PoB và PoA là một số giao thức mạnh mẽ chống lại các cuộc tấn công DDos trong khi PoT và Ripple lại mạnh mẽ khi nói đến các cuộc tấn công Sybil.

Cần thực hiện thêm một số cân nhắc trước khi hoàn thiện cơ chế đồng thuận, chúng có thể bao gồm cách tiếp cận triển khai, mã hóa và sức mạnh của thuật toán.

Không có tham số nào ảnh hưởng đơn lẻ đến việc lựa chọn bất kỳ cơ chế đồng thuận cụ thể nào. Sự kết hợp của các tham số đó tác động đến cách một cơ chế đồng thuận hoạt động trong các ứng dụng khác nhau được phát triển trên blockchain đó.

Đồng thuận hỗn hợp

Không ảnh hưởng đến các đặc điểm riêng của cơ chế đồng thuận như khả năng mở rộng, bảo mật, phân quyền và các cơ chế đồng thuận hoạt động nhanh không cần sự cho phép có thể được kết hợp để tạo thành một sự đồng thuận phù hợp cho một trường hợp sử dụng cụ thể. Mục đích của việc lai ghép là để tận dụng tối đa cả hai thế giới, blockchain công cộng và riêng tư. Sự hợp nhất được chủ trì bởi sự tương thích của sự đồng thuận của từng cá nhân được tuyển dụng. Kết quả ở đây là một blockchain lai, trải qua các hạn chế về khả năng hiển thị chặt chẽ hơn từ các mạng bên ngoài và xử lý nội bộ mượt mà hơn.

Sự kết hợp có thể không được sử dụng trên chính blockchain nhưng ở lớp thứ hai phía trên blockchain, lớp chức năng nơi hầu hết các ứng dụng được triển khai. Mặc dù ở đây, lớp giám sát và chức năng thứ hai được thêm vào, nó làm giảm gánh nặng cho blockchain chính. Điều này không được so sánh với cơ chế đồng thuận kép được Solana sử dụng, Solana có sự đồng thuận trong đó các khối được kết nối dựa trên PoH trong khi xác thực được thực hiện thông qua PoS. Nó là một blockchain độc lập sử dụng hai cơ chế đồng ý vào hai thời điểm khác nhau.

Chuyển sang một cơ chế đồng thuận khác

Ethereum đã tạo ra rất nhiều sự khuấy động bằng cách chuyển sang PoS từ PoW. Đây không phải là một quá trình suôn sẻ. Ngoài nỗ lực và năng lực, giai đoạn chuyển đổi bị cản trở bởi lỗ hổng lớn và do đó đòi hỏi nỗ lực bổ sung để bảo vệ khỏi Sybil và các cuộc tấn công khác. Bản thân Ethereum đã thực hiện điều đó theo từng giai đoạn vì một khi blockchain hoạt động như một blockchain công khai, thì sẽ không có việc tạm dừng các giao dịch xảy ra xung quanh và tạo ra các khối. Quá trình di chuyển trên Ethereum đã được thực hiện theo từng giai đoạn và cho đến thời điểm viết bài, PoW này hoạt động song song với PoS. Cơ chế và những cân nhắc của việc di chuyển nằm ngoài phạm vi của blog này, mặc dù Ethereum đã chứng minh rằng cả hai đều có thể và phức tạp cùng một lúc.

Tương lai của Đồng thuận

Tương lai của số hóa tập trung vào blockchain và do đó các cơ chế đồng thuận đang được giám sát kỹ lưỡng. Mọi blockchain mới đang cố gắng vượt qua những gì đã được thực hiện. Solana đã mang đến một bộ giao thức hoàn toàn mới như mực nước biển và phá vỡ đám mây để thách thức các blockchain phổ biến. Nó đã được hưởng lợi từ nó và đạt được sự phổ biến cạnh tranh trong thời gian ngắn. Mặc dù vậy, mục tiêu không phải là một blockchain duy nhất hay cơ chế đồng thuận tốt nhất. Mục tiêu là đạt được mức độ hợp tác trong đó các blockchain riêng lẻ có thể hoạt động và tiền tệ hoặc bất kỳ giao dịch kỹ thuật số nào là khả thi mà không có ranh giới của kiến ​​trúc cơ bản hoặc blockchain hoặc cơ chế đồng thuận quản lý. Metaverse, không gian kỹ thuật số đơn lẻ cuối cùng còn xa cho đến khi các blockchains riêng lẻ có thể tích hợp liền mạch để tạo thành một liên minh hiệp đồng.

Lượt xem bài đăng: 8