Công nghệ chuỗi khối đã thay đổi cách chúng ta nghĩ về các giao dịch tài chính. Trọng tâm của công nghệ này là khái niệm về các khối, đúng như tên gọi, là các khối xây dựng của một chuỗi khối.
Các khối là một thành phần thiết yếu của kiến trúc blockchain và việc hiểu vai trò của chúng là rất quan trọng để hiểu cách thức hoạt động của công nghệ này. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá những khối nào trong blockchain và cách chúng hoạt động để tạo ra một hệ thống an toàn và phi tập trung.
Hiểu cấu trúc của một khối trong blockchain
Một khối trong blockchain là thành phần cơ bản mang dữ liệu quan trọng về các giao dịch. Khi một giao dịch xảy ra, có thể là chuyển tiền điện tử như bitcoin hoặc trao đổi dữ liệu trong chuỗi cung ứng, các chi tiết sẽ được đóng gói thành một cấu trúc kỹ thuật số được gọi là khối.
Một khối không chỉ chứa dữ liệu giao dịch mà còn chứa dấu thời gian khi giao dịch xảy ra. Mật mã được sử dụng để đảm bảo rằng thông tin không thể bị giả mạo. Như vậy, mỗi khối chứa một mã định danh duy nhất được gọi là “băm”. Chuỗi chữ và số này hoạt động như một dấu vân tay kỹ thuật số cho khối, cung cấp cách xác nhận các giao dịch trên blockchain.
Hàm băm là kết quả của một quá trình toán học phức tạp và ngay cả một thay đổi nhỏ trong dữ liệu giao dịch cũng sẽ tạo ra một hàm băm hoàn toàn khác, giúp blockchain có độ an toàn cao trước gian lận và thao túng.
Một thuật ngữ quan trọng khác liên quan đến cấu trúc của khối là “nonce”, từ viết tắt của “số chỉ được sử dụng một lần”. Đây là một đoạn văn bản tùy ý mà người khai thác thêm vào để thay đổi hàm băm mà khối tạo ra. Những người khai thác thử nghiệm sử dụng các nonces khác nhau cho đến khi họ thấy rằng hàm băm kết quả đáp ứng một tiêu chí nhất định. Thách thức trong việc tìm kiếm hàm băm phù hợp là điều khiến việc khai thác trở nên cạnh tranh.
Khi một nonce phù hợp được tìm thấy dẫn đến hàm băm hợp lệ và khối được xác thực, nó sẽ được thêm vào chuỗi khối.
Các thành phần và dữ liệu chính được lưu trữ trong một khối
Các thành phần chính của một khối trong blockchain là tiêu đề khối và nội dung khối. Tiêu đề khối bao gồm phiên bản khối, hàm băm khối trước đó, gốc Merkle, dấu thời gian, mục tiêu và nonce. Phiên bản khối cho biết tập hợp các quy tắc xác thực cần tuân theo, trong khi hàm băm khối trước đó liên kết khối hiện tại với khối trước đó, tạo thành chuỗi trong chuỗi khối.
Gốc Merkle là cấu trúc dữ liệu được sử dụng để tóm tắt một cách hiệu quả tất cả các giao dịch trong khối. Dấu thời gian ghi lại thời điểm khối được tạo và mục tiêu xác định độ khó của bài toán mà người khai thác phải giải. Cuối cùng, nonce là một số ngẫu nhiên được sử dụng để tính toán hàm băm.
Mặt khác, phần thân khối chứa danh sách các giao dịch. Mỗi giao dịch bao gồm địa chỉ của người gửi và người nhận, số lượng tiền điện tử được chuyển và chữ ký điện tử của các bên liên quan. Các giao dịch trong một khối được sắp xếp theo một thứ tự cụ thể, bắt đầu bằng một giao dịch duy nhất được gọi là giao dịch “coinbase”. Đây là giao dịch qua đó các đồng tiền mới được đưa vào hệ thống và người khai thác được thưởng cho công việc của họ.
Vai trò của các khối trong việc bảo mật và xác minh giao dịch
Điều cần thiết là phải nắm bắt được quá trình giao dịch diễn ra như thế nào trong hệ thống blockchain.
Ví dụ: nếu người dùng muốn chuyển một lượng tiền điện tử nhất định cho người dùng khác, thông tin giao dịch này sẽ được đóng gói thành một khối, sau đó được gửi đến hàng đợi được gọi là “mempool”. Ở đây, nó đang chờ xác nhận.
Ở giai đoạn này, các công cụ khai thác hoặc trình xác nhận sẽ phát huy tác dụng. Đây là những người tham gia mạng lưới sử dụng sức mạnh tính toán của mình để giải quyết các vấn đề toán học phức tạp, một quá trình được gọi là “khai thác”. Sau đó, những người khai thác hoặc người xác thực thành công có thể xác minh các giao dịch của khối, đảm bảo rằng tất cả thông tin, bao gồm chữ ký số và khóa chung, là hợp pháp. Quá trình khai thác này được khuyến khích thông qua phần thưởng khối, là đơn vị tiền điện tử được trao cho những người khai thác vì nỗ lực của họ.
Khi các giao dịch của một khối được xác minh, nó sẽ được truyền tới tất cả các nút hoặc máy tính trong mạng. Các nút này kiểm tra chéo và đồng ý rằng khối đó hợp lệ trước khi nó được thêm vào chuỗi khối. Sự đồng thuận giữa các nút là một khía cạnh quan trọng của tính phân cấp và bảo mật của công nghệ blockchain. Quá trình này lên đến đỉnh điểm với việc bổ sung khối mới vào chuỗi, tạo ra một bản ghi minh bạch và không thể thay đổi về giao dịch.
Cách các khối được liên kết với nhau để tạo thành một chuỗi khối
Quá trình bắt đầu bằng việc tạo một khối chứa dữ liệu giao dịch, dấu thời gian và mã định danh duy nhất được gọi là hàm băm. Hàm băm này rất quan trọng trong việc kết nối các khối với nhau. Khi một khối mới được tạo, nó sẽ bao gồm hàm băm của khối gần đây nhất được thêm vào chuỗi. Điều này tạo thành một liên kết giữa khối mới và khối trước đó, tạo ra một chuỗi các khối, do đó có thuật ngữ “blockchain”.
Giá trị băm của mỗi khối phụ thuộc vào thông tin có trong chính khối đó, cũng như giá trị băm của khối trước đó. Điều này ngụ ý rằng nếu bất kỳ ai cố gắng thay đổi thông tin trong một khối thì hàm băm của khối đó sẽ thay đổi, phá vỡ liên kết với khối sau. Để khôi phục liên kết này, kẻ xâm nhập sẽ cần phải thay đổi thông tin trong mỗi khối tiếp theo, điều này hầu như không thể thực hiện được với khả năng tính toán cần thiết.
Cơ chế liên kết độc đáo này của các khối trong blockchain cung cấp mức độ bảo mật cao và bất biến.
Kích thước khối và tác động của nó đến khả năng mở rộng và tốc độ giao dịch
Trong lĩnh vực công nghệ blockchain, kích thước của một khối và mối tương quan của nó với khả năng mở rộng và tốc độ giao dịch là một khái niệm quan trọng. Về bản chất, một khối là một cấu trúc kỹ thuật số chứa một tập hợp các giao dịch. Kích thước của một khối được xác định bởi lượng dữ liệu mà nó có thể mang theo. Giới hạn kích thước này có tác động trực tiếp đến số lượng giao dịch có thể được xử lý trên mỗi khối và do đó là tốc độ giao dịch.
Khi một khối đạt đến dung lượng dữ liệu, nó phải được thêm vào blockchain trước khi các giao dịch mới có thể được xử lý. Do đó, kích thước của một khối có thể ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ xử lý giao dịch.
Khả năng mở rộng hoặc khả năng phát triển và quản lý nhu cầu ngày càng tăng của mạng cũng bị ảnh hưởng bởi kích thước khối. Một blockchain có các khối nhỏ hơn có thể gặp khó khăn trong việc mở rộng quy mô vì mỗi khối chỉ có thể chứa một số lượng giao dịch hạn chế. Ngược lại, các khối lớn hơn có thể chứa nhiều giao dịch hơn, có khả năng cải thiện khả năng mở rộng. Tuy nhiên, các khối lớn hơn cũng yêu cầu nhiều không gian lưu trữ hơn, điều này có thể dẫn đến sự tập trung hóa vì chỉ những người khai thác có đủ tài nguyên mới có thể tham gia vào mạng.
Do đó, kích thước khối trong blockchain là sự cân bằng giữa tốc độ giao dịch, khả năng mở rộng và phân cấp. Nhiều giải pháp khác nhau đã được đề xuất để giải quyết vấn đề này, chẳng hạn như giao dịch “ngoài chuỗi”, điều chỉnh kích thước khối hoặc phân đoạn – mặc dù hầu hết thử nghiệm này đang diễn ra trên Ethereum hoặc các chuỗi khối khác.
Tầm quan trọng của cơ chế đồng thuận trong việc xác thực khối
Trong bối cảnh xác thực khối, có hai cơ chế đồng thuận phổ biến: bằng chứng công việc và bằng chứng cổ phần. Trong hệ thống bằng chứng công việc, những người khai thác cạnh tranh với nhau để giải các bài toán phức tạp và người đầu tiên giải được bài toán đó sẽ có quyền thêm khối mới vào chuỗi khối. Quá trình này đòi hỏi sức mạnh tính toán đáng kể và do đó, nó đảm bảo rằng việc sửa đổi blockchain trên thực tế là không thể vì nó đòi hỏi một lượng sức mạnh tính toán khổng lồ để làm lại công việc và thay đổi các khối.
Mặt khác, trong hệ thống bằng chứng cổ phần, người xác nhận được chọn để tạo khối mới dựa trên số cổ phần của họ hoặc số lượng xu họ nắm giữ và sẵn sàng “đặt cược” vào việc tạo khối hợp lệ. Hệ thống này yêu cầu ít năng lượng tính toán hơn và tiết kiệm năng lượng hơn so với bằng chứng công việc. Tuy nhiên, nó có thể dẫn đến sự tập trung hóa vì những người có nhiều tiền hơn sẽ có cơ hội được chọn làm người xác nhận cao hơn.
Tổng quan về phần thưởng khối và ưu đãi trong tiền điện tử
Phần thưởng khối phục vụ một mục đích kép. Đầu tiên, chúng thúc đẩy các cá nhân tham gia vào mạng, từ đó tăng cường tính bảo mật và mạnh mẽ của mạng. Nếu không có những khuyến khích này, sẽ có ít người sẵn sàng cam kết tài nguyên của họ vào mạng hơn, điều này có khả năng ảnh hưởng đến chức năng và tính bảo mật của mạng. Thứ hai, phần thưởng khối hoạt động như một cơ chế giới thiệu đồng tiền mới vào thị trường. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các loại tiền điện tử như bitcoin, vốn có nguồn cung hữu hạn.
Trong trường hợp bitcoin, phần thưởng khối sẽ giảm một nửa khoảng bốn năm một lần trong một sự kiện được gọi là ” Bitcoin Halving “, làm giảm số lượng đồng tiền mới được đưa vào lưu thông và thêm yếu tố khan hiếm cho tiền điện tử. Tuy nhiên, phần thưởng khối không phải là một con số cố định. Chúng có thể khác nhau rất nhiều giữa các dự án blockchain khác nhau và có thể giảm theo thời gian.
Chẳng hạn, phần thưởng khối của bitcoin đã giảm một nửa ba lần kể từ khi giao thức ra mắt vào năm 2009 và nó sẽ tiếp tục giảm một nửa cho đến khi tổng số tiền đang lưu hành đạt nguồn cung tối đa là 21 triệu. Sau đó, không còn phần thưởng khối nào nữa và không có thêm đồng tiền mới nào được đưa vào lưu hành
Cũng cần lưu ý rằng phần thưởng khối chỉ là một phần của hệ thống khuyến khích trong mạng blockchain. Người khai thác cũng nhận được phí giao dịch, đây là một hình thức đền bù khác cho nỗ lực của họ. Khi số lượng phần thưởng khối giảm dần theo thời gian, các khoản phí giao dịch này ngày càng trở nên quan trọng trong việc duy trì khả năng tài chính của hoạt động khai thác.
Những thách thức và giải pháp chung trong chuỗi khối và khối
Khi công nghệ blockchain tiếp tục phát triển, không phải không có những thách thức. Một trong những thách thức này là sự căng thẳng giữa khả năng mở rộng và bảo mật. Khi kích thước của một khối được tăng lên để đáp ứng nhiều giao dịch hơn, điều này có thể dẫn đến tốc độ giao dịch nhanh hơn và khả năng mở rộng được cải thiện. Tuy nhiên, điều này cũng đòi hỏi nhiều bộ nhớ tính toán hơn, điều này có thể dẫn đến tăng cường tập trung hóa, vì chỉ những người khai thác có đủ tài nguyên mới có thể tham gia. Việc tập trung hóa này có khả năng làm tổn hại đến tính bảo mật và tính chất phi tập trung của blockchain.
Một thách thức phổ biến khác trong blockchain là vấn đề tiêu thụ năng lượng, đặc biệt là trong cơ chế đồng thuận bằng chứng công việc. Quá trình khai thác, bao gồm việc giải quyết các vấn đề toán học phức tạp để xác thực các giao dịch và thêm các khối mới vào chuỗi khối, rất tốn năng lượng. Điều này đã dẫn đến mối lo ngại về tác động môi trường của công nghệ blockchain, đặc biệt là trong các mạng dựa vào bằng chứng công việc, chẳng hạn như Bitcoin.
Bất chấp những thách thức này, các giải pháp đang được phát triển để giải quyết những vấn đề này. Ví dụ: cơ chế đồng thuận bằng chứng cổ phần là một giải pháp thay thế tiết kiệm năng lượng hơn cho bằng chứng công việc.
Một giải pháp khác là sharding, một quy trình chia chuỗi khối thành các phần nhỏ hơn hoặc “phân đoạn”, mỗi phần có khả năng xử lý các giao dịch và hợp đồng thông minh của riêng mình. Điều này có thể cải thiện đáng kể khả năng mở rộng và tốc độ của blockchain mà không ảnh hưởng đến tính bảo mật của nó.
