Cơ chế đồng thuận Proof-of-Work của Bitcoin giúp đảm bảo an toàn cho mạng lưới, đồng thời tạo ra các block và coin mới làm phần thưởng. Đây là cách cơ chế này hoạt động.

Sơ lược

• Proof of work là thuật toán đồng thuận bảo vệ mạng lưới blockchain Bitcoin phi tập trung.

• Các Bitcoin miner cố gắng giải các phương trình toán học phức tạp bằng quy trình sử dụng nhiều năng lượng (energy-intensive), tất cả đều nhằm mục đích tạo ra các block mới và kiếm được phần thưởng BTC.

Công nghệ blockchain đang vận hành Bitcoin và nhiều loại tiền mã hóa khác về cơ bản là một cơ sở dữ liệu, nhưng nó khác xa so với một sổ cái tập trung, điển hình. Blockchain được phân cấp và được vận hành bởi các node hoạt động ngang hàng được phân phối trên khắp thế giới mà không có cơ quan giám sát nào chịu trách nhiệm đưa ra các quyết định quan trọng.

Vậy làm thế nào để bảo mật một mạng lưới phi tập trung và đảm bảo rằng mọi người đều đồng ý với nội dung trong sổ cái? Đó là lý do thuật toán đồng thuận proof of work của Bitcoin ra đời.

Kết hợp với mật mã hóa khóa công khai (public key cryptography), thuật toán đồng thuận proof of work bảo vệ sổ cái phân tán và bảo vệ mạng lưới khỏi các cuộc tấn công “gian lận lặp chi” (double spend), đồng thời thêm các block giao dịch mới vào chuỗi và tạo ra phần thưởng BTC.

Cơ chế proof-of-work bắt buộc các miner trên Bitcoin cạnh tranh để giải các phương trình toán học phức tạp bằng máy tính — một quá trình rất tốn năng lượng. Những phương trình này được cố tình làm khó, tuy nhiên phần thưởng Bitcoin thu được có thể vô cùng giá trị.

Proof-of-work là yếu tố cần thiết để Bitcoin tiếp tục hoạt động, nhưng mức tiêu thụ năng lượng của cơ chế đồng thuận này đã nhận được sự giám sát đáng kể, và một số loại tiền mã hóa khác đã áp dụng một mô hình proof-of-stake rất khác thay cho proof-of-work. Dưới đây là cách hoạt động của proof-of-work, lý do tại sao nó lại cần thiết cho Bitcoin cùng với những nhược điểm của nó.

Cơ chế đồng thuận là gì?

Không giống như cơ sở dữ liệu truyền thống do quản trị viên giám sát, blockchain công khai là một mạng lưới phi tập trung ngang hàng mà bất kỳ người tham gia nào cũng có thể đóng góp vào. Sự đồng thuận là điều cần thiết để một mạng lưới như vậy hoạt động, trong trường hợp có hàng nghìn nhà khai thác node: Tất cả mọi người phải đồng ý về trạng thái của mạng lưới để nó hoạt động bình thường.

Cơ chế đồng thuận là quá trình mạng lưới xác định một cách đáng tin cậy và tự động xem trong số các block — bản ghi các giao dịch gần đây — đã được người tham gia gửi thì block nào sẽ được thêm vào chuỗi, từ đó sẽ mint và thưởng cho họ bằng tiền mã hóa mới trong quá trình này.

Proof-of-work là gì và nó hoạt động như thế nào?

Proof-of-work là cơ chế đồng thuận được thiết kế cho Bitcoin bởi chính Satoshi Nakamoto - người sáng lập ra Bitcoin. Kể từ đó, một mô hình tương tự đã được sử dụng bởi Ethereum, Litecoin, Dogecoin và các loại tiền mã hóa khác. Trong mô hình proof-of-work, các miner chạy phần mềm băm  (hashing software) trên máy tính của mình, phần mềm này khai thác sức mạnh phần cứng của miner để giải các phương trình toán học phức tạp.

Cuối cùng, phép toán là tùy ý (arbitrary): Những người khai thác đang làm việc vì lợi ích của nó để sử dụng tài nguyên máy tính quý giá đổi lấy một phần thưởng tiềm năng. Đó là một quá trình được cố ý làm khó để ngăn chặn các cuộc tấn công tiềm ẩn trên mạng lưới, nhưng điều đó có nghĩa là các máy tính mạnh hơn có lợi thế hơn.

Ngay từ giai đoạn đầu của mạng lưới Bitcoin, đã có một cuộc "chạy đua vũ trang" giữa các miner. Ban đầu, họ sử dụng CPU của máy tính để đào Bitcoin, nhưng sau đó họ chuyển sang các card đồ họa cao cấp và cuối cùng là phần cứng khai thác ASIC chuyên dụng.

"Proof-of-work có một đặc tính tốt là nó có thể được chuyển tiếp thông qua những người trung gian mà không cần phải tin cậy." — Satoshi Nakamoto

Người dùng bitcoin truyền phát các giao dịch lên blockchain, các miner sẽ thu thập chúng trong một block và cạnh tranh trong cơ chế  proof-of-work để trở thành người đầu tiên giải phương trình thông qua một quy trình được gọi là băm (hashing). Những miner hoặc pool mining có block được chấp nhận sẽ nhận được Bitcoin như một phần thưởng.

Tính đến tháng 6 năm 2022, phần thưởng được đặt ở mức 6,25 BTC; mức ban đầu là 50 BTC và cứ sau 4 năm thì con số này giảm đi một nửa. Quá trình này lặp lại sau khoảng mỗi 10 phút khi các block mới được viết và Bitcoin mới được mint và trao thưởng một cách hiệu quả.

Bạn có biết?

Quá trình mining của Bitcoin bắt nguồn từ Hashcash - một hệ thống proof-of-work được Adam Back phát minh vào năm 1997 để chống lại thư rác email và các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (denial-of-service attack). Quay trở lại, một Bitcoiner thời đầu -Satoshi Nakamoto - đã phủ nhận rằng mình là người tạo ra tiền mã hóa.

Tại sao proof-of-work lại quan trọng?

Proof-of-work là một thành phần quan trọng trong mạng lưới Bitcoin. Nếu không có một quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng như vậy, các kẻ xấu sẽ dễ dàng tấn công mạng lưới và thực hiện các vụ “gian lận lặp chi” Bitcoin. Đó được gọi là cuộc tấn công 51% - khi mà một nhóm mining chỉ huy phần lớn tổng tỷ lệ băm của mạng lưới (sức mạnh tính toán), do đó nhóm có thể thao túng các block và lợi dụng hệ thống.

"Chuỗi proof-of-work là giải pháp cho vấn đề đồng bộ hóa và để có được cái nhìn chung mà không cần phải tin tưởng bất kỳ ai." — Satoshi Nakamoto

Tuy nhiên, vì proof-of-work của Bitcoin rất tốn năng lượng nên gần như không có bất kỳ miner hoặc nhóm nào có thể chỉ huy toàn bộ sức mạnh đó.

Những loại tiền mã hóa nào sử dụng proof-of-work?

Proof-of-work là hiện mô hình đồng thuận thống trị với đồng coin lớn nhất là Bitcoin, bên cạnh đó là các đồng coin khác như Litecoin, Dogecoin, Bitcoin Cash và Monero. (Ethereum đã  chuyển sang proof-of-stake vào năm 2022.)

Nhược điểm của proof-of-work là gì?

Nhược điểm lớn nhất trong mô hình proof-of-work của Bitcoin là lượng năng lượng cực lớn cần thiết cho hoạt động mining. Digiconomist gợi ý rằng toàn bộ mạng lưới Bitcoin có lượng khí thải carbon tương đương với nước Maroc, và nhà sản xuất ô tô điện Tesla đã trích dẫn tác động môi trường của việc mining khi họ quyết định ngừng chấp nhận thanh toán bằng Bitcoin vào tháng 5 năm 2021.

Với giá trị của Bitcoin và phần thưởng đang được stake thì không có gì ngạc nhiên khi đây là một chủ đề gây tranh cãi. Những người ủng hộ Bitcoin thường cho rằng những ước tính như vậy về việc sử dụng năng lượng của mạng lưới là sai lệch hoặc phóng đại, hoặc phản bác rằng các ngân hàng và dịch vụ thanh toán tập trung không nhận được cùng một mức độ giám sát như Bitcoin.

Một số người tin rằng hoạt động mining Bitcoin khuyến khích việc sử dụng năng lượng tái tạo hoặc ngụ ý rằng mining Bitcoin sử dụng năng lượng được tạo ra mà đáng lẽ đã bị lãng phí. Cuộc tranh luận không tập trung quá nhiều vào việc liệu hoạt động mining Bitcoin có tiêu tốn một lượng lớn năng lượng tập thể hay không - thực tế là có, và có chủ đích. Đó cũng là yếu tố rất quan trọng để duy trì Bitcoin khi giao thức hiện đang hoạt động.

Thay vào đó, phần lớn cuộc tranh luận tập trung vào các loại năng lượng đang được sử dụng và liệu điều đó có đáng hay không. Không có gì ngạc nhiên khi các miner của Bitcoin và người hâm mộ tin rằng điều đó xứng đáng.

Ngoài ra, điều gây ra sự thất vọng cho các gamer đó là việc mining các loại tiền mã hóa như Ethereum đã làm dấy lên nhu cầu lớn về các card đồ họa PC (hoặc GPU) mạnh, gây ra tình trạng khan hiếm và tăng giá trên diện rộng. Điều đó đã khiến các nhà sản xuất quyết định giảm bớt khả năng khai thác của card đồ họa của mình để khiến các miner ít muốn mua hơn.

Mặc dù quy mô rộng lớn của mạng lưới Bitcoin đồng nghĩa với việc một cuộc tấn công 51% sẽ không thể xảy ra, nhưng điều này lại không đúng với các mạng lưới blockchain proof-of-work nhỏ hơn — cả Ethereum Classic và Bitcoin Cash đều bị tấn công vào năm 2020.

Proof-of-stake?

Giữa những lo ngại xung quanh việc tiêu thụ năng lượng của mạng lưới proof-of-work thì một cơ chế đồng thuận thay thế đã bắt nguồn từ ngành công nghiệp blockchain: proof-of-stake. Hệ thống proof-of-stake dựa vào các validator (người xác thực) để nắm giữ một lượng lớn tiền mã hóa gốc trong mạng lưới, và những người dùng đó sẽ xác thực các giao dịch để kiếm phần thưởng.

Các đồng coin như Cardano, Algorand, Cosmos và Binance Coin đều sử dụng một số dạng mô hình proof-of-stake. Như đã đề cập trước đó, Ethereum đã chuyển đổi sang cách tiếp cận này với bản nâng cấp Ethereum 2.0; mạng lưới mới ước tính tiêu thụ năng lượng ít hơn 99,95% so với mạng lưới hiện tại.

Proof-of-stake không yêu cầu máy tính công suất cao hoặc phải có máy mining, vì vậy tổng thể mạng lưới sử dụng ít năng lượng hơn rất nhiều so với hệ thống Proof-of-work. Mặt khác, có những người gièm pha cho rằng mô hình proof-of-stake giúp "người giàu trở nên giàu có hơn", vì các validator phải stake một lượng lớn coin để tham gia. Điều này cũng khuyến khích người dùng không sử dụng coin của mình.