Tiền điện tử là tài sản kỹ thuật số phi tập trung hoạt động trên mạng ngang hàng. Điều này có nghĩa là các nút trong mạng chịu trách nhiệm duy trì an ninh và tính toàn vẹn của hệ thống. Một trong những thách thức quan trọng mà các mạng này phải đối mặt là vấn đề của sự đồng thuận, tức là làm thế nào để đảm bảo rằng tất cả các nút đều đồng ý với trạng thái của hệ thống. Byzantine Fault Tolerance (BFT) là một cơ chế đồng thuận giúp giải quyết vấn đề này. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về BFT là gì, cách nó hoạt động và những ưu điểm của nó.

Consensus là gì?

Sự đồng thuận là một phần quan trọng của các mạng phi tập trung, đặc biệt là trong lĩnh vực tiền điện tử. Đơn giản, sự đồng thuận đề cập đến quá trình mà một nhóm cá nhân hoặc nút trong một mạng đạt đồng thuận về một quyết định hoặc giao dịch cụ thể. Trong lĩnh vực tiền điện tử, sự đồng thuận rất quan trọng vì nó đảm bảo rằng tất cả các nút đều đồng ý với trạng thái của hệ thống và không có các tác nhân độc hại nào có thể can thiệp vào mạng.

Việc đạt được sự đồng thuận trong mạng phân quyền có thể gặp khó khăn do một số yếu tố. Thứ nhất, không có cơ quan trung ương hoặc người ra quyết định trong mạng phân quyền, làm cho việc xác lập niềm tin giữa các nút trở nên khó khăn. Thứ hai, các nút trong mạng có thể đặt ở các khu vực khác nhau trên thế giới và có các lợi ích khác nhau, làm cho việc đạt được thỏa thuận về các quyết định cụ thể trở nên khó khăn. Cuối cùng, mạng có thể bị tổn thương bởi các hành động tấn công từ các tác nhân độc hại nhằm vào việc phá vỡ quá trình đồng thuận và thao túng hệ thống vì lợi ích của họ.

Một trong những thách thức quan trọng trong việc đạt được sự đồng thuận trong mạng lưới phi tập trung là vấn đề về các “tướng Byzantine.” Điều này đề cập đến một tình huống giả định trong đó một nhóm tướng phải đạt được sự đồng thuận về một hành động cụ thể, nhưng một số tướng có thể là kẻ phản bội đang làm việc chống lại nhóm. Trong tình huống như vậy, quan trọng phải đảm bảo rằng tất cả các tướng trung thành đồng ý về cùng một hành động để ngăn kẻ phản bội làm gián đoạn hệ thống.

Trong một mạng phi tập trung, vấn đề của các tướng Byzantine được biết đến là vấn đề Độ tin cậy lỗi Byzantine (BFT). BFT đề cập đến khả năng của mạng phi tập trung để đạt được một sự nhất quán mặc dù có sự hiện diện của các nút độc hại hoặc lỗi. Đó là một thành phần quan trọng của công nghệ blockchain, đảm bảo rằng tất cả các nút đều đồng ý về trạng thái của hệ thống và các giao dịch được bảo mật.

Để đạt được sự đồng thuận trong một mạng phi tập trung, đã phát triển các cơ chế đồng thuận khác nhau. Các cơ chế này bao gồm Chứng minh công việc (PoW), Chứng minh cổ phần (PoS), và DeleGate.iod Chứng minh cổ phần (DPoS). Mỗi cơ chế có những điểm mạnh và yếu riêng, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng blockchain khác nhau.

Trong PoW, các thợ đào cạnh tranh để giải quyết các vấn đề toán học phức tạp để xác thực giao dịch và thêm các khối mới vào chuỗi khối. Người đào cùng với phần thưởng khi giải quyết vấn đề đầu tiên và có thể thêm khối vào chuỗi. Tuy nhiên, PoW đòi hỏi nhiều công suất tính toán, làm cho nó tốn nhiều năng lượng và chậm chạp.

Trong PoS, người xác minh được chọn dựa trên số lượng đồng họ nắm giữ, và họ chịu trách nhiệm xác minh giao dịch và thêm các khối mới vào chuỗi. PoS ít tốn năng lượng hơn PoW và nhanh hơn, nhưng có thể bị tấn công bởi những kẻ tấn công độc hại nắm giữ một số lượng đồng đáng kể.

DPoS tương tự như PoS, nhưng các thợ đào được bầu bởi chủ sở hữu đồng, và họ chịu trách nhiệm xác nhận giao dịch và thêm khối mới vào chuỗi. DPoS nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn PoW và PoS, nhưng có thể dễ bị kết hợp giữa các thợ đào.

Mặc dù các cơ chế đồng thuận này có những điểm mạnh, chúng có thể không phải phù hợp cho tất cả các ứng dụng blockchain, đặc biệt là những ứng dụng yêu cầu mức độ an toàn và đáng tin cậy cao. Đây là nơi mà BFT xuất hiện, cung cấp một cơ chế mạnh mẽ và an toàn hơn để đạt được sự đồng thuận trong một mạng phi tập trung.

Byzantine Fault Tolerance (BFT) là gì?

Độ tin cậy lỗi Byzantine (BFT) là một cơ chế đồng thuận cho phép mạng phi tập trung đạt được sự đồng thuận mặc dù có sự hiện diện của các nút lỗi hoặc độc ác. BFT được giới thiệu lần đầu vào năm 1982 bởi Leslie Lamport, Robert Shostak và Marshall Pease trong bài báo của họ có tựa đề “Vấn đề Tướng lĩnh Byzantine.” Bài báo được truyền cảm hứng từ vấn đề về tướng lĩnh Byzantine, một kịch bản giả tưởng trong đó các tướng lĩnh phải đạt được sự đồng thuận về một hành động cụ thể, nhưng một số tướng lĩnh có thể là những kẻ phản bội đang làm việc chống lại nhóm.

BFT hoạt động bằng cách đảm bảo rằng tất cả các nút trong mạng đồng ý với một quyết định hoặc giao dịch cụ thể trước khi nó được xem xét là hợp lệ. Trong một hệ thống dựa trên BFT, tất cả các nút tương tác với nhau và trao đổi tin nhắn để đạt được một thỏa thuận. Mỗi nút có một bản sao của blockchain hoặc sổ cái và xác minh giao dịch trước khi thêm chúng vào chuỗi.

Để đảm bảo rằng mạng có thể chịu đựng được các nút lỗi hoặc độc hại, BFT yêu cầu một ngưỡng nhất định của các nút phải đồng ý với một quyết định hoặc giao dịch trước khi nó được coi là hợp lệ. Ngưỡng này được biết đến là ngưỡng chịu lỗi Byzantine, và nó thay đổi tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của mạng. Ví dụ, trong một mạng với ba nút, ngưỡng có thể là hai, có nghĩa là hai nút phải đồng ý với một quyết định hoặc giao dịch trước khi nó được coi là hợp lệ.

BFT có thể được triển khai theo nhiều cách khác nhau, bao gồm Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), Federated Byzantine Agreement (FBA) và ByzCoin. PBFT là một cơ chế đồng thuận dựa trên BFT được sử dụng rộng rãi trong các mạng blockchain được cấp phép. Nó hoạt động bằng cách chia các nút thành các vai trò khác nhau, bao gồm các nút chính, nút dự phòng và nút sao chép. Nút chính chịu trách nhiệm thu thập yêu cầu giao dịch và sắp xếp chúng trước khi gửi chúng đến các nút dự phòng để xác minh. Khi các nút dự phòng xác minh các giao dịch, họ gửi phê duyệt của mình trở lại cho nút chính, sau đó nút chính phát sóng các giao dịch đã được phê duyệt đến các nút sao chép để thực thi.

FBA là một cơ chế đồng thuận dựa trên BFT được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phi tập trung, bao gồm Stellar và Ripple. Nó hoạt động bằng cách cho phép các nút bỏ phiếu cho một quyết định hoặc giao dịch cụ thể. Khi một ngưỡng nhất định của các nút đồng ý với quyết định, nó được coi là hợp lệ.

ByzCoin là một cơ chế đồng thuận dựa trên BFT được sử dụng trong mạng lưới blockchain ByzCoin. Nó hoạt động bằng cách cho phép các nút bầu chọn về một giao dịch hoặc quyết định cụ thể. Khi một ngưỡng cụ thể của các nút đồng ý về giao dịch, nó được coi là hợp lệ và được thêm vào blockchain.

Làm thế nào để Byzantine Fault Tolerance hoạt động?

Trong một hệ thống Đứt gãy Byzantine (BFT), các nhà xác thực đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo mạng lưới đạt được sự đồng thuận. Các nhà xác thực chịu trách nhiệm xác minh các giao dịch và khối trước khi chúng được thêm vào chuỗi khối. Những nhà xác thực này được chọn từ các nút của mạng dựa trên một số tiêu chí nhất định, như danh tiếng hoặc cổ phần trong mạng.

Khi các nhà xác thực được chọn, quá trình xác thực khối bắt đầu. Trong BFT, các khối được xác thực thông qua một quy trình đa bước. Đầu tiên, một nhà xác thực đề xuất một khối, sau đó được phát sóng cho các nhà xác thực khác để xác minh. Mỗi nhà xác thực xác minh khối và phát sóng sự chấp nhận hoặc từ chối của mình cho các nhà xác thực khác.

Để đạt được sự đồng thuận, một ngưỡng nhất định của các bộ xác minh phải chấp thuận khối. Ngưỡng này thường được đặt ở hai phần ba tổng số bộ xác minh trong mạng. Khi ngưỡng được đạt, khối được coi là hợp lệ và được thêm vào chuỗi khối.

Quá trình xác nhận khối trong BFT được thiết kế để chịu lỗi, có nghĩa là nó có thể chịu được sự hiện diện của các validator lỗi hoặc độc hại. Nếu một validator được xác định là độc hại, có thể loại bỏ khỏi mạng, và một validator mới có thể được chọn để thay thế.

Một trong những lợi ích chính của BFT là tính chắc chắn cuối cùng. Tính chắc chắn cuối cùng có nghĩa là một khi một khối được thêm vào blockchain, nó không thể bị xóa hoặc thay đổi. Trong các cơ chế đồng thuận khác như Proof of Work (PoW), các khối được coi là hợp lệ sau khi chúng được thêm vào chuỗi với một mức độ tin cậy nhất định. Tuy nhiên, luôn có một cơ hội nhỏ rằng khối có thể bị xóa hoặc thay đổi nếu một bên tấn công độc hại kiểm soát mạng. BFT loại bỏ khả năng này bằng cách đảm bảo rằng một khi một khối được thêm vào chuỗi, nó là cuối cùng và không thể thay đổi được.

Để đạt được tính chất cuối cùng trong BFT, một khối phải được xác nhận bởi một số lượng nhất định các bộ xác nhận. Khi khối được xác nhận, nó được coi là cuối cùng và không thể thay đổi. Điều này cung cấp một mức độ an ninh cao cho mạng và làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu mức độ tin cậy và an ninh cao.

Ưu điểm của Đứt gãy Byzantine là gì?

Đứt gãy Byzantine Tolerance (BFT) có một số ưu điểm so với các cơ chế đồng thuận khác. Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của BFT là khả năng đạt được sự đồng thuận một cách nhanh chóng và đáng tin cậy. Điều này làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu thời gian xử lý giao dịch nhanh và mức độ đáng tin cậy cao, như giao dịch tài chính và quản lý chuỗi cung ứng.

Một lợi ích khác của BFT là khả năng chống lại các cuộc tấn công từ những kẻ tấn công độc hại. BFT được thiết kế để chịu lỗi, có nghĩa là nó có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi một số lượng nhất định của các người xác nhận bị đe dọa. Điều này khiến nó cực kỳ an toàn và kháng lại các cuộc tấn công, làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng đòi hỏi mức độ an ninh cao.

BFT cũng rất có khả năng mở rộng, có nghĩa là nó có thể xử lý một lượng lớn giao dịch và người dùng. Khả năng mở rộng này được đạt được thông qua việc sử dụng xử lý song song và kỹ thuật tách biệt, cho phép mạng xử lý nhiều giao dịch cùng một lúc.

Các ví dụ thực tế về BFT trong hành động bao gồm giao thức Ripple và thuật toán đồng thuận Tendermint. Ripple sử dụng một biến thể của BFT được gọi là Thuật toán Đồng thuận Giao thức Ripple (RPCA) để đạt được sự đồng thuận giữa các máy chủ xác thực của mình. Điều này đã giúp Ripple xử lý hàng ngàn giao dịch mỗi giây, biến nó trở thành mạng thanh toán nhanh nhất và đáng tin cậy nhất trên thế giới.

Tendermint là một ví dụ khác về thuật toán đồng thuận dựa trên BFT. Nó được sử dụng bởi một số mạng blockchain, bao gồm Cosmos và Binance Smart Chain. Tendermint có khả năng mở rộng cao, có khả năng xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây, làm cho nó phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng có lưu lượng cao.

Một ví dụ thực tế khác về BFT trong hoạt động là nền tảng blockchain Hyperledger Fabric. Hyperledger Fabric sử dụng một phiên bản được điều chỉnh của BFT gọi là Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) để đạt được sự đồng thuận giữa các bên xác nhận của mình. Điều này đã khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng doanh nghiệp yêu cầu mức độ bảo mật và khả năng mở rộng cao.

Kết luận

Độ tin cậy lỗi Byzantine là một cơ chế đồng thuận quan trọng giúp đảm bảo an ninh và tính toàn vẹn của các mạng phi tập trung. Khả năng xử lý các lỗi Byzantine và đạt được sự đồng thuận trong một hệ thống phi tập trung đã khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng dụng blockchain. Khi tiền điện tử tiếp tục phát triển, BFT có thể sẽ tiếp tục là một phần quan trọng của cảnh quan đồng thuận.