Proof of Work (PoW) là một cơ chế đồng thuận đầu tiên được sử dụng trên blockchain. Trong bài viết này, hãy cùng tìm hiểu về khái niệm PoW, lịch sử ra đời của nó, cơ chế hoạt động và tầm quan trọng của nó đối với hệ sinh thái crypto.
Proof of Work (PoW) là gì?
Proof of Work (PoW) là một cơ chế đồng thuận đầu tiên được tạo ra trên Blockchain và được sử dụng khá phổ biến trong giới crypto. Khái niệm PoW ban đầu được giới thiệu bởi Cynthia Dwork và Moni Naor vào năm 1993, nhưng chính thức được hiện thực hóa vào năm 1999 bởi Markus Jakobsson và Ari Juels. Mặc dù PoW đã xuất hiện từ lâu trong lịch sử của Blockchain, nó vẫn tiếp tục được sử dụng rộng rãi ngày nay.
Satoshi Nakamoto, "cha đẻ" của Bitcoin, đã sử dụng và đề cập đến thuật toán đồng thuận này trong Whitepaper của Bitcoin từ những ngày đầu tiên xuất hiện. Thuật toán Proof of Work được sử dụng để xác nhận các giao dịch, tạo ra các block mới và giúp hình thành nên blockchain lớn trong Blockchain. Đây cũng là cơ sở để các "thợ đào" có thể đào Bitcoin và được thưởng một khoản coin theo yêu cầu.
Theo đó, Proof of Work tập hợp các thợ đào (miner) cạnh tranh hoàn thành các giao dịch trên mạng sau khi giải quyết yêu cầu về thuật toán. Sau đó, thợ đào sẽ được thưởng một khoản coin theo yêu cầu. Điều này cũng đồng nghĩa với việc những thợ đào có tính cạnh tranh cao sẽ có cơ hội nhận được nhiều coin hơn.
Ví dụ, các thợ đào của Bitcoin sẽ xác nhận các giao dịch trên Bitcoin, đưa vào block và nhận về BTC làm phần thưởng. Tuy nhiên, đôi khi việc xác nhận giao dịch trong Proof of Work có thể tốn nhiều thời gian và năng lượng, do đó, một số đồng tiền điện tử khác đã chuyển sang sử dụng các thuật toán khác như Proof of Stake (PoS) để giảm thiểu thời gian và chi phí cho các giao dịch.
Lịch sử ra đời của Proof of Work
Mặc dù Satoshi Nakamoto là người áp dụng đầu tiên cơ chế Proof of Work (PoW) vào tiền mã hóa, tuy nhiên ý tưởng về PoW không phải do ông sáng lập ra. Vậy ai là người sáng lập ý tưởng này và ý tưởng đầu tiên về PoW được phát triển vào năm nào?
Từ khóa Proof of Work (PoW) bắt nguồn từ bản luận "Pricing via Processing or Combatting Junk Mail" của hai nhà học giả Cynthia Dwork và Moni Naor, nhằm giải quyết vấn đề chống lại các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DoS, DDoS) và vấn đề gửi thư rác.
Trong quá trình hình thành của PoW, không thể không nhắc đến các mốc quan trọng sau:
- Năm 1997, Adam Back đã trình bày cơ chế chống "Double Spending Protection" trong Whitepaper của HashCash.
- Năm 2004, Hal Finney đã áp dụng khái niệm PoW vào tiền mã hóa như một giải pháp bảo mật, thông qua cơ chế gọi là "Reusable Proof of Work".
- Năm 2009, bằng cách sử dụng ý tưởng của Finney, Satoshi Nakamoto đã tạo ra cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW) dành cho Bitcoin.
- Từ năm 2009 đến nay, cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW) đã trở thành cơ chế đồng thuận phổ biến trong hệ sinh thái crypto. Ngoài ra, một số đồng tiền mã hóa khác cũng sử dụng cơ chế này để đảm bảo tính an toàn và bảo mật cho giao dịch của mình.
Tóm lại, PoW là một ý tưởng được phát triển từ những năm đầu của internet, và đã được áp dụng rộng rãi trong hệ sinh thái crypto. Các nhà phát triển ngày nay vẫn đang sử dụng và phát triển cơ chế này để đảm bảo sự an toàn và minh bạch cho các giao dịch của họ.
Cơ chế hoạt động của Proof of Work
Proof of Work (PoW) là cơ chế xác nhận giao dịch trên blockchain, nhằm đảm bảo rằng các giao dịch được thực hiện trên mạng lưới là hợp lệ. Để thực hiện việc này, một máy tính phải giải quyết một bài toán phức tạp và chứng minh rằng nó đã hoàn thành bài toán này. Khi một giao dịch được xác nhận, nó sẽ được thêm vào block và gắn với các block trước đó trong chain.
Các bước chính của cơ chế PoW bao gồm:
- Một người dùng gửi một giao dịch đến mạng.
- Các máy tính trong mạng sẽ bắt đầu giải quyết một bài toán phức tạp.
- Một máy tính trong mạng đầu tiên giải quyết bài toán và gửi kết quả về mạng.
- Các máy tính khác trong mạng sẽ xác nhận kết quả và xác nhận rằng bài toán đã được giải quyết chính xác.
- Nếu kết quả được xác nhận, giao dịch sẽ được thêm vào block mới và gắn với các block trước đó trong chuỗi.
Một ví dụ điển hình về cơ chế PoW chính là mạng Bitcoin. Để blockchain của Bitcoin có thể hoạt động thì các block mới phải được tạo ra liên tục. Việc tạo ra các block mới được thực hiện bởi các node máy tính (thợ đào) giải quyết. Các miner sẽ phải giải các bài toán toán học phức tạp và gửi đáp án đúng nhất về lại blockchain. Để đáp ứng được yêu cầu này, các thợ đào cần phải sử dụng thiết bị có sức mạnh tính toán cao (máy đào).
Khi một block mới được tạo ra, các giao dịch sẽ được xác nhận và sau đó các thợ đào sẽ nhận được phần thưởng đó là phí giao dịch và phần thưởng khối. Tóm lại, PoW là một cơ chế quan trọng trong việc đảm bảo tính toàn vẹn của các giao dịch trên blockchain và đồng thời cũng là một phần quan trọng trong việc duy trì hoạt động của mạng lưới blockchain.
Tầm quan trọng của Proof of Work
Trong giao dịch trên mạng lưới, các giao dịch thường không được thực hiện ngay lập tức. Thay vào đó, giao dịch sẽ được đưa vào Blockchain và chỉ được thực hiện khi được xác nhận trong hệ thống này. Blockchain là một cơ sở dữ liệu lớn, cho phép người dùng tra cứu các giao dịch liên quan đến coin thuộc Blockchain đó.
Để hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của thuật toán PoW, hãy xem xét ví dụ sau đây: Trong một nhóm nhỏ gồm 24 người từ A đến Z, có nhiều giao dịch được thực hiện, trong đó A chuyển cho B 2 coin và B chuyển cho C 2 coin. Mỗi giao dịch này sẽ được ghi lại trong sổ cái.
Tuy nhiên, khi số lượng người trong nhóm tăng lên đến hàng nghìn, việc quản lý sổ cái trở nên khó khăn hơn rất nhiều. Khi đó, việc sử dụng thuật toán PoW trở nên cực kỳ cần thiết để đảm bảo tính toàn vẹn của giao dịch.
Thuật toán PoW được áp dụng Lý thuyết trò chơi và mật mã học để đảm bảo rằng người dùng không thể sử dụng coin mà họ không có quyền sử dụng. Khi một giao dịch được thực hiện, thuật toán sẽ kiểm tra tính hợp lệ của giao dịch đó và đưa nó vào một khối mới trong Blockchain.
Việc đưa block vào Blockchain này sẽ được xác nhận bằng cách giải quyết một câu đố toán học phức tạp. Quá trình này được gọi là khai thác (mining) và người khai thác được thưởng bằng một số coin nhất định. Nhờ vào thuật toán PoW, hệ thống Blockchain trở nên an toàn hơn và đảm bảo tính toàn vẹn của giao dịch.
Ưu và khuyết điểm của PoW
Ưu điểm
- Bảo mật: Với PoW, user cần phải sở hữu những máy tính mạnh mẽ giải quyết các bài toán phức tạp nhằm duy trì sự đồng thuận và bảo mật trong một mạng phi tập trung. Điều này đảm bảo rằng thông tin được truyền tải trên mạng an toàn và bảo mật.
- Tính phân cấp: PoW cho phép nhiều nhà mạng khác nhau có thể tham gia xác nhận các giao dịch và tạo khối mới, tránh việc tập trung sức mạnh việc xác nhận giao dịch trong mạng. Điều này đảm bảo rằng mạng được phân cấp và không bị tập trung quá mức.
- Công bằng và minh bạch: PoW cho phép các nhà mạng cạnh tranh trong việc xác nhận giao dịch và tạo khối mới, cải thiện tính trung thực của hệ thống. Điều này đảm bảo rằng không ai có thể thao túng mạng và mọi người đều có cơ hội công bằng để tham gia vào việc xác nhận giao dịch.
Khuyết điểm
- Chi phí lớn: PoW yêu cầu rất nhiều tài nguyên máy tính để giải quyết các bài toán phức tạp. Điều này có thể dẫn đến những hạn chế về tài nguyên và chi phí cho người dùng.
- Tốc độ chậm trễ: Vì PoW yêu cầu thời gian để giải quyết các bài toán phức tạp nên có thể gây ra tốc độ chậm trễ trong việc xác nhận giao dịch. Điều này có thể gây khó khăn cho những người dùng đang chờ đợi xác nhận giao dịch.
- Tiêu tốn năng lượng: PoW tạo ra rất nhiều năng lượng vô ích, vì những máy tính đang chạy mã để giải quyết các bài toán phức tạp. Điều này có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường và chi phí điện của người dùng.
- Không hoàn toàn phi tập trung: Mặc dù PoW có tính phân cấp, nhưng vẫn tồn tại những đội khai thác lớn và nhỏ. Những đội khai thác lớn có thể chiếm ưu thế và ảnh hưởng đến tính phi tập trung của mạng.
Một số Blockchain vận hành PoW
Hiện nay, việc sử dụng quá nhiều nguồn điện và pháp lý đã tạo ra áp lực đáng kể cho cơ chế Proof of Work, khiến nó không còn nhận được nhiều sự hoan nghênh từ phía các chính phủ trên thế giới. Tuy nhiên, vẫn còn một số blockchain nổi tiếng tiếp tục sử dụng Proof of Work, gồm:
- Bitcoin: Là một trong những đồng tiền mã hoá đầu tiên và phổ biến nhất. Đây là đồng tiền mã hoá mà khái niệm Proof-of-Work được giới thiệu lần đầu tiên.
- Ethereum: Được tạo ra dựa trên sự đồng thuận của PoW và đã hoạt động thành công trong một thời gian dài. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đằng sau Ethereum đã làm việc để chuyển sang Proof of Stake (Ethereum 2.0).
- Litecoin: Là một bản sao nhẹ hơn của Bitcoin, được phát triển để giải quyết một số vấn đề về tốc độ giao dịch của Bitcoin.
- Bitcoin Cash: Tương tự như Litecoin, Bitcoin Cash là một bản sao của Bitcoin và vẫn sử dụng Proof of Work để xác thực các giao dịch.
- Monero: Là một loại tiền mã hóa hướng đến việc bảo vệ quyền riêng tư của người dùng. Monero cũng sử dụng Proof of Work để đồng thuận các giao dịch trên blockchain của mình.
- ZCash: Là một đồng tiền mã hoá khác sử dụng zk-SNARK và Proof of Work để xác thực các giao dịch.
- Ethereum Classic: Là một bản sao của Ethereum và hiện vẫn sử dụng Proof of Work để đồng thuận các giao dịch. Ethereum Classic không có kế hoạch chuyển sang Proof of Stake như Ethereum.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc sử dụng Proof of Work vẫn đang có ảnh hưởng đáng kể đến môi trường và đã gây ra tranh cãi trong cộng đồng tiền mã hoá về tính bền vững của cơ chế này. Do đó, nhiều blockchain đang nghiên cứu và triển khai các cơ chế đồng thuận khác như Proof of Stake để giải quyết vấn đề này.
So sánh Proof of Work và Proof of Stake
Hiện có nhiều thuật toán đồng thuận khác nhau, tuy nhiên, trong số đó, Proof of Stake (Bằng chứng Cổ phần - PoS) là một trong những thuật toán được mong đợi nhất. Khái niệm này đã được đưa ra từ năm 2011 và đã được triển khai trong nhiều giao thức.
Trong các hệ thống Proof of Stake, các thợ đào được thay thế bằng các trình xác nhận. Điều này có nghĩa là không có sự có mặt của thơi đào và không có cuộc đua đoán hash. Thay vào đó, những người dùng được chọn ngẫu nhiên và phải đề xuất (hoặc “rèn”) một khối. Nếu khối hợp lệ, họ sẽ nhận được một phần thưởng được tạo thành từ các khoản phí từ các giao dịch của khối.
Proof of Stake có nhiều lợi ích hơn so với Proof of Work. Điều đáng chú ý nhất là lượng khí thải carbon nhỏ hơn - vì PoS không cần đến các trang trại đào công suất điện cao, điện năng tiêu thụ chỉ là một phần nhỏ so với PoW. Bên cạnh đó, PoS cũng giúp giảm thiểu các vấn đề liên quan đến việc cạnh tranh giữa các thợ đào.
Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức mà Proof of Stake cần phải vượt qua. Một trong số đó là việc giao thức chọn ngẫu nhiên những user để trở thành người xác nhận. Cần phải có một quy trình chọn lọc hợp lý để đảm bảo rằng những người tham gia được chọn đều đáng tin cậy và không gian lận.
Bên cạnh đó, Proof of Stake cũng cần phải được kiểm tra thực tế nhằm đảm bảo rằng nó có thể cạnh tranh với Proof of Work trong khâu bảo mật cho các giao dịch. Tuy nhiên, với những lợi ích vượt trội của nó, Proof of Stake hứa hẹn sẽ là một phương pháp đồng thuận quan trọng trong tương lai của blockchain.
Tương lai của Proof of Work
Mặc dù Proof of Work (PoW) đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều năm nhưng nó tồn tại nhiều khuyết điểm. Vì vậy, hiện nay đã có nhiều phương thức khác được phát triển để đáp ứng nhu cầu của thị trường, chẳng hạn như Proof of Stake (PoS), delegated Proof of Stake (dPoS), Proof of Elapsed Time (PoET), Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT),... Ethereum cũng đang phát triển Ethereum 2.0 theo cơ chế Proof of Stake để giải quyết các vấn đề hiện tại như hao tốn năng lượng và khả năng mở rộng thấp của Proof of Work.
Việc tiêu tốn năng lượng của PoW gây ra tác động tiêu cực với môi trường là một điểm trừ lớn đối với phương pháp này. Nhưng nếu nhìn ở mặt tích cực, đó chính là nguyên nhân giúp nâng giá trị của một đồng coin. Nếu quá dễ dàng và tốn ít chi phí, điều đó có thể sẽ làm giảm giá trị của một đồng coin.
Đó cũng là lý do tại sao Bitcoin vẫn đang được đại đa số các thợ đào mong muốn sử dụng cơ chế PoW để đảm bảo tính bảo mật và giá trị của đồng coin. Do vậy, việc phát triển các phương thức mới không phải là để thay thế PoW mà để đáp ứng nhu cầu của thị trường và giải quyết các vấn đề của PoW.
Tổng kết
Tổng kết lại, Proof of Work là một cơ chế đồng thuận quan trọng trong thế giới crypto. Mặc dù nó có những hạn chế như tốn nhiều năng lượng và chi phí cao, nhưng nó đã được chứng minh là hoạt động hiệu quả trong việc đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của các giao dịch trong mạng Blockchain.
Tuy nhiên, với sự phát triển của các cơ chế đồng thuận khác như Proof of Stake, thế giới tiền mã hóa đang dần thay đổi và PoW dường như chỉ còn phù hợp với các đồng coin theo hướng lưu trữ giá trị. Hiện tại nhiều đồng coin không còn sử dụng cơ chế PoW nữa, vì thế nó đã dần bị người kế nhiệm PoS chiếm thị phần.
