Cơ chế đồng thuận (Consensus Algorithm)

Cơ chế đồng thuận (Consensus Algorithm) là một cơ chế chịu lỗi được sử dụng trong các hệ thống máy tính và chuỗi khối để đạt được thỏa thuận mong muốn về một giá trị dữ liệu hoặc một trạng thái duy nhất của mạng giữa các qui trình phân bổ hoặc hệ thống đa tác nhân. Nó rất hữu ích trong việc lưu trữ hồ sơ so với các cơ chế khác.

2.1. Cơ chế đồng thuận Proof of Activity (PoA)

Proof of Activity (Bằng chứng hoạt động) – không nên nhầm lẫn với Proof of Authority, sử dụng cùng một chữ viết tắt “PoA” – kết hợp các giao thức PoWPoS theo cách có thể cho phép người tham gia khai thác và đặt cược mã thông báo của họ để xác thực các khối. Trong hầu hết các thiết lập PoA, các thợ đào cạnh tranh để khai thác các khối mới để đổi lấy phần thưởng mã thông báo. Tuy nhiên, bản thân các khối không bao gồm các giao dịch; thay vào đó, chúng là các mẫu trống được nhúng với tiêu đề giao dịch và địa chỉ phần thưởng khối. Thông tin trong tiêu đề giao dịch được sử dụng để chọn ngẫu nhiên một nút xác thực để ký khối và xác nhận nó vào sổ cái blockchain và chỉ những người nắm giữ mã thông báo mới đủ điều kiện để hoạt động như người xác nhận. Từ đó, phí an ninh mạng được phân chia giữa các thợ đào và người xác nhận tham gia vào quá trình xử lý và ký khối.

Cơ chế đồng thuận blockchain PoA giúp giảm nguy cơ bị tấn công 51% vì cấu trúc của nó khiến thực tế không thể dự đoán người xác thực nào sẽ ký một khối trong mỗi lần lặp lại trong tương lai và sự cạnh tranh giữa cả người khai thác và người ký giao dịch giúp tạo ra sự cân bằng hiệu quả giữa các mạng khác nhau những người tham gia. Tuy nhiên, hệ thống này phải chịu nhiều lời chỉ trích thường nhắm vào các hệ thống PoW và PoS cổ điển, vì vẫn cần một lượng năng lượng đáng kể để khai thác các khối trong giai đoạn PoW của giao thức này và những người nắm giữ mã thông báo lớn vẫn có cơ hội ký kết cao không tương xứng giao dịch mới và tích lũy phần thưởng. Proof of Activity được sử dụng bởi các dự án blockchain Decred và Espers.

2.2. Cơ chế đồng thuận Proof of Authority (PoA)

Proof of Authority (PoA) sử dụng mô hình được gọi là mô hình dựa trên danh tiếng để giúp xác thực các giao dịch và tạo ra các khối mới. Trong hầu hết các trường hợp, người xác nhận trong chuỗi khối đồng thuận PoA là người dùng đã được những người tham gia mạng khác lựa chọn và chấp thuận để hoạt động như người kiểm duyệt của hệ thống. Do đó, những người xác nhận thường là các nhà đầu tư tổ chức hoặc các đối tác chiến lược khác trong hệ sinh thái blockchain có lợi ích cho sự thành công lâu dài của mạng và sẵn sàng tiết lộ danh tính của họ vì lợi ích giải trình.

Do đó, trong khi các blockchains PoS buộc các nút xác thực phải đặt vốn tài chính trên đường dây để đảm bảo các hành động có thể thực hiện được, thì các blockchains PoA yêu cầu người xác nhận đặt vốn xã hội của họ trên đường dây. Điều đó đang được nói, nhiều blockchain PoA cũng yêu cầu các trình xác thực mạng tiềm năng đầu tư mạnh vào mạng ở mức độ tài chính ngoài việc củng cố danh tiếng của họ. Điều này cho phép mạng lọc ra những người xác thực có động cơ thờ ơ hoặc đáng ngờ trong khi khuyến khích tài chính các nút trung thực sẵn sàng cam kết lâu dài.

Do quy trình lựa chọn trình xác thực của họ, các blockchains PoA thường được coi là tương đối tập trung (hoặc “bán tập trung”) về bản chất. Tuy nhiên, thực tế là hầu hết các blockchains PoA giới hạn số lượng trình xác thực được phép trong mạng của họ giúp các hệ thống này đạt được mức độ mở rộng cao. Do đó, các cơ chế đồng thuận PoA thường được coi là không tương thích với các hệ thống hoàn toàn phi tập trung, không cần sự cho phép nhưng có thể là lựa chọn hiệu quả cho các chuỗi khối hoặc tập đoàn tư nhân, được phép hoặc các tổ chức thấy hữu ích khi công khai các bên liên quan trong hệ sinh thái chính của họ. Các dự án sử dụng Proof of Authority bao gồm VeChain và TomoChain.

2.3. Cơ chế đồng thuận Proof of Burn (PoB)

Theo Proof of Burn (PoB), những người khai thác cố ý và vĩnh viễn phá hủy hoặc ” đốt cháy ” các mã thông báo để có được quyền tương ứng trong việc khai thác các khối mới và xác minh các giao dịch. Người khai thác càng nhiều mã thông báo, thì cơ hội người khai thác đó sẽ được chọn làm trình xác nhận khối tiếp theo càng cao. Bằng cách thể hiện sự cống hiến của họ cho mạng thông qua việc phá hủy mã thông báo có chủ ý thay vì sử dụng tài nguyên tính toán và tận dụng phần cứng khai thác mạnh mẽ , các thợ đào trong thiết lập PoB có thể hoạt động bằng cách sử dụng ít năng lượng hơn nhiều so với các hệ thống PoW cổ điển thường yêu cầu. Cơ chế đồng thuận PoB được Counterparty, Slimcoin và Factom sử dụng.

2.4. Proof of Capacity (PoC) / Proof of Space (PoSpace)

Proof of Capacity – còn được gọi là Bằng chứng về dung lượng – sử dụng dung lượng ổ cứng có sẵn trong thiết bị của người khai thác để quyết định quyền khai thác của nó và xác thực các giao dịch thay vì sử dụng sức mạnh tính toán. Theo PoC, danh sách các giải pháp khai thác mật mã có thể được lưu trữ trong ổ cứng của thiết bị khai thác ngay cả trước khi hoạt động khai thác bắt đầu, với các ổ cứng lớn hơn có khả năng lưu trữ nhiều giá trị giải pháp tiềm năng hơn.

Do đó, người khai thác càng có nhiều dung lượng lưu trữ, thì cơ hội người khai thác có thể khớp với giá trị băm cần thiết của chu kỳ tạo khối mới và giành được phần thưởng khai thác càng cao. Giao thức này được thiết kế để tránh cả sự thiếu hiệu quả về năng lượng của các cơ chế Proof of Work (PoW) cổ điển cũng như các động lực tích trữ do nhiều cấu hình Proof of Stake (PoS) mang lại.Cơ chế đồng thuận của Filecoin’s Proof of Storage. Cơ chế đồng thuận Proof of Capacity được sử dụng bởi Permacoin, Burstcoin và SpaceMint.

2.5. Cơ chế đồng thuận Proof of Contribution (PoC/PoCo)

Proof of Contribution (PoC or PoCo) dựa trên các thuật toán chuyên biệt để theo dõi đóng góp của tất cả các nút đang hoạt động trong mạng trong mỗi vòng đồng thuận và sau đó trao quyền tạo khối tiếp theo cho (các) nút có giá trị đóng góp cao nhất . Trong PoC, mọi hành động thực thi có thể được chỉ định một ngưỡng tin cậy cụ thể để xác định mức độ tin cậy tối thiểu cần thiết để tính toán gắn với hành động đó được mạng xác thực.

Trong cơ chế đồng thuận PoC, người dùng muốn thực hiện tính toán trên chuỗi phải đặt cọc bảo đảm trước khi thực hiện bất kỳ tính toán nào. Mức đóng góp của mỗi người dùng là một chức năng của hồ sơ theo dõi lịch sử của người dùng đó và số tiền đặt cược, cũng như độ chính xác của kết quả được tính toán của họ cho bất kỳ hành động nhất định nào.

Đối với mỗi vòng đồng thuận, các kết quả tính toán có liên quan được đề xuất bởi một loạt người dùng đủ điều kiện cho đến khi một người dùng đề xuất thành công kết quả với mức độ tin cậy đáp ứng ngưỡng tin cậy cần thiết của phép tính. Từ đó, các nút tính toán kết quả đã được xác thực sẽ được thưởng phí giao dịch từ người dùng đã yêu cầu hành động trên chuỗi vừa diễn ra và nhận tiền cược bị mất bởi những người dùng đã tính toán kết quả sai trước khi tất cả danh tiếng của người dùng tham gia điều chỉnh lại.

Trong hầu hết các trường hợp, nhiều người dùng sẽ cung cấp cùng một kết quả chính xác cho bất kỳ phép tính nhất định nào. Trong những trường hợp này, mức độ tin cậy của những người dùng này được tổng hợp để tính toán điểm tin cậy tổng thể của kết quả và người dùng chia phần thưởng đồng thuận. Mặc dù không được sử dụng rộng rãi, PoC đã được triển khai hiệu quả trong các dự án như iExec , nơi điều quan trọng là mạng phải xác thực các hành động trên chuỗi được thực hiện ngoài chuỗi theo cách vừa an toàn vừa minh bạch.

Các mạng ICON sử dụng một phiên bản sửa đổi của Proof of Contribution, được gọi là Delegated Proof of Contribution (DPoC). (DPoC). Trong DPoC, các thực thể được bầu chọn có thể xác nhận các khối thay mặt cho đại biểu (trên cơ sở Bằng chứng đóng góp) và kiếm phần thưởng mã thông báo tương ứng.

2.6. Cơ chế đồng thuận Proof of History (PoH)

Proof of History hoạt động thông qua một bản ghi lịch sử được tích hợp sẵn để chứng minh thời điểm cụ thể mà mọi sự kiện trên chuỗi xảy ra. Trong khi hầu hết các blockchain khác yêu cầu nhiều trình xác thực phải đồng ý chung về thời điểm diễn ra mỗi giao dịch, thì từng trình xác thực Solana riêng lẻ sẽ duy trì đồng hồ nội bộ của riêng mình bằng cách mã hóa thời gian trong hàm trì hoãn có thể xác minh hàm băm tuần tự (VDF) SHA-256 đơn giản .

Mỗi khi trình xác thực của Solana giao tiếp, một bằng chứng mật mã về thứ tự tương đối và thời gian của mỗi thông báo được ghi lại trên sổ cái mạng, cho phép mạng bỏ qua đồng hồ cục bộ và xử lý tất cả các độ trễ mạng tiềm ẩn theo thời gian của riêng chúng. Điều này cho phép phân phối hiệu quả và tập hợp lại tất cả dữ liệu giao dịch liên quan mà không cần đợi xác nhận khối tuần tự trên toàn bộ mạng. Bằng cách đạt được sự đồng thuận của blockchain thông qua PoH, Solana có thể đạt được thời gian xác nhận nhanh đáng kể mà không phải hy sinh tính bảo mật và vẫn duy trì mức độ phân quyền tương đối.

2.7. Cơ chế đồng thuận Proof of Importance (PoI)

Proof of Importance (PoI) là một phần phụ của PoS cố gắng thực hiện một cách tiếp cận toàn diện hơn để đánh giá các đóng góp chung thay vì chỉ tập trung vào các yêu cầu về vốn để tham gia đồng thuận. Trong khi các cơ chế đồng thuận PoS truyền thống chỉ xem xét số vốn mà một nút đã cấp khi xác định khả năng quản trị tương xứng của nó, thì cơ chế Bằng chứng về Tầm quan trọng (PoI) kết hợp các yếu tố bổ sung khi cân nhắc mức độ ảnh hưởng trên chuỗi tương ứng của mỗi nút.

Mặc dù các tiêu chí chấm điểm chính xác được sử dụng trong PoI khác nhau, nhưng nhiều cơ chế đồng thuận này mượn các tính năng từ các thuật toán đồng thuận được sử dụng trong phân nhóm mạng và xếp hạng trang. Các yếu tố phổ biến bao gồm số lần chuyển giao mà một nút đã tham gia trong một khoảng thời gian nhất định và mức độ mà các nút khác nhau được liên kết với nhau thông qua các cụm hoạt động.

PoI giúp giảm thiểu rủi ro tập trung quá mức của cơ quan và của cải trên mạng blockchain, vì những người nắm giữ mã thông báo hàng đầu của mạng không nắm quyền lực tuyệt đối trên mạng. Vì điểm số quan trọng của mỗi nút là động và dựa trên hoạt động mạng, cơ chế đồng thuận này cũng không khuyến khích các nhánh blockchain lãng phí , vì người dùng sẽ cần phải sử dụng tài nguyên để duy trì hoạt động trên cả hai mạng được chia để duy trì điểm số của họ. Điều này trái ngược với các cơ chế PoS truyền thống, trong đó chi phí cận biên của việc tạo một khối bằng 0 và người dùng có thể tiếp tục xác thực các khối một cách dễ dàng trong trường hợp có fork.

2.8. Proof of Storage (PoStorage), Proof of Replication (PoRep) & Proof of Spacetime (PoSpacetime)

Proof of Storage dựa trên dữ liệu thay vì đặt cọc tài chính. Do cách thức hoạt động của Proof of Storage, giao thức này chủ yếu được sử dụng trong các mạng mà khả năng lưu trữ dữ liệu phi tập trung đóng một vai trò nổi bật. Trong Proof of Storage, xác suất một nút được chọn để khai thác các khối mới được xác định bởi lượng lưu trữ dữ liệu mà nút đó đã đóng góp tích cực vào mạng. Do đó, giao thức này tương tự như Proof of Stake, nhưng thay vì sử dụng các token cổ phần để xác định ảnh hưởng trên chuỗi, Proof of Storage đạt được sự đồng thuận bằng cách chứng minh rằng mỗi người tham gia mạng thực sự đang cung cấp các dịch vụ lưu trữ dữ liệu cụ thể mà họ tuyên bố là – và phần thưởng chúng phù hợp.

Filecoin – nhà cung cấp lưu trữ dữ liệu dựa trên blockchain hàng đầu – sử dụng hai hình thức Bằng chứng lưu trữ duy nhất: Proof of Replication (PoRep) và Proof of Spacetime (PoSpacetime). Proof of Replication cho phép một nút xác minh rằng một phần dữ liệu cụ thể đã được sao chép vào bộ nhớ vật lý chuyên dụng duy nhất của riêng nó. Với Proof of Spacetime, mạng Filecoin chọn ngẫu nhiên những người khai thác từ đó dữ liệu được đọc để xác minh và nén thành một bằng chứng PoSpacetime. Từ đó, các thợ đào phải cung cấp công khai bằng chứng tương ứng rằng mã hóa dữ liệu nhất định vẫn được lưu trữ trong bộ nhớ vật lý liên tục trong một khoảng thời gian nhất định, qua đó xác minh xem nó có hoàn thành nhiệm vụ của mình trong bất kỳ khung thời gian nhất định nào hay không. Do đó, PoRep được sử dụng để chứng minh rằng một người khai thác đã lưu trữ một bản sao duy nhất của một phần dữ liệu tại thời điểm dữ liệu đó đã được niêm phong.

Trong bất kỳ hệ thống tập trung nào, như cơ sở dữ liệu chứa thông tin chính về giấy phép lái xe ở một quốc gia, quản trị viên trung tâm có quyền duy trì và cập nhật cơ sở dữ liệu. Nhiệm vụ thực hiện bất kỳ cập nhật nào – như thêm / xóa / cập nhật tên của những người đủ điều kiện cho một số giấy phép nhất định – được thực hiện bởi một cơ quan trung ương, người duy nhất chịu trách nhiệm duy trì hồ sơ chính hãng.

Các blockchain công cộng hoạt động như các hệ thống phi tập trung, tự điều chỉnh hoạt động trên quy mô toàn cầu mà không có bất kỳ cơ quan nào. Chúng liên quan đến sự đóng góp của hàng trăm ngàn người tham gia làm việc xác minh và xác thực các giao dịch xảy ra trên blockchain và trên các hoạt động khai thác khối.

Trong trạng thái thay đổi linh hoạt của blockchain, các sổ cái được chia sẻ công khai này cần một cơ chế hiệu quả, công bằng, thời gian thực, chức năng, đáng tin cậy và an toàn để đảm bảo rằng tất cả các giao dịch xảy ra trên mạng là chính hãng và tất cả người tham gia đồng ý về sự đồng thuận về tình trạng của sổ cái. Tất cả nhiệm vụ quan trọng này được thực hiện bởi cơ chế đồng thuận, là một bộ quy tắc quyết định sự đóng góp của những người tham gia khác nhau của blockchain.

Có nhiều loại thuật toán cơ chế đồng thuận khác nhau hoạt động trên các nguyên tắc khác nhau.

Tiền điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi nên việc duy trì chất lượng mạng lưới về tính toàn vẹn, bảo mật ngày càng quan trọng. Các cơ chế đồng thuận này cung cấp phương thức để các nút phân tán trong Blockchain đạt được sự đồng bộ, thống nhất về các giao dịch, thay đổi trên mạng lưới. Cơ chế đồng thuận như là trái tim của hoạt động trong mạng lưới Blockchain, giúp hệ thống vận hành tốt.

Như PoW có thể được xem như là cơ chế bảo vệ trước những sự tấn công nhằm vào mạng lưới như tấn công nhờ chiếm đa số. Việc này giúp cho các đồng tiền điện tử giữ được sự ổn định, bền vững. Đặc biệt là đối với những đồng mới trên thị trường thông qua các sàn giao dịch như Binance,… cần có thời gian duy trì và phát triển.

Trong tương lai, lựa cơ chế đồng thuận vẫn là một tiêu chí quan trọng khi tạo ra một đồng tiền điện tử. Việc ứng dụng và tạo ra nhiều cơ chế đồng thuận khác nhau ngày càng nhiều. Ngoài các cơ chế kể trên thì có những cơ chế khác như Proof of Authority (PoA), Proof of Burn (PoB), Proof of Capacity (PoC),… Đây là những thuật toán giải quyết các vấn đề lỗi trong quá trình vận hành hệ thống mạng lưới Blockchain được phát triển và ứng dụng vào các đồng Crypto trong quá khứ và hiện nay.

Cơ chế đồng thuận có mối quan hệ nhân quả với sự thành công hay thất bại của một dự án. Tuy nhiên, chưa có một nghiên cứu nào chắc chắn về việc áp dụng thuật toán đồng thuận thì dự án sẽ thành công và còn cần nhiều tác nhân khác.