Giải thích bằng chứng công việc (proof of work)

Bằng chứng công việc (proof of work, PoW) là một cơ chế đồng thuận trong đó các máy tính gọi là thợ đào cạnh tranh giải một câu đố tính toán, và người thắng cuộc giành quyền thêm khối giao dịch tiếp theo vào blockchain. Giải câu đố đòi hỏi số lần đoán khổng lồ và năng lượng thật, nhưng bất kỳ ai cũng có thể xác minh đáp án ngay lập tức, nhờ đó sổ cái tốn kém để tấn công và rẻ để kiểm tra.

Đây là hệ thống đã bảo vệ Bitcoin từ năm 2009. Hiểu nó sẽ giúp bạn thấy vì sao đào coin tồn tại, vì sao Bitcoin dùng nhiều điện đến vậy và vì sao một số mạng đã chuyển sang các phương án khác như bằng chứng cổ phần.

Vấn đề mà bằng chứng công việc giải quyết

Một sổ cái phi tập trung không có ngân hàng trung ương hay công ty nào quyết định giao dịch nào hợp lệ. Hàng nghìn máy tính độc lập phải thống nhất một lịch sử duy nhất, ngay cả khi một số người tham gia có thể không trung thực. Nếu bạn mới biết đến Litecoin, hãy bắt đầu với Litecoin (LTC) là gì và hoạt động như thế nào.

Phần khó nhất là ngăn chặn chi tiêu kép: chi tiêu cùng một đồng coin hai lần bằng cách phát đi các giao dịch mâu thuẫn. Bằng chứng công việc giải quyết điều này bằng cách khiến việc tạo khối trở nên tốn kém. Chuỗi hợp lệ là chuỗi có nhiều công việc tích lũy nhất, nên kẻ tấn công sẽ phải vượt qua tổng sức mạnh tính toán của toàn bộ phần còn lại của mạng để viết lại nó. Các kịch bản giá Ethereum Classic (ETC) giai đoạn 2026–2027 của chúng tôi áp dụng cùng cách tiếp cận dựa trên chất xúc tác và rủi ro cho một dự án liên quan. Nếu muốn tìm hiểu sâu hơn, hãy đọc Giải thích các cơ chế đồng thuận.

Ý tưởng này có từ trước Bitcoin. Hashcash của Adam Back, được đề xuất năm 1997, dùng một câu đố tương tự để khiến việc gửi email rác trở nên tốn kém. Satoshi Nakamoto đã điều chỉnh khái niệm này trong sách trắng Bitcoin.

Cách đào coin hoạt động từng bước

1. 1Thu thập giao dịch. Thợ đào lấy các giao dịch đang chờ từ mempool và tập hợp thành một khối ứng viên.
2. 2Tạo phần đầu khối. Phần đầu khối (header) gồm tham chiếu đến khối trước, bản tóm tắt các giao dịch, dấu thời gian và một trường gọi là nonce.
3. 3Băm liên tục. Thợ đào đưa phần đầu khối qua hàm băm (SHA-256 hai lần, trong trường hợp của Bitcoin), thay đổi nonce và các trường khác ở mỗi lần thử.
4. 4Kiểm tra mục tiêu. Nếu hash thu được thấp hơn mục tiêu độ khó của mạng, câu đố đã được giải. Nếu không, thử lại.
5. 5Phát khối đi. Thợ đào chiến thắng chia sẻ khối. Các node khác xác minh nó trong tích tắc.
6. 6Nhận phần thưởng. Thợ đào nhận khoản trợ cấp khối (coin mới phát hành) cùng phí giao dịch.

Vì đầu ra của hàm băm không thể dự đoán, cách duy nhất để tìm ra một hash hợp lệ là đoán theo kiểu vét cạn (brute force). Hướng dẫn của chúng tôi về đào Bitcoin trình bày về phần cứng và kinh tế học.

Điều chỉnh độ khó

Nếu có thêm thợ đào tham gia, khối sẽ được tìm ra nhanh hơn; nếu thợ đào rời đi, chậm hơn. Để giữ nhịp ổn định, các mạng bằng chứng công việc tự động điều chỉnh độ khó.

Bitcoin tính lại độ khó sau mỗi 2.016 khối, tức khoảng hai tuần một lần, nhắm tới trung bình một khối mỗi 10 phút. Các mạng khác điều chỉnh thường xuyên hơn. Vòng phản hồi này giúp mạng vẫn hoạt động ngay cả khi một phần lớn thợ đào đột ngột tắt máy. Xem thêm: Tiền mã hóa là gì? Hướng dẫn rõ ràng cho người mới.

Bảo mật: tấn công 51%

Tính bảo mật của bằng chứng công việc dựa trên chi phí để có được phần lớn sức mạnh băm. Kẻ tấn công nắm hơn một nửa sức mạnh đó có thể:

• Sắp xếp lại hoặc loại bỏ các giao dịch gần đây.
• Chi tiêu kép coin của chính mình bằng cách thay thế một giao dịch đã được xác nhận.

Kẻ tấn công không thể đánh cắp coin từ địa chỉ của người khác hay tạo ra coin vượt ngoài quy tắc của giao thức, vì mọi node vẫn kiểm tra chữ ký và các quy tắc.

Trên Bitcoin, chi phí cho một cuộc tấn công như vậy là khổng lồ. Các chuỗi bằng chứng công việc nhỏ hơn thì khác: chẳng hạn, Ethereum Classic đã hứng chịu nhiều cuộc tấn công 51% trong năm 2019 và 2020. Bài giải thích của chúng tôi về tấn công 51% là gì đi sâu hơn.

Bằng chứng công việc và bằng chứng cổ phần

Ethereum chuyển từ bằng chứng công việc sang bằng chứng cổ phần vào tháng 9 năm 2022. Để xem so sánh đầy đủ, hãy đọc PoW và PoS. Bài viết Monero và Bitcoin của chúng tôi mở rộng thêm về điểm này.

Các thuật toán đào khác nhau

Không phải mọi đồng coin bằng chứng công việc đều dùng cùng một câu đố:

• SHA-256 — Bitcoin và Bitcoin Cash. Bị thống trị bởi các máy chuyên dụng gọi là ASIC.
• Scrypt — Litecoin và Dogecoin, có thể được đào cùng lúc bằng merge mining.
• RandomX — Monero, được thiết kế để ưu tiên CPU thông thường và chống lại ASIC.
• Etchash — Ethereum Classic.

Lựa chọn thuật toán ảnh hưởng đến việc ai có thể đào có lãi và mức độ tập trung của hoạt động đào. Xem thêm: Mempool là gì?

Chỉ trích và rủi ro

• Tiêu thụ năng lượng. Đào Bitcoin dùng một lượng điện lớn. Người ủng hộ cho rằng nó ngày càng tận dụng nguồn năng lượng bị bỏ phí hoặc dư thừa; người chỉ trích cho rằng dù sao nó vẫn lãng phí.
• Tập trung vào các pool đào. Hầu hết thợ đào cá nhân tham gia pool để phần thưởng đều đặn hơn. Một vài pool lớn có thể kiểm soát phần đáng kể sức mạnh băm, dù thợ đào cá nhân có thể chuyển pool.
• Tập trung hóa phần cứng. Việc sản xuất ASIC tập trung vào một số ít công ty.
• Ngân sách bảo mật theo thời gian. Vì trợ cấp khối của Bitcoin giảm một nửa khoảng bốn năm một lần, phí giao dịch sẽ phải chiếm tỷ trọng lớn hơn trong doanh thu của thợ đào.
• Điểm yếu của chuỗi nhỏ. Các đồng coin có ít sức mạnh băm có thể bị tấn công bằng năng lực thuê ngoài.

Kết luận

Bằng chứng công việc bảo vệ blockchain bằng cách khiến việc tạo khối tốn kém còn việc xác minh thì rẻ. Nó có thành tích vô song trên Bitcoin, nhưng tiêu thụ nhiều năng lượng và mức độ bảo mật phụ thuộc lớn vào quy mô mạng. Khi đánh giá một đồng coin bằng chứng công việc, hãy hỏi bao nhiêu sức mạnh băm đang bảo vệ nó, hoạt động đào tập trung đến mức nào và mạng sẽ chi trả cho bảo mật như thế nào về lâu dài.