BLOCKCHAIN 3.0 DƯỚI GÓC NHÌN KHOA HỌC: VƯỢT QUA THÁCH THỨC

Abstract

Sự ra đời của Blockchain 1.0 được ví như bước đi đầu tiên của Neil Armstrong trên mặt trăng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức đang cản trở sự phát triển hơn nữa của công nghệ Blockchain. Theo một khảo sát khoa học gần đây, có 6 thách thức chính: 3 thách thức liên quan đến con người và các tổ chức, 3 thách thức liên quan đến kỹ thuật và công nghệ. Từ 2008 đến nay, Blockchain đã trải qua 3 thế hệ: 1.0 – Tiền tệ và Thanh toán, 2.0 – Tài chính và Thị trường, 3.0 – Thiết kế và Giám sát hoạt động. Một phiên bản Blockchain trong những phiên bản thuộc thế hệ thứ 3 tự nó đã là lời giải đầy đủ cho 3 thách thức sau. Bài báo này muốn giới thiệu về các cơ chế hoạt động đặc biệt cũng như chứng minh hiệu quả của phiên bản Blockchain này trong quá trình giải quyết các thách thức.

1. Introduction

1.1. Blockchain:

Một blockchain [1] [2] [3], ban đầu được gọi là block chain [4] [5], là một danh sách tăng trưởng các bản ghi, được gọi là các khối, được liên kết bằng phương pháp mã hóa [1] [6]. Mỗi khối chứa mã băm của khối trước đó [6], nhãn thời gian và dữ liệu giao dịch được băm và mã hóa thành cây Merkle (hash tree) [1]. Các khối được liên kết tạo thành một chuỗi [1]. Theo thiết kế, một blockchain có khả năng chống sửa đổi dữ liệu. Đó là “một sổ cái phân tán, mở, có thể ghi lại các giao dịch giữa hai bên một cách hiệu quả và theo phương cách có thể kiểm chứng và lâu dài vĩnh viễn” [7].

Blockchains được xây dựng từ 3 công nghệ: Mật mã khóa riêng, mạng P2P, Chương trình (giao thức blockchain)

Hiện tại thì công nghệ blockchain có 3 phiên bản chính gồm:

  • Blockchain 1.0 (năm 2008) – Tiền tệ và Thanh toán: Là phiên bản sơ khai và đầu tiên của blockchain, ứng dụng chính của phiên bản này là các công việc liên quan đến tiền mã hoá: bao gồm việc chuyển đổi tiền tệ, kiều hối và tạo lập hệ thống thanh toán kỹ thuật số. Đây cũng là lĩnh vực quen thuộc với rất nhiều người nhất.
  • Blockchain 2.0 (năm 2014, bao gồm hợp đồng thông minh 1.0) – Tài chính và Thị trường: Đây là phiên bản thứ 2 của blockchain, ứng dụng của nó là xử lý tài chính và ngân hàng: mở rộng quy mô của Blockchain, đưa blockchain tích hợp vào các ứng dụng tài chính và thị trường. Các tài sản bao gồm cổ phiếu, chi phiếu, nợ, quyền sở hữu và bất kỳ điều gì có liên quan đến thỏa thuận hay hợp đồng.
  • Blockchain 3.0 – Thiết kế và Giám sát hoạt động: Hiện tại đây đang là phiên bản cao nhất của blockchain, với phiên bản này, công nghệ Blockchain sẽ vượt khỏi biên giới chỉ phục vụ cho lĩnh vực tài chính, và đi vào các lĩnh vực khác như giáo dục, chính phủ, y tế và nghệ thuật…

1.2. Smart Contract:

Nick Szabo – một học giả ngành luật, đồng thời cũng là một người tham gia vào giới tiền kỹ thuật số, nhận ra rằng có thể dùng sổ cái phân quyền cho hợp đồng thông minh, hay có tên gọi khác là hợp đồng tự động. Ở định dạng này, ta có thể chuyển đổi hợp đồng sang code máy tính, lưu trữ và sao chép, đồng thời kiểm soát được hợp đồng đó bằng mạng máy tính đang chạy Blockchain. Điều này cũng ảnh hưởng đến phản hồi của sổ cái như chuyển tiền hay nhận sản phẩm/ dịch vụ.

Hợp đồng thông minh giúp bạn chuyển tiền, tài sản, cổ phiếu hay bất cứ thứ gì có giá trị theo một cách minh bạch, đồng thời tránh sự tham gia của bên thứ ba.

Bạn có thể sử dụng hợp đồng thông minh cho tất cả các tình huống từ tài chính đến phí bảo hiểm, vi phạm hợp đồng, luật về tài sản, thực thi tín dụng, dịch vụ tài chính, các quy trình pháp lý và thỏa thuận gây quỹ đám đông.

1.3. Challenges:

[8] cung cấp về những thách thức đang cản trở sự phát triển hơn nữa của công nghệ Blockchain. Sáu thách thức chính là: (1) cần nhiều các trường hợp sử dụng trong thực tế hơn là các khái niệm lý thuyết; (2) tích hợp bên trong và thích ứng với các hệ thống cũ; (3) cần tiêu chuẩn hóa, thống nhất và khả năng tương tác; (4) tính sẵn sàng cao và mức độ mạnh mẽ cao; (5) độ trễ thấp và thời gian đáp ứng ngắn; và (6) hợp tác chặt chẽ hơn giữa những người chơi trên thị trường, bao gồm cả các cơ quan quản lý.

Trong 6 vấn đề trên có 3 vấn đề liên quan trực tiếp đến kỹ thuật, công nghệ: (1), (4), (5)

Blockchain 3.0 CSE tự nó đã là lời giải đầy đủ cho 3 vấn đề trên. Phần tiếp theo sẽ diễn giải chi tiết cũng như làm rõ hơn khẳng định này.

2. Solving the challenges

2.1. More practical use cases:

Đi kèm với Blockchain 3.0 CSE là Smart Contract 2.0. Cách vận hành của phiên bản thứ hai này cho thấy CSE đã định hướng cho việc  tập trung vào các tình huống thực tế, thân thiện hơn với người dùng:

Hợp đồng thông minh 2.0 mời các chuyên gia trên toàn thế giới đóng góp chuyên môn của họ thông qua một Platform sẵn có. Không phải là một vấn đề lớn ngay cả khi người dùng không phải là chuyên gia công nghệ vì CSE đã tạo ra hàng ngàn mẫu. Điều này đã trao quyền cho mọi người từ mọi tầng lớp, bao gồm: nội trợ, học sinh trung học hoặc thậm chí là một người mù mờ về công nghệ để tạo ra các hợp đồng thông minh của riêng họ.

Nếu người dùng tạo hợp đồng thông minh bằng cách sử dụng một mẫu sẵn có, sẽ chỉ cần 3 phút và hơn 4 bước. Và nếu người dùng tạo một hợp đồng thông minh riêng biệt, thì có thể cần từ 4 đến 12 giờ.

Hình 1 thể hiện một tình huống tổng quát và Hình 2 minh họa một trường hợp cụ thể trong nông nghiệp.

 

Hình 1

 

Hình 2

2.2. Availability and robustness:

Khi so sánh với cơ chế hoạt động của Blockchain 1.0, 2.0 (Hình 4) và cơ chế SQL (Hình 3), cơ chế 6NL (Hình 5) – 6 node ngẫu nhiên và 6 lớp bảo mật của Blockchain 3.0 CSE thể hiện một lợi thế có thể nhận thấy ngay được.

Với cơ chế SQL, cần phải có sự phân cấp, khi truy vấn hoặc đồng bộ dữ liệu cần phải tuân thủ chiều (direction) thực hiện. Do đó rất tốn kém thời gian cho truy xuất dữ liệu.

Với cơ chế hoạt động của Blockchain 1.0, 2.0, khi có 1 node mới tham gia, tất cả các node trong hệ thống cần phải khởi động và đồng thuận về vấn đề này. Sau đó, dữ liệu mới sẽ được ghi nhận trong tất cả các node. Do đó, hai nhược điểm chính trong cơ chế hoạt động của Blockchain 1.0, 2.0 là nguy cơ tấn công 51% và tiêu thụ năng lượng lớn cần thiết cho an ninh mạng.

Với cơ chế 6NL, một node chỉ cần bắt cặp với 5 node khác để hình thành bộ-6 cho việc đồng thuận và đồng bộ. Do đó lợi thế về thời gian có thể thấy rõ ràng. Ngoài ra, mỗi node trong bộ-6 cũng sẽ bắt cặp với 5 node khác, so on. Hình 6 minh họa chi tiết cơ chế 6NL.

Với cơ chế 6NL, Blockchain 3.0 CSE có 3 bất-khả-tấn-công-51%:

– Cơ chế tràn (đồng bộ) dữ liệu không giới hạn, 1 node bị sửa đổi lập tức dữ liệu các node khác sẽ tràn qua ngay

– Cơ chế ngủ đông, khi không làm việc, các node trong bộ-6 sẽ tạm thời được chuyển sang trạng thái đóng băng ngoại trừ master node làm nhiệm vụ giám sát. Khi 1 node trở lại làm việc, nó sẽ được đồng bộ dữ liệu.

– Cơ chế giám sát chéo: đúng định kỳ (hiện là 15s) các master node sẽ kiểm tra chéo lẫn nhau, nếu phát hiện bất thường (do ghi nhận từ lớp bảo mật thứ 5 – lớp theo dõi hành vi), cơ chế đồng thuận sẽ bỏ phiếu loại trừ node bất thường ra khỏi hệ thống ngay lập tức. (Có từ 6 nodes bỏ phiếu trở lên là bị loại – blacklist)

 

Hình 3

 

Hình 4

 

Hình 5

 

Hình 6

2.3. Latency and response time:

Với công nghệ siêu phân luồng (hàng đợi tối đa là 100 giao dịch), Blockchain 3.0 CSE có khả năng hoàn thành giao dịch với một quy trình chỉ mất dưới 06 giây, trong khi đó Blockchain 1.0 khoảng 10 phút, Blockchain 2.0 khoảng 7 phút.

Hình 7 mô tả chi tiết về công nghệ siêu phân luồng cùng với các khái niệm đi kèm.

Hình 7

* Node:

– Một hệ thống Blockchain có rất nhiều node. Vai trò của node là để lưu trữ dữ liệu phân tán và xử lý đồng thuận. Node có thể dùng các loại CSDL: redis, mongodb, postgreql

Có 3 loại node:

  1. Micro Node: Trong một mạng lưới node có cấu hình nhỏ, dùng để lưu trữ và đồng thuận, micro node xử lý random các mã đơn giản ở level thấp và trung bình, mục đích xử lý nhanh và ít tốn năng lượng.
  2. Super Node: Là node như micro node, nhưng có cấu hình mạnh hơn rất nhiều. Mục đích để tham gia xử lý các lệnh giao dịch level cao và tham gia khi hệ thống bị nghẽn mạng do quá nhiều giao dịch. Super node cần sự hỗ trợ của siêu chip (công nghệ Nano và Pico), tuy nhiên giá thành rất cao và cũng cần nhiều năng lượng hơn.
  3. Master Node: ngoài chức năng xử lý giao dịch và đồng thuận, master node có vai trò quản lý thành viên của cụm, là kênh điều phối các micro node và super node. Master node có quyền loại bỏ các node trong hệ thống không cho nhận lệnh giao dịch nếu phát hiện các node có dấu hiệu bị tấn công.

* Docker và Cluster:

Docker:

– Docker là một nền tảng mở cho phát triển, vận chuyển và chạy ứng dụng.

– Docker được dùng để quản lý cơ sở hạ tầng của network.

Cluster:

– Cluster là một mô hình đáp ứng được các nhu cầu ngày càng gia tăng trong việc truy xuất CSDL lớn. Cluster có khả năng chịu được lỗi cao, luôn đáp ứng được tính sẵn sàng và khả năng có thể mở rộng hệ thống khi cần thiết.

– Các khả năng của cluster giúp cho hệ thống có thể tiếp tục được hoạt động và cung cấp dịch vụ, luôn luôn được sẵn sàng ngay cả khi hệ thống có thể xảy ra lỗi node. Khi có lỗi xảy ra, các service trong cluster hoạt động tương tác với nhau để đồng bộ dữ liệu ngay lập tức giữa các node trong network.

* Thread:

Hệ thống Blockchain 3.0 CSE có 2 hệ phân luồng:

Phân luồng theo ngành: tài chính, ngân hàng, nông nghiệp, logistic, bán lẻ, … giúp tránh gây nghẽn mạng và truy xuất nhanh, dễ dàng nâng cấp khi hệ thống lớn mạnh.

Phân luồng theo số giao tác (transactions) n: khi có quá nhiều giao tác cùng lúc, hệ thống sẽ phân luồng xử lý theo n (n=100, n=1000…, n được cấu hình tùy biến). Quá trình này giúp hệ thống xử lý nhanh, không bị nghẽn và ít tốn năng lượng.

* Level:

Nền tảng Blockchain 3.0 của CSE được ứng dụng rất nhiều ngành nghề. Không phải lúc nào các ngành cũng cần độ khó trong xử lý giao dịch giống nhau, ví như: xử lý mã blockchain cho một lon nước ngọt không cần độ khó như xử lý lệnh giao dịch 1 triệu USD. Vì vậy CSE phân ra làm 3 cấp độ (level) bảo mật để gọi lệnh lên Network xử lý: thấp – trung bình – cao. Level càng cao thời gian xử lý càng chậm và chi phí càng cao (level cao cần super node xử lý)

* Quá trình vận hành hệ thống Blockchain 3.0 CSE:

Khi 1 giao dịch được gửi lên hệ thống ® Smart contract sẽ biết được giao dịch đó đến từ ngành nghề nào ® gọi Thread của ngành đó xử lý ® tất cả các node trong thread đó cùng xử lý ® node nào xử lý xong trước ® sẽ thông báo toàn bộ node trong thread ngừng để chuyển sang xử lý đồng thuận ® đồng thời tất cả node trong thread lưu dữ liệu khi lệnh hoàn tất.

* Tóm lại:

Ngoài lợi thế về 3 bất-khả-tấn-công-51%,  các lợi thế khi dùng Blockchain 3.0 CSE trong thị trường tài chính (chứng khoán) được trình bày dưới đây:

– minh bạch dữ liệu, truy xuất nguồn gốc, chống thao túng, tạo niềm tin khách hàng cao

– bảo mật: mã hoá dữ liệu, phi tập trung, không thể sửa đổi

– dữ liệu nhẹ và đồng dạng giúp lưu trữ hiệu quả và tính toán nhanh.

– có thể giao dịch ngang hàng (peer to peer) hoặc có thể giao dịch uỷ quyền bằng Smart contract

3. Conclusion

Công nghệ blockchain đã đem lại nhiều lợi ích cho nhân loại. Những đặc tính của nó như phân cấp, phân tán dữ liệu, tính duy nhất, giới hạn số lượng, phi tập trung, ẩn danh và hợp đồng thông minh đã loại bỏ hoàn toàn sự gián tiếp cũng như hệ thống văn phòng cồng kềnh.

Nền tảng blockchain cũ (1.0 & 2.0) ngày càng có nhiều người sử dụng do đó đã bộc lộ nhiều nút thắt cả về thời gian xử lý và bảo mật dữ liệu. Quan trọng hơn hết, nền tảng Blockchain cũ có khả năng bị tấn công bởi chính người dùng khi tổng số người dùng trong cùng một mạng lưới liên kết lại với nhau tạo thành nhóm (tấn công 51%).

Blockchain 3.0 CSE đã góp phần giải quyết những thách thức trên. Tuy nhiên nó vẫn còn khá trẻ và cần nhiều thời gian hơn nữa để chứng minh năng lực của chính mình. Trong quá trình đó, nó cũng có thể bộc lộ những nhược điểm tiềm ẩn của mình.

Do đó, sẽ cần nhiều nghiên cứu hơn nữa của các nhà khoa học và doanh nghiệp để đóng góp cho sự phát triển của công nghệ Blockchain. Từ đó, hy vọng có một Blockchain nào đó có thể toàn cầu hóa.