Trong lĩnh vực khoa học máy tính và hệ thống phân tán, nhất là trong bối cảnh công nghệ blockchain và crypto, hiểu được Byzantine Fault Tolerance là gì sẽ là một lợi thế lớn đối với các trader. Byzantine Fault Tolerance (BFT) giúp các nhà giao dịch thấy được góc nhìn toàn cảnh về khả năng duy trì hoạt động của một hệ thống. Ngay cả khi hệ thống đang có những vi phạm độc hại hoặc có những sự cố không mong muốn. Để biết được toàn bộ ý nghĩa của BFT, hãy theo dõi nội dung sau.
Byzantine Fault Tolerance là gì? Thông tin về Byzantine Fault Tolerance (BFT)
BFT là gì? Hệ thống chịu lỗi Byzantine (BFT) là giải pháp cho bài toán Byzantine nổi tiếng. Cơ chế của BFT cho phép hệ thống duy trì hoạt động ổn định ngay cả khi một số node gặp sự cố hoặc có hành vi đe dọa toàn mạng.
Bài toán các vị tướng Byzantine có nhiều cách tiếp cận khác nhau, dẫn đến sự đa dạng trong việc xây dựng các hệ thống BFT. Tương tự, blockchain cũng có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau để đạt được khả năng chịu lỗi Byzantine. Các phương pháp này chính là những thuật toán đồng thuận (consensus algorithm) khác nhau.
Để giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về hệ thống chịu lỗi Byzantine là gì, phần tiếp theo sẽ đi sâu vào giải thích bài toán Byzantine và những thách thức khác liên quan.
Lịch sử của bài toán những vị tướng Byzantine
Bài toán các vị tướng Byzantine xuất hiện vào năm 1982, minh họa một tình huống phức tạp về việc đạt được đồng thuận trong môi trường không đáng tin cậy. Bài toán xoay quanh một nhóm tướng lĩnh Byzantine đang gặp khó khăn trong việc phối hợp tấn công do vấn đề giao tiếp.
Kịch bản đặt ra là chiến thắng chỉ có thể đạt được nếu tất cả các tướng tấn công đồng loạt. Tuy nhiên, họ đối mặt với hai thách thức chính:
- Thiếu kênh liên lạc an toàn: Mọi thông điệp đều có nguy cơ bị can thiệp hoặc giả mạo bởi kẻ thù.
- Nghi ngờ về tính chắc chắn: Không thể xác định chắc chắn liệu các tướng lĩnh có ra lệnh tấn công cùng một lúc hay không?
Bài toán này thể hiện một vấn đề cốt lõi trong lý thuyết trò chơi, nghĩa là làm thế nào để đạt được sự đồng thuận trong một hệ thống phân tán mà không cần dựa vào một thực thể trung tâm uy tín?
Trong bối cảnh rộng lớn hơn, bài toán thể hiện một câu hỏi lớn là: Trong một mạng lưới mà các thành viên không thể xác minh danh tính của nhau, làm thế nào họ có thể đồng thuận về một quyết định nào đó?
Cách thức hoạt động của Byzantine Fault Tolerance là gì?
Vấn đề Byzantine là một thách thức độc đáo của các hệ thống phi tập trung, bắt nguồn từ hai yếu tố chính: thiếu nguồn thông tin đáng tin cậy và khó khăn trong việc xác minh dữ liệu từ các thành viên mạng. Điều này tạo ra một môi trường dễ bị tổn thương trước các hành vi gian lận và thông tin sai lệch.
Ngược lại, hệ thống tập trung có cơ chế bảo vệ tích hợp thông qua sự hiện diện của một cơ quan thẩm quyền trung tâm. Cơ quan này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính xác thực của thông tin được lưu hành. Đồng thời ngăn chặn và xử lý các trường hợp gian lận hoặc thông tin sai lệch. Từ đó nâng cao nhận thức và niềm tin của người dùng vào hệ thống.
Hệ thống định chế tài chính truyền thống là một ví dụ điển hình cho cơ chế này. Trong môi trường này, ngân hàng được giao trọng trách quản lý và hiển thị chính xác số dư cũng như lịch sử giao dịch của khách hàng. Sự tin tưởng này được củng cố bởi sự giám sát của các cơ quan cấp cao hơn như ngân hàng trung ương hoặc chính phủ.
Bitcoin đã sử dụng cơ chế nào để giải quyết những hạn chế của Byzantine?
Bitcoin đã đưa ra một giải pháp mới cho vấn đề Byzantine thông qua việc áp dụng cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW). Cơ chế này mang lại một bộ quy tắc minh bạch và khách quan cho blockchain, tạo nên một hệ thống đáng tin cậy trong môi trường phi tập trung.
Để thêm một khối mới vào blockchain, thành viên mạng (thường được gọi là thợ đào) phải giải quyết một bài toán toán học phức tạp. Quá trình này đòi hỏi đầu tư đáng kể về công suất tính toán và năng lượng. Khi một thợ đào tìm ra giải pháp, họ công bố kết quả cùng với khối mới cho toàn mạng. Các node khác có thể dễ dàng xác minh tính chính xác của giải pháp. Chi phí cao sẽ khuyến khích thợ đào hành động trung thực. Trường hợp họ cố gắng gian lận, rủi ro mất công sức và tài nguyên đã đầu tư là tương đối lớn.
Sau khi một khối được thêm vào blockchain, việc thay đổi hoặc xóa bỏ nó trở nên cực kỳ khó khăn. Điều này đảm bảo tính bất biến của lịch sử giao dịch Bitcoin. Vì vậy mà tại mọi thời điểm, các node trong mạng Bitcoin có thể đạt được sự đồng thuận về trạng thái hiện tại của blockchain. Mỗi node độc lập xác minh tính hợp lệ của khối mới dựa trên yêu cầu PoW và kiểm tra tính hợp lệ của các giao dịch.
Bằng cách kết hợp các yếu tố này, Bitcoin đã tạo ra một hệ thống đồng thuận mạnh mẽ, có khả năng duy trì tính nhất quán và đáng tin cậy trong một môi trường phi tập trung. Khi nhận thấy thông tin sai lệch xuất hiện, các node trong mạng có khả năng phát hiện và loại bỏ ngay lập tức dựa trên các tiêu chí khách quan. Khả năng tự xác minh thông tin của mỗi node loại bỏ nhu cầu tin tưởng vào các thành viên khác, tạo nên tính chất “trustless” của Bitcoin.
Mặc dù Proof of Work (PoW) không thể hiện sự tuyệt đối về khả năng chống lỗi Byzantine, nhưng sự kết hợp giữa quy trình đào coin và các kỹ thuật mã hóa tiên tiến đã biến nó thành một trong những thuật toán có mức độ tin tưởng cao nhất trên các mạng blockchain.
Hiện nay, bên cạnh PoW, các thuật toán như Proof of Stake (PoS) và các biến thể như Delegated Proof of Stake (dPoS), Proof of Authority (PoA) cũng ngày càng được sử dụng rộng rãi, mỗi loại đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, phù hợp với các nhu cầu và bối cảnh khác nhau trong hệ sinh thái blockchain hiện tại.
Các dự án đang áp dụng Byzantine Fault Tolerance 2024
Stellar
Dự án Stellar được thiết kế với mục đích cách mạng hóa cách thức chuyển tiền của người dùng trên toàn cầu. Với tầm nhìn đột phá, Stellar hướng đến việc cung cấp giải pháp chuyển tiền nhanh chóng, chi phí thấp và hiệu quả, phá vỡ các rào cản truyền thống trong lĩnh vực tài chính quốc tế.
Để đảm bảo hiệu quả hoạt động cao nhất, Stellar đã áp dụng mô hình Byzantine Fault Tolerance (BFT) để duy trì ổn định mạng lưới của hệ thống. Tuy nhiên, không chỉ dừng lại ở việc sử dụng mô hình BFT thông thường. Thay vào đó, Stellar đã phát triển một giao thức đồng thuận riêng có tên là Stellar Consensus Protocol (SCP – được đánh giá là phiên bản tối ưu của BFT. Có thể hiểu SCP như trái tim của hệ thống Stellar, bởi nó đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự nhất quán và đồng bộ hóa dữ liệu trên toàn mạng lưới.
SCP được thiết kế để cho phép các nút (nodes) trong mạng lưới Stellar đạt được sự đồng thuận một cách nhanh chóng và hiệu quả, ngay cả trong điều kiện một số thành phần của mạng lưới gặp sự cố hoặc có ý đồ gian lận. Điều này đảm bảo rằng mọi giao dịch trên mạng lưới Stellar đều được xác nhận và xử lý một cách an toàn, minh bạch, không cần phải phụ thuộc vào bất kỳ bên trung gian nào.
Cơ chế hoạt động của SCP trong Stellar rất tinh vi và hiệu quả. Khi một giao dịch được khởi tạo, SCP sẽ kích hoạt quá trình đồng thuận giữa các nút trong mạng lưới. Các nút này sẽ trao đổi thông tin và xác nhận tính hợp lệ của giao dịch dựa trên một tập hợp các quy tắc được định nghĩa trước. Quá trình này diễn ra nhanh chóng và liên tục, đảm bảo rằng mọi giao dịch đều được xử lý chuyên nghiệp.
Hơn nữa, SCP của Stellar còn đóng vai trò quan trọng trong việc xác định trạng thái cuối cùng của một giao dịch. Thông qua sự đồng thuận của nhiều thành phần trong hệ thống, SCP giúp xác định chính xác liệu một giao dịch đã được chấp nhận và hoàn thành hay chưa. Sự kiểm định này đảm bảo tính chính xác của các giao dịch và tăng cường tính minh bạch của toàn bộ hệ thống Stellar.
Ripple
Dự án Ripple đã áp dụng mô hình Byzantine Fault Tolerance (BFT) vào hệ thống của mình để đem lại trải nghiệm tốt nhất cho người tiêu dùng trên nền tảng giao dịch. Ripple nổi tiếng với phương pháp giao thức riêng biệt tên là Ripple Protocol Consensus Algorithm (RPCA).
Thuật toán đồng thuận giao thức Ripple (RPCA) vận hành dựa trên hai nguyên tắc cốt lõi: sự thống nhất trong xác nhận giao dịch và việc đạt được sự đồng thuận trong một hệ thống mạng phi tập trung. Trong hệ sinh thái Ripple, mỗi nút mạng (node) phải đạt được sự nhất trí về tính hợp lệ của các giao dịch mới trước khi được ghi vào sổ cái chung. RPCA triển khai một quy trình đồng thuận có độ tin cậy cao, giúp phòng ngừa các hoạt động không trung thực, đảm bảo mọi giao dịch đều được thực thi một cách chính xác và an toàn.
Nhờ áp dụng RPCA, Ripple đã xây dựng nên một hệ thống có khả năng xử lý giao dịch nhanh chóng với chi phí thấp, trong khi vẫn duy trì được sự toàn vẹn và uy tín trong một môi trường phân tán. Thành tựu này đã đưa Ripple trở thành một trong những dự án blockchain tiên phong và sáng tạo nhất trong lĩnh vực thanh toán phi tập trung, đặc biệt là trong việc ứng dụng cơ chế Byzantine Fault Tolerance (BFT).
Thông tin về 4 thuật toán đồng thuận phổ biến khác trên nền tảng Blockchain
Proof of work
Proof of Work (PoW) là một thuật toán đồng thuận then chốt trong hệ thống blockchain, đóng vai trò quan trọng trong việc xác thực và bổ sung các khối mới vào chuỗi. Thuật toán này được thiết kế với mục tiêu giải quyết vấn đề chi tiêu kép và đảm bảo an toàn đối với giao dịch mạng lưới.
Cơ chế hoạt động của PoW dựa trên một quá trình tính toán phức tạp, đòi hỏi sức mạnh xử lý đáng kể từ phần cứng máy tính để xác định giá trị nonce thích hợp. Quá trình này không chỉ đảm bảo tính bảo mật mà còn tạo ra sự công bằng đối với các thợ đào coin trong mạng lưới.
Mặc dù PoW đã chứng minh được tính hiệu quả trong việc bảo vệ mạng lưới blockchain, nó cũng có những điểm yếu nhất định. Cụ thể là thuật toán này tiêu tốn nguồn năng lượng khổng lồ và có thể dẫn đến cuộc đua năng lực giữa các thợ đào. Hệ quả là những tác động tiêu cực đến môi trường và sự lãng phí tài nguyên chất xám.
Nhận thức được những hạn chế này, nhiều dự án blockchain đã bắt đầu chuyển hướng sang các phương pháp đồng thuận thay thế, như Proof of Stake (PoS). Mục tiêu là nhằm giảm thiểu tác động môi trường và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên tính toán, đồng thời vẫn duy trì sự hiệu quả của hệ thống.
Proof of Stake
Thuật toán đồng thuận Proof of Stake (PoS) nổi lên như một phương pháp thay thế toàn vẹn cho Proof of Work (PoW) trong các hệ thống blockchain. PoS được phát triển nhằm khắc phục những hạn chế đang tồn tại của PoW, đồng thời nâng cao độ an toàn cho mạng lưới. Hiện nay, nhiều dự án blockchain mới đang áp dụng PoS, và một số mạng lưới hiện có cũng đang cân nhắc chuyển đổi sang cơ chế này.
Để nắm bắt cơ chế hoạt động của PoS, Traders cần xem xét ba khía cạnh chính:
- Lựa chọn người tạo khối: Khác với PoW sử dụng chất xám tính toán, PoS dựa vào việc chọn ngẫu nhiên một người tham gia có số lượng token đáng kể để tạo khối mới. Thay cho từ “Miner” như PoW, người tạo khối trong PoS sẽ có những tên gọi như “validator” hoặc “forger”.
- Cơ chế chứng minh giao dịch: Các validator phải đặt cọc một lượng token nhất định như một hình thức bảo đảm cho việc tham gia xác thực giao dịch. Quá trình này dựa trên số lượng token đặt cọc. Nếu validator có hành vi vi phạm với điều khoản quy định, họ có thể bị tịch thu số token đã đặt cọc (một phần hoặc toàn bộ).
- Khen thưởng và trừng phạt: Validator được tặng thưởng cho việc tạo khối mới, tùy thuộc vào số lượng token họ nắm giữ và tần suất tham gia vào quá trình xác thực có tích cực hay không? Ngược lại, những hành vi vi phạm sẽ bị phạt bằng cách trừ đi token họ đã cọc trước đó.
Delegated Proof of Stake
Thuật toán Delegated Proof of Stake (DPoS) là một cơ chế đồng thuận phổ biến trong các mạng blockchain. DPoS được thiết kế nhằm đơn giản hiệu suất xử lý và tạo ra một mô hình quản trị phân cấp trong quá trình tạo khối và ra quyết định trên nền tảng blockchain.
Để có góc nhìn mới về DPos, hãy tìm hiểu qua những nội dung sau:
- Chọn người tạo khối: Trong hệ thống DPoS, cộng đồng xác định và bầu chọn một vài “người tạo khối” (block producers). Những cá nhân này chịu trách nhiệm tạo ra các khối mới và hoàn tất xác thực giao dịch trên mạng lưới.
- Cơ chế bỏ phiếu: Chủ sở hữu token trong mạng có quyền bỏ phiếu để bầu chọn những người tạo khối mà họ tin tưởng. Số lượng phiếu bầu tỉ lệ thuận với số token mà người dùng nắm giữ.
- Hệ thống quản trị phân cấp: Những người tạo khối được bầu chọn sẽ đảm nhận vai trò tạo khối mới và xác thực tính hợp lệ. Họ phải chịu trách nhiệm với tất cả quyết định và có khả năng bị loại bỏ bất cứ lúc nào nếu dẫn dắt phương pháp hoạt động không hiệu quả.
- Quy trình ra quyết định: DPoS cho phép cộng đồng bầu chọn đại diện để quản trị mạng lưới hiệu quả. Cơ chế này khác biệt hoàn toàn so với cách vận hành tự động như trong Proof of Work (PoW) hay Proof of Stake (PoS) truyền thống. Điều này tạo nên một mô hình quản trị linh hoạt và hiệu quả hơn.
Proof of Authority
Proof of Authority (PoA) là cơ chế đồng thuận độc đáo được áp dụng trong các hệ thống blockchain để xác thực và ghi nhận các thay đổi trong chuỗi khối. Phương pháp này thường được ưa chuộng trong các mạng blockchain riêng tư hoặc các tổ chức tư nhân, nơi một nhóm các “validator” (người xác thực) đã được lựa chọn kỹ càng để tạo lập và xác nhận sự hợp lệ của từng khối giao dịch.
- Trong mô hình PoA, không tồn tại sự cạnh tranh giữa Miner như trong Proof of Work (PoW), hay quá trình chọn lọc tùy ý như trong Proof of Stake (PoS). Đối với PoA, một tập hợp các validator đã được xác định trước đó sẽ đóng vai trò then chốt trong việc duy trì khả năng hoạt động lâu dài của mạng lưới.
- Các validator trong PoA được trao quyền tạo lập và xác thực các khối dựa trên độ tin cậy của họ trong hệ thống. Họ thực hiện nhiệm vụ này như một phần của vai trò được giao phó, đảm bảo tính chính xác tuyệt đối cho mọi giao dịch diễn ra trên mạng lưới.
Từ blockchain cho đến các hệ thống tài chính, việc tìm hiểu Byzantine Fault Tolerance là gì vẫn luôn là khái niệm cần thiết. Nhờ có BFT, Traders sẽ biết được nền tảng vững chắc để xây dựng các giải pháp có khả năng chống chịu cao trước các mối đe dọa và sự cố. Chắc chắn rằng trong tương lai, khi hệ thống blockchain và tiền điện tử ngày càng phát triển, tầm quan trọng của BFT sẽ còn gia tăng. Vì vậy, hiểu được hệ thống chịu lỗi Byzantine là gì sẽ là cánh cửa đầy triển vọng giúp nhà đầu tư chinh phục một kỷ nguyên tương lai số hóa sau này.
Tôi là Phùng Cảnh Lang, với hơn 5 năm kinh nghiệm trong thị trường Crypto, tôi hy vọng những bài viết của mình thật sự hữu ích với bạn. Là một người từng trải, tôi rất mong khi ai đó gia nhập vào thị trường Crypto hãy nên trang bị đầy đủ kiến thức, vì đây là đầu tư không phải một canh bạc may rủi.