Proof of Work là gì? Cùng với Proof of Stake, Proof of Work là một trong những thuật toán cốt lõi và đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống Blockchain. Bằng chứng công việc được thiết kế để đảm bảo tính an toàn và chống gian lận. Tuy nhiên, không phải tất cả các nhà đầu tư tiền điện tử đều hiểu rõ về cơ chế hoạt động của thuật toán này. Trong bài viết sau đây, coin568 sẽ giải thích khái niệm Proof of Work (POW) là gì một cách đơn giản và dễ hiểu nhất.
Proof of Work là gì?
Hiểu Proof of Work (POW) là gì? Proof of Work hay còn gọi là bằng chứng công việc, là cơ chế đồng thuận đầu tiên được phát triển cho hệ thống Blockchain và hiện đang được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tiền điện tử. Satoshi Nakamoto đã triển khai PoW thành công cho Bitcoin vào năm 2009, từ đó PoW đã trở thành một trong những phương thức đồng thuận phổ biến nhất trong không gian Cryptocurrency.
Cơ chế Proof of Work bao gồm các thợ đào (hay còn gọi là các node) tham gia vào quy trình xác thực giao dịch. Họ cạnh tranh để xác nhận và thêm giao dịch vào các block trong chuỗi Blockchain, phần thưởng sẽ được phân phối dựa trên mạng lưới.
Ví dụ: Các thợ đào trên mạng Ethereum đã xác nhận giao dịch, đưa chúng vào các block và nhận được phần thưởng bằng ETH.
Proof of Work đã được hình thành và phát triển ra sao?
Dù Satoshi Nakamoto là người đầu tiên áp dụng Proof of Work (PoW) cho Bitcoin, nhưng ông không phải là người sáng tạo ra khái niệm này. Vậy ai mới là người khai sinh ra ý tưởng về PoW và nó được phát triển vào năm nào?
Dưới đây là một số cột mốc quan trọng trong lịch sử của PoW:
- Ý tưởng về Proof of Work lần đầu tiên được đề cập trong nghiên cứu của Cynthia Dwork và Moni Naor vào năm 1993, trong bài viết “Pricing via Processing or Combatting Junk Mail”. Nghiên cứu này tập trung vào việc chống lại các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DoS, DDoS) và Email rác.
- Vào năm 1997, Adam Back đã giới thiệu cơ chế HashCash – phương pháp chống lại chi tiêu kép (Double Spending Protection) trong whitepaper của mình.
- Năm 2004, Hal Finney đã tích hợp khái niệm Proof of Work vào lĩnh vực tiền điện tử qua một cơ chế gọi là “Reusable Proof of Work”.
- Từ năm 2009, Satoshi Nakamoto đã ứng dụng những ý tưởng của Finney để phát triển cơ chế Proof of Work cho Bitcoin. Sau đó, PoW đã trở thành một trong những cơ chế đồng thuận thông dụng nhất trong hệ sinh thái Crypto.
Cơ chế hoạt động của Proof of Work (PoW) là gì?
Để xác thực giao dịch và ghi chúng vào blockchain, các thợ đào phải cạnh tranh để giải quyết những bài toán phức tạp. Quy trình hoạt động của PoW gồm các bước như sau:
- Tạo khối giao dịch: Mỗi đồng tiền điện tử có một blockchain riêng, trong đó mỗi khối giao dịch được gán một hàm băm (hash) nhất định. Hàm băm này chuyển đổi dữ liệu giao dịch thành một chuỗi mã thập lục phân, lưu trữ thông tin của các giao dịch trong khối.
- Tìm giải pháp: Các thợ đào (Miner) nỗ lực tìm ra giải pháp cho bài toán tính toán cụ thể, thường là tìm giá trị băm nhỏ hơn hoặc bằng ngưỡng đã được thiết lập trước.
- Khai thác: Miner sử dụng các máy tính mạnh mẽ để thực hiện phép tính nhanh chóng và liên tục, với mục tiêu tìm ra một giá trị băm thỏa mãn yêu cầu về độ khó của mạng.
- Xác thực và phần thưởng: Thợ đào đầu tiên giải quyết bài toán thành công sẽ được công nhận và nhận phần thưởng, thường là một lượng đồng tiền mới phát hành. Đồng thời, các giao dịch trong khối sẽ được xác thực và ghi vào blockchain.
- Tiếp tục quy trình: Quá trình này tiếp tục lặp lại với việc các khối mới được tạo ra và thêm vào blockchain. Miner tiếp tục cạnh tranh với nhau nhằm giải quyết các bài toán và khai thác thêm nhiều đồng tiền.
Quá trình này đảm bảo tính an toàn và ổn định của mạng lưới blockchain. Tuy nhiên, PoW cũng yêu cầu lượng năng lượng lớn và đầu tư vào thiết bị khai thác, gây ra lo ngại về ảnh hưởng đối với môi trường.
Ưu – nhược điểm của cơ chế Proof of Work là gì?
Ưu điểm của Proof of Work (POW) là gì?
- Bảo mật mạnh mẽ: PoW nâng cao tính bảo mật cho mạng lưới blockchain bằng cách gây khó khăn cho các hành vi tấn công. Vì yêu cầu tính toán cao, các hacker phải bỏ ra một khoản đầu tư lớn về chi phí và năng lượng để thực hiện tấn công hiệu quả.
- Tính phân quyền (phi tập trung): PoW góp phần vào việc duy trì tính phi tập trung trong mạng lưới blockchain, không cho phép bất kỳ cá nhân hoặc tổ chức nào có thể kiểm soát toàn bộ hệ thống. Mọi người đều có cơ hội tham gia vào quá trình khai thác và xác thực giao dịch như nhau.
- Khả năng chống kiểm duyệt: PoW hỗ trợ ngăn chặn kiểm duyệt giao dịch khi các thợ đào có động lực lớn để xác thực mọi giao dịch hợp lệ.
Nhược điểm của Proof of Work (PoW) là gì?
- Tiêu tốn năng lượng lớn: Quy trình khai thác trong PoW yêu cầu tiêu tốn một lượng năng lượng rất cao, có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.
- Tốc độ giao dịch chậm: PoW có khả năng làm giảm tốc độ xử lý giao dịch so với các phương pháp đồng thuận khác.
- Chi phí khai thác cao: Để tham gia khai thác PoW, người dùng cần đầu tư vào phần cứng và năng lượng, dẫn đến chi phí khai thác cao.
- Nguy cơ tập trung quyền lực: Vì chi phí khai thác lớn, có khả năng một số nhóm thợ đào lớn chiếm ưu thế và kiểm soát phần lớn sức mạnh khai thác, tác động đến mạng lưới.
Các thuật ngữ thường gặp về công nghệ Proof of Work (PoW)
Hàm băm (Hash)
Hàm băm (Hash) trong bằng chứng công việc là gì? Để tạo ra một khối mới, giá trị băm (Hash) phải được xác thực trước. Băm là một hàm toán học dùng để tạo ra chuỗi mã hóa thập lục phân gồm 64 ký tự. Nó đóng vai trò thiết yếu trong cho mục tiêu đảm tính bảo mật và toàn vẹn cho Blockchain.
Nonce
Nonce là viết tắt cho “Number Used Once”, dùng cho các dãy số chỉ dùng 1 lần. Đây là giá trị đặc biệt được gán cho mỗi khối trong quá trình khai thác coin trên blockchain. Nó đóng vai trò quan trọng trong cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW).
Nonce hoạt động như một câu đố mã hóa mà các thợ đào phải giải quyết để tạo ra giá trị băm (hash) phù hợp với các yêu cầu cụ thể. Các thợ đào sẽ liên tục điều chỉnh số nonce cho đến khi tìm ra một giá trị băm đáp ứng điều kiện cần thiết. Quá trình này được biết đến là khai thác coin, giúp củng cố tính bảo mật của blockchain.
Giải hàm băm (Solving the Hash)
Khi giá trị băm nhỏ hơn mục tiêu mạng hiện tại, nghĩa là thợ đào đã thành công trong việc giải quyết băm. Mục tiêu mạng được xác định từ một công thức toán học và chuyển đổi thành số thập lục phân, quy định mức độ khó của quá trình khai thác.
Vai trò của hoạt động Giải Hàm Băm đối với PoW là gì? Nếu giá trị băm lớn hơn mục tiêu mạng, chương trình khai thác sẽ tăng nonce lên 1 và tạo lại giá trị băm mới. Tất cả các thợ đào trong mạng đều thực hiện quy trình này để giải hàm băm. Trong mạng lưới Bitcoin, thợ đào nào giải được hàm băm đúng sẽ được nhận phần thưởng cho công sức bỏ ra.
Phân biệt hai cơ chế Proof of Work (PoW) và Proof of Stake (PoS)
Proof of Work (PoW) là cơ chế đồng thuận “đời đầu” trong lĩnh vực tiền điện tử. Bằng chứng công việc thay thế là Proof of Stake (PoS) đã được giới thiệu vào năm 2012 với sự kiện ra mắt của Peercoin. PoS hoạt động bằng cách chọn các validator dựa vào số lượng token mà họ đã staking hoặc khóa trong mạng.
Khác với PoW, PoS không yêu cầu sức mạnh tính toán cao, nên nó có khả năng mở rộng tốt hơn. PoS cũng xử lý giao dịch nhanh hơn và với mức phí thấp hơn, đồng thời tiêu tốn ít năng lượng hơn. Đặc điểm này giúp các dự án sử dụng PoS trở nên thân thiện hơn với môi trường. Hoạt động Staking tiền điện tử cũng đơn giản hơn so với việc đào coin, vì nó không đòi hỏi thiết bị tính toán tốn kém.
Mặc dù PoS có nhiều lợi ích về mặt hiệu suất và chi phí, PoW vẫn được đánh giá cao về bảo mật. Vấn đề tiềm ẩn của PoS khiến nhà đầu tư lo lắng là các cá nhân sở hữu lượng lớn tiền điện tử có thể chi phối mạng lưới, điều này không xảy ra với PoW.
Dưới đây là những điểm khác biệt chính giữa hai cơ chế đồng thuận này:
Cơ chế Proof of Work (PoW)
- Xác thực giao dịch trong hệ thống được thực hiện bởi mạng lưới các thợ đào.
- Những thợ đào xác nhận thành công các giao dịch sẽ nhận được phần thưởng là đồng coin và phí giao dịch.
- Đòi hỏi mức độ cạnh tranh cao, tiêu tốn nhiều năng lượng và năng lực tính toán.
Cơ chế Proof of Stake (PoS)
- Quá trình xác thực được thực hiện bởi các cá nhân tham gia staking token, thường được gọi là validator.
- Những validator này nhận thưởng sau khi staking và góp phần bảo vệ mạng lưới.
- Cơ chế này tiêu tốn ít năng lượng và sức mạnh tính toán hơn so với các phương pháp khác.
Đặc điểm cơ bản của Proof of Work là gì?
Cạnh tranh giữa các cá nhân/nhóm đào coin
Trader Crypto đều biết đến thuật ngữ “đào coin” nhưng không phải ai cũng hiểu rõ mức độ cạnh tranh khi khai thác coin theo cơ chế Proof of Work là gì? Đào coin là chuỗi hoạt động đòi hỏi cạnh tranh gay gắt, nhiều người xem đây là cuộc chiến giữa những người sở hữu sức mạnh tính toán lớn nhất. Vì lý do này, các thợ đào thường gia nhập các nhóm đào (pool) nhằm cải thiện khả năng nhận được phần thưởng.
Mức độ tiêu thụ năng lượng cao
Cơ chế Proof of Work (PoW) nổi tiếng về mức tiêu tốn năng lượng cao. Theo nghiên cứu từ Đại học Cambridge, mức tiêu thụ năng lượng của mạng Bitcoin tương đương với một số quốc gia nhỏ. Tuy nhiên, mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu và mạng công nghiệp thường cao hơn đáng kể so với Bitcoin.
Thuật toán Proof of Work (PoW) thường có tốc độ xác thực chậm hơn so với các phương thức khác. Chẳng hạn, mạng Bitcoin sử dụng PoW, xử lý giao dịch với tốc độ chậm hơn hẳn so với các blockchain dựa trên Proof of Stake. Bitcoin cần khoảng 10 phút để tạo ra một khối mới, trong khi mạng Ethereum áp dụng Proof of Stake, chỉ mất khoảng 12 giây để hoàn tất quá trình này.
Ví dụ điển hình của thuật toán đồng thuận Proof of Work (PoW)
Khi nhắc đến bằng chứng công việc là gì nhiều người sẽ liên tưởng đến Bitcoin. Dưới đây là ví dụ về cách Bitcoin áp dụng cơ chế Proof of Work (PoW) để bảo đảm tính toàn vẹn của blockchain:
- Khi các giao dịch Bitcoin được thực hiện, chúng sẽ được nhóm lại thành một khối và trải qua quy trình xác minh bảo mật. Thuật toán PoW của Bitcoin có nhiệm vụ tạo ra một hàm băm cho khối đó. Bitcoin sử dụng thuật toán SHA-256 và kết quả là các hàm băm có độ dài 64 ký tự.
- Các thợ đào cạnh tranh với nhau để tìm ra hàm băm có giá trị thấp hơn so với mục tiêu đã đặt ra. Người đầu tiên giải quyết bài toán và tạo ra hàm băm hợp lệ sẽ thêm khối mới vào blockchain của Bitcoin. Người này sẽ nhận phần thưởng bằng Bitcoin dưới dạng đồng coin mới được tạo ra trên mạng.
- Thuật toán PoW của Bitcoin nhằm mục đích thêm một khối mới vào chuỗi cứ sau mỗi 10 phút. Để đạt được điều này, hệ thống điều chỉnh độ khó khai thác dựa trên tốc độ thêm khối của các thợ mỏ. Trong trường hợp quá trình khai thác quá nhanh, độ khó sẽ được tăng lên, siết chặt quy định để giải hàm băm khó khăn hơn. Ngược lại, nếu tốc độ khai thác quá chậm, độ khó sẽ giảm xuống giúp quá trình đào coin dễ dàng hơn.
Các loại tiền điện đang áp dụng cơ chế PoW
Bitcoin không phải là dự án duy nhất áp dụng cơ chế đồng thuận PoW. Theo nghiên cứu, tổng vốn hóa của các dự án tiền điện tử dựa trên PoW hiện đạt hơn 528 tỷ USD. Điều này cho thấy rằng các dự án PoW chiếm khoảng 50% tổng vốn hóa thị trường tiền điện tử, hiện tại khoảng 1,05 tỷ USD.
Mặc dù cơ chế PoW có những ưu điểm nhất định, nhưng cũng có nhiều vấn đề khiến nó không được ưa chuộng cho các dự án tiền điện tử mới. Tuy nhiên, vẫn có một số dự án lớn hiện đang và đã áp dụng PoW như:
Litecoin (LTC)
Đây là một phiên bản fork của mạng Bitcoin, trong đó mã nguồn gốc được sao chép và điều chỉnh để phát triển một dự án mới. Giống với Bitcoin, Litecoin cũng áp dụng cơ chế Halving để giảm dần phần thưởng khai thác theo thời gian. Vào đầu tháng 8, mạng lưới Litecoin đã trải qua đợt cắt giảm một nửa phần thưởng cho mỗi khối, hiện chỉ còn 6,25 LTC.
Dogecoin (DOGE)
Đây là một đồng meme coin được quảng bá mạnh mẽ bởi Elon Musk, CEO của Tesla. Nhiều thông tin đồn đoán rằng Dogecoin có kế hoạch chuyển từ cơ chế PoW sang PoS, tuy nhiên hiện nay nhà sáng lập của dự án chưa xác nhận những tin đồn này.
Ethereum PoW (ETHW)
Ethereum PoW là dự án khá đặc biệt. Ethereum đã chuyển từ cơ chế PoW sang PoS vào tháng 9/2022, khiến nhiều thợ đào gặp khó khăn để tìm kiếm cơ hội mới, thậm chí là thất nghiệp. Để đối phó với sự thay đổi này, một nhóm thợ đào từ Trung Quốc đã fork Ethereum trước khi thay đổi cơ chế và tạo ra Ethereum PoW. Dự án này vẫn hoạt động cho đến nay và hiện có vốn hóa khoảng 150 triệu USD.
Triển vọng tương lai của Proof of Work
Tương lai của cơ chế Proof of Work đang là một chủ đề được bàn luận nhiều trong cộng đồng blockchain. Mặc dù PoW đã hoạt động trong nhiều năm nhưng nó vẫn liên tục bị chỉ trích vì tiêu tốn năng lượng cao và tính tập trung quyền lực khi khai thác. Tuy nhiên, PoW vẫn giữ vai trò quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong thị trường. Trong thời gian tới, có thể sẽ có một số thay đổi liên quan đến PoW như:
Proof of Stake là thách thức của Proof of Work
Thách thức lớn đối với tương lai của Proof of Work là gì? Theo các chuyên gia, đó chính là sự phát triển của Proof of Stake (PoS). Khác với PoW, Proof of Stake không yêu cầu người dùng giải các bài toán phức tạp. Thay vào đó, PoS chọn các validator dựa trên số lượng token mà họ đã đặt cọc, giúp giảm tiêu thụ năng lượng và tăng cường phân cấp. Đồng tiền điện tử lớn thứ hai thế giới về vốn hóa thị trường là Ethereum đã bắt đầu chuyển sang Proof of Stake với sự kiện ra mắt Ethereum 2.0.
Cải thiện mức tiêu thụ năng lượng
Dù mức tiêu thụ năng lượng vẫn là vấn đề đáng lo ngại với Proof of Work, một số sáng kiến mới có khả năng làm giảm thiểu tình trạng này. Chẳng hạn, một số hoạt động khai thác hiện đang tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió. Thêm vào đó, một số dự án đang khám phá cách sử dụng năng lượng dư thừa từ các ngành công nghiệp khác. Nổi bật là tận dụng năng lượng dư thừa của ngành dầu khí để cung cấp năng lượng cho quá trình khai thác trong Proof of Work.
Tiếp tục được áp dụng trong các loại tiền điện tử nhất định
Proof of Work không phải là phương pháp đồng thuận hoàn hảo về mọi mặt nó vẫn cho thấy hiệu quả trong một số tình huống cụ thể. Chẳng hạn, Bitcoin đã chứng tỏ vai trò của là tài sản lưu trữ giá trị hàng đầu trong hệ sinh thái Crypto và Proof of Work góp phần quan trọng vào thành công này.
Giải đáp các câu hỏi thường gặp về cơ chế PoW
Lý do PoW bị chỉ trích về tiêu thụ năng lượng là gì?
PoW cần một lượng lớn sức mạnh tính toán lớn, gây ra tình trạng tiêu tốn nhiều điện năng, từ đó ảnh hưởng xấu đối với môi trường và đặt ra vấn đề về tính bền vững.
Làm thế nào để tham gia vào cơ chế PoW?
Để tham gia vào quá trình khai thác, bạn cần trang bị phần cứng hiệu suất cao (như ASICs) cùng với phần mềm chuyên dụng để giải quyết các bài toán phức tạp và cạnh tranh gay gắt với các thợ đào khác.
PoW ảnh hưởng đến phí giao dịch như thế nào?
Khi mạng lưới rơi vào tình trạng quá tải, phí giao dịch có thể gia tăng do các thợ đào cạnh tranh để được xử lý các giao dịch.
Có phương pháp nào để giảm tiêu thụ năng lượng trong PoW không?
Có. Áp dụng các nguồn năng lượng tái tạo hoặc cải thiện thuật toán là giải pháp để giảm lượng năng lượng tiêu thụ của PoW.
Trên đây là những thông tin chung và đánh giá chi tiết giúp bạn hiểu rõ Proof of Work là gì. PoW là cơ chế đồng thuận sử dụng sức mạnh tính toán để xác thực giao dịch và thưởng token cho các thợ đào trong mạng lưới blockchain. Mặc dù PoW đòi hỏi nguồn lực tính toán cao và tiêu tốn năng lượng, đây vẫn Bằng chứng công việc quan trọng để duy trì tính bảo mật và phi tập trung của nhiều hệ thống blockchain hiện nay.
Xem thêm:
PoR là gì? Nghiên cứu nghiên lý hoạt động của Proof of History
PoA là gì? Cơ chế vận hành của Proof of Authority ra sao?
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.