Bảo mật blockchain: Vai trò của mã hóa và đồng thuận trong việc ngăn chặn hack và gian lận

Bài viết bạn đang đọc là phiên bản được Google dịch của bài viết gốc bằng tiếng Anh có sẵn tại https://vulehuan.com/en/blog/2023/03/exploring-blockchain-security-the-role-of-cryptography-and-consensus-algorithms-in-preventing-hacking-and-fraud-30.html. Tôi khuyến khích bạn tham khảo bài viết gốc để hiểu chính xác và toàn diện hơn về chủ đề này.

Mật mã: Nền tảng của bảo mật blockchain

Bạn đã quen thuộc với một số ví dụ về ứng dụng sử dụng mã hóa, chẳng hạn như ứng dụng nhắn tin như WhatsApp và Signal triển khai mã hóa đầu cuối để đảm bảo rằng chỉ người gửi và người nhận mới có thể truy cập nội dung tin nhắn, bảo vệ quyền riêng tư của người dùng. Mạng riêng ảo (VPN) cũng sử dụng mật mã để bảo vệ lưu lượng truy cập internet và dữ liệu người dùng khi sử dụng mạng Wi-Fi công cộng, trong khi các trang web Bảo mật giao thức truyền siêu văn bản (HTTPS) sử dụng mã hóa để thiết lập kết nối an toàn giữa người dùng và trang web.

Mật mã là một thành phần quan trọng của công nghệ blockchain, cung cấp một phương tiện an toàn để xác minh các giao dịch và ngăn chặn truy cập trái phép vào mạng. Mật mã có thể cung cấp các cơ chế xác thực và xác minh để đảm bảo rằng dữ liệu đến từ một nguồn đáng tin cậy và không bị giả mạo. Bằng cách sử dụng mật mã mạnh, thông tin nhạy cảm có thể được bảo vệ khỏi truy cập trái phép, đảm bảo tính bảo mật, tính toàn vẹn và tính sẵn có của dữ liệu, đây đều là những yếu tố quan trọng để quản lý dữ liệu và giao dịch an toàn.

Nền tảng của bảo mật blockchain được xây dựng trên thành phần cốt lõi của mật mã. Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc làm cho công nghệ trở nên bền vững trước các nỗ lực hack và lừa đảo. Kỹ thuật mã hóa liên quan đến việc sử dụng các thuật toán toán học phức tạp để mã hóa dữ liệu, khiến dữ liệu không thể đọc được nếu không có khóa giải mã thích hợp. Trong blockchain, mật mã được sử dụng để đảm bảo rằng tất cả các giao dịch đều an toàn và có thể kiểm chứng được.

Trong mỗi khối của blockchain, một hàm băm mật mã được kết hợp, đóng vai trò là mã định danh duy nhất được tính toán bằng một công thức toán học phức tạp. Hàm băm được sử dụng trong công nghệ blockchain là hàm một chiều, có nghĩa là rất dễ tính toán giá trị băm dựa trên dữ liệu trong khối, nhưng cực kỳ khó để tạo ra cùng một giá trị băm bằng cách sử dụng một bộ dữ liệu khác . Bất kỳ thay đổi nào đối với dữ liệu trong khối sẽ dẫn đến một giá trị băm hoàn toàn khác, khiến không thể sửa đổi dữ liệu mà không thay đổi giá trị băm. Thuộc tính này của hàm băm đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu được lưu trữ trong blockchain và mọi nỗ lực giả mạo dữ liệu sẽ bị mạng phát hiện ngay lập tức. Mọi thay đổi được thực hiện đối với khối sẽ hiển thị ngay lập tức cho tất cả những người tham gia mạng khác.

Trong một blockchain, hàm băm của mỗi khối thường được lưu trữ trong phần header của khối, cùng với các thông tin quan trọng khác như dấu thời gian, mã định danh duy nhất và tham chiếu đến khối trước đó trong chuỗi. Khi một khối mới được thêm vào chuỗi, header của nó được liên kết bằng mật mã với header của khối trước đó trong chuỗi, tạo thành một blockchain liên tục và không thể phá vỡ. Điều này khiến mọi người rất khó sửa đổi nội dung của một khối trong chuỗi mà không bị phát hiện, vì bất kỳ thay đổi nào đối với nội dung của khối sẽ dẫn đến một giá trị băm khác và phá vỡ chuỗi.

Blockchain sử dụng các kỹ thuật mã hóa khác nhau để đảm bảo tính bảo mật và tính toàn vẹn, bao gồm:

Hàm băm: Đây là các thuật toán toán học lấy dữ liệu ở bất kỳ kích thước nào và tạo ra đầu ra có kích thước cố định, được gọi là hàm băm. Trong blockchain, mỗi khối được gán một hàm băm duy nhất dựa trên dữ liệu chứa trong đó.
Mật mã khóa công khai: Còn được gọi là mật mã bất đối xứng, phương pháp này sử dụng một cặp khóa – khóa chung và khóa riêng – để mã hóa và giải mã tin nhắn. Trong blockchain, mật mã khóa công khai được sử dụng để tạo chữ ký số xác minh tính xác thực và tính toàn vẹn của giao dịch.
Cây Merkle: Cây Merkle là một cấu trúc dữ liệu cho phép xác minh một lượng lớn dữ liệu một cách hiệu quả và an toàn. Trong blockchain, cây Merkle được sử dụng để lưu trữ dữ liệu giao dịch và để xác minh rằng các giao dịch được bao gồm trong một khối.
Mật mã đường cong elip (ECC): Đây là một loại mật mã khóa công khai được sử dụng rộng rãi trong blockchain để tạo chữ ký số và giao dịch an toàn.
Zero-Knowledge Proofs: Đây là những phương pháp toán học để chứng minh tính hợp lệ của một tuyên bố mà không tiết lộ bất kỳ thông tin bổ sung nào ngoài chính tuyên bố đó. Trong blockchain, bằng chứng không có kiến thức có thể được sử dụng để xác minh quyền sở hữu tài sản hoặc để chứng minh rằng một giao dịch đã diễn ra mà không tiết lộ danh tính của các bên liên quan.

Có một số hàm băm được sử dụng trong công nghệ blockchain, bao gồm:

SHA-256: Đây là hàm băm được sử dụng phổ biến nhất trong công nghệ blockchain. Nó tạo ra đầu ra 256 bit và được sử dụng trong Bitcoin và một số loại tiền điện tử khác.
Scrypt: Đây là chức năng phái sinh chính ban đầu được sử dụng trong Litecoin, nhưng sau đó đã được một số loại tiền điện tử khác áp dụng. Nó được thiết kế để sử dụng nhiều bộ nhớ hơn SHA-256, khiến nó có khả năng chống khai thác dựa trên ASIC cao hơn.
Ethash: Đây là hàm băm được sử dụng trong blockchain Ethereum. Nó được thiết kế để có bộ nhớ cứng, nghĩa là nó yêu cầu một lượng lớn bộ nhớ để hoạt động hiệu quả, giúp nó chống lại việc khai thác dựa trên ASIC.
X11: Đây là một hàm băm sử dụng một loạt 11 thuật toán băm khác nhau. Ban đầu nó được sử dụng trong Dash, nhưng sau đó đã được một số loại tiền điện tử khác áp dụng.
Blake2b: Đây là hàm băm tạo ra đầu ra 512 bit. Nó được sử dụng trong một số loại tiền điện tử, bao gồm Siacoin và Decred.

Đây chỉ là một vài ví dụ về các hàm băm được sử dụng trong công nghệ blockchain. Các loại tiền điện tử và nền tảng blockchain khác nhau có thể sử dụng các hàm băm khác nhau hoặc kết hợp nhiều hàm băm khác nhau.

Thuật toán đồng thuận: Đảm bảo niềm tin trong các giao dịch blockchain

Trong thế giới bảo mật blockchain, các thuật toán đồng thuận là một yếu tố thiết yếu đóng vai trò quan trọng trong việc xác minh và xác thực các giao dịch của toàn bộ mạng. Mỗi người tham gia trong mạng blockchain có một bản sao sổ cái lưu giữ hồ sơ về tất cả các giao dịch trong quá khứ. Trước khi một giao dịch mới có thể được thêm vào sổ cái, giao dịch đó phải được mạng xác thực.

Trong một hệ thống bầu cử dân chủ, mọi phiếu bầu đều có giá trị và một ứng cử viên chỉ được tuyên bố là người chiến thắng khi họ nhận được đa số phiếu bầu. Điều này tương tự như cách các thuật toán đồng thuận hoạt động trong blockchain, trong đó một số lượng người tham gia nhất định phải đồng ý về tính hợp lệ của giao dịch trước khi nó có thể được thêm vào sổ cái.

Các thuật toán đồng thuận đảm bảo rằng tất cả những người tham gia mạng đồng ý về tính hợp lệ của từng giao dịch bằng cách yêu cầu một số lượng người tham gia cụ thể để xác minh giao dịch đó. Khi số lượng người tham gia cần thiết xác thực một giao dịch, nó sẽ được thêm vào sổ cái và mạng chuyển sang giao dịch tiếp theo. Quá trình này đảm bảo tính minh bạch, bảo mật và khả năng chống gian lận vì mọi nỗ lực sửa đổi giao dịch sẽ cần có sự đồng ý của đa số người tham gia trên mạng.

Dưới đây là một vài ví dụ về các thuật toán đồng thuận có thể được sử dụng trong công nghệ blockchain:

Proof of Work (PoW): Ban đầu được sử dụng bởi Bitcoin và một số loại tiền điện tử khác, thuật toán đồng thuận này liên quan đến việc các thợ mỏ cạnh tranh để giải quyết các vấn đề toán học phức tạp nhằm xác thực các giao dịch và thêm các khối mới vào blockchain. Người khai thác giải quyết vấn đề đầu tiên được thưởng bằng tiền điện tử mới được tạo.
Proof of Stake (PoS): Thuật toán này chọn “người xác thực” để xác thực giao dịch và thêm các khối vào blockchain dựa trên lượng tiền điện tử mà họ nắm giữ và sẵn sàng "đặt cược" hoặc chịu rủi ro. Những “người xác thực” có nhiều tiền điện tử hơn có cơ hội được chọn cao hơn để xác thực giao dịch.
Delegated Proof of Stake (DPoS): Tương tự như PoS, những “người xác thực” đặt cược tiền điện tử để xác thực giao dịch và thêm khối vào blockchain. Tuy nhiên, trong DPoS, một nhóm nhỏ hơn những “người xác thực” được bầu chọn bởi chủ sở hữu mã thông báo để thực hiện xác thực.
Byzantine Fault Tolerance (BFT): Thuật toán này được sử dụng trong các mạng blockchain riêng nơi tất cả những người tham gia đều được biết và tin cậy. Nó đòi hỏi sự đồng thuận giữa tất cả những người tham gia trước khi một giao dịch được thêm vào blockchain. Nếu một người tham gia có hành động ác ý hoặc không trung thực, họ có thể bị xóa khỏi mạng.

Phần kết luận

Tóm lại, công nghệ blockchain là một tiến bộ đáng kể trong bảo mật kỹ thuật số, vì nó sử dụng sự kết hợp mạnh mẽ giữa mật mã và thuật toán đồng thuận để bảo vệ chống lại các hoạt động hack và lừa đảo. Bằng cách tận dụng các phương pháp mật mã tinh vi để bảo vệ từng khối trong chuỗi và yêu cầu thỏa thuận giữa các thành viên mạng để xác minh giao dịch, blockchain cung cấp một nền tảng an toàn và đáng tin cậy có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Khi công nghệ tiến bộ, chúng ta có thể dự đoán sự xuất hiện của các khả năng bảo mật thậm chí còn mạnh mẽ hơn, thiết lập vai trò của blockchain như một chất xúc tác quan trọng cho sự đổi mới và tiến bộ trong tương lai.

Mặc dù công nghệ blockchain có tính bảo mật cao do sử dụng thuật toán mã hóa và đồng thuận, nhưng không có hệ thống nào là hoàn toàn an toàn. Trước đây đã có những trường hợp một số lỗ hổng nhất định trong quá trình triển khai blockchain đã bị tin tặc khai thác, dẫn đến hành vi trộm cắp hoặc thao túng tiền. Tuy nhiên, những trường hợp này rất hiếm và các biện pháp bảo mật được triển khai trong công nghệ blockchain tiếp tục phát triển để ngăn chặn các cuộc tấn công như vậy xảy ra trong tương lai. Điều quan trọng là phải luôn thận trọng và sử dụng các phương pháp, kỹ thuật hoặc cách tiếp cận tốt nhất khi sử dụng bất kỳ công nghệ nào để giữ an toàn cho thông tin và tài sản của bạn.