Thuật toán đồng thuận là gì? Ứng dụng như thế nào?

Thuật toán đồng thuận là một quá trình trong khoa học máy tính được sử dụng để đạt được thỏa thuận về giá trị dữ liệu duy nhất giữa các hệ thống hoặc quy trình phân tán. Thuật toán đồng thuận đóng một vai trò quan trọng trong việc cấu thành tiền điện tử. Vậy thuật toán đồng thuận là gì và ứng dụng như thế nào?

Khái niệm thuật toán đồng thuận

Thuật toán đồng thuận là một tập hợp các quy tắc chi phối hoạt động của một hệ thống phân tán. Các quy tắc này xác định các chức năng cơ bản của các phần khác nhau, cách chúng hoạt động cùng nhau và các điều kiện cần thiết để hoạt động.

Các thuật toán đồng thuận mô tả quy tắc cần tuân theo để đạt được sự đồng thuận và thường mô tả chi tiết các điều kiện để các hoạt động này được thực hiện.

Nói chung, thuật toán đồng thuận là một quá trình liên quan đến đồng bộ hóa dữ liệu giữa các nút không tin tưởng lẫn nhau trong một hệ thống phân tán.

Phân loại thuật toán đồng thuận

Bằng chứng công việc (PoW)

PoW là quá trình tạo hàm băm mật mã và khái niệm này được Cynthia Dwork và Moni Naor giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1993.

Thuật toán PoW đã được đề xuất trước khi tiền điện tử ra đời và lần đầu tiên được sử dụng trong các kế hoạch chống thư rác.

Trong hệ thống PoW, trình xác thực blockchain phải lấy dữ liệu từ tiêu đề khối làm đầu vào và liên tục chạy nó thông qua hàm băm mật mã. Trình xác thực băm các biến thể nhỏ của dữ liệu đầu vào bằng cách thêm vào một số tùy chọn được gọi là số không mỗi khi dữ liệu đầu vào được chạy qua hàm băm mật mã.

Bởi vì nhiều dữ liệu thô và trung gian bị bỏ qua trong quá trình băm, hàm băm không thể thay đổi.

Kết quả của các hàm băm là rất ngẫu nhiên để đảm bảo cạnh tranh công bằng giữa các nút. Hàm xác thực được sử dụng để xác định phạm vi băm tuân theo các quy tắc để đo khối lượng công việc.

PoW cần một mức độ sức mạnh xử lý cao để quyết định dữ liệu nào được thêm vào khối tiếp theo trong blockchain. Một máy tính chuyên dụng được gọi là ASIC là cần thiết để tính toán các bài toán phức tạp cần thiết cho một hệ thống PoW.

Thuật toán POW là một thuật toán chuyên sâu về tính toán tiêu thụ năng lượng và tài nguyên đáng kể. Mỗi năm, mạng bitcoin tiêu thụ khoảng 57,6 TWh điện, sự cạnh tranh cho khai thác bitcoin tiếp tục có nghĩa là tiêu thụ nhiều điện hơn.

Bằng chứng cổ phần (PoS)

PoS được tạo ra vào năm 2011 để thay thế PoW. Mặc dù PoS và PoW có các mục tiêu tương tự, nhưng chúng thể hiện một số khác biệt và tính năng cơ bản, đặc biệt là trong quá trình xác thực các khối mới trên blockchain.

PoS khác với thuật toán đồng thuận PoW ở việc nó có một cơ chế trong đó khối được xác nhận chống lại cổ phần của những người tham gia mạng. Không giống như chạy hàm băm, trình xác thực đóng góp tài nguyên dưới dạng tiền điện tử hoặc mã thông báo. Trình xác thực cho mỗi khối sau đó được chọn ngẫu nhiên từ các bên liên quan dựa trên lượng điện tính toán được phân bổ.

Mỗi hệ thống PoS có thể thực hiện thuật toán theo những cách khác nhau nhưng nói chung, blockchain được bảo mật bởi một quy trình bỏ phiếu giả ngẫu nhiên xem xét việc phân bổ.

Ưu điểm lớn nhất của thuật toán PoS là nó không cần phải hoạt động. So với PoW, PoS hoạt động hiệu quả hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn. Hơn nữa, tiêu thụ năng lượng thấp hơn làm cho việc tham gia ít tốn kém hơn cho phép nhiều người tham gia mạng phi tập trung hơn.

Bằng chứng về thời gian đã trôi qua (PoET)

PoET được Intel phát triển để giải quyết thách thức tính toán của "cuộc bầu cử ngẫu nhiên của các nhà lãnh đạo". Nó được phát hành như một phần của Software Guard Extensions (SGX) Programming Reference Manual.

PoET hiện đang được sử dụng bởi nhiều blockchain riêng vì nó dựa trên một hệ thống hẹn giờ ngẫu nhiên cho những người tham gia mạng thay vì sử dụng phần cứng khai thác như trong trường hợp của PoW. Mỗi nút blockchain tham gia mạng cần phải chờ một khoảng thời gian được chọn ngẫu nhiên và bất kỳ ai có thời gian hoàn thành đều giành được khối mới và xác thực nó.

Ứng dụng thuật toán đồng thuận như thế nào?

Thuật toán đồng thuận hỗ trợ nhiều hệ thống trong thế giới thực như xếp hạng trang web của Google, lưới thông minh, đồng bộ hóa đồng hồ và điều khiển máy bay không người lái.

Blockchain được liên kết phổ biến nhất với Bitcoin cũng dựa vào các thuật toán đồng thuận để đạt được thỏa thuận giữa các nút. Blockchain có thể được coi là một cơ sở dữ liệu phi tập trung được quản lý bởi các máy tính phân tán trên mạng ngang hàng (P2P). Mỗi ngang hàng duy trì một bản sao của sổ cái để ngăn chặn các điểm thất bại (SPOF).

Bitcoin sử dụng thuật toán đồng thuận PoW để đảm bảo bảo mật trong một mạng không đáng tin cậy thông qua một cơ chế đảm bảo rằng nỗ lực khai thác được thể hiện trong khối do thợ đào gửi.

Phần mềm trên máy tính truy cập sức mạnh xử lý của họ để giải quyết các thuật toán liên quan đến giao dịch. Khối là bằng chứng băm được mã hóa về công việc được tạo ra trong quy trình sử dụng máy tính chuyên sâu.