Bài đăng Công nghệ sổ cái phân tán và Cơ chế đồng thuận xuất hiện đầu tiên trên Coinpedia Fintech News
Giới thiệu
Blockchain đang nổi lên hơn bao giờ hết và hệ sinh thái nhà phát triển cũng vậy. Hiểu các khái niệm cơ bản về blockchain là điều bắt buộc đối với tất cả những người liên quan đến lĩnh vực này. Một chủ đề cần được quan tâm tối đa để có nền tảng vững chắc là Công nghệ sổ cái phân tán và cơ chế đồng thuận. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các khía cạnh khác nhau của DLT và mổ xẻ toàn diện cơ chế đồng thuận. Chúng ta bắt đầu chứ?
Công nghệ sổ cái phân tán (DLT) là gì?
Công nghệ sổ cái phân tán (DLT) là một hệ thống lưu trữ dữ liệu kỹ thuật số phi tập trung ghi lại các giao dịch và tất cả thông tin về nó ở nhiều nơi cùng một lúc. Đúng như tên gọi, sổ cái phân tán là sổ cái dùng chung được sao chép bởi tất cả các nút tham gia vào mạng. Đây là một cơ sở dữ liệu độc đáo không tuân theo phương pháp máy khách-máy chủ cổ điển là phải lưu trữ dữ liệu tại một thiết bị hoặc cơ quan quản lý trung tâm.
Đặc điểm chính
Phân quyền:
Không có cơ quan trung ương nào nắm giữ tất cả dữ liệu cần thiết hoặc xác thực giao dịch mà tất cả đều được phân phối trên mạng. Như chúng ta đã biết trong blockchain, mỗi nút đều duy trì một bản sao của sổ cái để đảm bảo không có bất kỳ sự khác biệt nào do một điểm kiểm soát duy nhất.
Minh bạch:
Tất cả các nút và người tham gia có thể xem sổ cái để đảm bảo tính minh bạch trên toàn mạng. Trong Ethereum, các giao dịch được hiển thị trên trình khám phá blockchain.
Tính bất biến:
Người ta cần phải hết sức cẩn thận trước khi thực hiện bất kỳ giao dịch nào vì một khi đã hoàn thành thì không thể thay đổi thêm được nữa. Tính năng này khá hữu ích trong việc ngăn chặn gian lận và chi tiêu gấp đôi.
So sánh với cơ sở dữ liệu truyền thống
Cơ sở dữ liệu truyền thống như SQL và MongoDB sử dụng các cơ chế tập trung để bảo trì và kiểm soát, điều này trao toàn quyền cho một nguồn điểm duy nhất. Nói chung, CRUD (tạo, đọc, cập nhật và xóa) được sử dụng để thực hiện mọi thao tác trên dữ liệu. Phương pháp này dễ bị giả mạo, tham nhũng và mất mát. Mặt khác, DLT sử dụng các thuật toán đồng thuận nổi tiếng để đảm bảo tính minh bạch, tính toàn vẹn, bảo mật và phân cấp trong việc duy trì và xác thực hồ sơ.
Các loại sổ cái phân tán
Chuỗi khối:
Cấu trúc kỹ thuật: Trong Blockchain, dữ liệu được lưu trữ đặc biệt theo các khối, sau đó được liên kết với nhau bằng các nguyên tắc mật mã tạo thành một chuỗi các khối, được lưu trữ tuyến tính và theo trình tự thời gian.
Công cụ dành cho nhà phát triển: Một số công cụ dành cho nhà phát triển là Geth để chạy và triển khai các hợp đồng và mã Ethereum. Parity là một ứng dụng khách Ethereum nhanh chóng, an toàn và đáng tin cậy. Truffle Suite là một môi trường phát triển cho Ethereum. Trong thời gian gần đây, việc triển khai dApp đã có một đóng góp đáng chú ý.
Đồ thị chu kỳ có hướng (DAG):
Giải thích kỹ thuật: Nếu nói về mạng thì không thể không nhắc đến đồ thị; một cấu trúc như vậy là DAG. Ở đây, các giao dịch được liên kết với nhau tạo thành một biểu đồ có hướng không tạo thành một chu kỳ. Điều này đảm bảo khả năng mở rộng và hiệu quả.
Công cụ dành cho nhà phát triển: IOTA SDK cung cấp bộ công cụ cho mạng IOTA sử dụng DAG có tên Tangle.
Biểu đồ băm:
Giải thích kỹ thuật: Hashgraph dựa vào hệ thống tin đồn. Các nút trò chuyện với các nút khác để trao đổi chi tiết (sự kiện). Sau đó, một cuộc bỏ phiếu ảo sẽ giúp đạt được thỏa thuận.
Công cụ dành cho nhà phát triển: Hedera Hashgraph SDK Chứa nhiều tính năng hữu ích để tạo các ứng dụng phi tập trung trên mạng của Hedera.
Tầm quan trọng của cơ chế đồng thuận
Cơ chế đồng thuận là một tập hợp các giao thức cần được các nút trong mạng tuân theo để thống nhất về trạng thái của sổ cái. Các cơ chế này được sử dụng để xác nhận và xác thực các giao dịch. Các cơ chế này đảm bảo tất cả các nút trong DLT đều đồng ý về trạng thái của sổ cái. Cơ chế đồng thuận biểu thị độ tin cậy và độ tin cậy của hệ thống DLT.
Các vấn đề được giải quyết bằng cơ chế đồng thuận:
Chi tiêu gấp đôi: Đây là vấn đề chi tiêu cùng một tài sản nhiều lần.
Vấn đề của các tướng Byzantine: Việc đạt được thỏa thuận đặt ra những trở ngại khi tồn tại các nút bị lỗi hoặc thù địch.
Dưới đây là một ví dụ về phương pháp PoW nổi tiếng:
nhập hashlib
thời gian nhập khẩu
def proof_of_work(khối, độ khó=4):
tiền tố = ‘0’ * độ khó
trong khi Đúng:
chặn['nonce'] += 1
hash_result = hashlib.sha256(str(block).encode()).hexdigest()
nếu hash_result.startswith(tiền tố):
khối trả về, hash_result
block = {'giao dịch': [], 'nonce': 0}
start_time = time.time()
new_block, block_hash = proof_of_work(block)
end_time = time.time()
print(f”Khối được khai thác: {block_hash}”)
print(f”Thời gian thực hiện: {end_time – start_time} giây”)
Cơ chế đồng thuận chung
Bằng chứng công việc (PoW):
Giải thích kỹ thuật: Bằng chứng công việc còn được gọi là khai thác. Trong cơ chế đồng thuận này, người dùng phải giải các câu đố mật mã để nhận phần thưởng. Đây là một cuộc thi mà người giải quyết đầu tiên sẽ vượt qua khối mới. Thuật toán này sử dụng hàm băm để bảo mật blockchain.
Triển khai dành cho nhà phát triển: Các công cụ để triển khai PoW được cung cấp bởi Môi trường nhà phát triển Bitcoin như Bitcoin Core.
Bằng chứng về cổ phần (PoS):
Giải thích kỹ thuật: Bằng chứng cổ phần chọn người xác nhận dựa trên số lượng xu họ có và số tiền đặt cọc làm tài sản thế chấp. Quá trình lựa chọn không chỉ phụ thuộc vào số tiền đặt cược mà còn phụ thuộc vào các yếu tố như tuổi của đồng tiền và tính ngẫu nhiên. Trình xác thực có giá trị băm thấp nhất và số tiền đặt cược cao nhất được chọn để thêm khối mới
Triển khai dành cho nhà phát triển: Các công cụ và thư viện cho PoS được cung cấp bởi Ethereum 2.0 SDK
Bằng chứng cổ phần được ủy quyền (DPoS):
Giải thích kỹ thuật: Sử dụng biểu quyết và ủy quyền để xác thực giao dịch và tạo khối mới.
Triển khai dành cho nhà phát triển: Các công cụ và thư viện cho DPoS được cung cấp bởi EOSIO SDK.
Dung sai lỗi Byzantine thực tế (PBFT):
Giải thích kỹ thuật: PBFT trao đổi tin nhắn giữa các nút để đạt được sự đồng thuận. Nó có thể quản lý và chịu đựng tới một phần ba số nút.
Triển khai dành cho nhà phát triển: Các công cụ và thư viện dành cho PBFT được cung cấp bởi Hyperledger Fabric SDK.
Thực hiện cơ chế đồng thuận
Ví dụ về mã
Dưới đây là một đoạn mã Pos ví dụ:
Trình xác thực lớp:
def __init__(tự, cổ phần):
self.stake = cổ phần
tự.danh tiếng = 0
trình xác thực = [Trình xác thực(cổ phần) cho cổ phần trong [100, 50, 30]]
selected_validator = max(validators, key=lambda v: v.stake + v.reputation)
print(f”Trình xác thực được chọn có cổ phần: {selected_validator.stake}”)
Công cụ và khung dành cho nhà phát triển
Một số công cụ dành cho nhà phát triển như sau:
Truffle Suite: Hỗ trợ phát triển Ethereum
EOSIO SDK: Được sử dụng trong các ứng dụng DPos
Hyperledger Fabric SDK: Được sử dụng trong chuỗi khối doanh nghiệp sử dụng PBFT.
Cân nhắc về hiệu suất:
Cơ chế đồng thuận có khả năng mở rộng khá cao, xử lý tốt số lượng giao dịch ngày càng tăng. Một số cơ chế phổ biến như Pos bảo vệ khỏi các cuộc tấn công của Sybil. Do đó được an toàn ở mức độ lớn hơn. PoS tiết kiệm năng lượng hơn PoW.
Chọn cơ chế đồng thuận phù hợp cho dự án của bạn
Các yếu tố cần xem xét:
Yêu cầu kỹ thuật: Đảm bảo các cơ chế phù hợp với yêu cầu tùy chỉnh, chẳng hạn như khối lượng và tốc độ giao dịch.
Nhu cầu bảo mật: Đảm bảo tính bảo mật và tính toàn vẹn của dữ liệu không bị đe dọa.
Khả năng mở rộng: Cơ chế bạn đang chọn có khả năng xử lý sự tăng trưởng trong giao dịch tốt đến mức nào?
Hiệu quả năng lượng: Đảm bảo trước khi lựa chọn hiệu quả và nguồn lực sẵn có.
Trường hợp sử dụng:
dApps: Pos được sử dụng cho các ứng dụng phi tập trung an toàn.
Hợp đồng thông minh: PoS có thể được sử dụng cho hợp đồng thông minh Ethereum.
Chuỗi cung ứng: Hyperledger Fabric (PBFT) được sử dụng cho các giải pháp doanh nghiệp yêu cầu thông lượng và bảo mật cao.
Xu hướng tương lai trong cơ chế đồng thuận
Đổi mới
Bằng chứng về quyền lực (PoA): Cơ chế này sử dụng các thực thể được chọn trước để xác thực. Được sử dụng trong VeChain.
Cơ chế kết hợp: Sự kết hợp của nhiều yếu tố khác nhau như PoS và PoW được sử dụng để tạo ra các cơ chế đồng thuận linh hoạt và tùy chỉnh.
Giải pháp khả năng mở rộng
Giải pháp lớp 2:
Lightning Network: Bitcoin sử dụng bản sửa lỗi ngoài chuỗi này để chuyển tiền rẻ hơn nhanh hơn. Nó thiết lập đường dẫn thanh toán giữa những người dùng. Plasma và Rollups: Ethereum mở rộng quy mô nhờ các công cụ này. Họ xử lý các giao dịch ngoài chuỗi và tóm tắt ngắn gọn về chuỗi chính. Điều này cắt giảm công việc cho blockchain chính.
Phân mảnh:
Phân vùng dữ liệu: Sharding chia chuỗi khối thành các bit nhỏ hơn dễ quản lý hơn còn được gọi là phân đoạn. Mỗi phân đoạn xử lý các giao dịch và giao dịch thông minh của nó. Điều này giúp giảm bớt căng thẳng cho toàn bộ mạng.
Xử lý song song: Phân đoạn có thể xử lý các giao dịch cùng một lúc. Điều này làm tăng số lượng giao dịch mà mạng có thể xử lý lên rất nhiều.
Ví dụ thực tế và nghiên cứu điển hình
Ứng dụng trong thế giới thực
Một số ứng dụng trong thế giới thực của các cơ chế này là Bitcoin sử dụng Pow, Ethereum 2.0 sử dụng PoS và Hyperledger Fabric được IBM và nhiều doanh nghiệp khác sử dụng cho các chuỗi khối riêng tư.
Hướng dẫn về mã:
Sau đây là đoạn mã của hợp đồng thông minh Ethereum: (Pos được sử dụng)
độ rắn pragma ^0.8.0;
hợp đồng SimpleStorage {
uint256 dữ liệu được lưu trữ công khai;
tập hàm(uint256 x) công khai {
dữ liệu được lưu trữ = x;
}
hàm get() chế độ xem công khai trả về (uint256) {
trả về dữ liệu đã lưu trữ;
}
}
Phần kết luận
Chúng tôi đã xem xét các ý tưởng cơ bản đằng sau các loại sổ cái phân tán khác nhau của DLT và các cách khác nhau để đạt được sự đồng thuận. Chúng tôi đã nói về lý do tại sao những phương pháp này lại quan trọng để giữ cho dữ liệu an toàn và chính xác. Chúng tôi cũng đưa ra một số lời khuyên hữu ích về cách áp dụng chúng vào thực tế. Khám phá thêm về DLT và sự đồng thuận. Hãy thử các công cụ và hệ thống khác nhau và giúp phát triển công nghệ phi tập trung lớn hơn. Ý tưởng lớn tiếp theo của bạn đang chờ đợi bạn!
Cũng đọc: Tại sao ngôn ngữ lập trình Rust là lựa chọn phù hợp cho đổi mới Blockchain
