Bài viết Tìm hiểu về mạng và nút Blockchain xuất hiện đầu tiên trên Coinpedia Tin tức Fintech
Giới thiệu
Công nghệ chuỗi khối đã mang đến một cuộc cách mạng kỹ thuật số vĩ đại đã thay đổi quan điểm của chúng ta về giao dịch, bảo mật, phân quyền và minh bạch. Bài viết này tập trung vào sự hiểu biết toàn diện về Mạng và Nút Blockchain. Nút và Mạng là trụ cột của kiến trúc và chức năng của chuỗi khối. Các nhà phát triển cần nắm vững các khái niệm này để phát triển blockchain hiệu quả và ghi nhớ phạm vi ứng dụng rộng lớn trong các ngành khác nhau như tài chính và quản lý chuỗi cung ứng.
Mạng Blockchain là gì?
Mạng blockchain về cơ bản là một hệ thống sổ cái hoặc hồ sơ phân tán trong đó nhiều thiết bị chia sẻ và xác thực thông tin về các giao dịch một cách minh bạch.
Các thành phần chính của mạng Blockchain là:
Nút: Máy tính hoặc thiết bị tham gia vào mạng
Sổ cái: Cơ sở dữ liệu hoặc bản ghi kỹ thuật số của tất cả các giao dịch
Hợp đồng thông minh: Hợp đồng thông minh được gọi là các chương trình cấp cao biên dịch thành mã byte EVM và cũng là giai đoạn tiền triển khai trên chuỗi khối Ethereum. Nó cho phép chúng tôi thực hiện các giao dịch đáng tin cậy, an toàn mà không có bất kỳ sự can thiệp nào của bên thứ ba, có thể theo dõi và không thể đảo ngược
Cơ chế đồng thuận: Một tập hợp các giao thức cần được các nút trong mạng tuân theo ở trạng thái của chuỗi khối.
Các loại mạng blockchain:
Công khai: Đúng như tên gọi, nó mở cửa cho tất cả mọi người. Bất kỳ một thực thể nào không kiểm soát Mạng công cộng. Các mạng này được phân cấp và minh bạch. Ví dụ là Bitcoin và Ethereum và các trường hợp sử dụng chung là dApp.
Riêng tư: Mạng riêng chỉ bị hạn chế đối với những người được ủy quyền. Họ được kiểm soát bởi một tổ chức duy nhất. Ví dụ như Hyperldger Fabric và Corda và các trường hợp sử dụng chung là các giải pháp doanh nghiệp và quản lý chuỗi cung ứng.
Consortium: Mạng consortium là sự kết hợp của cả mạng công cộng và mạng riêng, được kiểm soát và quản lý bởi một nhóm tổ chức. Nó được phân quyền một phần, mang lại tính minh bạch ở một mức độ nhất định. Ví dụ như Quorum và Energy Webchain. Thường được sử dụng trong các hoạt động hợp tác trong ngành và các ứng dụng dựa trên tập đoàn.
Kết hợp: Nó là sự kết hợp của các thuộc tính mạng công cộng và riêng tư. Quyền truy cập vào mạng kết hợp có thể tùy chỉnh với một số dữ liệu được công khai và một số bị hạn chế. Ví dụ về chuỗi Dragion được sử dụng trong các giải pháp doanh nghiệp có thể tùy chỉnh
Các nút trong Blockchain
Các nút có thể được gọi là các thiết bị hoặc máy tính riêng lẻ là một phần của mạng blockchain và tuân theo các giao thức. Các nút là một phần tất yếu của Blockchain vì chúng duy trì một bản sao của sổ cái công khai và tham gia vào các cơ chế đồng thuận.
Các loại nút:
Nút đầy đủ: Nút đầy đủ là thiết bị duy trì một bản sao hoàn chỉnh của blockchain. Các nút này đóng một vai trò quan trọng trong việc xác thực các khối giao dịch và đảm bảo tính toàn vẹn về tính bảo mật của chuỗi khối. Đây được coi là các nút an toàn và đáng tin cậy.
Nút nhẹ: Nút nhẹ chỉ lưu trữ tiêu đề của khối là tập hợp con của dữ liệu blockchain. Các nút nhẹ phụ thuộc vào các nút đầy đủ để xác minh và xác thực giao dịch.
Các nút khai thác: Các nút này tham gia vào mạng bằng cách giải các câu đố mật mã hay còn gọi là khai thác. Các nút khai thác cung cấp bảo mật cho mạng bằng cách xác thực các giao dịch và cũng giúp duy trì bảo mật thông qua Bằng chứng công việc (PoW).
Nút chính: Nút chính thực hiện các nhiệm vụ đặc biệt như xác thực các giao dịch tức thời hoặc tham gia quản trị. Nó cải thiện chức năng và nâng cao tính ổn định của chuỗi khối. Do chức năng tính toán nên nó cần nguồn năng lượng rất lớn.
Thiết lập và cấu hình các nút
Hướng dẫn thiết lập các loại nút khác nhau:
Nút đầy đủ:
Cài đặt phần mềm máy khách Blockchain như Bitcoin Core hoặc Geth.
Tải dữ liệu của chuỗi và đồng bộ với mạng
Định cấu hình các cài đặt như lưu trữ và băng thông. vân vân
Nút nhẹ
Cài đặt phần mềm Máy khách như Electrum cho Bitcoin hoặc MetaMask cho Ethereum.
Đồng bộ hóa chúng với các nút đầy đủ để xác minh giao dịch
Cấu hình để có hiệu suất tối ưu
Nút khai thác
Cài đặt phần mềm như CGminer hoặc Ethminer
Tham gia nhóm khai thác để có được những nỗ lực và phần thưởng tập thể
Cấu hình để có được kết quả tối ưu
Nút chính
Kiểm tra các yêu cầu về tài sản thế chấp trước khi thiết lập
Cài đặt phần mềm cụ thể liên quan đến blockchain
Cấu hình để có hiệu suất và hiệu quả tốt hơn
Thực hành tốt nhất về cấu hình.
Thường xuyên cập nhật phần mềm
Chú ý đến các biện pháp bảo mật bằng cách triển khai tường lửa và phần mềm chống vi-rút
Đảm bảo phân bổ nguồn lực hợp lý
Cân nhắc về bảo mật cho các nút.
Sử dụng mã hóa để truyền dữ liệu
Đảm bảo bảo vệ chống lại các cuộc tấn công từ chối dịch vụ phân tán DDos
Thường xuyên kiểm tra các thông số bảo mật
Cấu trúc liên kết mạng
Cấu trúc liên kết mạng là sự sắp xếp các kết nối giữa các nút trong mạng. Cấu trúc liên kết phác thảo và giải thích cách các thiết bị giao tiếp, truyền tải, truyền bá các giao dịch và đạt được sự đồng thuận. Sự lựa chọn cấu trúc liên kết phù hợp là cần thiết cho hiệu quả, khả năng mở rộng và bảo mật của mạng.
Các cấu trúc liên kết phổ biến được sử dụng trong mạng blockchain.
Cấu trúc liên kết ngang hàng (P2P): Trong cấu trúc liên kết này, mỗi nút được kết nối trực tiếp khiến tất cả các nút đều tham gia như nhau. Cấu trúc liên kết này tạo ra một mạng lưới phi tập trung nơi tất cả các nút có thể bắt đầu và xác thực các giao dịch. Bitcoin sử dụng cấu trúc liên kết mạng P2P.
Ưu điểm:
Phi tập trung
Đàn hồi
Chắc chắn
Nhược điểm:
Độ trễ lan truyền tỷ lệ thuận với sự phát triển của mạng
Nhiều kết nối dẫn đến chi phí băng thông cao.
Cấu trúc liên kết: Cấu trúc liên kết chỉ cho phép những người được ủy quyền tham gia vào sự đồng thuận và những người khác chỉ có thể tham gia cấu trúc liên kết này nhưng không thể xác thực. Đây còn được gọi là mạng Consortium. Được sử dụng phổ biến trong Ripple
Ưu điểm:
Hiệu quả và nhanh chóng do có ít nút hơn trong quy trình
Nó có khả năng mở rộng do thông lượng cao hơn
Truy cập được kiểm soát tăng cường bảo mật
Nhược điểm:
Tập trung hơn do đó tạo ra các vấn đề về niềm tin
Nó cần cơ chế mạnh mẽ để quản trị.
Cấu trúc liên kết lai
Đúng như tên gọi, nó là sự kết hợp giữa cấu trúc liên kết P2P và Liên kết. Nó hỗ trợ nhiều lớp và quyền cho các nhóm thiết bị và duy trì tính phân cấp. Dragonchain sử dụng cấu trúc liên kết lai.
Ưu điểm:
Hiệu quả và nhanh chóng vì nó là sự kết hợp giữa cấu trúc liên kết P2P và Liên kết.
Linh hoạt và tùy biến.
Nhược điểm:
Thiết kế và triển khai phức tạp
Lên đến một mức độ nhất định có thể thiên về tập trung hóa.
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 thuật toán đồng thuận phổ biến:
Bằng chứng công việc (PoW): 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 giành được khối mới. Thuật toán này sử dụng hàm băm để bảo mật blockchain. Độ khó của câu đố PoW đảm bảo chuỗi khối vẫn an toàn và kiểm soát tốc độ thêm các khối mới.
Bằng chứng cổ phần (PoS): 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. PoS tiết kiệm năng lượng hơn PoW. Cơ chế này được triển khai trong Ethereum 2.0.
Bằng chứng cổ phần được ủy quyền (DPoS): Sử dụng đại biểu và danh tiếng để xác thực giao dịch. Được sử dụng trong EOS
Dung sai lỗi Byzantine thực tế (PBFT): Cơ chế bỏ phiếu của các nút được sử dụng để xác thực. Điều này có khả năng chống gian lận cao và được sử dụng trong kết cấu Hyperledger.
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.
Giao tiếp và đồng bộ hóa nút
Chắc hẳn bạn đang thắc mắc làm thế nào các nút giao tiếp trong mạng. Câu trả lời tương tự như những gì con người làm, các nút khám phá các nút khác bằng cách sử dụng các giao thức như Gossip và sau đó truyền bá các thông điệp. Thú vị phải không?
Quá trình đồng bộ hóa các nút bao gồm hai bước, trước tiên là đồng bộ hóa ban đầu nơi bạn tải xuống và xác minh đồng bộ hóa và Đồng bộ hóa liên tục chỉ cần cập nhật với các giao dịch mới
Các kỹ thuật để đảm bảo liên lạc hiệu quả và an toàn nên:
Sử dụng các giao thức tối ưu và hiệu quả.
Mã hóa dữ liệu
Sử dụng Dự phòng để tránh mất dữ liệu.
Những thách thức và giải pháp trong giao tiếp nút:
Cải thiện độ trễ bằng cách triển khai các kết nối và giao thức tốc độ cao
Đảm bảo mã hóa mạnh mẽ và bảo vệ DDoS
Đảm bảo việc sử dụng các cấu trúc liên kết có thể mở rộng
Giám sát và duy trì mạng lưới Blockchain
Các công cụ và kỹ thuật để giám sát mạng blockchain:
Prometheus
Grafana
Khối thám hiểm
Hiệu suất của mạng phụ thuộc vào độ trễ, thông lượng, giám sát hiệu suất của nút và thời gian tạo khối.
Thực hành bảo trì cho các nút.
Thường xuyên cập nhật phần mềm
Luôn kiểm tra bản vá bảo mật được sử dụng.
Kiểm toán định kỳ
Khắc phục sự cố thường gặp là sự cố kết nối và sự cố đồng bộ hóa.
Đảm bảo tính sẵn sàng và độ tin cậy bằng cách triển khai dự phòng và sử dụng các kỹ thuật cân bằng tải.
Khả năng mở rộng và tối ưu hóa hiệu suất
Những thách thức trong việc mở rộng mạng lưới blockchain
Thông lượng giao dịch
Rất nhiều mạng phải đối mặt với vấn đề thông lượng thấp hơn trong khi xử lý số lượng giao dịch mỗi giây cao hơn. Các cơ chế đồng thuận truyền thống có thể chậm và tốn nhiều tài nguyên.
Kho
Một thách thức lớn khác phải đối mặt là lưu trữ khi blockchain phát triển, lượng dữ liệu cũng tăng lên, ảnh hưởng đến dung lượng lưu trữ và hiệu quả truy xuất dữ liệu.
Các chiến lược để cải thiện khả năng mở rộng mạng.
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. Blockchain ghi lại khi đường dẫn mở hoặc đóng.
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 blockchain thành các bit (phân đoạn) nhỏ hơn dễ quản lý hơn. 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.
Kỹ thuật tối ưu hóa hiệu suất cho các nút
Tối ưu hóa dữ liệu và lưu trữ
Thực hiện cắt tỉa
Sử dụng thuật toán đồng thuận hiệu quả
Sử dụng hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu hiệu quả.
Xu hướng tương lai về khả năng mở rộng blockchain
Đã có những phát triển trong thời gian gần đây trong các cơ chế đồng thuận. Có những bổ sung mới như Bằng chứng lịch sử (PoH) được Solana sử dụng. Ngoài ra, còn có sự điều chỉnh tập hợp các sự đồng thuận khác nhau thành một cơ chế. Có những tiến bộ trong các giải pháp lớp 2 như chuỗi trạng thái và chuỗi bên cũng như khả năng tích hợp khả năng tương tác
Nghiên cứu điển hình và ví dụ thực tế
Bitcoin:
Bitcoin dựa trên cơ chế PoW có các vấn đề như Khả năng mở rộng và thông lượng giao dịch, do đó giải pháp được triển khai cho vấn đề này là Segregated Witness (SegWit) giúp giảm quy mô giao dịch và tăng công suất khối. Việc triển khai giải pháp lớp hai của Lightning Network giúp tăng tốc độ giao dịch. Những cải tiến này có giá trị đối với các vấn đề phải đối mặt
Sự thay đổi Ethereum 2.0:
Rào cản mở rộng: Hệ thống PoW đầu tiên của Ethereum có tốc độ 15 TPS giống như Bitcoin.
Đạo luật cân bằng: Ethereum đấu tranh để cân bằng tính bảo mật, tăng trưởng nhanh chóng và khả năng mở rộng.
Bằng chứng cổ phần (PoS): Ethereum 2.0 hoán đổi PoW lấy PoS. Phương pháp mới này tiết kiệm năng lượng và xử lý nhiều giao dịch hơn.
Chuỗi phân tách: Ethereum 2.0 mang đến các chuỗi phân tách. Những điều này cho phép nó xử lý nhiều giao dịch cùng một lúc, tăng cường sức mạnh của nó trong thời gian dài.
Phần kết luận
Chúng ta có thể kết luận bằng cách nói rằng để có một mạng hiệu quả, sự hiểu biết về cấu trúc liên kết và kiến trúc mạng là điều cần thiết. Các nhà phát triển cùng với việc thực hành viết mã phải nâng cao kiến thức của mình và liên tục tìm hiểu về các bản cập nhật trong lĩnh vực này. Nắm rõ các khái niệm này sẽ giúp các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng blockchain an toàn, hiệu quả và có thể mở rộng và người dùng có thể điều hướng tốt hơn vào miền blockchain.
Cũng đọc: Làm chủ ngôn ngữ lập trình vững chắc trong 5 phút: Xương sống của hợp đồng thông minh Ethereum
