Tác giả: Richard Red, cộng tác viên của Decred.
Cơ chế đồng thuận của blockchain có tác dụng đảm bảo rằng có sự đồng thuận giữa những người tham gia về trạng thái hiện tại của blockchain. Cơ chế đồng thuận xác định ai có thể thêm các khối giao dịch mới và một trong những mục tiêu chính của nó là đảm bảo rằng chuỗi không bị viết lại.
Sự đồng thuận của Proof of Work
Blockchain với sự đồng thuận Proof of Work thuần túy (như Bitcoin) chỉ có thể có các khối mới được thêm vào bởi thợ đào, những người triển khai phần cứng có thể đoán hiệu quả câu trả lời cho một bài toán. Mỗi lần thợ đào đưa ra một dự đoán hợp lệ, họ có thể xây dựng một khối mà mạng chấp nhận. Mặc dù thợ đào có thể chọn đào bất kỳ chuỗi nào, nhưng mạng sẽ chỉ chấp nhận chuỗi có Proof of Work tích lũy nhiều nhất (tức là nhiều hàm băm hoặc dự đoán nhất) là chuỗi hợp lệ. Điều này có nghĩa là thợ đào được khuyến khích đào trên chuỗi dài nhất và khi họ thấy một khối mới hợp lệ, họ sẽ cố gắng tìm giải pháp cho khối tiếp theo cho phép họ xây dựng trên khối trước đó.
Khó khăn trong việc viết lại blockchain là thứ cho phép nó hoạt động như một sổ cái cho các giao dịch tài chính. Khi một giao dịch xuất hiện trong một khối gửi tiền xu đến ví và một số khối đã được xây dựng trên khối đó (xác nhận), thì khả năng khối (và giao dịch) được viết lại là không cao.
Nếu một thực thể kiểm soát đủ sức mạnh băm để vượt qua "chuỗi trung thực", nó có thể viết lại (hoặc sắp xếp lại) chuỗi khối bằng cách khai thác trên một khối "cũ" thay vì trên khối mới nhất. Sau đây là một tài khoản đơn giản hóa về loại tấn công này, còn được gọi là tấn công 51%:
Kẻ tấn công chi tiêu trong khối X bằng cách gửi đến một sàn giao dịch, sau đó bắt đầu khai thác một chuỗi song song ở chế độ riêng tư (các khối không được phát đến mạng). Khi số lượng xác nhận cần thiết đã vượt qua, kẻ tấn công sẽ giao dịch các đồng tiền để lấy thứ khác và rút số tiền đó khỏi sàn giao dịch. Khi việc rút tiền được xóa, chúng sẽ giải phóng chuỗi song song và nếu nó có nhiều PoW (khối) hơn chuỗi gốc, mạng sẽ chấp nhận nó là chuỗi hợp pháp và phiên bản lịch sử được thể hiện bởi chuỗi gốc (bao gồm cả khoản tiền gửi của kẻ tấn công) sẽ biến mất. Sau đó, kẻ tấn công được tự do chi tiêu các đồng tiền này một lần nữa.
Vì thợ đào là những thực thể duy nhất có thể trực tiếp thêm khối vào chuỗi trong tiền điện tử PoW thuần túy, điều này trao cho họ một vai trò mạnh mẽ trong quản trị. Để bất kỳ thay đổi nào đối với các quy tắc đồng thuận của mạng được thông qua, nó phải có sự hỗ trợ của phần lớn sức mạnh băm. "Soft fork" yêu cầu đủ thợ đào để nhận ra một bộ quy tắc mới để người dùng có thể giao dịch và mong đợi các giao dịch của họ được xử lý đúng cách và được đưa vào các khối. "Hard fork" sẽ chia mạng thành hai thành phần và theo quy tắc được chấp nhận chung là "chuỗi có nhiều PoW nhất là chuỗi phù hợp để tuân theo", thợ đào sẽ quyết định chuỗi nào được chấp nhận là hợp pháp.
Sự đồng thuận Proof of Stake
Sự đồng thuận Proof of Stake là một phương pháp thay thế để quyết định ai có thể thêm khối mới và xác minh trạng thái hiện tại của blockchain. Thay vì thợ đào cạnh tranh để giải quyết vấn đề, với Proof of Stake, người sản xuất khối tiếp theo được xác định bằng một số quy trình dựa trên số lượng tiền được giữ trong ví (hoặc "stake"). Quy trình này tin tưởng rằng những người có nhiều stake nhất sẽ đưa ra quyết định có trách nhiệm cho toàn bộ mạng lưới.
Sự đồng thuận Proof of Stake loại bỏ nhu cầu khai thác tốn nhiều năng lượng, nhưng việc thiếu chi phí năng lượng đáng kể lại tạo ra một vấn đề khác, đôi khi được gọi là "không có gì bị đe dọa". Trong trường hợp của một chuỗi phân nhánh, những người làm giả PoS ("rèn" thường được sử dụng thay cho "khai thác") được khuyến khích xác thực các khối trên cả hai chuỗi vì họ tốn rất ít chi phí để làm việc trên một chuỗi bổ sung và họ có thể thu thập phần thưởng trên cả hai chuỗi. Đây là một vấn đề đối với mạng lưới vì chỉ được cho là có một chuỗi và việc đồng ý về trạng thái của chuỗi duy nhất đó là toàn bộ mục đích của cơ chế đồng thuận.
Proof of Stake có một vấn đề bổ sung liên quan đến việc phân phối token. Những người khai thác PoW phải chịu chi phí đáng kể (phần cứng, điện) và thường phải bán một phần đáng kể số coin khai thác được để trang trải các chi phí đó. Do đó, nhiều coin khai thác được có sẵn để mua trên thị trường, thay vì bị những người khai thác tích trữ. Những người làm giả Proof of Stake có chi phí hoạt động rất thấp, vì vậy không phải chịu áp lực bán những coin họ nhận được để duy trì mạng lưới. Những người nắm giữ lớn tham gia Proof of Stake có xu hướng tăng cổ phần của họ trong số các coin lưu hành khi họ thu thập phần thưởng khối và phí giao dịch từ người dùng mạng lưới. Điều này được ví như chế độ phong kiến, theo đó mạng lưới thực sự do những người nắm giữ coin sở hữu và vận hành, và người dùng trả cho họ một loại tiền thuê để sử dụng nó. Thường có một số điểm cắt mà dưới đó không thể tham gia trực tiếp vào Proof of Stake.
PoW/PoS lai
Mục tiêu của hệ thống Proof of Work và Proof of Stake lai là nắm bắt lợi ích của các phương pháp tiếp cận tương ứng và sử dụng chúng để cân bằng điểm yếu của nhau. Decred là một trong số ít tiền điện tử sử dụng cả PoW và PoS ở dạng dễ nhận biết và kết hợp chúng lại với nhau để tạo ra cơ chế đồng thuận đa yếu tố hoặc lai.
“Tiền Masternode”, theo một số nghĩa, cũng là loại lai, ở chỗ chúng có thành phần Proof of Work dễ nhận biết, thực hiện vai trò tương tự như trong Bitcoin và vai trò bổ sung cho các nút đặc biệt. Thông thường, có một yêu cầu là các nút đặc biệt này phải nắm giữ một lượng tiền nhất định làm tài sản thế chấp, để chứng minh rằng chúng có thể được tin cậy để hành động vì lợi ích tốt nhất của mạng, tương tự như lý do của Proof of Stake. Dash là đồng tiền masternode ban đầu và gọi mô hình này là Proof of Service. Bài viết này tập trung vào các loại lai có thành phần Proof of Stake và sẽ không xem xét mảng tiền mô phỏng masternode hoặc Proof of Service.
Thành phần PoW của Decred hoạt động tương tự như các dự án dựa trên PoW khác và sử dụng hàm băm Blake-256. Thành phần PoS của Decred và cách nó được đan xen vào chuỗi khá độc đáo và đáng được giải thích thêm.
Để tham gia vào Proof of Stake của Decred, người nắm giữ phải khóa thời gian DCR của họ để mua "vé". Giá cho một vé riêng lẻ được thiết lập theo cơ chế giống như thị trường, trong đó hệ thống nhắm đến một số lượng vé trực tiếp nhất định (40.960) - nếu có nhiều hơn số lượng mục tiêu, giá sẽ tăng, nếu ít hơn, giá sẽ giảm. Khi ai đó mua vé, DCR mà họ sử dụng sẽ bị khóa (tức là họ không thể chi tiêu) cho đến khi vé của họ được gọi ngẫu nhiên để bỏ phiếu hoặc cho đến khi hết hạn sau khoảng 142 ngày. Điều này tạo ra chi phí cơ hội cho PoS, nhằm đảm bảo rằng những người bỏ phiếu cho PoS có lợi ích trong trò chơi và hành động vì lợi ích tốt nhất của mạng lưới.
Những người tham gia PoS (còn được gọi là cử tri hoặc bên liên quan) có ba vai trò riêng biệt: bỏ phiếu theo khối, bỏ phiếu về những thay đổi đối với các quy tắc đồng thuận và bỏ phiếu về quản lý cấp dự án bằng Hệ thống đề xuất Politeia. Đầu tiên trong số này, “bỏ phiếu theo khối”, là cách mà những người bỏ phiếu PoS tham gia trực tiếp nhất vào việc duy trì sự đồng thuận.
Biểu quyết theo khối
Khi một thợ đào PoW tìm thấy một khối hợp lệ, họ sẽ phát khối đó trên mạng, nhưng để khối đó được coi là hợp lệ, nó phải bao gồm phiếu bầu của ít nhất 3 trong số 5 phiếu được chọn ngẫu nhiên. Những người bỏ phiếu PoS giữ ví mở và sẵn sàng phản hồi bằng phiếu bầu khi phiếu bầu của họ được gọi (hoặc họ thuê Nhà cung cấp dịch vụ bỏ phiếu để thực hiện việc này thay mặt họ). Khi một phiếu PoS được gọi để bỏ phiếu và phản hồi, chủ sở hữu của nó sẽ nhận được phần thưởng.
Khi ticket được gọi, chúng sẽ bỏ phiếu chấp nhận hoặc từ chối các giao dịch thông thường của khối trước đó. Các nút trên mạng sẽ không công nhận một khối mới là hợp lệ cho đến khi nó bao gồm ít nhất 3 phiếu bầu. Nếu phần lớn ticket được gọi để bỏ phiếu từ chối các giao dịch của khối trước đó, thì chúng sẽ được trả về mempool. Các giao dịch thông thường này bao gồm phần thưởng của thợ đào PoW, nhưng không bao gồm phần thưởng của người bỏ phiếu PoS.
Do đó, những người bỏ phiếu PoS có quyền tước phần thưởng từ thợ đào mà không ảnh hưởng đến phần thưởng của họ. Điều này hạn chế quyền phủ quyết của thợ đào PoW đối với những thay đổi đối với các quy tắc đồng thuận của mạng lưới, được bỏ phiếu bởi những người có liên quan. Trên thực tế, những người bỏ phiếu PoS có thể từ chối bất kỳ hành vi nào của thợ đào mà họ không thích bằng cách áp dụng chính sách bỏ phiếu "không" khi phát hiện ra hành vi độc hại hoặc kém hiệu quả - ngăn chặn những thợ đào PoW xấu viết giao dịch và nhận phần thưởng.
Lớp xác minh PoS này tăng cường đáng kể tính bảo mật và khả năng chống lại các cuộc tấn công của phần lớn mạng. Phương pháp phổ biến để thực hiện một cuộc tấn công chi tiêu gấp đôi phần lớn là viết lại blockchain bằng cách khai thác một chuỗi thay thế trong bí mật, sau đó phát hành sau một khoảng thời gian nhất định và tận dụng việc vô hiệu hóa các giao dịch trong chuỗi "cũ" (tức là bằng cách chi tiêu gấp đôi các đầu vào của chúng). Vì các khối Decred yêu cầu đầu vào từ các vé được chọn ngẫu nhiên để được coi là hợp lệ và không thể được thợ đào PoW xây dựng cho đến khi họ nhận được đầu vào này, nên thợ đào PoW không thể khai thác trong bí mật trừ khi họ cũng kiểm soát một tỷ lệ đáng kể các vé đang hoạt động (xem các bài viết này).
Thiết kế PoW/PoS lai làm tăng đáng kể chi phí tấn công mạng vì có hai hệ thống riêng biệt mà kẻ tấn công phải vượt qua. Thành phần PoS, nói riêng, được cấu hình sao cho vé chỉ có thể được mua khá chậm. Có thể mua một số lượng vé giới hạn trong mỗi khối/khoảng thời gian và việc mua số lượng tối đa sẽ khiến giá tăng mạnh. Ngoài ra, sau khi những vé này được mua, số tiền được sử dụng để mua chúng sẽ bị khóa theo thời gian, khiến kẻ tấn công phải chịu bất kỳ sự mất giá nào của các đồng tiền bị khóa của họ xảy ra do một cuộc tấn công.
Yêu cầu mỗi khối được bỏ phiếu bởi các bên liên quan được chọn ngẫu nhiên có nghĩa là blockchain phải được chia sẻ với tất cả những người tham gia khi nó được khai thác, tăng cường tính bảo mật của mạng. Hệ thống lai của Decred được thiết kế để trao quyền cho các bên liên quan đối với những người khai thác PoW.
Bỏ phiếu thay đổi sự đồng thuận
Decred đã quyết định ngay từ đầu là biến những người có liên quan đến PoS thành lực lượng ra quyết định chủ đạo trong việc quản trị blockchain. Được ghi vào các quy tắc đồng thuận là một quy trình phê chuẩn nâng cấp thông qua đó bất kỳ thay đổi nào đối với các quy tắc đồng thuận của mạng chỉ có thể được triển khai sau khi đã thông qua quy trình bỏ phiếu. Những thay đổi chỉ có thể được thực hiện nếu được ít nhất 75% số phiếu bỏ phiếu chấp thuận. Quy trình này bắt đầu khi một tỷ lệ nhất định thợ đào (95%) và người bỏ phiếu (75%) đang chạy phần mềm nâng cấp với những thay đổi tiềm ẩn đối với các quy tắc. Nếu đề xuất có 75% sự ủng hộ sau thời gian bỏ phiếu 4 tuần thì đề xuất đó được chấp nhận, nếu không, đề xuất đó sẽ bị từ chối và nếu không có siêu đa số nào thì sẽ bắt đầu bỏ phiếu lại. Nếu đề xuất được chấp nhận, thay đổi quy tắc sẽ được kích hoạt một tháng sau đó.
Quản lý dự án: Politeia
Phần thưởng khối của Decred được chia cho thợ đào PoW (60%), cử tri PoS (30%) và Kho bạc (10%) để tài trợ cho việc phát triển phần mềm nguồn mở thúc đẩy mục tiêu của dự án. Người giữ vé có chủ quyền bỏ phiếu về cách thức chi tiêu quỹ này, những tính năng nào sẽ được thêm vào và xác định chính sách thông qua nền tảng Politeia.
Suy nghĩ kết thúc
Vì những người bỏ phiếu PoS nhận được 30% phần thưởng khối, họ không thể duy trì phần chia sẻ tương đối của DCR đang lưu hành chỉ bằng cách đặt cược. Phần lớn DCR mới đúc được sẽ thuộc về thợ đào PoW để đổi lấy vai trò của họ trong việc bảo mật mạng lưới và giảm thiểu vấn đề “không có gì để đặt cược” của các hệ thống PoS thuần túy. Thợ đào thường phải bán một phần đáng kể phần thưởng họ nhận được để trang trải chi phí hoạt động, đảm bảo rằng nguồn cung DCR hợp lý sẽ có sẵn trên thị trường.
Blockchain của Decred trình bày kiến trúc độc đáo và là một trong những ví dụ đáng chú ý nhất của hệ thống PoW/PoS lai. Tương tự như các dự án có sự đồng thuận PoS là một nhóm chung với những biến thể đáng kể bên trong, các dự án trong tương lai triển khai các phương pháp tiếp cận PoW/PoS lai cũng sẽ là duy nhất và không nhất thiết phải tuân theo khuôn khổ Decred.
