TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN VÀ ỨNG DỤNG

TS. Nguyễn Vĩnh An

Trường Đại học Hòa bình

 

Công nghệ blockchain

 

Khái niệm blockchain

Blockchain là một công nghệ lưu trữ và truyền thông tin độc đáo, được sử dụng để tạo và quản lý các giao dịch kỹ thuật số một cách an toàn và minh bạch. Nó là cơ sở hạ tầng của nhiều loại tiền điện tử (cryptocurrency) như Bitcoin và Ethereum. Các thông tin của một giao dịch được đưa vào trong một khối (block), các khối trong blockchain được kết nối với nhau dùng con trỏ mã hóa. Đây là một hệ thống lưu trữ thông tin an toàn, dữ liệu trong hệ thống rất khó bị thay đổi và truy cập trái phép. Blockchain là công nghệ trụ cột của đồng tiền mã hóa Bỉtcoin, cho phép chúng ta có thể đào Bitcoin, lưu trữ và trao đổi Bitcoin thông qua một thuật toán máy tính phức tạp trong mạng phân tán (Distributed). Các thông tin giao dịch được ghi vào “sổ cái số” (digital ledger), sau đó các bản sao của nó sẽ được gửi qua mạng đến tất cả các thành viên trong hệ thống để lưu trữ và kiểm soát. Công nghệ Blockchain tuy chỉ mới bắt đầu nhưng đã làm thay đổi một cách cơ bản các hoạt động giao dịch kinh doanh, tài chính ngân hàng. Nó tạo ra cách thức truyền, xử lý, theo dõi và lưu trữ thông tin giao dịch một cách an toàn và nhanh chóng.

Blockchain quản lý theo nguyên tắc bình đẳng giữa các thành viên trong hệ thống. Thay cho một thực thể quản lý trung tâm (centralized) như các nhà băng thì mỗi giao dịch Bitcoin được kiểm soát bởi một cộng đồng các thành viên rộng lớn. Không ai có thể lấy ra các Bitcoin, thay đổi nội dung trong sổ cái hoặc xóa đi lịch sử các giao dịch. Cũng bởi cách quản lý đồng đẳng này mà Blockchain cho phép một thành viên trong mạng có thể truy cập vào sổ cái được giữ bởi thành viên khác. Vì vậy không ai có thể thao túng, điều khiển mạng máy tính này được, bất kỳ một thao tác nào nhằm thay đổi nội dung của sổ cái này chỉ có thể được thực hiện khi có sự đồng thuận của hầu hết các thành viên trong hệ thống.

Nguyên tắc hoạt động của blockchain

1.2.1 Tạo khối mới

Blockchain khác với các hệ cơ sở dữ liệu truyền thống ở cách thức lưu trữ thông tin. Dữ liệu trong blockchain được lưu trong các khối liên kết với nhau theo chuỗi thay cho các bảng tính gồm các hàng và cột. Khi xuất hiện một giao dịch hoặc một sự kiện mới, một khối mới sẽ được tạo ra. Để hình thành một khối mới ngoài việc phải có giao dịch thì mọi thông tin trong khối cần phải được xác minh, các thông tin đó phải được lưu trong khối và khối đó phải được mã hóa (hash). Một khối trong chuỗi bao gồm dữ liệu giao dịch (hay thông tin trao đổi), hàm băm (hash) của khối này và hàm băm của khối trước nó. Hàm băm là một thuật toán cho phép chuyển đổi dữ liệu đầu vào (ví dụ như thông tin người gửi, người nhận, số lượng, thời gian giao dịch) thành đầu ra mã hóa với độ dài cố định.

 

 

  Hình 1. Quá trình hình thành khối mới trong chuỗi

 

Hình 2. Sử dụng hàm băm để mã hóa dữ liệu trong một khối

Hàm băm có các đặc điểm chính như sau:

Một biến dữ liệu sẽ luôn cho ra cùng một kết quả.

Gần như không thể đảo ngược giao dịch và tìm thấy dữ liệu gốc bởi vì nếu một máy tính có khả năng chạy 15 nghìn tỷ phép tính mỗi giây sẽ mất gần 0,65 tỷ tỷ năm để bẻ khóa hàm băm của một địa chỉ Bitcoin duy nhất.

Hàm băm có thể được sử dụng để xác định rằng ai đó sở hữu một phần dữ liệu mà không biết nội dung của chúng là gì. Vì vậy ta có thể hình dung hàm băm giống như một loại khóa kỹ thuật số.

 

Hình 3. Mã hóa khối

Mỗi khối trong chuỗi đều được mã hóa theo thuật toán SHA256 để tạo ra một ID nhận dạng duy nhất. Khi một khối mới được tạo ra, một hàm băm sẽ được tạo ra dựa vào các dữ liệu trong khối. Một khi dữ liệu bị thay đổi thì hàm băm cũng sẽ bị thay đổi theo. Các kiểu dữ liệu khác nhau có thể được chứa trong các khối nhưng hiện nay hầu hết các ứng dụng blockchain vẫn là cuốn sổ cái số để lưu giữ các giao dịch tiền mã hóa (cryptocurrency).

1.2.2 Liên kết chuỗi 

Khi khối mới được tạo, nó sẽ được nối vào khối phía trước trong chuỗi dữ liệu một cách tuần tự theo thời gian xuất hiện của chúng.

 

Hình 4. Liên kết chuỗi

Hacker có thể dễ dàng chèn một khối giả mạo hoặc thay đổi nội dung trong các khối nếu các khối trong blockchain không được liên kết theo một cách riêng. Bitcoin tránh điều này bằng cách liên kết từng khối với khối trước đó bằng cách sử dụng một con trỏ băm (hash pointer). Một hash pointer được thực hiện từ việc băm khối trước đó trong chuỗi. Điều này có nghĩa là hàm băm của khối cũ trước nó sẽ được đưa vào là một phần dữ liệu của khối mới. Do đó bất kỳ ai cũng có thể kiểm tra xem các giao dịch trong khối có được tiếp tục từ giao dịch trước hay không. Điều này thực sự cho phép đảm bảo toàn bộ chuỗi là hợp pháp và không một khối nào được thêm vào hoặc bị sửa đổi nội dung.

Ngoài ra để bảo vệ dữ liệu trong các khối, blockchain còn áp dụng các biện pháp như quản lý phân tán tức là mỗi thành viên trong nhóm đều có một bản sao copy của chuỗi. Mọi sự thay đổi về chuỗi hoặc nội dung của các khối trong chuỗi đều phải được sự chấp nhận của tất cả các thành viên trong nhóm. Do cách thức lưu trữ dữ liệu phân tán nên không một cá nhân hay tổ chức nào có thể điều khiển hoặc thay đổi các dữ liệu này mà không có sự đồng ý của hầu hết người dùng trong hệ thống. Điều đó có nghĩa là các giao dịch được lưu giữ lâu dài dưới sự kiểm soát của tất cả mọi thành viên trong hệ thống. Tuy nhiên ngày nay đã có những máy tính với tốc độ tính toán siêu nhanh hàng tỷ tỷ phép tính trong một giây cho phép các hacker có thể sửa đổi nội dung trong các khối, tính toán lại hàm băm và con trỏ hàm băm để hợp lý hóa toàn bộ chuỗi. Để hạn chế vấn đề này, blockchain đã đưa ra công cụ chứng minh năng lực làm việc (proof of work) mà ý tưởng chính của nó là hạn chế  thời gian hình thành khối mới trong khoảng một chục phút.

1.3 Các đặc điểm chính của hệ thống Blockchain

Chúng ta hãy phân tích kỹ hơn để thấy được sự khác nhau giữa hệ cơ sở dữ liệu truyền thống và blockchain.

Cách thức lưu trữ dữ liệu

 Database truyền thống sẽ lưu trữ dữ liệu trong các servers dưới dạng các bảng tính. Nó cho phép nhiều người dùng có thể truy cập, tìm kiếm và xử lý thông tin một cách nhanh chóng, dễ dàng. Với cách quản lý tập trung này thì một số người hoặc một tổ chức nào đó sẽ toàn quyền quản lý hệ thống và can thiệp vào các dữ liệu được lưu trữ tập trung trong     cơ sở dữ liệu đó.

Blockchain khác với cơ sở dữ liệu truyền thống ở cách thức lưu trữ dữ liệu. Nó thu thập và lưu trữ các dữ liệu thành từng nhóm gọi là các khối (blocks). Khi các khối được hình thành, nó sẽ được nối với khối trước tạo thành chuỗi gọi là blockchain. Nếu tiếp tục có thông tin hoặc giao dịch mới thì một khối mới lại được tạo ra, sau khi thông tin đã lấp đầy khối mới này thì khối sẽ tiếp tục được nối vào chuỗi một cách tuần tự. Các khối trong chuỗi được ghi vào một sổ cái “Ledger” và được gửi đến tất cả các máy tính trong hệ thống để lưu trữ. Các máy tính này được quản lý bởi các cá nhân hoặc các nhóm khác nhau  trong hệ thống, chúng có quyền ngang nhau trong việc tạo, lưu trữ quản lý và các khối và chuỗi trong hệ thống.

Tính minh bạch (Transparency)

Do cách thức quản lý của Blockchain, tất cả các thay đổi hoặc các giao dịch mới xuất hiện đều được kiểm soát bởi các thành viên trong hệ thống. Nếu có bất kỳ sự thay đổi nào về nội dung trong các khối thì đều phải có sự đồng thuận của các thành viên và bản cập nhật sẽ được gửi đến tất cả các thành viên để lưu trữ và quản lý (Hình 5).

 

 

Hình 5. Chuyển tiền qua mạng P2P bình đẳng giữa các thành viên

 

Tính bảo mật và an toàn  

Công nghệ Blockchain có độ bảo mật và an toàn cao do thông tin trong khối được mã hóa theo thuât toán SHA256 và các khối được liên kết một cách tuần tự. Nếu có bất kỳ một lỗi nào xuất hiện trong bản sao của một máy tính thành viên, nó có thể tham khảo bản copy của hàng ngàn node khác để sửa chữa. Một khi khối đã hình thành và được thêm vào chuỗi thì rất khó có thể lấy ra hoặc thay đổi nội dung của nó trừ trường hợp có sự đồng ý của hầu hết các thành viên trong hệ thống.

 

Hình 6. Kết nối khối dùng Hash pointer

 

Trong hình 6 mô tả 3 khối được kết nối với nhau sử dụng hash pointer. Giả sử hacker tấn công vào khối 2 làm thay đổi thông tin trong khối thì sẽ làm thay đổi hàm băm 6BQ1 thành H62Y. Tuy nhiên do khối 3 được nối trực tiếp với khối 2 nên vẫn giữ hàm băm cũ của khối 2 là 6BQ1. Điều đó làm cho khối 3 và các khối tiếp theo bị vô hiệu hóa do hàm băm của nó nối với khối 2 không chính xác.

Như vậy blockchain hoạt động dựa trên 3 nguyên tắc chính: nguyên tắc phi tập trung (decentralization), mã hóa để bảo mật (cryptography) và nguyên tắc đồng thuận (consensus mechanism) để bảo đảm tính minh bạch. Nhờ sự kết hợp các yếu tố này làm cho blockchain trở nên an toàn, không thể sửa đổ, nó cho phép thực hiện các giao dịch mà không cần đến sự can thiệp của bên thứ ba như ngân hàng hay cơ quan quản lý trung tâm.

Kiến trúc Blockchain

Blockchain chia thành 3 lớp gồm: Lớp ứng dụng (application layer), lớp sổ cái phân tán (Dítributed Ledger layer) và lớp dưới cùng là lớp mạng ngang hàng (peer to peer network). Lớp ứng dụng cung cấp giao diện cho người dùng để theo dõi, quản lý các giao dịch. Ví dụ phần mềm ví điện tử ở lớp ứng dụng tạo ra và lưu giữ khóa riêng (private key), khóa chung (public key) cho phép người dùng quản lý tài khoản Bitcoin của mình. Lớp giữa tạo và lưu giữ sổ cái một cách phân tán theo nguyên lý blockchain. Lớp dươí cùng là hạ tầng mạng hoạt động theo nguyên tắc ngang hàng, bình đẳng.

 

 

 Hình 7. Kiến trúc mạng blockchain

 

Ưu, nhược điểm của blockchain

2.1 Ưu điểm của công nghệ Blockchain

Tính bảo mật cao, loại bỏ tình trạng đánh cắp hoặc sửa đổi thông tin.

Các thông tin trong Blockchain không bị kiểm soát bởi một một bên duy nhất. Đặc tính này sẽ giúp bạn có thể giao dịch một cách an toàn mà không cần phải lo ngại về người khác biết được danh tính của mình. 

Rút ngắn thời gian và tiết kiệm chi phí do các giao dịch không phụ thuộc vào bên thứ ba.

Ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống.

 2.2 Nhược điểm 

Dễ bị hacker nhòm ngó: Theo thống kê, mặc dù được bảo vệ bởi nguyên tắc đồng thuận và “Proof of Work” nhưng vẫn có hơn 50% các cuộc tấn công mạng nhằm vào các ứng dụng được phát triển trên nền tảng Blockchain.

Việc sửa đổi dữ liệu cực kỳ khó khăn vì một khi dữ liệu được đưa vào Blockchain thì rất khó để thay đổi như đã nói ở trên. Tính ổn định vừa là lợi thế nhưng cũng đồng thời là nhược điểm của Blockchain.

Sự bất tiện và rủi ro của khóa riêng: mỗi tài khoản Blockchain sẽ được cấp khóa chung có thể chia sẻ (public key) và khóa riêng cần giữ bí mật (private key). Người có tài khoản sẽ sử dụng khóa riêng để truy cập vào quỹ tiền của mình. Nếu mất khóa riêng, tiền của họ sẽ bị mất mà họ không thể làm gì được.

 Một số ứng dụng của blockchain

Blockchain và tiền mã hóa (cryptocurrencies)

Tiền mã hóa dựa trên công nghệ blockchain được giao dich phổ biến trên mạng internet giữa những người sử dụng các loại ví ảo (virtual wallets). Hiện đang có hàng chục loại tiền mã hóa, thông dụng nhất là Bitcoin, Ethereum. Điểm chung các loại tiền mã hóa là không lưu tên và địa chỉ thực của người dùng mà chỉ trao đổi qua các ví số nên đã bảo vệ được danh tính của người dùng và tránh bị theo dõi. Tiền mã hóa trở nên thông dụng chính là hoạt động dựa vào các đặc điểm của blockchain đã nêu, cho phép thực hiện các giao dịch nhanh chóng, bí mật và an toàn mà không cần sự điều phối của ngân hàng hay một bên thứ ba nào khác. Blockchain cùng với các đồng tiền mã hóa đã tạo ra một xu thế tài chính phân tán DeFi (decentralized finance). Nó cho phép các giao dịch tài chính như mua bán, trao đổi hàng hóa mà không cần sự có mặt của ngân hàng. Thay vào đó, các giao dịch này chỉ được thực hiện thành công khi thỏa mãn một số điều kiện nào đó. Tuy nhiên, tiền mã hóa cũng tạo ra một số thách thức nhất định cho các chính phủ, chẳng hạn như các hoạt động tội phạm, gây nguy hại cho môi trường và bảo vệ người tiêu dùng.

4.2 Chuỗi cung ứng, logistics

Chúng ta thường nghe về ứng dụng của công nghệ Blockchain trong các giao dịch tiền mã hóa Bitcoin. Tuy nhiên Blockchain có thể được dùng để thực hiện nhiều sự kiện hoặc giao dịch khác một cách tin cậy. Sử dụng công nghệ blockchain để phân tán các file lưu trữ trên internet đã làm tăng khả năng bảo vệ file khỏi các cuộc tấn công mạng hoặc mất file do sự cố. Nhiều công ty như Walmart, Pfizer, AIG, Siemens, Unilever đã áp dụng công nghệ Blockchain vào hoạt động của mìnB. Chẳng hạn IBM đã tạo ra chuỗi cung ứng thực phẩm tin cậy, nó cho phép theo dõi các sản phẩm thực phẩm từ nơi sản xuất, trong toàn bộ quá trình vận chuyển đến nơi tiêu thụ.

3.2 Ứng dụng trong lĩnh vực tài chính, ngân hàng (Banking and Finance)

Blockchain được ứng dụng một cách rộng rãi trong ngành ngân hàng. Rất nhiều các ngân hàng trung ương của nhiều nước như ngân hàng dự trữ trung ương Mỹ FED đã cân nhắc phát hành đồng tiền kỹ thuật số riêng (CBDC). Facebook đang cân nhắc tạo ra đồng tiền số riêng Libra cho hơn hai tỷ người dùng (hiện dự án được đổi tên thành Diem). Việc thử nghiệm đồng tiền số yuan đã giúp Trung quốc kiểm soát nền kinh tế và dân cư tốt hơn, thậm chí nó đe dọa cả vị trí của đồng Đô la với vai trò dự trữ quốc tế. Có một thực tế là các đồng tiền được quản lý bởi ngân hàng trung ương, dữ liệu người dùng được tạo ra và quản lý bởi các chi nhánh ngân hàng. Nếu có sự cố máy tính hoặc bị hacker tấn công thì tài khoản người dùng có nguy cơ bị mất hoặc bị đánh cắp. Blockchain là một giải pháp an toàn cho vấn đề trên vì dữ liệu không được lưu trữ và quản lý tập trung ở một điểm như vậy. Nó không chỉ hạn chế các rủi ro mà còn tăng độ tin cậy và giảm thời giac, chi phí xử lý các giao dịch.

3.3 Hợp đồng thông minh (smart contracts).

Trong các “Hợp đồng thông minh”, công nghệ Blockchain được áp dụng để làm cho việc thực hiện và kiểm tra được dễ dàng hơn. Một loạt các điều kiện của hợp đồng do các bên thỏa thuận sẽ được thực hiện hoàn toàn tự động khi được đáp ứng.Chẳng hạn như người đi thuê nhà và chủ nhà thống nhất ngày giờ trao mã khóa để mở của, người đi thuê trả tiền đặt cọc vào hợp đồng thông minh (lưu ý rằng không có bất kỳ sự can thiệp của môi giới hoặc luật sư). Hợp đồng thông minh sẽ giữ các thông tin này và tự động thực hiện việc trao mã khóa và tiền đặt cọc theo đúng ngày hẹn. Nếu bên cho thuê không trao mã khóa mở cửa cho bên thuê thì tiền đặt cọc sẽ tự động trả lại cho người thuê.

3.4 Quản lý danh mục đầu tư: Blockchain có thể giúp theo dõi và quản lý danh mục đầu tư một cách hiệu quả và minh bạch hơn.

3.5 Bất động sản (Records of property)

Công nghệ Blockchain cũng được áp dụng trong việc quản lý hồ sơ nhà đất ở các cấp chính quyền. Các rủi ro như sai lệch thông tin do có sự can thiệp, chỉnh sửa bất hợp pháp, mất thông tin do truy cập trái phép, mang sổ đỏ đi đặt cọc hoặc bán ở nhiều nơi sẽ được khắc phục, đồng thời nó còn làm giảm chi phí về thời gian và tiền bạc do không có khâu trung gian.

3.6 Chăm sóc sưc khỏe (Healthcare)

Các cơ sở y tế có thể áp dụng công nghệ Blockchain để quản lý hồ sơ, việc khám chữa bênh một cách an toàn và nhanh gọn. Hồ sơ bệnh án sẽ không thể bị thay đổi hoặc mất mát. Tính riêng tư được bảo đảm do thông tin người bệnh được mã hóa và lưu trữ trong hệ thống nên chỉ những người có khóa riêng mới được quyền truy cập.

Ngoài ra công nghệ Blockchain còn có thể được ứng dụng trong hoạt động của các cơ quan nhà nước, phục vụ cho các cuộc bầu cử (voting), ứng dụng trong lĩnh vực bảo hiểm (insurance), trong giáo dục nhằm bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ,  giao thông vận tải và du lịch (transport and travtả)... nhằm làm giảm chi phí, tăng độ minh bạch và tin cậy. Khi được áp dụng trong quản lý, Blockchain sẽ làm giảm tham nhũng, phá tan các rào cản của hệ thống hành chính phức tạp và làm tăng khả năng giám sát, tăng độ minh bạch thông tin. Tuy nhiên, khả năng áp dụng Blockchain trong thực tế vẫn còn là vấn đề của thời gian. Điều quan trọng là phải đánh giá đúng khả năng phát triển các ứng dụng sử dụng công nghệ Blockchain để tạo ra một hệ sinh thái mới an toàn, hiệu quả, minh bạch trong các cơ quan, tổ chức.

4. Kết luận

Blockchain là một công nghệ lưu trữ và truyền dẫn dữ liệu dưới dạng các khối liên kết mật mã. Fintech là sự kết hợp giữa công nghệ và dịch vụ tài chính để cung cấp các giải pháp tài chính mới, hiệu quả và tiện lợi. Fintech có thể ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh tài chính bao gồm chuyển tiền, vay vốn ngang hàng (peer-to-peer lending), quản lý tài chính cá nhân (personal finance), giao dịch số (digital payments), đầu tư (investment), quản lý rủi ro (risk management), bảo hiểm (insurance), và nhiều lĩnh vực khác. Sự kết hợp giữa công nghệ blockchain và fintech đang thúc đẩy sự đổi mới trong ngành tài chính, mang lại lợi ích về tính minh bạch, an toàn và hiệu quả cho cả người tiêu dùng và doanh nghiệp.

Mặc dù Blockchain đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và ngành nghề khác nhau nhưng cũng còn nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu tiếp như khả năng mở rộng trong điều kiện số lượng các giao dịch ngày càng nhiều hoặc khả năng bảo đảm an toàn dữ liệu. Trong tương lai, xu hướng nghiên cứu blockchain cũng sẽ đi sâu vào việc đánh giá hệ thống blockchain, phân tích dữ liệu lớn,  đặc biệt là khả năng mở rộng các ứng dụng của blockchain trong các lĩnh vực khác nhau để phục vụ cho việc phát triển kinh tế và xã hội.

 

Tài liệu tham khảo

Zibin Zheng, Shaoan Xie1, Hongning Dai, Xiangping Chen, and Huaimin Wang, “An Overview of Blockchain Technology: Architecture, Consensus, and Future Trends”, 2017 IEEE 6th International Congress on Big Data.

Ameer Rosic, “What is Blockchain Technology? A Step-by-Step Guide For Beginners”, https://blockgeeks.com/guides/what-is-blockchain-technology/

Bernard Brode, What Is Blockchain and How Does It Work?, December 3, 2020, https://www.thesslstore.com/blog/what-is-blockchain-how-does-blockchain-work/

Anshu Siripurapu and Noah Berman, “Cryptocurrencies, Digital Dollars, and the Future of Money”,Council on Foreign relations