Proof of Work (PoW) trong blockchain là gì? So sánh giữa PoW và PoS

Bằng chứng công việc (PoW) là cơ chế phổ biến nhất để xác thực các giao dịch trên blockchain. Mặc dù không phải là không có giới hạn, nhưng những người khai thác sử dụng bằng chứng công việc giúp đảm bảo rằng chỉ những giao dịch hợp pháp mới được ghi lại trên blockchain.

Trước khi bắt đầu với thuật ngữ Proof of Work, hãy cùng chúng tôi điểm qua một số thông tin cơ bản về cách thức vận hành của mạng lưới blockchain hiện nay nhé. Về cơ bản thì blockchain là một mạng lưới phi tập trung. Mỗi giao dịch xảy ra trên blockchain được thực hiện mà không có các thực thể trung gian, ví dụ như ngân hàng hoặc tổ chức tài chính trong mô hình truyền thống. Và để đạt được sự phi tập trung đó, cần phải có một cách để xác nhận các giao dịch mà không có sự tham gia của các bên trung gian kể trên. Và một trong những giải pháp cho việc này là sử dụng cơ chế Proof of Work.

Proof of Work (viết tắt là PoW) hay bằng chứng công việc là một dạng thuật toán đồng thuận. Nó được ứng dụng trên một số loại tiền điện tử như Bitcoin (BTC) hay Ethereum (ETH) giai đoạn trước The Merge. Nó cho phép những người tham gia ẩn danh vào một mạng blockchain bất kỳ (được gọi là miner) xác minh các giao dịch mới xảy ra. Bằng cách làm này, các khối mới (block) đủ điều kiện sẽ được thêm vào blockchain và những miner này sẽ nhận được phần thưởng là chính đồng coin của blockchain đó. 

Lấy ví dụ trong trường hợp của Bitcoin, khi một người dùng thực hiện một giao dịch chuyển một lượng BTC từ A sang B, các miner sẽ cạnh tranh với nhau để giành quyền xử lý. Quá trình xác thực của miner sẽ đảm bảo giao dịch đó được thực thi một cách chính xác, bảo mật, tránh tình trạng chi tiêu gấp đôi (double-spend). Khi việc xác thực thành công, khối mới được thêm vào chuỗi cũng đồng nghĩa với việc giao dịch được hoàn thành. Lúc này, khối đó sẽ tồn tại vĩnh viễn trên blockchain và không một thực thể nào có thể sửa đổi được nó.

Như vậy, dựa vào định nghĩa sơ bộ ở trên, chúng ta có thể thấy xung quanh cơ chế PoW sẽ bao gồm một số thành phần sau đây:

֎ Mạng blockchain: Đây giống như một nền tảng được khởi tạo ban đầu để người dùng tham gia, xây dựng các mô hình cũng như thực hiện giao dịch trên đó.

֎ Miner & Node: Đây là tên gọi khác của những người xác thực trên mạng blockchain sử dụng PoW. Vì đề cao tính phi tập trung, bảo mật nên các miner này không phải là các thực thể như ngân hàng hay tổ chức tài chính. Các miner này sẽ vận hành các hệ thống máy tính hiệu năng cao, phi tập trung được gọi là nút (node). Chúng được giao hai nhiệm vụ chính là chấp nhận các lô giao dịch từ các node khác và xác thực (hoặc đề xuất) các khối giao dịch mới vào mạng. Đổi lại, họ sẽ nhận được phần thưởng khối cũng như phí giao dịch từ người dùng trên mạng.

֎ Phần thưởng khối: Đây là thành quả mà các miner sẽ được hưởng khi thực hiện thành công hai nhiệm vụ trên. Đương nhiên, các miner sẽ cần cạnh tranh với nhau để giành được quyền thêm các giao dịch này thông qua việc sử dụng hệ thống máy tính để giải các bài toán phức tạp, tìm ra đáp án. Tùy từng mạng blockchain khác nhau sẽ có cơ chế trả thưởng khác nhau cho miner. Ví dụ như mạng Bitcoin, tại thời điểm chúng tôi viết bài này, trải qua nhiều sự kiện Bitcoin Halving, phần thưởng khối mà miner nhận được hiện là 6,25 BTC.

Theo sát hơn 400 thị trường tài chính trên sàn Mitrade

Với các yếu tố ở bên trên, không khó để chúng ta có thể hình dung ra cách thức hoạt động của cơ chế PoW này. Tuy nhiên, để giúp bạn hiểu rõ hơn về cách thức vận hành của nó, chúng ta hãy cùng đi phân tích cơ chế này khi đặt trong mạng Bitcoin nhé.

Đầu tiên, bất kỳ ai cũng có thể tham gia vào mạng bằng cách mua máy khai thác Bitcoin và cắm nó vào mạng. Tất cả những người khai thác này đều có xác suất nhận được phần thưởng khối như nhau.

Tiếp đến, khi có một giao dịch được thực thi, những người khai thác sẽ cùng cạnh tranh để giành quyền xử lý giao dịch đó và nhận thưởng. Những người khai thác này sẽ sử dụng hệ thống máy tính với tốc độ băm nhất định (số lượng băm mỗi giây mà thiết bị khai thác có thể thực hiện) để tìm ra hàm băm mật mã. Thiết bị khai thác càng hiệu quả thì cơ hội người khai thác giành được phần thưởng khối càng cao và ngược lại. Và trung bình cứ 10 phút sẽ có một khối mới trên mạng Bitcoin được sinh ra. 

Độ khó mạng Bitcoin từ khi thành lập cho đến nay. Nguồn: Blockchain.com

Tuy nhiên, khi số lượng người khai thác nhiều lên, để đảm bảo phần thưởng được phân phối một cách công bằng, mạng sẽ tự điều chỉnh độ khó khai thác (network difficulty). Để có thể gia tăng tỷ lệ thành công, các miner sẽ cần phải nâng cấp phần cứng khai thác của mình nhằm giải thành công các bài toán đưa ra. Ngược lại, khi số lượng miner giảm, độ khó sẽ tự động điều chỉnh giảm.

Hashrate trên toàn mạng Bitcoin. Nguồn: Blockchain.com

Để gia tăng tỷ lệ thành công thì những người khai thác nhỏ lẻ có thể lựa chọn việc tham gia vào các nhóm đào (pool) lớn. Khi pool đấy giành được quyền xác thực một khối, phần thưởng sẽ được chia cho các thành viên tham gia theo tỷ lệ dựa trên hashrate mà họ đóng góp. Khi tỷ lệ hashrate giảm, điều đó đồng nghĩa với việc các miner đang rời bỏ mạng và ngược lại. Việc rời bỏ này có thể đến từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Một trong số các nguyên nhân chính là chi phí bỏ ra để khai thác BTC đã vượt quá lợi nhuận thu về từ phần thưởng khối cũng như phí giao dịch trên mạng.

Tỷ lệ lạm phát hiện tại của mạng BTC là 1,74%. Nguồn: woobull

Mạng Bitcoin cứ như vậy vận hành cho đến khi phần thưởng khối được phân phối hết và nguồn cung BTC đạt con số 21 triệu thì lúc đó các miner chỉ còn một nguồn thu từ phí giao dịch. Để giữ bình ổn tỷ lệ lạm phát mỗi khi có BTC mới sinh ra thì mạng đã thiết kế cơ chế giảm một nửa phần thưởng khối (Bitcoin Halving) sau trung bình mỗi 4 năm. 

Bitcoin không phải là mạng duy nhất sử dụng cơ chế đồng thuận PoW này. Theo thống kê của coincodex, hiện tại vốn hóa của các dự án tiền điện tử sử dụng PoW ước đạt hơn 528 tỷ USD. Như vậy, trong khi tổng vốn hóa thị trường tiền điện tử hiện đang ở mức khoảng 1,05 tỷ USD thì các dự án sử dụng PoW chiếm khoảng 50%. 

Vốn hóa các dự án tiền điện tử sử dụng PoW. Nguồn: coincodex

Có nhiều vấn đề khiến cơ chế này không được “ưu ái” sử dụng cho các dự án tiền điện tử mới. Chi tiết về những vấn đề này chúng tôi sẽ chia sẻ chi tiết hơn ở phần sau của bài viết này. Mặc dù vậy, vẫn có một số dự án lớn đã và đang sử dụng PoW như:

☼ Litecoin (LTC): Đây là một bản fork (một dạng hình thức copy mã nguồn, sau đó thực hiện sửa đổi để tạo ra một dự án mới) ra từ mạng Bitcoin. Cũng tương tự như Bitcoin, Litecoin cũng áp dụng cơ chế Halving. Và vào đầu tháng 8 này, mạng lưới này đã thực hiện cắt giảm một nửa phần thưởng khối và hiện chỉ còn 6,25 LTC.

☼ Dogecoin (DOGE): Đây là một dự án meme coin được “shill” khá nhiều từ ông chủ Tesla, Elon Musk. Cũng đã từng có tin đồn rằng Dogecoin có ý định chuyển đổi từ cơ chế PoW sang cơ chế PoS nhưng sau đó founder của dự án đã lên tiếng phủ nhận.

☼ Ethereum PoW (ETHW): Đây là một dự án khá đặc biệt. Như chúng ta đã biết, Ethereum đã chính thức từ bỏ PoW để chuyển sang PoS từ thời điểm tháng 9/2022. Việc chuyển đổi này đã đẩy hàng loạt các miner vào nguy cơ “thất nghiệp”. Phản ứng trước quyết định này của mạng, một nhóm miner Trung Quốc đã quyết định fork mạng Ethereum trước khi chuyển đổi và thành lập Ethereum PoW. Nó vẫn tồn tại cho đến ngày nay và hiện vốn hóa dao động ở mức khoảng 150 triệu USD (theo coincodex).

Mặc dù được ứng dụng vào nhiều dự án tiền điện tử lớn nhưng bản thân cơ chế này cũng tồn tại những ưu, nhược điểm riêng của nó. Cụ thể:

Ưu điểm

✔️ Bảo mật: Các node xác thực sử dụng cơ chế PoW được phân tán ở khắp mọi nơi trên toàn cầu. Do đó, rất khó để một miner bất kỳ có quyền kiểm soát mạng, gây ra các cuộc “tấn công 51%” để xóa, sửa hoặc đảo ngược các giao dịch trước đó. Tuy nhiên, ưu điểm này chỉ phát huy tác dụng khi mạng có một lượng node đủ lớn. Trên thực tế, mạng Litecoin đã không dưới 2 lần từ khi thành lập đến nay trở thành nạn nhân của các vụ tấn công 51%.

✔️ Thúc đẩy việc tận dụng các nguồn nguyên liệu tái tạo, dư thừa: Việc khai thác sẽ đem lại lợi nhuận khi chi phí bỏ ra thấp hơn lợi nhuận thu về. Do đó, tại một số quốc gia có giá điện rẻ, nó được các thợ đào tận dụng để khai thác tiền điện tử. Theo một thống kê mới đây nhất của CoinGecko chi phí khai thác Bitcoin tại Lebanon rẻ hơn đến 783 lần so với Ý. Như vậy, về lý thuyết các miner có thể tận dụng cơ hội này để khai thác BTC. 

Mở Tài Khoản Demo Mở Tài Khoản Thật 

Nhược điểm

⭕ Chi phí đầu tư lớn: Hiện tại, độ khó của mạng Bitcoin đã cao hơn rất nhiều so với thời điểm mới ra mắt. Và như chúng ta đã trao đổi ở trên, để gia tăng khả năng thành công, kiếm được phần thưởng khối thì các miner sẽ phải tự đưa mình vào cuộc chạy đua nâng cấp hệ thống khai thác. Với chi phí cao, không phải cá nhân nào cũng có thể tự chủ động cho mình một hệ thống khai thác như thế.

⭕ Tốc độ giao dịch chậm, phí cao: Đây có lẽ là yếu điểm lớn nhất của cơ chế này. Mỗi giao dịch, dù nhỏ hay lớn, sẽ đều cần được ghi trực tiếp lên mạng blockchain. Và mỗi lần như vậy, một khoản phí mới được sinh ra. Mặc dù hiện tại một số mạng blockchain, ví dụ như Bitcoin, cũng đã có các giải pháp giải quyết (như Bitcoin Lightning) nhưng nó vẫn chưa thực sự đạt được hiệu quả tối ưu khi so sánh với các cơ chế khác.

Phần trên chúng ta đã cùng trao đổi về những nhược điểm của cơ chế PoW so với các cơ chế khác. Trong phần này, chúng ta sẽ cùng phân tích chi tiết điều gì đã dẫn đến các vấn đề đó và nó có thực sự lo ngại như chúng ta vẫn nghĩ. Mạng Bitcoin là điển hình cho cơ chế này do đó chúng ta sẽ cùng phân tích dựa trên các số liệu của mạng này nhé.

Trên thực tế, trong số tất cả các mạng blockchain hiện tại thì tốc độ giao dịch của Bitcoin thuộc hàng thấp nhất nhưng phí lại cao nhất. Để tường minh hơn thì theo dữ liệu từ bitinfocharts, phí giao dịch BTC hiện là 0,786 USD. Đỉnh điểm như tháng 4/2021, mức phí đã vọt lên hơn 60 USD. Mức phí cao như này về cơ bản là không phù hợp với những giao dịch nhỏ lẻ như chi trả một cốc cafe… Trong khi đó, mức phí của một số giải pháp Layer 2 như Optimism hay Arbitrum chỉ dao động từ 0,06 USD - 0,07 USD (theo l2fees).

Mức phí giao dịch BTC. Nguồn: bitinfocharts

Không dừng lại ở đó, tốc độ giao dịch (Transaction per Second - TPS) của mạng Bitcoin cũng là một vấn đề đáng lo ngại. Trong khi một số giải pháp, ví dụ như Solana, TPS ở mức 4,500 (theo explorer.solana.com) thì TPS của mạng Bitcoin chỉ khoảng 5 - 7. Tốc độ chậm đồng nghĩa với giao dịch lâu và người dùng sẽ mất nhiều thời gian chờ đợi.

Số lượng và phân bổ node mạng Bitcoin. Nguồn: bitnodes

Mặc dù có những vấn đề hiện hữu như vậy nhưng cơ chế PoW trên mạng Bitcoin nói riêng vẫn được cộng đồng đón nhận tích cực. Bằng chứng là Bitcoin vẫn là mạng PoW lớn nhất ở thời điểm hiện tại. Lý do là vì nó đã tạo ra một sự cân bằng giữa ba yếu tố: Bảo mật - Phi tập trung - Khả năng mở rộng.

Cụ thể, mỗi mạng blockchain, dù đang sử dụng cơ chế PoW hay bất kỳ cơ chế nào khác, được cho là lý tưởng khi cân bằng được ba yếu tố trên. Tuy nhiên, một vài trong số đó để tăng khả năng mở rộng và giảm phí đã đặt nhẹ yếu tố bảo mật. Điều này khiến cho mạng dễ bị tấn công hơn. Trường hợp của Solana là một ví dụ điển hình. Solana sử dụng cơ chế PoS nhưng nó đã bị tấn công nhiều lần khiến mạng buộc phải dừng hoạt động trong nhiều giờ.

Bộ ba bất khả thi trong blockchain

Để giải quyết thực trạng này và vẫn đảm bảo tính cân bằng giữa ba yếu tố trên, một số blockchain như Ethereum đã chuyển từ PoW sang PoS và cho phép phát triển các giải pháp Layer 2. Trong khi đó, Bitcoin vẫn “trung thành” với PoW và mở ra nền tảng Bitcoin Lightning và cũng đã có những dấu hiệu tích cực.

Một vấn đề khác đó là người ta cho rằng cơ chế PoW gây tiêu tốn nhiều năng lượng, qua đó làm tăng lượng khí thải CO2, gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, theo một nghiên cứu của bitcoinminingcouncil, tính đến hết quý 4/2022, chỉ tính riêng việc khai thác BTC trên toàn cầu đã tiêu tốn lượng điện tương đương 275 TWh. Con số này chỉ chiếm 0,17% so với tổng năng lượng toàn cầu. Chưa kể, một số quốc gia như El Salvador đã sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng núi lửa để khai thác BTC.

Năng lượng khai thác BTC toàn cầu. Nguồn: bitcoinminingcouncil

Chúng tôi nhắc lại rằng PoW là một trong rất nhiều cơ chế đồng thuận được sử dụng bởi các mạng blockchain. Ngoài PoW, chúng ta có Proof of Stake - PoS (Ethereum, Shiba Inu…); Proof of History - PoH (Solana)... Tuy nhiên, PoW và PoS là hai cơ chế được ứng dụng nhiều nhất hiện nay. Trong phần tiếp theo này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu và so sánh kỹ hơn về hai cơ chế này nhé.

Tóm lại, cơ chế đồng thuận PoW cung cấp sự bảo mật tuyệt vời bằng cách khuyến khích việc sử dụng sức mạnh tính toán để bảo vệ tính toàn vẹn của mạng blockchain. Nguồn cung tiền điện tử sẽ được phân phối hiệu quả hơn vì người khai thác không thể tự động tăng tỷ lệ nắm giữ trên mạng bằng cách tích lũy nhiều mã thông báo hơn. Mặc dù vậy nó vẫn còn tồn tại nhiều bất cập trong việc ứng dụng rộng rãi vào thực tế đời sống.

Nhận thêm thông tin thị trường Chứng khoán> >