2.5. Đặt mọi thứ lại với nhau
Chi phí khai thác
Bây giờ chúng ta hãy xem xét kinh tế học khai thác. Chúng tôi đã đề cập rằng nó khá tốn kém để hoạt động như một người khai thác. Ở mức độ khó hiện tại, việc tìm kiếm một khối duy nhất cần tính toán khoảng 1020 băm và phần thưởng khối là khoảng 25 bitcoin, đây là một số tiền khá lớn theo tỷ giá hối đoái hiện tại. Những con số này cho phép dễ dàng tính toán liệu nó có sinh lợi cho một người khai thác hay không và chúng ta có thể nắm bắt quyết định này bằng một câu lệnh đơn giản:
Nếu
phần thưởng khai thác > chi phí khai thác
thì thợ đào tạo ra lợi nhuận
trong đó
phần thưởng khai thác = phần thưởng khối + phí tx
chi phí khai thác = chi phí phần cứng + chi phí vận hành (điện, làm mát, v.v.)
Về cơ bản, người khai thác nhận được phần thưởng khai thác của mình từ phần thưởng khối và phí giao dịch. Người khai thác tự hỏi mình làm thế nào những phần thưởng này so với tổng chi phí, đó là chi phí phần cứng và điện.
Nhưng có một số phức tạp đối với phương trình đơn giản này. Đầu tiên là, như bạn có thể nhận thấy, chi phí phần cứng là chi phí cố định, trong khi điện là chi phí biến đổi phát sinh theo thời gian. Một điều phức tạp khác là phần thưởng mà các thợ đào thu được phụ thuộc vào tốc độ họ tìm thấy các khối, điều này không chỉ phụ thuộc vào sức mạnh của phần cứng mà còn phụ thuộc vào tỷ lệ giữa tỷ lệ băm của họ trên tổng tỷ lệ băm toàn cầu. Sự phức tạp thứ ba là chi phí mà người khai thác phải chịu thường được tính bằng đô la hoặc một số loại tiền tệ truyền thống khác, nhưng phần thưởng của họ được tính bằng bitcoin. Vì vậy, phương trình này có một sự phụ thuộc ẩn vào tỷ giá hối đoái của Bitcoin tại bất kỳ thời điểm nào. Và cuối cùng, cho đến nay chúng tôi đã giả định rằng người khai thác quan tâm đến việc tuân theo giao thức một cách trung thực. Nhưng người khai thác có thể chọn sử dụng một số chiến lược khai thác khác thay vì luôn cố gắng mở rộng nhánh hợp lệ dài nhất. Vì vậy, phương trình này không nắm bắt được tất cả các sắc thái của các chiến lược khác nhau mà người khai thác có thể sử dụng. Thực ra việc phân tích xem nó có hợp lý với tôi hay không là một bài toán lý thuyết trò chơi phức tạp không dễ trả lời.
Không có điều gì giống như một Bitcoin
Bitcoin không có mệnh giá cố định như các tờ đô la Mỹ và đặc biệt, không có ký hiệu đặc biệt nào là “1 bitcoin”. Bitcoin chỉ là đầu ra của giao dịch và theo các quy tắc hiện tại, chúng có thể có giá trị tùy ý chính xác đến tám chữ số thập phân. Giá trị nhỏ nhất có thể là 0,00000001 BTC (bitcoin), được gọi là 1 satoshi.
Tại thời điểm này, chúng ta có một bức tranh khá tốt về cách Bitcoin đạt được sự phi tập trung. Bây giờ chúng ta tóm tắt lại các điểm chính và tổng hợp tất cả lại với nhau để hiểu rõ hơn.
Hãy bắt đầu với danh tính. Như chúng ta đã biết, danh tính trong thế giới thực không bắt buộc phải tham gia vào giao thức Bitcoin. Bất kỳ người dùng nào cũng có thể tạo bất kỳ số lượng cặp khóa biệt danh bất kỳ lúc nào. Khi Alice muốn thanh toán cho Bob bằng bitcoin, giao thức Bitcoin không chỉ định cách Alice tìm hiểu địa chỉ của Bob. Với các cặp khóa biệt danh này làm danh tính, các giao dịch về cơ bản là các thông điệp được phát tới mạng ngang hàng Bitcoin là hướng dẫn để chuyển tiền từ địa chỉ này sang địa chỉ khác. Bitcoin chỉ là đầu ra của giao dịch và chúng ta sẽ thảo luận chi tiết hơn về vấn đề này trong Chương 3.
Mục tiêu của mạng ngang hàng Bitcoin là truyền tải tất cả các giao dịch mới và các khối mới cho tất cả các nút ngang hàng Bitcoin. Nhưng mạng rất không hoàn hảo và cố gắng hết sức để chuyển tiếp thông tin này. Tính bảo mật của hệ thống không đến từ sự hoàn hảo của mạng ngang hàng. Thay vào đó, bảo mật đến từ chuỗi khối và giao thức đồng thuận mà chúng tôi đã dành nhiều phần của chương này để nghiên cứu.
Khi chúng tôi nói rằng một giao dịch được bao gồm trong chuỗi khối, ý của chúng tôi thực sự là giao dịch đó đã đạt được nhiều xác nhận. Không cần số lượng xác nhận cố định trước khi chúng tôi đủ thuyết phục về sự bao gồm của giao dịch, nhưng sáu là phương pháp phỏng đoán thường được sử dụng. Giao dịch càng nhận được nhiều xác nhận, bạn càng có thể chắc chắn rằng giao dịch này là một phần của chuỗi đồng thuận. Các khối mồ côi (các khối không lọt vào chuỗi đồng thuận) thường phát sinh. Nhiều lý do khác nhau có thể dẫn đến một khối bị bỏ rơi. Khối có thể chứa một giao dịch không hợp lệ hoặc một nỗ lực chi tiêu gấp đôi. Tình trạng mồ côi cũng có thể chỉ là kết quả của độ trễ mạng. Có nghĩa là, hai người khai thác có thể kết thúc việc tìm kiếm các khối mới chỉ trong vòng vài giây của nhau. Vì vậy, cả hai khối này đã được phát sóng gần như đồng thời trên mạng, và một trong số chúng chắc chắn sẽ bị mồ côi.
Tiếp theo, chúng ta xem xét các câu đố băm và khai thác. Thợ đào là loại nút đặc biệt quyết định cạnh tranh trong trò chơi tạo khối mới này. Họ được khen thưởng cho nỗ lực của họ về cả bitcoin mới được khai thác (phần thưởng khối) và bitcoin hiện có (phí giao dịch), miễn là các thợ đào khác xây dựng trên khối của họ. Một điểm tinh tế nhưng quan trọng: nói rằng Alice và Bob là hai thợ đào khác nhau và Alice có sức mạnh tính toán gấp 100 lần Bob. Điều này không có nghĩa là Alice sẽ luôn thắng trong cuộc đua với Bob để tìm ra khối tiếp theo. Thay vào đó, Alice và Bob có tỷ lệ xác suất tìm thấy khối tiếp theo là 100 trên 1. Về lâu dài, trung bình Bob sẽ tìm được 1 phần trăm số khối mà Alice tìm thấy.
Chúng ta kỳ vọng rằng các thợ đào thường sẽ ở đâu đó gần với mức cân bằng kinh tế theo nghĩa là chi phí họ phải trả về phần cứng và điện sẽ gần bằng phần thưởng mà họ nhận được. Lý do là nếu một người khai thác liên tục thua lỗ, cô ấy có thể sẽ ngừng khai thác. Ngược lại, nếu việc khai thác mang lại rất nhiều lợi nhuận với chi phí phần cứng và điện điển hình, thì nhiều phần cứng khai thác hơn sẽ tham gia vào mạng lưới. Tỷ lệ băm tăng lên sẽ dẫn đến tăng độ khó và phần thưởng dự kiến của mỗi người khai thác sẽ giảm xuống.
Khái niệm về sự đồng thuận phân tán này đã thấm nhuần Bitcoin. Trong một loại tiền tệ truyền thống (fiat), sự đồng thuận phát huy tác dụng ở một mức độ hạn chế. Cụ thể, một quá trình đồng thuận xác định tỷ giá hối đoái của tiền tệ. Điều đó chắc chắn cũng đúng với Bitcoin. Chúng ta cần sự đồng thuận về giá trị của bitcoin. Nhưng đối với Bitcoin, ngoài ra, chúng ta cần có sự đồng thuận về trạng thái của sổ cái, đó là những gì chuỗi khối đạt được. Nói cách khác, ngay cả việc tính toán bao nhiêu bitcoin bạn sở hữu cũng phải tuân theo sự đồng thuận. Khi chúng ta nói rằng Alice sở hữu một lượng hoặc số lượng bitcoin nhất định, ý của chúng ta thực sự là mạng ngang hàng Bitcoin, như được ghi lại trong chuỗi khối, coi tổng tất cả các địa chỉ của Alice sở hữu số bitcoin đó . Đó là bản chất cuối cùng của sự thật trong Bitcoin: quyền sở hữu bitcoin không gì khác hơn là các nút khác đồng ý rằng một bên nhất định sở hữu những bitcoin đó.
Cuối cùng, chúng ta cần sự đồng thuận về các quy tắc của hệ thống, bởi vì đôi khi các quy tắc này phải thay đổi. Hai loại thay đổi được thực hiện đối với các quy tắc của Bitcoin, được gọi là fork mềm và fork cứng. Chúng tôi hoãn thảo luận chi tiết về sự khác biệt đối với Chương 3 và 7.
Khởi đầu tiền điện tử có kết quả
Một khái niệm tinh tế khác là bootstrapping. Một sự tác động lẫn nhau khó khăn diễn ra giữa ba ý tưởng khác nhau trong Bitcoin: tính bảo mật của chuỗi khối, sức khỏe của hệ sinh thái khai thác và giá trị của tiền tệ. Rõ ràng là chúng ta muốn chuỗi khối được bảo mật để Bitcoin trở thành một loại tiền tệ khả thi. Để chuỗi khối được an toàn, đối thủ không được lấn át quá trình đồng thuận. Điều này có nghĩa là đối thủ không thể tạo ra nhiều nút khai thác và giả định 50% hoặc nhiều hơn việc tạo khối mới.
Nhưng khi nào thì những điều kiện này mới được đáp ứng? Điều kiện tiên quyết là có một hệ sinh thái khai thác lành mạnh được tạo thành từ các nút tuân theo giao thức, trung thực. Nhưng điều kiện tiên quyết cho điều đó là gì—khi nào chúng ta có thể chắc chắn rằng nhiều thợ đào sẽ sử dụng nhiều sức mạnh tính toán để tham gia vào cuộc thi giải câu đố bằng băm này? Họ sẽ chỉ nỗ lực nếu tỷ giá hối đoái của bitcoin khá cao, bởi vì phần thưởng mà người khai thác nhận được được tính bằng bitcoin, trong khi chi tiêu của họ bằng đô la. Vì vậy, giá trị của đồng tiền càng cao, những người khai thác này sẽ càng được khuyến khích.
Nhưng điều gì đảm bảo giá trị cao và ổn định của tiền tệ? Điều đó chỉ có thể xảy ra nếu người dùng nói chung tin tưởng vào tính bảo mật của chuỗi khối. Nếu họ tin rằng mạng có thể bị áp đảo bất cứ lúc nào bởi kẻ tấn công, khi đó Bitcoin sẽ không có nhiều giá trị như một loại tiền tệ. Vì vậy, bạn có sự phụ thuộc lẫn nhau xuyên suốt giữa tính bảo mật của chuỗi khối, hệ sinh thái khai thác lành mạnh và tỷ giá hối đoái.
Do tính chất chu kỳ của sự phụ thuộc ba chiều này, sự tồn tại của mỗi cái này được dự đoán dựa trên sự tồn tại của những cái khác. Khi Bitcoin lần đầu tiên được tạo ra, không có điều kiện nào trong ba điều kiện này được đáp ứng. Không có thợ đào nào khác ngoài chính Nakamoto đang chạy phần mềm khai thác (xem Lời nói đầu). Bitcoin không có nhiều giá trị như một loại tiền tệ. Và trên thực tế, chuỗi khối không an toàn vì không có nhiều hoạt động khai thác đang diễn ra và bất kỳ ai cũng có thể dễ dàng áp đảo quá trình này.
Không có lời giải thích đơn giản nào cho việc Bitcoin đã không có bất kỳ thuộc tính nào trong số này thành có cả ba thuộc tính. Sự chú ý của giới truyền thông là một phần của câu chuyện—càng nhiều người nghe về Bitcoin, họ càng quan tâm đến việc khai thác. Và họ càng quan tâm đến việc khai thác, thì mọi người sẽ càng có niềm tin hơn vào tính bảo mật của chuỗi khối, bởi vì khi đó càng có nhiều hoạt động khai thác đang diễn ra, v.v. Ngẫu nhiên, mọi altcoin mới muốn thành công cũng phải giải quyết bằng cách nào đó vấn đề tự kéo nó lên bằng các chiến dịch khởi động của nó.
Cuộc tấn công 51 phần trăm
Cuối cùng, chúng ta hãy xem xét điều gì sẽ xảy ra nếu sự đồng thuận không thành công và trên thực tế có một kẻ tấn công 51% (kẻ kiểm soát phần lớn sức mạnh khai thác trong mạng Bitcoin). Chúng ta sẽ xem xét một loạt các cuộc tấn công có thể xảy ra và xem những cuộc tấn công nào thực sự có thể được thực hiện bởi những kẻ tấn công như vậy.
Trước hết, kẻ tấn công này có thể ăn cắp tiền từ một địa chỉ hiện có không? Như bạn có thể đã đoán, câu trả lời là không, bởi vì việc ăn cắp từ một địa chỉ hiện có là không thể thực hiện được trừ khi bạn phá vỡ mật mã. Nó không đủ để phá vỡ quá trình đồng thuận. Điều này không hoàn toàn hiển nhiên. Giả sử kẻ tấn công 51% tạo ra một khối không hợp lệ có chứa một giao dịch không hợp lệ cố gắng ăn cắp bitcoin từ một địa chỉ hiện có mà kẻ tấn công không kiểm soát và chuyển chúng đến địa chỉ của chính mình. Kẻ tấn công có thể giả vờ rằng đó là một giao dịch hợp lệ và tiếp tục xây dựng trên khối này. Anh ta thậm chí có thể thành công trong việc biến khối này thành một phần của nhánh dài nhất. Nhưng các nút khác, trung thực chỉ đơn giản là sẽ không chấp nhận khối này với một giao dịch không hợp lệ và sẽ tiếp tục khai thác dựa trên khối hợp lệ cuối cùng mà chúng tìm thấy trong mạng. Vì vậy, một ngã ba trong chuỗi sẽ xảy ra.
Bây giờ hãy tưởng tượng điều này theo quan điểm của kẻ tấn công, kẻ đang cố gắng tiêu những đồng tiền không hợp lệ này và gửi chúng cho một số thương gia Bob như một khoản thanh toán cho hàng hóa hoặc dịch vụ. Bob có lẽ đang tự mình điều hành một nút Bitcoin và nó sẽ là một nút trung thực. Nút của Bob sẽ từ chối nhánh đó là không hợp lệ, vì nó chứa một giao dịch không hợp lệ. Nó đã được xác định là không hợp lệ, vì các chữ ký không được kiểm tra. Vì vậy, nút của Bob sẽ đơn giản bỏ qua nhánh dài nhất, vì đó là nhánh không hợp lệ. Và bởi vì vậy, lật đổ sự đồng thuận là không đủ. Bạn phải phá vỡ mật mã để ăn cắp bitcoin. Vì vậy, chúng tôi kết luận rằng cuộc tấn công này là không thể đối với kẻ tấn công 51%.
Lưu ý rằng đây chỉ là một thử nghiệm suy nghĩ. Trên thực tế, nếu có các dấu hiệu thực sự của một cuộc tấn công 51%, điều có thể xảy ra là các nhà phát triển sẽ nhận thấy nó và phản ứng. Họ sẽ cập nhật phần mềm Bitcoin và chúng ta có thể mong đợi rằng các quy tắc của hệ thống, bao gồm cả mạng ngang hàng, có thể thay đổi để khiến cuộc tấn công này khó thành công hơn. Nhưng chúng ta không thể đoán trước được điều đó. Vì vậy, chúng ta đang làm việc trong một mô hình đơn giản hóa, nơi một cuộc tấn công 51% xảy ra, nhưng không có thay đổi hoặc điều chỉnh nào được thực hiện đối với các quy tắc của hệ thống.
Hãy xem xét một cuộc tấn công khác. Kẻ tấn công 51% có thể ngăn chặn một số giao dịch không? Giả sử có một số người dùng, Carol, người mà kẻ tấn công thực sự không thích. Kẻ tấn công biết một số địa chỉ của Carol và muốn đảm bảo rằng không có đồng xu nào thuộc bất kỳ địa chỉ nào trong số đó có thể được tiêu. Điều đó có thể không? Vì anh ta kiểm soát quá trình đồng thuận của chuỗi khối, kẻ tấn công có thể chỉ cần từ chối tạo bất kỳ khối mới nào có chứa các giao dịch từ một trong các địa chỉ của Carol. Kẻ tấn công có thể từ chối xây dựng trên các khối có chứa các giao dịch như vậy. Tuy nhiên, anh ta không thể ngăn các giao dịch này được truyền phát tới mạng ngang hàng, bởi vì mạng không phụ thuộc vào chuỗi khối hoặc sự đồng thuận và chúng ta giả định rằng kẻ tấn công không hoàn toàn kiểm soát mạng. Kẻ tấn công không thể ngăn các giao dịch tiếp cận phần lớn các nút, vì vậy ngay cả khi cuộc tấn công thành công, ít nhất sẽ có thể thấy rõ rằng cuộc tấn công đang xảy ra.
Kẻ tấn công có thể thay đổi phần thưởng khối không? Đó là, kẻ tấn công có thể bắt đầu giả vờ rằng phần thưởng khối là, thay vì 25 bitcoin, chẳng hạn như 100 bitcoin? Đây là một sự thay đổi đối với các quy tắc của hệ thống và bởi vì kẻ tấn công không kiểm soát các bản sao của phần mềm Bitcoin mà tất cả các nút trung thực đang chạy, điều này cũng không thể thực hiện được. Lý do tương tự như giải thích tại sao kẻ tấn công không thể bao gồm các giao dịch không hợp lệ. Các nút khác chỉ đơn giản là sẽ không công nhận sự gia tăng của phần thưởng khối và do đó kẻ tấn công sẽ không thể sử dụng chúng.
Cuối cùng, liệu kẻ tấn công có thể bằng cách nào đó phá hủy niềm tin vào Bitcoin? Hãy tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra. Nếu có nhiều nỗ lực chi tiêu gấp đôi, các tình huống trong đó các nút không mở rộng nhánh hợp lệ dài nhất và các cuộc tấn công cố gắng khác, thì mọi người có thể sẽ quyết định rằng Bitcoin không còn hoạt động như một sổ cái phi tập trung mà họ có thể tin tưởng. Họ sẽ mất niềm tin vào tiền tệ và chúng ta có thể mong đợi rằng tỷ giá hối đoái của Bitcoin sẽ giảm mạnh. Trên thực tế, nếu biết rằng một bên kiểm soát 51% sức mạnh băm, thì có thể mọi người sẽ mất niềm tin vào Bitcoin ngay cả khi kẻ tấn công không nhất thiết phải cố gắng thực hiện bất kỳ cuộc tấn công nào. Vì vậy, không chỉ có khả năng mà trên thực tế, một kẻ tấn công 51% dưới bất kỳ hình thức nào sẽ phá hủy niềm tin vào tiền tệ. Thật, đây là mối đe dọa thực tế chính nếu một cuộc tấn công 51% thành hiện thực. Xem xét số tiền mà đối thủ sẽ phải bỏ ra để tấn công Bitcoin và đạt được đa số 51%, không có cuộc tấn công nào khác mà chúng tôi đã mô tả thực sự có ý nghĩa từ quan điểm tài chính.
Hy vọng rằng tại thời điểm này, bạn đã hiểu cách phi tập trung đạt được trong Bitcoin. Bạn nên nắm rõ cách thức hoạt động của danh tính trong Bitcoin, cách giao dịch được lan truyền và xác thực, vai trò của mạng ngang hàng trong Bitcoin, cách chuỗi khối được sử dụng để đạt được sự đồng thuận cũng như cách hoạt động của các câu đố băm và khai thác. Những khái niệm này cung cấp một nền tảng vững chắc và một điểm khởi động tốt để hiểu rất nhiều chi tiết và sắc thái tinh tế hơn của Bitcoin, mà chúng ta sẽ xem trong các chương tiếp theo.