DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT API - Application Programing Interface – Giao diện lập trình ứng dụng BTC – Bitcoin – Một loại tiền số ECDSA – Elliptic Curve Digital Signature Algorith
Mục tiêu đồ án
Mục tiêu của đồ án này là phát triển một tài liệu nghiên cứu chất lượng và hấp dẫn về công nghệ Blockchain, nhằm cung cấp cái nhìn sâu sắc và thông tin hữu ích cho độc giả.
- Hiểu sâu hơn về lý thuyết và các yếu tố cơ bản của công nghệ Blockchain, bao gồm hàm băm, chữ ký số và các khái niệm liên quan.
Khám phá các kỹ thuật quan trọng trong Blockchain, bao gồm cấu trúc phi tập trung, tính toán tin cậy, và bằng chứng công việc, cùng với những đặc tính nổi bật của công nghệ này.
- Phân loại các loại hệ thống Blockchain khác nhau và hiểu rõ về cách chúng hoạt động.
Công nghệ Blockchain đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nổi bật nhất là tiền số và hợp đồng thông minh Sự phát triển của tiền số đã mở ra những cơ hội mới trong giao dịch tài chính, trong khi hợp đồng thông minh giúp tự động hóa các thỏa thuận mà không cần trung gian Ngoài ra, Blockchain còn có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác, từ quản lý chuỗi cung ứng đến bảo mật dữ liệu.
- Tìm hiểu về tiền số, mô hình tiền số Bitcoin, độ an toàn của tiền số và tiềm năng phát triển của nó.
Chúng tôi mong rằng dự án này sẽ giúp bạn nắm bắt sâu sắc về công nghệ Blockchain và khám phá những ứng dụng tiềm năng của nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Giới hạn đề tài
Đồ án này không đi sâu vào các chi tiết kỹ thuật của hệ thống Blockchain, cũng như không đề cập nhiều đến các ứng dụng ngoài tiền số và hợp đồng thông minh Chúng tôi tập trung vào những khía cạnh chính của công nghệ này.
- Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Blockchain.
- Tập trung vào lý thuyết và các khái niệm cơ bản về Blockchain như hàm băm, chữ ký số, và các tính chất của nó.
Blockchain sử dụng cấu trúc phi tập trung để tăng cường tính bảo mật và minh bạch Tính toán tin cậy trong hệ thống giúp đảm bảo dữ liệu không bị thay đổi Bằng chứng công việc là một cơ chế quan trọng trong việc xác thực giao dịch, ngăn chặn gian lận Những đặc tính nổi bật của Blockchain, như tính bất biến và khả năng truy xuất nguồn gốc, làm cho công nghệ này trở nên đáng tin cậy trong nhiều ứng dụng.
- Đánh giá và phân loại các loại hệ thống Blockchain khác nhau.
- Tìm hiểu về các ứng dụng phổ biến của công nghệ Blockchain, bao gồm tiền số và hợp đồng thông minh.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN 2.1 Giới thiệu
Nền tảng lý thuyết
Công nghệ Blockchain dựa trên hai nền tảng kỹ thuật chính là hàm băm và chữ ký số, trong đó mỗi người dùng sở hữu một cặp khóa gồm khóa bí mật và khóa công khai Khóa bí mật được giữ kín và sử dụng để ký kết các giao dịch, trong khi chữ ký số được phát đi trên toàn mạng Quá trình này gồm hai giai đoạn: ký kết và xác minh Khi người dùng A muốn gửi thông báo cho B, A sẽ mã hóa dữ liệu bằng khóa bí mật và gửi cho B cả kết quả mã hóa lẫn dữ liệu gốc Giai đoạn xác minh diễn ra khi B sử dụng khóa công khai của A để xác nhận giao dịch.
B có thể dễ dàng kiểm tra xem dữ liệu có bị giả mạo hay không.
Hàm băm là công cụ chuyển đổi thông tin thành đoạn mã, giúp phát hiện ngay lập tức mọi nỗ lực gian lận trên blockchain, vì giá trị băm mới không khớp với thông tin cũ Nhờ đó, ngành khoa học bảo mật thông tin, cần thiết cho mã hóa, mua sắm trực tuyến và ngân hàng, trở thành công cụ hiệu quả cho giao dịch mở.
Hàm băm (hash function) là một thuật toán quan trọng, được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu có kích thước bất kỳ thành một giá trị “băm” với kích thước cố định Giá trị băm này, còn được gọi là mã băm, đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo mật và quản lý dữ liệu.
“đại diện thông điệp” hay “đại diện bản tin”.
Hàm băm là một loại hàm một chiều, có nghĩa là mỗi giá trị băm được tạo ra là duy nhất Từ giá trị băm này, việc suy ngược để tìm ra nội dung hoặc độ dài của thông điệp gốc là rất khó khăn.
Các hàm băm MD như MD2, MD4 và MD5, do Rivest phát triển, có đầu ra dài 128 bit MD4 được giới thiệu vào năm 1990, và một năm sau, phiên bản mạnh hơn là MD5 được ra mắt Chuẩn hàm băm an toàn SHA, phức tạp hơn, cũng dựa trên các phương pháp tương tự và được công bố trong Hồ sơ Liên bang.
1992 và được chấp nhận làm tiêu chuẩn vào năm 1993 do Viện Tiêu Chuẩn và Công Nghệ Quốc Gia (NIST), kết quả đầu ra có độ dài 160 bit.
Hàm băm là hàm một chiều (One-way Hash) với các đặc tính sau:h
1 Với thông điệp đầu vào (bản tin gốc) x, chỉ thu được giá trị duy nhất z = h(x)
2 Nếu dữ liệu trong bản tin bị thay đổi hay bị xóa để thành bản tin x’, thì giáx trị băm h(x’) ≠ h(x) Cho dù chỉ là một sự thay đổi nhỏ, ví dụ chỉ thay đổi 1 bit dữ liệu của bản tin gốc , thì giá trị băm x h(x) của nó cũng vẫn thay đổi Điều này có nghĩa là: hai thông điệp khác nhau, thì giá trị băm của chúng cũng khác nhau
3 Nội dung của bản tin gốc “khó” thể suy ra từ giá trị hàm băm của nó Nghĩa là: với thông điệp thì “dễ” tính đượcx z = h(x), nhưng lại “khó” tính ngược lại được x nếu chỉ biết giá trị băm h(x) (Kể cả khi biết hàm băm h).
Hàm băm được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực tế, dưới đây là một số ứng dụng nổi bật của hàm băm được sử dụng phổ biến:
Để đảm bảo dữ liệu không bị sửa đổi, A gửi tài liệu X cho B kèm theo giá trị băm và thuật toán băm Khi nhận tài liệu X, B sử dụng thuật toán băm để băm lại X và so sánh với giá trị băm mà A đã gửi Nếu hai giá trị băm không trùng khớp, điều này chứng tỏ tài liệu X đã bị chỉnh sửa.
Hàm băm hỗ trợ các thuật toán chữ ký số bằng cách tạo ra đại diện cho tài liệu, cho phép ký số trên đại diện này thay vì ký trực tiếp lên tài liệu gốc có dung lượng lớn Điều này giúp tăng tốc độ thực hiện của thuật toán ký, rút ngắn thời gian xử lý đáng kể.
Bảng băm là một cấu trúc dữ liệu hiệu quả, giúp tổ chức, lưu trữ và tìm kiếm dữ liệu một cách nhanh chóng và thuận tiện.
Chữ ký số là một thông điệp dữ liệu được mã hóa, nhằm xác thực người gửi thông điệp Quá trình ký và xác nhận bắt đầu khi người gửi sử dụng hàm băm để biến đổi thông điệp gốc thành một bản tóm tắt Sau đó, bản tóm tắt này được mã hóa bằng khóa bí mật của người gửi để tạo thành chữ ký số Chữ ký số này được gắn kèm với thông điệp và gửi đến người nhận Khi nhận được, người nhận sử dụng khóa công khai để giải mã chữ ký số và tạo bản tóm tắt từ thông điệp nhận được Bằng cách so sánh hai bản tóm tắt, người nhận có thể xác định tính xác thực của chữ ký số và đảm bảo rằng thông điệp không bị thay đổi trong quá trình truyền tải.
Nhãn thời gian là một công cụ quan trọng, xác định thời điểm ký và quy định rằng sau một khoảng thời gian nhất định, chữ ký gốc sẽ không còn hiệu lực.
Hình 2.1 Mô hình thực hiện chữ ký số
Chữ ký số đóng vai trò quan trọng trong ngành mật mã học và đã được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu, bao gồm cả Việt Nam So với chữ ký tay, chữ ký số mang lại sự nhanh chóng và hiệu quả cho cá nhân và doanh nghiệp trong việc ký kết tài liệu Một số ứng dụng thực tế của chữ ký số bao gồm việc xác thực giao dịch điện tử và ký hợp đồng trực tuyến.
Trong chính quyền điện tử, cá nhân và doanh nghiệp không cần phải đến cơ quan nhà nước để nộp giấy tờ hay ký kết tài liệu Thay vào đó, họ có thể thực hiện việc ký và gửi tài liệu hoàn toàn qua hệ thống máy tính Hiện nay, ngành thuế Việt Nam đã cho phép việc gửi tài liệu kê khai thuế trực tuyến bằng cách sử dụng chữ ký số.
Chữ ký số đang trở thành giải pháp hiệu quả trong việc ký kết hợp đồng, giúp tiết kiệm thời gian cho các bên liên quan, đặc biệt khi họ ở xa nhau về mặt địa lý Việc xác thực chữ ký của các bên thông qua các thuật toán kiểm tra chữ ký không chỉ đơn giản hóa quy trình mà còn đảm bảo tính chính xác và an toàn Tiềm năng của chữ ký số trong tương lai hứa hẹn sẽ mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác như bỏ phiếu điện tử và y tế điện tử, mang lại nhiều lợi ích cho xã hội.
Các kỹ thuật chính
Công nghệ blockchain tương tự như cơ sở dữ liệu nhưng khác biệt ở cách tương tác Để hiểu rõ về blockchain, cần nắm vững năm khái niệm chính: chuỗi khối, cơ chế đồng thuận phi tập trung, tính toán tin cậy, hợp đồng thông minh và bằng chứng công việc Những khái niệm này tạo nền tảng cho việc phát triển các ứng dụng phân tán.
Hình 2.2 Cấu trúc dữ liệu của Blockchain
2.3.1 Cấu trúc phi tập trung
Công nghệ Blockchain hoạt động theo cơ chế phi tập trung, trái ngược với mô hình truyền thống nơi cơ sở dữ liệu tập trung được sử dụng để quản lý và xác thực giao dịch Không cần đến các tổ chức trung gian, Blockchain cho phép các nút tự kiểm tra và quản lý thông tin, tạo ra sự tin tưởng giữa các nút Các giao dịch được lưu trữ trong các khối (block) và được liên kết với nhau để hình thành chuỗi khối (blockchain) Đặc điểm phi tập trung này là yếu tố quan trọng nhất của công nghệ Blockchain.
Hình 2.3 Cấu trúc của block gốc trong blockchain
Mỗi block trong Blockchain bao gồm các thành phần sau:
Index (Block #): Thứ tự của block (block gốc có thứ tự 0)
Hash: Giá trị băm của block
Previous Hash: Giá trị băm của block trước
Timestamp: Thời gian tạo của block
Data: Thông tin lưu trữ trong block
Nonce: Giá trị biến thiên để tìm ra giá trị băm thỏa mãn yêu cầu của mỗi Blockchain.
Giá trị băm (Hash) sẽ băm toàn bộ các thông tin cần thiết như timestamp, previous hash, index, data, nonce
Khi một block mới được thêm vào, giá trị “Previous Hash” của block đó sẽ là giá trị băm của block trước nó Blockchain sẽ tìm kiếm block gần nhất để lấy giá trị index và previous hash Cách tính block tiếp theo sẽ được thực hiện dựa trên các thông tin này.
Timestamp: thời gian block được tạo ra • Data: dữ liệu lưu trữ trong block
Timestamp: thời gian block được tạo ra • Data: dữ liệu lưu trữ trong block
Timestamp: thời gian block được tạo ra
Data: dữ liệu lưu trữ trong block
Để tìm giá trị "nonce" phù hợp, ta cần tạo ra một giá trị băm Hash thỏa mãn điều kiện của Blockchain, cụ thể là có 4 số 0 ở đầu Số lượng số 0 này được gọi là độ khó của mạng lưới.
“difficulty” Mã giả của hàm kiểm tra giá trị Hash có thỏa mãn điều kiện hay không được viết như sau:
Hình 2.4 Hàm kiểm tra giá trị hash
Công việc trên cũng được gọi là bằng chứng công việc (Proof of Work) Quá trình tìm kiếm giá trị Nonce được thực hiện bằng mã giả sau:
Hình 2.5 Bằng chứng công việc giá trị nonce
Mạng blockchain lưu trữ dữ liệu trên tất cả các nút, giúp loại bỏ rủi ro từ việc lưu trữ dữ liệu tập trung Không có điểm tập trung dễ bị tổn thương, do đó hệ thống không có điểm dừng hoạt động Sự dừng hoạt động của bất kỳ nút nào trong mạng sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động tổng thể của hệ thống.
• Index (Block #): Thứ tự của block (block gốc có thứ tự 0)
• Hash: Giá trị băm của block
• Previous Hash: Giá trị băm của block trước
• Timestamp: Thời gian tạo của block
• Data: Thông tin lưu trữ trong block
• Nonce: Giá trị biến thiên để tìm ra giá trị băm thỏa mãn yêu cầu của mỗi
Mỗi nút trong mạng đều lưu trữ một bản sao toàn bộ blockchain, và chất lượng dữ liệu phụ thuộc vào sự đồng bộ liên tục giữa các nút Tất cả các nút có độ tin cậy như nhau, không có nút nào ưu việt hơn Hệ thống cho phép trao đổi dữ liệu mà không cần sự tin tưởng giữa các nút Quy chế hoạt động và nội dung dữ liệu của hệ thống đều công khai và minh bạch.
Vì vậy, các nút không thể giả mạo các quy tắc và thời gian do hệ thống chỉ định.
Bằng chứng công việc (proof of work) trong mạng blockchain là một thử thách dành cho các nút, yêu cầu chúng tìm ra các block mới bằng cách xác định giá trị băm đáp ứng điều kiện nhất định Điều kiện này, được gọi là "difficulty", xác định số lượng chữ số 0 đứng trước giá trị băm.
Cơ chế đồng thuận phân quyền (decentralized consensus)
Cơ chế này trái ngược với mô hình cổ điển của việc đồng thuận tập trung, nơi một cơ sở dữ liệu duy nhất quản lý xác thực giao dịch Thay vào đó, sơ đồ phi tập trung chuyển giao quyền lực và sự tin tưởng cho một mạng lưới ảo, cho phép các nút trong mạng lưu trữ liên tục các giao dịch trên một khối công khai, tạo thành chuỗi khối (blockchain) độc nhất Mỗi khối mới chứa giá trị băm của khối trước đó, sử dụng mã hóa để đảm bảo tính xác thực của nguồn giao dịch và loại bỏ sự cần thiết của bên trung gian Sự kết hợp giữa mã hóa và công nghệ blockchain đảm bảo rằng không có giao dịch nào được thực hiện hai lần.
Bảo trì tập thể (collective maintainance)
Khối dữ liệu trong hệ thống được duy trì bởi tất cả các nút, đảm bảo chức năng bảo trì toàn bộ hệ thống Mọi nút đều có khả năng ghi khối vào blockchain, và bất kỳ ai cũng có thể tham gia vào hệ thống này.
Tính bảo mật và độ tin cậy
Khi không kiểm soát được 51% số nút trong mạng, dữ liệu trên Blockchain sẽ an toàn và không thể bị sửa đổi Sự tham gia của nhiều nút có khả năng tính toán mạnh mẽ sẽ nâng cao độ bảo mật cho dữ liệu trong hệ thống.
Công nghệ blockchain được phát triển dưới dạng mã nguồn mở, cho phép mọi người truy cập dữ liệu một cách công khai Thông tin cá nhân được mã hóa bởi các doanh nghiệp, nhưng dữ liệu blockchain có thể được tìm kiếm và sử dụng bởi bất kỳ ai Hệ thống này không chỉ minh bạch mà còn mở ra cơ hội cho việc phát triển các ứng dụng liên quan.
Phân loại các hệ thống Blockchain
Phân chia theo tính công khai, các hệ thống Blockchain hiện tại được chia làm
Có ba loại blockchain: công khai, bí mật và liên kết Blockchain công khai cho phép mọi người tham gia và xem tất cả dữ liệu, trong khi blockchain liên kết chỉ cho phép các nút được chỉ định tham gia Đối với blockchain bí mật, chỉ các nút thuộc về một tổ chức cụ thể mới được phép truy cập và tham gia vào mạng.
Các ứng dụng điển hình của công nghệ Blockchain
Blockchain được thiết kế với hệ thống lưu trữ phân cấp và khả năng chịu lỗi cao, đảm bảo tính an toàn cho dữ liệu Công nghệ này lý tưởng để ghi lại các sự kiện, hồ sơ y tế, xử lý giao dịch, công chứng, danh tính và chứng minh nguồn gốc Ngoài ra, Blockchain còn có tiềm năng lớn trong việc ngăn chặn việc thay đổi dữ liệu và giải quyết các vấn đề thiếu minh bạch trong thương mại toàn cầu.
2.5.1 Ứng dụng Blockchain trong tiền số
Blockchain không chỉ là nền tảng của Bitcoin, mà còn là công nghệ cốt lõi giúp các đồng tiền số khác hoạt động hiệu quả Điều này cho thấy rằng, những đồng tiền chưa chứng minh được sự sở hữu công nghệ Blockchain cần phải được xem xét với sự nghi ngờ về tính hợp pháp của chúng Trong chương tiếp theo, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết về cách thức hoạt động của tiền số.
2.5.2 Ứng dụng Blockchain trong hợp đồng thông minh (Smart Contracts)
Hợp đồng thông minh (Smart Contract) là công nghệ cho phép tự động hóa điều khoản và thực thi thỏa thuận thông qua hệ thống máy tính dựa trên Blockchain Quá trình này hoàn toàn tự động, không cần sự can thiệp từ bên ngoài Một số ứng dụng tiêu biểu của hợp đồng thông minh bao gồm xe tự lái, hợp đồng thuê nhà dạng chìa khóa trao tay và thu phí bảo hiểm, cho thấy tiềm năng của nó trong việc định hình hoạt động kinh doanh và đời sống con người trong tương lai.
Smart Contract mang lại hiệu quả cao hơn so với hợp đồng truyền thống, đồng thời giảm thiểu chi phí giao dịch không cần thiết cho các bên Các điều khoản của Smart Contract tương tự như một hợp đồng pháp lý, được lập trình và không thể thay đổi.
Mục tiêu chính của Smart Contract là tạo điều kiện cho hai bên có thể thực hiện giao dịch trực tuyến mà không cần xác định danh tính, đồng thời loại bỏ sự cần thiết của trung gian.
Sự khác biệt giữa Truyền thống và hiện đại
Hợp đồng truyền thống thường được soạn thảo bởi các chuyên gia pháp lý với nhiều tài liệu phức tạp và cần sự chứng thực của bên thứ ba, gây tốn thời gian và dễ xảy ra lừa đảo Khi xảy ra sự cố, việc giải quyết phụ thuộc vào tư pháp, dẫn đến chi phí cao và có thể gây ra mâu thuẫn nghiêm trọng.
Smart Contract là hợp đồng thông minh được tạo ra bằng ngôn ngữ lập trình trên hệ thống máy tính, với các điều khoản và hình phạt tương tự như hợp đồng truyền thống Điểm khác biệt là Smart Contract hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người, đảm bảo tính chính xác và công bằng trong việc thực thi Tất cả mã nguồn của Smart Contract được lưu trữ và thực hiện trên hệ thống sổ cái phân tán của Blockchain.
Dựa trên công nghệ Blockchain, Smart Contract mang lại mức độ tin cậy cao trong thỏa thuận và thực thi Ứng dụng của Smart Contract có khả năng thay đổi cách nhìn nhận của con người về các mối quan hệ ràng buộc, đặc biệt là trong lĩnh vực kinh doanh, nơi điều này trở nên vô cùng cần thiết.
2.5.3 Một số ứng dụng nổi bật khác
Maersk, công ty vận tải biển lớn nhất thế giới, đã hoàn tất thử nghiệm ứng dụng blockchain để theo dõi hàng hóa, với sự tham gia của đại diện Hải quan Hà Lan và Bộ An Ninh Nội Địa Hoa Kỳ Công nghệ blockchain mang lại độ tin cậy cao nhờ vào chữ ký điện tử, giúp giảm thiểu khả năng bỏ sót hoặc gian lận hàng hóa trong quá trình vận chuyển, đồng thời rút ngắn thời gian trung chuyển hàng hóa.
Ngành ngân hàng, mặc dù phức tạp, vẫn gặp phải vấn đề với các hệ thống chậm chạp, mất nhiều thời gian để xác nhận giao dịch như bán cổ phiếu hay chuyển tiền Tuy nhiên, sự kiện Barclays thực hiện giao dịch xuất khẩu bơ bằng công nghệ blockchain vào năm 2016 đã mở ra hướng đi mới cho ngành này Các ngân hàng lớn đang lên kế hoạch sử dụng blockchain để cải cách hệ thống SWIFT, nhằm cải thiện tốc độ và hiệu quả trong các giao dịch liên ngân hàng toàn cầu.
Walmart, doanh nghiệp tiên phong trong việc ứng dụng blockchain, đã bắt đầu sử dụng công nghệ này từ năm 2016 để theo dõi nguồn lợn nhập khẩu từ Trung Quốc Gần đây, vào tháng 8, một nhóm nông dân tại Arkansas đã in mã QR trên thùng đựng thịt gà nhằm theo dõi giao dịch Những ứng dụng này không chỉ giúp nhà cung cấp giảm thiểu thực phẩm hư hỏng mà còn ngăn chặn sự lây lan của bệnh dịch.
Tất cả các thỏa thuận từ bán nhà đến hợp đồng lao động đều cần sự tham gia của luật sư và tòa án Hiện nay, nhiều công ty đang thử nghiệm hợp đồng thông minh, ứng dụng công nghệ blockchain, nhằm giảm thiểu thủ tục Hệ thống này sẽ lưu trữ chìa khóa an toàn của người cho thuê và tiền của người thuê; nếu thời hạn giao nhận không khớp, hợp đồng sẽ không được thực thi Mặc dù các luật sư có thể chưa lo lắng vì hợp đồng thông minh vẫn còn mới lạ, nhưng điều này có thể thay đổi sớm, đặc biệt khi các tiểu bang như Arizona thông qua luật công nhận hợp đồng thông minh là hợp lệ.
Ngành quản trị nhân lực
Quản lý thông tin là yếu tố then chốt để đạt được thành công trong lĩnh vực nhân sự Tính xác thực của thông tin nguồn nhân lực ảnh hưởng lớn đến chi phí và hiệu quả quản lý Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ di động và Internet đã làm gia tăng các rủi ro liên quan đến sai sót thông tin, gây thiệt hại kinh tế cho doanh nghiệp Nghiên cứu về Blockchain đã dẫn đến việc phát triển các mô hình kết hợp công nghệ mã hóa truyền thống với Internet, nhằm xây dựng một hệ thống quản lý thông tin nhân sự hiệu quả, từ đó giảm chi phí cho doanh nghiệp.
Công nghệ blockchain, được xây dựng dựa trên hàm băm và chữ ký số, đảm bảo tính an toàn cao cho dữ liệu Những đặc tính nổi bật của blockchain mang lại tác động đáng kể đến nhiều ngành công nghiệp khác nhau Đây là công nghệ hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng thực tế và nhiều lĩnh vực khác, và sự phát triển này chỉ mới bắt đầu.
TIỀN SỐ 3.1 Tiền số
Giới thiệu
Tiền số, tương tự như tiền giấy truyền thống, là một loại tiền tệ thể hiện tài sản của người sở hữu, cho phép thực hiện giao dịch và chuyển nhượng quyền sở hữu một cách linh hoạt Loại tiền tệ này có thể được sử dụng để mua sắm hàng hóa và dịch vụ trong một cộng đồng nhất định Đặc điểm nổi bật của tiền số là nó không tồn tại dưới dạng vật lý mà được lưu trữ trên hệ thống mạng máy tính.
Bitcoin và công nghệ blockchain sở hữu những đặc điểm nổi bật giúp chúng trở thành giải pháp lý tưởng cho việc xử lý thanh toán Được xây dựng trên nền tảng mạng ngang hàng (P2P), chúng cho phép lưu trữ và thực hiện giao dịch một cách hiệu quả Tính phi tập trung của Bitcoin, nhờ vào blockchain, hỗ trợ các giao dịch tự trị mà không cần sự can thiệp của bên thứ ba Thêm vào đó, việc tạo tài khoản mới rất đơn giản và nhanh chóng; mỗi thiết bị có thể dễ dàng sở hữu một tài khoản riêng chỉ trong vài giây, mà không liên kết trực tiếp với bất kỳ cá nhân nào.
Chúng ta cần phân biệt giữa tiền ảo và tiền số Tiền ảo là loại tiền không có giá trị thực và không được bảo lãnh bởi tài sản có giá trị như tiền mặt hay vàng, thường được sử dụng trong các trò chơi điện tử như "sò" của Garena hay "Gxu", "vàng", "KNB" của Gamota Ngược lại, tiền số là tiền có giá trị thực, được tạo ra từ các thuật toán mã hóa phức tạp và có thể được giao dịch qua internet mà không cần tổ chức trung gian hay quốc gia nào.
Hiện nay, trên toàn cầu có nhiều loại tiền số khác nhau, chủ yếu sử dụng công nghệ blockchain Bitcoin (BTC) là loại tiền số hàng đầu, bên cạnh đó còn có các đồng tiền số giá trị cao khác như Ethereum (ETH) và Litecoin (LTC) được thị trường công nhận như phương tiện thanh toán Tiền số đảm bảo ba yếu tố quan trọng: tính bảo mật, tính minh bạch và khả năng phân quyền.
• Được nhiều người chấp nhận và được sử dụng để thanh toán, trao đổi hàng hóa, dịch vụ
• Có thể chuyển đổi sang các loại tiền tệ khác một cách nhanh chóng
• Việc phát hành cũng tuân theo một số quy tắc nhằm đảm bảo không gây ra lạm phát làm giảm giá trị của đồng tiền.
Tiền số được xem là một loại tiền tệ, và việc sở hữu nó tương đương với việc nắm giữ một tài sản Sự phát triển của tiền số phản ánh xu hướng tất yếu trong tiến trình tiến hóa của tiền tệ và công nghệ.
Mô hình tiền số Bitcoin
Bitcoin là một loại tiền số dựa trên công nghệ blockchain, hoạt động như một sổ cái phân quyền để theo dõi tất cả giao dịch và số dư tài khoản Được giới thiệu vào năm 2008 bởi Satoshi Nakamoto, Bitcoin đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực giao dịch tài chính, cho phép thực hiện giao dịch mà không cần sự kiểm soát từ bất kỳ ai, đồng thời bảo đảm rằng thuật toán và phương thức vận hành không thể bị thay đổi Thông tin chi tiết về dự án Bitcoin có thể được tìm thấy trên trang web chính thức của nó.
Bitcoin có những ưu điểm đáng kể sau:
Giao dịch BTC mang lại sự thuận tiện nhờ vào giao thức P2P, cho phép tiền được chuyển trực tiếp từ người gửi đến người nhận mà không cần qua bên thứ ba, từ đó giúp các giao dịch diễn ra nhanh chóng và hiệu quả.
An toàn và bảo mật: Mỗi giao dịch đều được thực hiện và ẩn danh người gửi và người nhận.
Không thể bị làm giả: BTC không hiện hữu dưới dạng vật chất nên không thể bị làm giả.
Chi phí giao dịch thấp: Mỗi giao dịch chỉ mất phí xử lý giao dịch, không mất một khoản phí trung gian nào
Bảo vệ môi trường: Hệ thống máy tính xử lý bitcoin tốn ít tài nguyên hơn nhiều so với hệ thống tài chính in tiền truyền thống
Thương mại điện tử đang ngày càng phát triển với tiềm năng lớn, tuy nhiên, mọi giao dịch bằng BTC đều không thể hoàn trả, điều này tạo ra cả lợi ích và hạn chế riêng cho người dùng.
Để sử dụng Bitcoin (BTC), người dùng cần có kỹ năng sử dụng các thiết bị công nghệ như máy tính và điện thoại Điều này có thể là một trở ngại lớn đối với những người ít quen thuộc với công nghệ, khiến họ gặp khó khăn trong việc tiếp cận và sử dụng đồng tiền này.
Tội phạm rửa tiền đang gia tăng với sự phát triển của tiền điện tử, đặc biệt là Bitcoin, nhờ vào tính ẩn danh mà nó cung cấp Cả người gửi và người nhận đều khó bị phát hiện, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng Bitcoin như một phương thức giao dịch cho các hoạt động rửa tiền.
Trên thế giới có nhiều quốc gia đã chấp nhận và ủng hộ đồng tiền BTC, tuy nhiên một số nơi vẫn không chấp nhận đồng tiền này.
Để hiểu rõ cách thức hoạt động của đồng tiền số BTC, chúng ta cần tìm hiểu chi tiết về ba vấn đề quan trọng liên quan đến nó.
Bitcoin được sinh ra như thế nào?
• BTC được lưu trữ như thế nào?
• Cách một giao dịch BTC được thực hiện
• Bitcoin được sinh ra như thế nào?
• BTC được lưu trữ như thế nào?
• Cách một giao dịch BTC được thực hiện.
Bitcoin được sinh ra như thế nào?
BTC được lưu trữ như thế nào?
Cách một giao dịch BTC được thực hiện.
Trong hệ thống tiền tệ truyền thống, tiền được sản xuất từ vật chất, trong khi Bitcoin (BTC) là một loại tiền số hoạt động dựa trên mạng lưới máy tính Mỗi máy tính trong mạng này được gọi là nút (node) và thực hiện việc "đào" BTC thông qua các phép toán tính toán Những nút này còn được gọi là "thợ mỏ", và chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về cách thức hoạt động của mạng Bitcoin.
Giao dịch bitcoin diễn ra liên tục trên mạng, không thể xác định nguồn gốc và điểm đến của giao dịch Mạng bitcoin bảo vệ tính ẩn danh này bằng cách tập hợp các giao dịch trong một khoảng thời gian nhất định Các nút trong mạng thực hiện nhiệm vụ giải bài toán PoW để tạo ra block mới và cập nhật vào blockchain.
Sổ cái là một blockchain cho phép tra cứu mọi giao dịch của bất kỳ địa chỉ bitcoin nào tại bất kỳ thời điểm nào Mỗi khi một block mới được tạo ra, nó sẽ được thêm vào blockchain, tạo thành danh sách ngày càng phong phú của các giao dịch trong mạng bitcoin Các nút trong mạng luôn giữ bản sao cập nhật của các block, đảm bảo tính chính xác trong các phép toán và duy trì độ tin cậy của sổ cái, ngăn chặn khả năng giả mạo blockchain.
Khi danh sách giao dịch được tập hợp, các nút tiến hành xử lý để tìm ra block thỏa mãn điều kiện của blockchain, cụ thể là hàm băm phù hợp Quá trình này được gọi là "proof of work" Giá trị băm được tính toán dựa trên thông tin giao dịch, thời gian, và giá trị băm của block trước đó Việc sử dụng giá trị băm của block trước đảm bảo rằng dữ liệu trong một block khó có thể bị thay đổi; nếu thông tin trong một block bị thay đổi, tất cả các block sau đó sẽ có giá trị băm khác, dẫn đến việc chúng trở nên không hợp lệ.
Các nút trong mạng Bitcoin hoạt động bằng cách sử dụng phần mềm do tổ chức hoặc cá nhân phát hành Bitcoin, cạnh tranh để tìm ra các block mới Khi một nút thành công trong việc tìm ra một block, nó nhận được phần thưởng là một lượng Bitcoin cụ thể (12.5 BTC vào tháng 9 năm 2017) và phí giao dịch từ các giao dịch trong block đó Mặc dù việc tìm giá trị băm cho một tập dữ liệu là đơn giản, mạng Bitcoin áp dụng cơ chế bằng chứng công việc để làm cho quá trình này khó khăn hơn, nhằm ngăn chặn việc khai thác Bitcoin quá nhanh Để tìm ra một block, các nút không được phép thay đổi thông tin giao dịch mà phải điều chỉnh dữ liệu để tìm giá trị băm phù hợp bằng cách sử dụng một dữ liệu ngẫu nhiên gọi là "nonce" Khi giá trị băm không phù hợp, "nonce" sẽ được thay đổi và quá trình băm sẽ được lặp lại Quá trình này có thể tốn nhiều thời gian, và chỉ nút tìm ra đầu tiên mới nhận được phần thưởng Bitcoin, đó là lý do vì sao các nút được gọi là "thợ mỏ".
Hình 3.2 Thông tin một block trong mạng bitcoin
Hình 3.3 Mô hình giao dịch của Bitcoin
Trong mô hình tiền số Bitcoin, dữ liệu giao dịch được cấu thành từ các Input và Output, liên kết chặt chẽ với nhau Mỗi Input trong một giao dịch phải tham chiếu đến một Output từ giao dịch trước đó Thông tin chi tiết của mỗi Input được thể hiện rõ ràng, tạo nên tính minh bạch và an toàn cho hệ thống.
Previous tx: giá trị băm của giao dịch có chứa Output tham chiếu tới Input này
Index: chỉ số của Output ở giao dịch trước đó
ScriptSig: gồm hai thành phần, chữ ký của người thực hiện giao dịch và khóa công khai của người đó.
Hình 3.4 Dữ liệu trong một Transaction
Output được chia thành hai loại, đã được tiêu và chưa được tiêu (UTXO). Output gồm các thông tin:
Value: Giá trị Satoshi gửi cho người nhận
Chứa thông tin về hàm băm, địa chỉ người nhận
Value: Giá trị Satoshi gửi cho người nhận
ScriptPubKey: Chứa thông tin về hàm băm, địa chỉ người nhận
Giá trị BTC của một địa chỉ ví không được xác định bằng một con số cụ thể, mà được tính dựa trên tổng số BTC trong các Output chưa tiêu (UTXOs) của địa chỉ đó Tổng số BTC trong các UTXOs luôn tương đương với tổng số BTC của toàn bộ mạng blockchain.
Khi A muốn gửi BTC cho B, A cần tạo giao dịch với Input từ các UTXOs của mình và Output là địa chỉ ví của B Các nút sẽ xác thực giao dịch bằng cách kiểm tra chữ ký trong Input mà A đã tạo Nếu giao dịch thành công, Output liên kết với Input sẽ được đánh dấu là đã tiêu và bị xóa khỏi tập UTXOs, trong khi các Output mới sẽ được thêm vào tập UTXOs.
Hình 3.5 Tạo khóa để thực hiện giao dịch trong bitcoin
Mỗi người dùng bitcoin cần tạo một ví để lưu trữ khóa bí mật, cho phép truy cập vào địa chỉ bitcoin và thực hiện giao dịch Khi Alice muốn gửi BTC cho Bob, Bob cần tạo cặp khóa gồm khóa bí mật và khóa công khai, sử dụng thuật toán chữ ký số đường cong Elliptic (ECDSA) để ký giao dịch Địa chỉ ví của Bob là giá trị băm của khóa công khai được mã hóa base58 Alice gửi BTC vào địa chỉ ví của Bob bằng cách giải mã base58 để lấy giá trị băm khóa công khai, đồng thời tạo các Outputs cho phép bất kỳ ai chứng minh có khóa bí mật của Bob đều có thể tiêu các Output đó Quá trình này được gọi là thanh toán qua giá trị băm khóa công khai (P2PKH – Pay to Public Key Hash).
Độ an toàn của tiền số
Khi An gửi tiền cho Bình, giao dịch được tạo ra với Output chứa khóa công khai của Bình, có trạng thái UTXO, cho phép bất kỳ ai có khóa bí mật của Bình tiêu tiền Độ an toàn của tiền số phụ thuộc vào chữ ký số mà nó sử dụng, cần đánh giá thuật toán ký số dựa trên tốc độ ký, độ dài khóa và khả năng phá khóa Bitcoin và TYM sử dụng thuật toán ECDSA, đã được kiểm chứng thực tế và cho thấy tốc độ ký nhanh hơn nhiều so với RSA Khả năng phá khóa của ECDSA khó hơn do phải giải bài toán logarit rời rạc, vượt trội hơn so với bài toán tách số của RSA.
Hình 3.7 So sánh tốc độ ký của ECDSA và RSA
Tiềm năng phát triển của tiền số
Tiền số, giống như tiền giấy, là một đơn vị tiền tệ có giá trị, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội Việc sử dụng tiền số giúp thanh toán dễ dàng và thuận tiện hơn, không cần mang theo tiền mặt Đặc biệt, tiền số đảm bảo tính an toàn và bảo mật cao nhờ công nghệ blockchain và chữ ký số Hiện nay, nhiều đồng tiền số đã được phát triển và chấp nhận thanh toán bởi nhiều tổ chức, doanh nghiệp, trong đó Bitcoin và Ethereum được nhiều công ty lớn như Microsoft, Reddit, và WordPress.com sử dụng.
Hình 3.8 Giá trị vốn hóa trên thị trường của một số đồng tiền điện tử (09/2023)
Giá trị vốn hóa của các đồng tiền điện tử hiện nay rất lớn, với Bitcoin chiếm khoảng 534 tỷ USD Các đồng tiền điện tử đang có xu hướng tăng trưởng mạnh mẽ và trong tương lai, chúng hứa hẹn sẽ phát triển như một giải pháp mới cho các vấn đề tài chính và tiền tệ.
Hình 3.9 Tăng trưởng của đồng tiền số Bitcoin (BTC)
Hình 3.10 Tăng trưởng của đồng tiền số USDT
XÂY DỰNG MỘT BLOCKCHAIN LƯU TRỮ GIAO DỊCH ĐƠN GIẢN 4.1 Kiến trúc tổng quan blockchain
Cách thức hoạt động
Quy trình hoạt động của Blockchain như sau:
Tạo giao dịch: Người dùng tạo ra giao dịch bằng cách điền thông tin người gửi, người nhận và số tiền cần gửi
Gom nhóm giao dịch: Các giao dịch mới được gom nhóm thành một block
Tạo hash cho block: Một hash được tạo ra dựa trên thông tin của block, gồm cả hash của block trước đó
Xác thực giao dịch: Giao dịch trong block sẽ được kiểm tra để đảm bảo hợp lệ trước khi được thêm vào Blockchain
Thêm block vào Blockchain: Block mới sẽ được gửi tới các node trong mạng để xác nhận Sau khi được xác nhận, block sẽ được thêm vào Blockchain.
Ngôn ngữ và công cụ sử dụng
Blockchain đảm bảo tính toàn vẹn và an toàn của dữ liệu thông qua quy trình này, ngăn chặn hoạt động gian lận và duy trì hệ thống tài chính phân tán hiệu quả.
4.2 Ngôn ngữ lập trình và công cụ sử dụng
4.2.1 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp
Khi xây dựng hệ thống Blockchain, việc chọn ngôn ngữ lập trình là quyết định quan trọng Một số ngôn ngữ phổ biến bao gồm Solidity, ngôn ngữ chính để viết hợp đồng thông minh trên Ethereum với cú pháp giống JavaScript, giúp phát triển ứng dụng phức tạp JavaScript (Node.js) cũng được sử dụng rộng rãi, với Node.js cung cấp thư viện hữu ích cho tương tác với Blockchain Python, với cú pháp dễ đọc và học, thường được dùng cho phân tích dữ liệu và phát triển ứng dụng, đi kèm với thư viện Web3.py để tương tác với Ethereum Cuối cùng, Go (Golang) nổi bật với tốc độ nhanh, hiệu quả và dễ duy trì.
Nó được sử dụng cho việc phát triển các hệ thống Blockchain như Hyperledger Fabric
Trong trường hợp này, chúng ta sẽ sử dụng JavaScript (Node.js) để xây dựng chuỗi blockchain trên nền tảng website.
4.2.2 Công cụ hỗ trợ việc phát triển Blockchain a Remix: Đây là một trình chỉnh sửa hợp đồng thông minh trực tuyến được cung cấp bởi Ethereum Remix cung cấp môi trường phát triển đầy đủ tính năng với giao diện dễ sử dụng, cho phép nhà phát triển viết, kiểm thử và triển khai hợp đồng thông minh b Truffle: Truffle là một bộ công cụ phát triển hợp đồng thông minh dành cho
Ethereum cung cấp nhiều công cụ hữu ích như trình quản lý gói, bộ kiểm thử tự động và khung làm việc cho phát triển ứng dụng Blockchain Ganache là một môi trường Blockchain cá nhân cho phép phát triển và kiểm thử ứng dụng, cung cấp một Blockchain cục bộ mà bạn có thể tùy chỉnh và kiểm soát hoàn toàn Hyperledger Composer là công cụ phát triển ứng dụng và hợp đồng thông minh dành cho mạng Blockchain của Hyperledger Fabric, giúp tạo ra, triển khai và quản lý các hợp đồng thông minh và ứng dụng một cách hiệu quả.
Khi lựa chọn ngôn ngữ lập trình và công cụ, các nhà phát triển cần cân nhắc đến nhiều yếu tố quan trọng như tính năng, hiệu suất, mức độ hỗ trợ từ cộng đồng và sự phù hợp với yêu cầu cụ thể của dự án.
Chúng ta sẽ không đi sâu vào việc sử dụng các công cụ phức tạp, mà chỉ mô phỏng một chuỗi blockchain đơn giản Để thực hiện điều này, chúng ta sẽ sử dụng thư viện crypto-js để hỗ trợ quá trình hash cho chuỗi blockchain.
Các bước xây dựng
4.3.1 Tạo blockchain với javascript a Tạo Cấu Trúc Block: Mỗi block bao gồm thông tin như index, timestamp, dữ liệu giao dịch, hash, và hash của block trước
Hình 4.1 Cấu trúc của block b Tính Toán Hash: Sử dụng thuật toán hash (vd: SHA-256) để tính toán hash của mỗi block dựa trên các thông tin bên trong
Hình 4.2 Hàm tính hash các thông tin của block c Khởi tạo Block Genesis: Tạo block đầu tiên (genesis block) với dữ liệu mặc định và hash trước đó 0
Hàm khởi tạo block đầu tiên, hay còn gọi là genesis block, đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết các block tiếp theo Mỗi block sẽ chứa hash của block trước đó như một trường dữ liệu, tạo thành một chuỗi liên kết vững chắc giữa các block trong hệ thống.
Hình 4.4 Các phương thức của lớp blockchain
4.3.2 Áp dụng cơ chế PoW (mining) a Xác Định Độ Khó: Đặt một mục tiêu khó (target difficulty) mà hash của block mới phải thỏa mãn
Để tạo ra một hash thỏa mãn mục tiêu trong quá trình khai thác, cần tìm kiếm một số ngẫu nhiên (nonce) kết hợp với thông tin của block Các giá trị nonce sẽ được thử nghiệm cho đến khi tìm được một hash phù hợp Cuối cùng, nonce và hash thỏa mãn sẽ được ghi lại vào block để hoàn tất quá trình mining.
Hình 4.5 Các phương thức của lớp block
4.3.3 Phần thưởng cho việc đào và giao dịch trong chuỗi
Thưởng Đào (Block Reward): Mỗi khi một block mới được thêm vào blockchain, người đào sẽ nhận được một số tiền được gọi là block reward
Giao Dịch: Giao dịch được gửi vào mempool và sau đó được đóng gói vào một block mới
Phí Giao Dịch (Transaction Fee): Phần thưởng đào cũng bao gồm các phí giao dịch.
4.3.4 Chữ ký xác nhận giao dịch
Sử dụng chữ ký mật mã là một phần quan trọng trong xác thực giao dịch, khi mỗi giao dịch được ký bằng cặp khóa công khai và khóa riêng tư của người gửi Để thực hiện việc này, chúng ta sẽ sử dụng thư viện elliptic để tạo ra khóa công khai và khóa riêng tư.
4.3.5 Xây dựng giao diện hiển thị người dùng
Hiện nay, có nhiều thư viện và framework hỗ trợ xây dựng giao diện nhanh chóng như React JS, Angular JS và VueJS Trong bài viết này, chúng ta sẽ chọn Angular kết hợp với thư viện CSS Bootstrap để phát triển giao diện.
Các trang cơ bản gồm:
Trang Chính: trang chính hiển thị thông tin tổng quan về blockchain như số khối, số giao dịch, chi tiết giao và trạng thái hiện tại
Hình 4.7 Giao diện trang chủ
Trang giao dịch hiển thị các thông tin cần thiết để thực hiện giao dịch, bao gồm địa chỉ người gửi, địa chỉ người nhận và số tiền gửi.
Hình 4.8 Giao diện trang thực hiện giao dịch
Trang xác nhận giao dịch: Để kiểm tra lại thông tin giao dịch trước khi xác nhận chuyển tiền
Hình 4.9 Giao diện trang xác nhận giao dịch
Trang cài đặt: Trang này dùng để tuỳ chỉnh độ khó (difficulty) và phần thưởng cho việc mining.
Hình 4.10 Giao diện trang cài đặt
Xem chi tiết source code tại đây: https://github.com/kinyias/BlockChainUI
Chúng tôi đã xây dựng một blockchain đơn giản với cơ chế PoW, quản lý phần thưởng đào và giao dịch, xác thực giao dịch bằng chữ ký, cùng với một giao diện người dùng cơ bản Những bước này rất quan trọng để hiểu cách hoạt động của blockchain và có thể được mở rộng để phát triển các dự án blockchain phức tạp hơn.