Proof of Work (PoW) và Proof of Stake (PoS) là gì? So sánh Ưu và Nhược điểm của hai thuật toán PoW và PoS này?

Proof of Work (PoW) và Proof of Stake (PoS) là hai thuật ngữ khá phổ biến trong thị trường tiền điện tử nói riêng và không gian Blockchain nói chung, với những người mới thì khá khó khăn để có thể hiểu được PoW và PoS là gì cũng như cách thức hoạt động của chúng ra sao.

Bài viết này kienthuctrade.net sẽ cùng các bạn tìm hiểu xem Proof of Work (PoW) là gì và Proof of Stake (PoS) là gì? Cũng như cách hoạt động và Ưu nhược điểm của hai thuật toán này nhé.

1. Proof of Work (PoW) là gì?

Proof-of-Work (viết tắt: PoW) hay Bằng chứng công việc là “ông tổ” của giao thức đồng thuận và lại là một phát minh khác nữa của Satoshi – yêu cầu thợ đào phải giải các bài toán mật mã phức tạp để hợp thức hoá block và nhận lại phần thưởng dưới dạng coin hay token mới phát hành.

Xem thêm: Sàn Exness là gì? Sàn giao dịch Forex Exness, Sàn Giao Dịch Uy Tín Và An Toàn Nhất, Lựa chọn cho nhà đầu tư chuyên nghiệp

1.1 Ưu điểm của PoW

Tuy là giao thức đồng thuận đời đầu, song PoW đến nay vẫn chứng tỏ sự vững chắc của mình trước đủ các cách thức tấn công cả từ trong lẫn ngoài.

1.2 Nhược điểm của PoW

PoW hiện nay đang bị chỉ trích rất nhiều vì một số lí do sau. Thứ nhất, nó sử dụng rất nhiều năng lượng, với một số nghiên cứu thậm chí còn cho thấy lượng điện năng mà mạng lưới Bitcoin đang ngốn vào còn cao hơn nhu cầu tiêu thụ của tận 159 quốc gia.

Những người phản đối Bitcoin như là Andrew Tayo chỉ ra là đa phần số năng lượng này đã bị lãng phí, bởi bất kể là có bao nhiêu thợ đào tham gia giải block đi nữa thì sẽ luôn chỉ có 1 người duy nhất nhận về phần thưởng đáng với công sức bỏ ra.

Thứ hai, Bitcoin lúc này đa phần đang được đào bởi máy ASIC, nên hoạt động khai thác BTC có thể xem như nằm trọn trong tay những công ty lớn như là Bitmain, vốn có thể đủ sức duy trì và gia tăng quy mô hoạt động của mình.

Điều này khiến năng lực khai thác của mạng lưới bị tập trung hoá vào một nhóm nhỏ, làm không ít người giờ chuyển sang gọi Bitcoin là “đồng tiền điện tử tập quyền”. Mặc dù một số đồng tiền chạy PoW như Vertcoin vẫn có duy trì tính “kháng ASIC” của mình bằng cách liên tục thay đổi thuật toán, song PoW nhìn chung đang dần trở thành cuộc đua để luôn là kẻ đi đầu giữa các nhà sản xuất ASIC.

1.3 Mức độ tiếp nhận của PoW

BitcoinLitecoinZcash và Ethereum Classic chỉ là một số những ví dụ tiêu biểu trong nhóm các đồng tiền sử dụng Proof-of-Work. PoW hiện vẫn là giao thức đồng thuận phổ biến nhất lĩnh vực tiền kỹ thuật số.

1.4 Bài toán phức tạp trong blockchain là gì?

Cách giải quyết bài toán

Proof-of-Work hoạt động như một bài toán phức tạp. Nó đòi hỏi rất nhiều nỗ lực tính toán để giải. Có một số yếu tố giúp giải quyết bài toán này, đó là:

  • Hash Function (hàm băm): Thuật ngữ các bạn nghe cũng nhiều đúng không. Trong hàm băm giá trị đầu ra đã được biết đến và bạn cần xác định giá trị đầu vào.
  • Integer Factorization (Phân tích nhân tử số nguyên): Phân tách một số thành một tích của các số nguyên nhỏ hơn. Được sử dụng để làm cho hệ thống mã hóa public-key an toàn hơn.
  • Guided tour puzzle protocol (giao thức hướng dẫn giải bài toán ): Trong trường hợp máy chủ (server) nghi ngờ một cuộc tấn công DoS. Nó yêu cầu tính toán lại các hàm băm, cho một số node theo một thứ tự cụ thể. Trường hợp này, có thể gọi là “Cách tìm chuỗi tương đương của chuỗi giá trị hàm băm”.

Với sự tăng trưởng của chuỗi, vô số trở ngại xuất hiện và các thuật toán đòi hỏi sức mạnh băm (hash power) bổ sung để giải quyết các vấn đề này. Nên đáp án của bài toán PoW này chính là “hàm băm” hay “hash”.

 Lí do cần đến sự phức tạp

Các bài toán khó giải quyết mất rất nhiều thời gian cho việc hình thành khối (block). Vì thế độ khó không nên quá phức tạp. Vấn đề này làm cho các giao dịch bị đọng lại mà không được thực hiện và dẫn đến công việc bị ngưng lại trong một quy trình.

Thời gian giải quyết nhanh hay chậm sẽ ảnh hưởng đến việc tạo block. Và sẽ trở nên vô nghĩa nếu như không làm việc đó trong một thời gian nhất định.

Tuy nhiên bạn đặt vấn đề về mặt trái của việc này là: Nếu bài toán quá dễ. Nó làm cho mạng có thể dễ dàng bị truy cập với các cuộc tấn công DoS và spam.

Đáp án của những vấn đề này cũng nên dễ xác minh và kiểm tra. Vì không phải tất cả các node trong mạng có thể phân tích nếu tính toán là chính xác.Và điều cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là sự tin tưởng.

Bạn sẽ phải tin tưởng quyết định các node khác và đây là điểm mà blockchain chứng minh tính minh bạch của nó.

1.5 Cách triển khai PoW trong Blockchain

PoW trong Blockchain được triển khai như sau: Các “miner” tìm cách giải một bài toán liên quan đến thử thách tính toán để tạo ra các block mới và bắt đầu xác nhận giao dịch.

Trước tiên các node  phải tìm giải pháp cho vấn đề thông qua sức mạnh tính toán. Điều này có nghĩa là những node có sức mạnh tính toán cao nhất có khả năng tìm ra giải pháp cho vấn đề toán học cao nhất.

Sau đó quá trình xác minh các giao dịch trong block sẽ được thêm vào. Tổ chức các giao dịch này theo trình tự thời gian trong block và thông báo block mới được khai thác cho toàn bộ mạng (quá trình này không tốn nhiều năng lượng và thời gian).

Phần tiêu thụ năng lượng đang giải quyết vấn đề toán học khó khăn để liên kết block mới với block cuối cùng trong blockchain.

Bạn sẽ thấy hash của block sau có chứa hash của block trước đó. Việc này làm tăng tính bảo mật cũng như xây dựng một block hợp lệ.

Đối mới các “miner” (thợ mỏ) sau khi giải được bài toán do máy chủ (network sever) đề ra. Các node trên mạng sẽ xác nhận đáp án được gửi lên và cuối cùng nhận thưởng:

1.6 Tại sao Proof-of-work thành công trên blockchain

PoW khá thành công vào lúc này vì các lí do như sau:

  • Thứ nhất để có được giải pháp cho vấn đề toán học là khá khó khăn. Do đó, các node cần phải dành thời gian trong các tính toán phức tạp. Nguồn cung cấp cho sức mạnh tính toán khá chặt chẽ và điều này có nghĩa là rất ít người có thể truy cập nó.Đây cũng là lý do đằng sau sự bất khả thi của việc các node gian lận trong các giao dịch.
  • Thứ hai PoW thành công vì khi một node tạo ra một block, các node khác có thể dễ dàng xác minh quá trình dẫn đến giải pháp cho bài toán.

1.7 PoW đối với Bitcoin và các loại tiền điện tử khác

Như đã giới thiệu trong phần khái niệm thì Bitcoin tiên phong trong việc sử dụng PoW. Và cũng là nổi bật nhất. Hệ thống proof-of-work trên mạng bitcoin có tên gọi là hashcash. Nó cho phép thay đổi độ phức tạp của một bài toán, tăng cường bảo mật.

Khi một người khai thác cuối cùng tìm thấy giải pháp phù hợp. Node sẽ phát nó ra toàn bộ mạng cùng một lúc. Sau đó họ nhận tiền điện tử (phần thưởng) được cung cấp bởi PoW.

Tại thời điểm mình viết bài viết này, việc khai thác một block mất 10phút. Mạng bitcoin mang lại cho người khai thác chiến thắng 12,5 bitcoin. Số lượng bitcoin đã giành được một nửa sau mỗi 4 năm hoặc lâu hơn (khái niệm này mọi người nên đọc Halving là gì? để hiểu).

Nền tảng tảng tương tự sử dụng như : Etherum (ETH), Litecoin (LTC), Monero (XMR), Dogecoin(DOGE). Với Bitcoin, kết thúc một quá trình thì Bitcoin mới sẽ được phân phối bởi mạng cho các miner (thợ mỏ) với mỗi block được thưởng.

2. Proof of Stake (PoS) là gì?

Proof-of-Stake (viết tắt: PoS) hay Bằng chứng cổ phần ban đầu được thai nghén ra như là cách để tránh những vấn đề mà PoW đang gặp phải, như là cắt giảm mức tiêu thụ điện năng.

Trong mô hình PoS, những node xác minh giao dịch trong mạng lưới có thể “stake” (đặt cọc) tiền của mình ra để bảo chứng rằng block tiếp theo là hợp lệ. Nếu đúng thì họ sẽ nhận được phần thưởng; còn sai thì người stake sẽ bị “phạt” số tiền mình cọc ra trước đó.

2.1 Ưu điểm của PoS

PoS sử dụng ít năng lượng hơn PoW. PoS cũng có hình phạt chủ động cho những hành vi thiếu trung thực, giảm gian lận trong quá trình xác minh.

2.2 Nhược điểm của PoS

Vì các node xác nhận không phải đóng góp năng lực tính toán cho mạng lưới, do đó sẽ càng gia tăng rủi ro các Blockchain sử dụng PoW sẽ dễ bị fork hơn là PoW (nghịch lý mà được người ta đặt cho cái tên là “nothing-to-stake”).

Bên cạnh đó, PoS có cơ chế ưu tiên cho những ai stake ra nhiều coin hơn, đồng nghĩa với việc sẽ càng thúc đẩy tập trung hoá tiền vào những tay chơi lớn.

Thật vậy, đây chính xác là những gì đã xảy ra ở đồng NXT chạy PoS, khi một nhà đầu tư đã dần nâng mức stake của mình lên cho đến khi kiểm soát được 90% tổng cung coin.

2.3 Mức độ tiếp nhận của PoS

Các đồng coin đang sử dụng giao thức đồng thuận Proof-of-Stake một cách toàn diện có thể kể đến Reddcoin, Decred và NavCoin. Bên cạnh đó, những nhược điểm với PoW đang khiến đội ngũ phát triển Ethereum đi đến quyết định sẽ chuyển sang tích hợp Casper – một dạng giao thức đồng thuận “lai” giữa PoW và PoS.

2.4 Cách hoạt động của Proof of stake

Proof-of-Stake đạt được sự đồng thuận bằng cách yêu cầu người dùng đóng góp một lượng token của họ để có cơ hội được chọn để xác thực các block giao dịch và được thưởng vì đã làm như vậy.

Trong PoS, các block được “rèn” thay vì được khai thác. Yếu tố đầu tiên được xem xét trong quá trình lựa chọn này là cổ phần (stake) của người dùng.

Mỗi người muốn tham gia vào quá trình phải sở hữu một cổ phần trong mạng. Staking liên quan đến việc khóa một số tiền nhất định vào mạng làm cổ phần của họ. Sử dụng nó làm tài sản thế chấp để chứng minh cho block.

Càng nhiều người dùng đặt cược, cơ hội được lựa chọn của họ càng cao. Số lượng cổ phần (stake) quyết định cơ hội mà node được chọn làm người xác thực để rèn block kế tiếp. Cổ phần càng lớn, thì cơ hội càng lớn so với người đặt cược (staking) ít hơn.

yduocvinhphuc.edu.vn

Trong PoS, khuyến khích tham gia xác thực các khối phần thưởng là một khoản thanh toán dưới dạng phí giao dịch. Trái ngược với tiền tệ mới được tạo ra trong các hệ thống PoW.

Để tránh việc bạn nghĩ đây là cơ hội cho những node giàu có trong mạng. Ngày càng nhiều phương thức độc nhất được thêm vào quá trình lựa chọn.

Chìa khóa ở đây là bao gồm một mức độ cơ hội cho quá trình lựa chọn để tránh trường hợp người dùng giàu nhất luôn được chọn để xác thực các giao dịch, luôn gặt hái những phần thưởng và ngày càng giàu hơn.

Hai phương thức được sử dụng phổ biến nhất là Lựa chọn block ngẫu nhiên và Lựa chọn tuổi Coin:

  • Lựa chọn block ngẫu nhiên: Người xác thực được lựa chọn bằng cách tìm kiếm các node có giá trị băm thấp nhất kết hợp với cổ phần lớn nhất.
  • Lựa chọn tuổi Coin:  Các node được chọn dựa trên thời gian mà các token của họ đã được lưu giữ làm cổ phần. Tuổi đồng coin được tính bằng cách nhân số ngày các coin được giữ làm cổ phần với số lượng các coin đó.

2.5 Lợi ích cho người sở hữu tiền điện tử

Khi bạn sở hữu tiền điện tử mà bạn không quan tâm đến việc trở thành một người xác nhận hợp lệ. Cũng có thể được phần thưởng khi tham gia vào hệ sinh thái của mạng.

Các cách khác nhau để tạo doanh thu bằng cách stking (đặt cược) có sẵn ngày hôm nay. Các quy tắc phụ thuộc vào blockchain bạn đang sử dụng. Hãy chắc chắn để tìm hiểu thêm về từng giao thức trước khi tham gia:

  • Phần thưởng cho việc nắm giữ: Người dùng có thể kiếm được phần thưởng bằng cách chỉ giữ tiền của họ trong ví của họ trong một khoảng thời gian nhất định. Hành động nhận phần thưởng có thể được thực thi tự động bởi giao thức. Hoặc do hành động của người dùng.
  • Phần thưởng cho việc tham gia-ủy quyền: Người dùng ủy thác một phần cổ phần của mình cho người xác nhận. Phần thưởng sẽ đến từ người xác nhận chia sẻ một phần doanh thu của mình với những người ủy thác cổ phần của họ cho anh ta.

2.6 Tiền điện tử sử dụng PoS

Ethereum, nền tảng hợp đồng thông minh cao cấp. Đang trong quá trình chuyển đổi từ PoW sang PoS để bổ sung nhu cầu hiệu suất của mạng.

Các mạng khác, như Cosmos. Một mạng blockchain đang hoạt động và là một trong những triển khai PoS toàn diện đầu tiên đi vào hoạt động.

Peercoin (PPC) sử dụng một hệ thống kết hợp cả hai phương pháp. Ngoài ra còn có Nxt (NXT), HyperStake,…

2.7 Sự phổ biến của Proof of Stake

PoS đã tăng tỷ lệ lưu hành đáng kể trong vài năm qua giữa các blockchain công khai đang tìm cách cải thiện việc thực hiện hiệu suất cơ bản của Bitcoin.

Các blockchain như vậy có thể hỗ trợ nhiều giao dịch và các ứng dụng khác đã xuất hiện để đáp ứng các nhu cầu mạng cụ thể.

PoS cũng cung cấp cho các trình xác nhận và các nhà khai thác node một cơ hội lớn hơn để tham gia vào sự đồng thuận. Để ra nhập đòi hỏi phải nắm giữ một số lượng token cụ thể. Điều này đang hấp dẫn người dùng không muốn tiêu chi phí vào phần cứng đắt tiền để khai thác Bitcoin.

Nhìn chung, PoS đã đạt được động lực đáng kể trong không gian tiền điện tử đang phát triển nhanh chóng.

3. So sánh Proof of Work (PoW) và Proof of Stake (PoS)

Do mức độ phổ biến hiện tại của Bitcoin và Ethereum, cuộc tranh luận ở thời điểm hiện tại về cơ chế đồng thuận chủ yếu xoay quanh PoW và PoS.

Dù vậy, chúng cũng có một số khiếm khuyết tương tự nhau, như đã được giải thích bởi Jordan Earls, đồng sáng lập và trưởng nhóm phát triển Qtum:

Sự chia rẽ đằng sau bao chọn lựa về thuật toán đào tiền thực chất đến từ tranh cãi rộng lớn hơn về so sánh giữa ‘tập trung’ với ‘phi tập trung’, chứ không phải là liệu nên chọn PoW hay là PoS. Kháng ASIC đến thời điểm hiện tại thì chỉ giống như tên gọi của nó, mới là “kháng” mà thôi.

Hoạt động đào tiền do vậy đang dần bị tập trung hoá, buộc nhiều mạng lưới PoW phải thay đổi thuật toán đào tiền định kỳ để có thể chống chọi lại.

Trong mạng lưới PoS, điều tương tự cũng đang diễn ra, khi một số mạng lưới chọn cơ chế đồng thuận có giới hạn công nghệ lên số lượng đơn vị xác minh, với hy vọng có thể đem lại lưu lượng xử lí giao dịch tối đa.

Tuy nhiên, cần lưu ý là đây không phải là sự chia rẽ tuyệt đối, bởi PoW và PoS không phải là các mô hình đồng thuận duy nhất.

Về cơ bản thì Proof of Work (PoW) là sự cải tiến của Proof of Work (PoW) nên chứa nhiều điểm khắc phục:

  • Do không cần tính toán giải các hàm hash phức tạp, hệ thống sử dụng PoS tốn ít thời gian và năng lượng hơn nhiều so với PoW.
  • PoS hứa hẹn sẽ tạo ra mạng lưới an toàn và phi tập trung hơn PoW
    • Với PoW, việc đào coin hiện nay chỉ hiệu quả với những hệ thống máy đào lớn, năng lượng cao. Điều này dẫn tới hiện nay power của toàn hệ thống chủ yếu tập trung ở các mining pool lớn. Làm cho hệ thống trở nên centralize (tập trung).
    • Hiện nay 3 mining pools lớn nhất là BTC.com, AntPool, và SlushPool đã chiếm hơn 50%. Điều gì sẽ diễn ra nếu 3 mining pools này sát nhập. Hệ thống Bitcoin sẽ bị tấn công dễ dàng bởi 51% attack.

Biểu đồ phân bổ hash rate của Bitcoin, lấy từ blockchain.com

  • Với PoS, do không đòi hỏi năng lượng và dễ dàng để tham gia đặt cược (chỉ cần bạn có đủ số tiền vượt ngưỡng min deposit), hứa hẹn sẽ có nhiều node tham gia, giúp hệ thống trở nên decentralize hơn, và do đó an toàn hơn.

Tuy nhiên:

  • Với Ethereum Casper, con số tối thiểu để tham gia đặt cược là 125 ETH (tương đương 750K USD tại thời điểm hiện tại). Đây là 1 khoản tiền lớn, không phải ai cũng có. Vậy nếu được áp dụng PoS có thực sự giúp hệ thống trở nên decentralize hơn, hay quyền lực vẫn chỉ nằm trong tay một nhóm các người giàu nhất định.
  • Việc hạn chế chỉ người giàu có thể tham gia làm cho người giàu càng trở nên giàu hơn (do thu được thêm lợi từ transaction fee) sẽ đẩy mạnh khoảng cách giàu nghèo. Đây có phải là điều chúng ta muốn tránh?
  • Ngoài ra PoS còn phải đối mặt với nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết trước khi đưa vào hoạt động thực tế như: Nothing at Stake hay Long Range Attack. Mình xin được nói về 2 vấn đề này và cách Casper giải quyết nó trong các bài viết khác.

Lời kết

Trên đây là bài viết “Proof of Work (PoW) và Proof of Stake (PoS) là gì? So sánh Ưu và Nhược điểm của hai thuật toán này” hi vọng sẽ mang lại nhiều thông tin bổ ích cho bạn đọc. Bản thân mình cũng chưa thể hiểu sâu về chúng, vì mình không phải dân kỹ thuật, nếu bạn tham gia thị trường này chỉ để đầu tư kiếm lợi nhuận thì mình nghĩ không không nhất thiết phải hiểu rõ về chúng, sơ qua là được rồi.

Theo dõi website của chúng tôi thường xuyên để cập nhật những bài học hữu ích nhất về kiến thức đầu tư tài chính nói chung và tiền điện tử nói riêng cũng như thông tin mới nhất nhé !