Giới thiệu

Đôi khi, bạn có thể nhận thấy rằng một khối Bitcoin mới được tạo chỉ chứa một giao dịch duy nhất - giao dịch coinbase (và không phải là sàn giao dịch). Hiện tại, giao dịch này thưởng cho người đào với 3,125 bitcoins.
(Phần thưởng của người đào sẽ giảm sau mỗi sự kiện chia đôi Bitcoin.)

Nhưng tại sao các khối như vậy lại xuất hiện? Đây có phải là một hình thức tấn công vào mạng Bitcoin không? Đây không phải lần đầu tiên một khối trống xuất hiện trên mạng Bitcoin (ví dụ: ở các độ cao khối 776,339 và 857,116). Mặc dù khối này đã được tải lên thành công vào chuỗi khối Bitcoin, nhưng nó không bao gồm giao dịch của người dùng.

Khối trống là gì? Đó có phải là một lỗi trong mạng Bitcoin, hay là một hiện tượng không thể tránh khỏi? Trong bài viết này, chúng tôi sẽ khám phá nguyên nhân của việc hình thành khối trống, tác động của chúng đối với mạng lưới và các chiến lược tiềm năng để đối phó với chúng.

Ví dụ về một Khối trống (Chiều cao 857116)
（Nguồn: mempool)
Chú ý: Các công cụ khám phá Bitcoin thông dụng: mempool.com, blockchain.com, blockchair.com, blockcypher.com

Quá trình khai thác của Miner

1. Khối mới Lan truyền và Xác minh:
   • Khi một thợ đào thành công phát hiện một khối mới, nó được phát sóng đến toàn bộ mạng và phân phối cho tất cả các hồ bơi khai thác.
   • Những thợ mỏ khác cần xác minh khối mới, chẳng hạn như kiểm tra xem Chứng minh Công việc có chính xác không và xem xét xem các giao dịch trong khối có hợp lệ không.
2. Cập nhật Mempool:
   • Người đào loại bỏ giao dịch đã xác nhận khỏi bộ nhớ nháp, chỉ còn lại những giao dịch chưa xác nhận.
3. Xây dựng Khối Ứng cử viên:
   • Các thợ mỏ tạo ra một khối ứng cử viên dựa trên giao dịch chưa được xác nhận trong mempool, tham chiếu đến hash của khối trước đó và thêm các giao dịch còn lại.
   • Khối ứng cử viên phải bao gồm giao dịch coinbase như là nguồn thưởng cho người đào khi đào thành công.
4. Xây dựng tiêu đề khối:
   • Các nhà khai thác xây dựng tiêu đề khối cho khối ứng cử viên, bao gồm băm khối trước đó, timestamp, độ khó mục tiêu và một nonce (số ngẫu nhiên).
5. Tính toán Hash:
   • Các máy đào tiêu thụ tài nguyên tính toán đáng kể, liên tục cập nhật nonce trong tiêu đề khối để tính toán hash, nhằm tìm kiếm một hash nhỏ hơn mục tiêu mạng hiện tại.
6. Phát sóng Khối Mới:
   • Khi hash cần thiết được tìm thấy, người đào ngay lập tức phát sóng khối mới đến mạng để được xác thực bởi các nút khác.
7. Nhận phần thưởng: Nhận phần thưởng: Nhận phần thưởng:
   • Nếu khối mới được chấp nhận bởi mạng, người đào sẽ nhận được phần thưởng khối (coinbase reward) và thu nhập phí giao dịch từ các giao dịch trong khối.

Trong một số tình huống, để giảm thiểu tác động của độ trễ mạng, các thợ đào có thể nhanh chóng tạo ra một khối ứng viên trống chỉ chứa giao dịch coinbase. Khối trống này hiệu quả khóa lại phần thưởng nhưng không thể xử lý các giao dịch khác. (Phần sau sẽ giải thích chi tiết về khối trống.)

Hình thành Khối trống

Khái niệm về Khối trống

Trong blockchain Bitcoin, mỗi khối thường chứa nhiều giao dịch, không chỉ tăng giá trị cho mạng lưới mà còn hỗ trợ chức năng thanh toán của Bitcoin như một hệ thống xử lý thanh toán. Tuy nhiên, một khối trống (còn được gọi là "khối giao dịch đơn") chỉ chứa phần thưởng coinbase của người đào và không bao gồm bất kỳ giao dịch nào khác, do đó bỏ qua thu nhập phí giao dịch bổ sung.

Để khuyến khích các thợ đào khai thác các khối nhanh chóng, các nhóm khai thác ngay lập tức cung cấp cho các thợ đào một mẫu khối trống khi một khối mới được đặt (để giảm thời gian cần thiết để khai thác khối tiếp theo và tối đa hóa hiệu quả băm phần cứng). Điều này cho phép các thợ đào bắt đầu vòng khai thác tiếp theo một cách nhanh chóng, ngay cả trước khi nhận được dữ liệu giao dịch mới. Trong giai đoạn chuyển tiếp giữa nhóm cung cấp mẫu khối và ghi giao dịch (thường chỉ từ một đến hai giây), các thợ đào có thể "gặp may" và sử dụng mẫu trống để khai thác thành công một khối mới, dẫn đến một khối trống.

Lưu ý rằng khối trống không đe dọa mạng Bitcoin. Ngay cả khi không có giao dịch người dùng trong khối, phần thưởng coinbase vẫn được tạo ra, khuyến khích các thợ mỏ tham gia khai thác và đảm bảo nguồn cung Bitcoin dần dần tiến gần giới hạn tối đa của 21 triệu đồng.

Thông tin trong một khối trống

Mặc dù một khối trống không chứa các giao dịch của người dùng, nhưng vẫn ghi lại một số thông tin:

1. Khối Header：
   • Thông tin cơ bản về khối, như số phiên bản, hash của khối trước đo, và timestamp.
2. Giao dịch Coinbase:
   • Chỉ có giao dịch được bao gồm. Giao dịch thưởng của người đào.
   • Giao dịch này phân bổ phần thưởng cho các nhà khai thác để khai thác các khối.
3. Gốc Merkle:
   • Dù không có giao dịch nào khác trong khối, giao dịch coinbase vẫn tạo ra một Merkle root để chứng minh tính toàn vẹn của dữ liệu giao dịch.
4. Kích thước và Trọng lượng Khối:
   • Mặc dù khối trống có khối lượng dữ liệu nhỏ, nhưng kích thước vẫn được ghi lại.
5. Địa chỉ của Miner (nếu được đánh dấu):
   • Một số thợ mỏ nhúng thông tin nhận dạng của họ trong giao dịch coinbase, như tên hoặc địa chỉ của nhóm đào.
6. Chiều cao khối:
   • Vị trí của khối trên blockchain (ví dụ, Khối 871,732).
7. Giá trị Nonce:
   • Số ngẫu nhiên được tìm thấy bởi người đào, được sử dụng để giải quyết câu đố toán học Proof of Work.

Ví dụ về một Khối trống (Chiều cao 871732)
(Source: btc.tokenview.io)

Tại sao các nhà đào tạo tạo khối trống?

Khi một thợ đào nhận được mẫu khối trống từ nhóm đào ngay sau khi khối trước được tạo ra (thường trong vài giây), thợ đào đối diện với hai lựa chọn: hoặc ngay lập tức tạo ra một khối trống để đảm bảo phần thưởng khối được đảm bảo (ví dụ, 3.125 bitcoins), hoặc dành thời gian sắp xếp các giao dịch để tăng thu nhập phí giao dịch, nhưng rủi ro có thợ đào khác đào khối trước họ hoàn thành.

Đây là sự cân nhắc về 'chi phí cơ hội' của nhà khai thác. Nếu nhà khai thác dành quá nhiều thời gian xử lý giao dịch và một nhà khai thác khác hoàn thành khối trước, họ không chỉ mất phí giao dịch mà còn mất khoản trợ cấp khối cơ bản. Ngược lại, nếu nhà khai thác tạo ra một khối trống, mặc dù họ từ bỏ thu nhập phí giao dịch bổ sung, nhưng vẫn có thể đảm bảo được khoản trợ cấp.

Như đã đề cập trong đoạn văn trước, các khối trống không đe dọa mạng Bitcoin. Một số người tin rằng các khối trống giống như “rác” và làm gián đoạn mạng, nhưng quan điểm này không hoàn toàn chính xác. Mặc dù các khối trống không xử lý bất kỳ giao dịch đang chờ xử lý nào, chúng không gây ra sự nhầm lẫn. Ngược lại, những khối này vẫn trải qua cơ chế Proof of Work, tăng độ khó cho khối tiếp theo, cung cấp mức độ bảo mật cao hơn cho tất cả các khối trước đó và duy trì tính toàn vẹn của mạng.

Chú ý: Mặc dù các khối trống không đe dọa mạng, tuy nhiên một tần suất cao của các khối trống có thể cho thấy mạng không tận dụng hết tiềm năng của nó.

Tác động của Khối trống

Tác Động Tích Cực

Tăng cường Bảo mật Mạng:

• Mặc dù các khối trống không chứa giao dịch của người dùng, nhưng vẫn hoàn thành Proof of Work, tăng độ khó trong việc tính toán khối tiếp theo.
• Mỗi khối trống được tạo ra càng làm tăng sức mạnh bảo mật của tất cả các khối trước đó, tăng cường khả năng mạng chống lại các cuộc tấn công chi tiêu kép.

Ổn định Thu Nhập Miner:

• Ngay cả khi không có dữ liệu giao dịch, các nhà khai thác vẫn có thể nhận được khoản trợ cấp khối ổn định, điều này thúc đẩy các nhà khai thác tiếp tục đóng góp vào mạng.

Tăng hiệu quả khai thác:

• Bằng cách cung cấp mẫu khối trống ngay sau khi khối mới được xác định, các nhóm đào có thể giảm thời gian cần thiết để đào khối tiếp theo.

Dược duy trì Liên Tục Blockchain:

• Ngay cả khi không có dữ liệu giao dịch, các khối trống đảm bảo “liên tục” của blockchain, ngăn chặn sự gián đoạn mạng.

Tác động tiêu cực

Hiệu suất xử lý giao dịch giảm:

• Các khối trống không chứa dữ liệu giao dịch, có nghĩa là chúng không thể xử lý giao dịch đang chờ xử lý, dẫn đến tình trạng chậm trễ trong mempool.
• Trong thời gian giao dịch cao điểm, các khối trống có thể làm trầm trọng thêm tình trạng tắc nghẽn mạng, ảnh hưởng tiêu cực đến trải nghiệm giao dịch tổng thể.

Khả năng xử lý giao dịch Blockchain thấp:

• Số giao dịch mỗi giây (TPS) giảm do các khối trống, làm giảm tiềm năng của Bitcoin như một hệ thống thanh toán.

Các vấn đề về trải nghiệm người dùng và lòng tin:

• Như đã đề cập, các khối trống có thể làm tăng thời gian chờ giao dịch, gây bất tiện cho người dùng.
• Mâu thuẫn giữa kỳ vọng của người dùng và hành vi tối đa hóa lợi nhuận của thợ đào có thể làm xói mòn thêm niềm tin vào mạng (các thợ đào có thể "chọn" áp dụng phương pháp này để tăng thu nhập, nhưng những hành động như vậy có thể bỏ qua nhu cầu về hiệu quả mạng tổng thể, củng cố những lời chỉ trích về hành vi hướng đến lợi nhuận).

Các vấn đề tiêu thụ năng lượng và hiệu quả tài nguyên:

• Năng lượng được sử dụng bởi các khối trống gần như tương đương với khối chứa giao dịch đầy đủ, gây ra lo ngại về hiệu quả sử dụng năng lượng.

Chiến lược để giảm Khối trống

Chiến lược giảm Khối trống có thể được thảo luận từ cả góc nhìn kỹ thuật và giao thức.

Các Giải Pháp Kỹ Thuật để Giảm Khối Trống

1. Áp dụng giao thức Khối Kín: Điều này giảm lượng dữ liệu được truyền trong quá trình truyền tải khối, giúp các thợ đào nhận được dữ liệu giao dịch đầy đủ nhanh hơn. (Để biết thêm chi tiết, xem: A. Kim, J. Kim, M. Essaid, S. Park và H. Ju, “Phân tích độ trễ truyền tải khối kín trong mạng Bitcoin,” Hội nghị APNOMS 22, 2021, Tainan, Đài Loan, 2021, trang 313-318, doi: 10.23919/APNOMS52696.2021.9562656.)
2. Áp dụng giao thức Erlay: Điều này cải thiện hiệu suất truyền thông giao dịch và rút ngắn thời gian để giao dịch được phát sóng từ mempool đến các máy đào.
3. Phát triển thuật toán tính cây Merkle hiệu quả hơn: Bằng cách giảm thời gian cần thiết để xử lý giao dịch hoặc cho phép các thợ đào nhanh chóng tạo ra một cây Merkle chứa các giao dịch khi khai thác một khối mới, các thợ đào có thể tránh việc sử dụng các mẫu trống và xử lý nhiều giao dịch hơn.

Cải tiến cấp độ giao thức

1. Yêu cầu mỗi khối bao gồm một số lượng hoặc tổng phí giao dịch nhất định, nếu không thì người khai thác sẽ không nhận được toàn bộ tiền thưởng khối.
2. Tăng cổ phần phí giao dịch trong phần thưởng tổng, khích lệ các thợ đào xử lý nhiều giao dịch hơn là đào khối trống.

Kết luận

Việc tạo ra các khối trống chủ yếu được thúc đẩy bởi các thợ mỏ tìm kiếm hiệu quả và lợi nhuận ổn định. Sau khi xác định khối, các nhóm khai thác ngay lập tức cung cấp cho các thợ đào một mẫu khối trống, ngay cả trước khi dữ liệu giao dịch đã được truyền đầy đủ cho các thợ đào. Tạo các khối trống không phải là lỗi mạng hoặc hoạt động độc hại mà là lựa chọn của các thợ đào sau khi xem xét chi phí cơ hội.

Tuy nhiên, các khối trống cũng đặt ra những thách thức nhất định cho mạng Bitcoin, bao gồm giảm hiệu quả xử lý giao dịch, giảm giao dịch mỗi giây (TPS) và tăng tiêu thụ năng lượng. Điều này có thể dẫn đến thời gian chờ đợi của người dùng lâu hơn. Để giảm thiểu tác động tiêu cực của các khối trống, các giải pháp kỹ thuật như giao thức Compact Block và Erlay có thể được áp dụng để nâng cao hiệu quả truyền bá giao dịch, trong khi ở cấp độ giao thức, việc đặt ra các yêu cầu giao dịch tối thiểu hoặc điều chỉnh tỷ lệ phí giao dịch có thể khuyến khích các thợ đào ưu tiên xử lý các giao dịch. Sự tồn tại của các khối trống không phải là một lỗ hổng trong thiết kế mạng, mà là một phần của sự cân bằng động. Thông qua tối ưu hóa liên tục, hiệu quả và sự ổn định của mạng Bitcoin vẫn còn chỗ để cải thiện hơn nữa.