Bằng chứng công việc (PoW) là một phần cơ bản của Đồng thuận Nakamoto. Nó có hai chức năng: Đây là cơ chế kháng Sybil được sử dụng để chọn nhà sản xuất khối và nó cũng cung cấp đường cơ sở và luôn tăng chi phí cho việc hoàn nguyên chuỗi khối. Đó là lý do tại sao người ta nói rằng PoW bảo mật chuỗi khối Bitcoin.

Khai thác hợp nhất là một kỹ thuật để sử dụng lại công việc đã bỏ ra để bảo mật một blockchain để bảo mật đồng thời một blockchain khác. Giống như cách PoW tạo ra sự đồng thuận cho Nakamoto, việc khai thác hợp nhất có thể tạo ra sự đồng thuận của các blockchain khác nhau. Giao thức đồng thuận của chuỗi khai thác được hợp nhất cũng có thể là Nakamoto hoặc có thể là một biến thể của nó, chẳng hạn như GHOST hoặc DECOR. Hành động áp dụng kỹ thuật khai thác hợp nhất thường được gọi là “hợp nhất mỏ”. Yêu cầu duy nhất để hợp nhất khai thác hai chuỗi khối là chúng sử dụng cùng chức năng băm tiêu đề khối (và kiểm tra độ khó) để có được PoW.

Cách hoạt động khai thác hợp nhất rất đơn giản. Đầu tiên, giả sử có một blockchain chính (giả sử là Bitcoin) và một blockchain thứ cấp S. Giả sử h_B và h_S lần lượt là hai tiêu đề khối mới của Bitcoin và S. Cho H là hàm băm mật mã tùy ý. Để bắt đầu khai thác, công cụ khai thác hợp nhất phải xây dựng mẫu cho h_B sao cho nó tham chiếu H(h_S) một cách đơn nghĩa. Quá trình khai thác thay đổi rất ít. Khi khai thác, những người khai thác cố gắng tìm ra nonce dẫn đến bằng chứng công việc cho h_B thỏa mãn độ khó do mạng Bitcoin thiết lập như thường lệ (tức là SHA256D(h_B) < target_B). Tuy nhiên, nếu người khai thác tìm thấy tiêu đề khối Bitcoin có bằng chứng công việc phù hợp với độ khó của chuỗi khai thác hợp nhất (SHA256D(h_B) < target_S), thì h_B, h_S, cùng với một số thông tin liên kết tiêu đề bổ sung, trở thành bằng chứng hợp lệ về công việc của khối khai thác hợp nhất. Khối được khai thác hợp nhất đầy đủ sẽ chứa PoW và dữ liệu cụ thể khác của chuỗi còn lại (tức là các giao dịch được tham chiếu bởi h_S). Khối này được gửi đến mạng blockchain thứ cấp để được thêm vào blockchain thứ cấp. Với việc khai thác hợp nhất, hai bằng chứng công việc khác nhau có thể được tạo ra với giá của một.

Lịch sử

Khai thác hợp nhất gần như lâu đời như Bitcoin. Vào năm 2010, chính Satoshi đã đề xuất sử dụng phương pháp khai thác hợp nhất để bảo đảm một chuỗi bên BitDNS giả định sẽ lưu trữ các tên miền phi tập trung. Ý tưởng này đã sớm được triển khai và ra mắt dưới dạng altcoin Namecoin . Namecoin bắt đầu khai thác hợp nhất với Bitcoin vào năm 2011 để đạt được mức độ bảo mật cao hơn.

Trong thời gian đó, các blockchain khác cũng đi theo xu hướng này và bắt đầu khai thác hợp nhất với Bitcoin. Nhưng đó không phải là tất cả hoa hồng. Vào năm 2012, LukeJr đã thực hiện một cuộc tấn công 51% vào Coiledcoin, lúc đó đang hợp nhất khai thác với Bitcoin. Sự kiện đó cho thấy rằng khai thác hợp nhất không phải là thuốc chữa bách bệnh bảo mật cho mọi blockchain và phải có sự liên kết khuyến khích cao giữa chuỗi khai thác được hợp nhất mới và các chuỗi trước đó để cơ chế này được an toàn.

Trong năm 2014, một sự kiện quan trọng khác đã diễn ra. Dogecoin và Litecoin sử dụng cùng chức năng khai thác và các thợ mỏ bắt đầu chuyển đổi hàng loạt giữa hai chuỗi khối. Khi Dogecoin có lợi nhuận cao hơn, tất cả họ sẽ chuyển sang khai thác Dogecoin, đẩy nhanh quá trình sản xuất khối. Khi việc điều chỉnh độ khó của Dogecoin bắt đầu và khiến việc khai thác có lãi trở nên quá khó khăn, họ sẽ chuyển hàng loạt sang Litecoin để tối đa hóa lợi nhuận và chu kỳ sẽ lặp lại. Điều này gây ra sự mất ổn định về hashrate, tỷ lệ khối thất thường và việc phát hành token. Sau đó, tốc độ băm Dogecoin trở nên quá thấp để được coi là an toàn. Cộng đồng Dogecoin quyết định bắt đầu chấp nhận các khối được khai thác với Litecoin. Cho đến hôm nay, không có thợ mỏ nào trong cộng đồng này cố gắng tấn công cộng đồng khác. Có một số lý do khiến không có cuộc tấn công nào được thực hiện: thứ nhất, khai thác hợp nhất có lợi cho cả hai cộng đồng vì với việc khai thác hợp nhất, độ khó khối và tốc độ khối có thể ổn định trở lại. Thứ hai, nó cũng có lợi cho các thợ mỏ, những người có thể tạm thời tăng gấp đôi doanh thu của họ (cho đến khi các điều chỉnh tăng độ khó của blockchain kết thúc thời gian gia hạn này). Thứ ba, với tốc độ băm tương đương, không một công cụ khai thác nào có thể dễ dàng tấn công chuỗi khác. Thứ tư, không có tranh chấp về ý thức hệ giữa cộng đồng Litecoin và Dogecoin (chúng ta có thể tự hỏi liệu có cảm giác thuộc về các cộng đồng đó hay không). Thợ mỏ sẽ chỉ khai thác chuỗi có lợi nhất.

Sự độc lập

Một trong những lý do khiến việc khai thác hợp nhất được ưa thích trong lịch sử là vì nó cho phép tạo ra các chuỗi khối hoàn toàn độc lập. Khi nói độc lập, chúng tôi muốn nói rằng các chuỗi thứ cấp đó có thể tiếp tục tồn tại ngay cả khi chuỗi chính tạm dừng do sự cố kỹ thuật hoặc đơn giản là ngừng hoạt động mà không có sự hỗ trợ của cộng đồng. Chuỗi thứ cấp vẫn có thể tiếp tục nhận công việc từ các công cụ khai thác hợp nhất mà không cần chuỗi chính. Trong những năm đầu, ngay cả Bitcoin cũng không có tương lai được đảm bảo. Một trong những lý do khiến sidechain Rootstock chọn khai thác hợp nhất cho giao thức đồng thuận của mình (thay vì đồng thuận liên kết như Liquid) là Rootstock được tạo ra trong các cuộc chiến Kích thước khối và có nguy cơ thực sự là Bitcoin bị phá vỡ bởi những kẻ tấn công hoặc bị xé nát bởi những kẻ tấn công. một cộng đồng bị chia rẽ.

Tỷ lệ chặn

Một lý do quan trọng để thích khai thác hợp nhất hơn các cách thay thế khác để kế thừa bảo mật Bitcoin là việc khai thác hợp nhất cho phép chuỗi thứ cấp có tỷ lệ khối cao hơn.

Sau Bitcoin, tất cả các chuỗi khối được tạo ra đều được thiết kế để hỗ trợ tốc độ khối cao hơn (thời gian giữa các khối thấp hơn). Điều này được cho là có ảnh hưởng tiêu cực đến việc phân cấp vì nó có thể dẫn đến việc những người khai thác solo tạo ra nhiều khối mồ côi hơn, buộc họ phải tham gia các nhóm lớn hơn để duy trì tính cạnh tranh. Tỷ lệ chặn cao có một số lợi ích, bằng chứng rõ ràng là giao dịch của người dùng được xác nhận nhanh hơn. Một lợi ích nghịch lý của tỷ lệ khối cao hơn là phương sai thanh toán phần thưởng giảm: điều này làm giảm động lực tham gia các nhóm khai thác lớn, giúp cải thiện tính phân cấp. Tỷ lệ khối thể hiện sự cân bằng giữa khả năng sử dụng-phân cấp và tỷ lệ lý tưởng rất khó tìm được.

Do đó, các nhà thiết kế chuỗi khối khai thác hợp nhất muốn hợp nhất khai thác với Bitcoin phải hết sức cẩn thận với tỷ lệ khối. Khoảng thời gian khối trung bình dưới 10 giây mà không áp dụng các giao thức đồng thuận toàn diện hơn có thể gây thêm căng thẳng về băng thông cho các nhóm khai thác được hợp nhất, làm tăng chi phí, có thể khiến chúng gặp bất lợi với các nhóm khai thác không hợp nhất.

Các đối thủ khai thác hợp nhất

Tương tự như hoạt động khai thác hợp nhất của Nakamoto, có nhiều cách khác để kế thừa tính bảo mật từ các chuỗi khác. Phương thức đầu tiên được biết đến được triển khai bởi giao thức Mastercoin/OMNI và theo sau là giao thức Counterparty. Các dự án mới như RGB cũng áp dụng phương pháp này. Phương pháp này dựa trên việc nhúng dữ liệu giao dịch của sổ cái thay thế vào các giao dịch Bitcoin. Trong RGB, phần nhúng này vẫn tồn tại nhưng nó bị ẩn hoàn toàn bên trong cây Taproot. Tuy nhiên, lịch sử sổ cái Mastercoin/Đối tác/RGB đều không tạo thành một chuỗi khối riêng biệt. Lịch sử sổ cái chỉ đơn giản là danh sách tuần tự các giao dịch đặc biệt được nhúng trong các khối Bitcoin. Có nhiều cách khác để tạo các chuỗi khối riêng biệt kế thừa tính bảo mật từ chuỗi chính, thường bằng cách cố gắng đồng bộ hóa hoàn toàn hoặc một phần hai chuỗi khối. Tất cả đều dựa trên việc xuất bản dữ liệu ở đầu ra OP_RETURN . Một số ví dụ là Veriblock, PoX và Syncchains. Với các chuỗi “được đồng bộ hóa” này, việc đảo ngược khối chuỗi chính sẽ tự động đảo ngược các khối chuỗi thứ cấp xuất hiện sau đó. Một nhược điểm là chúng buộc các nút blockchain thứ cấp cũng chạy các nút chuỗi chính. Mặc dù các chuỗi khối được liên kết có thể cung cấp bảo mật được chia sẻ (và chuyển giao chuỗi chéo nhanh chóng), sự đồng thuận đồng bộ không thể cung cấp tốc độ khối nhanh hơn cho chuỗi khối thứ cấp mà không đưa ra một giao thức đồng thuận chuyển đổi khác (ví dụ: microblock của Bitcoin NG ). Ngược lại, chuỗi khai thác hợp nhất có thể sử dụng bất kỳ tốc độ khối nào, mặc dù, như đã đề cập trước đó, có một ngưỡng mà nếu vượt qua việc khai thác hợp nhất sẽ không kinh tế do yêu cầu băng thông cao.

Phê bình và tiến hóa

Sự đồng thuận khai thác hợp nhất ở Nakamoto đã được phân tích và cả hai đều ủng hộ và chỉ trích trong các tài liệu nghiên cứu. Tuy nhiên, tất cả các nghiên cứu hiện tại đều tập trung vào tác động thực tế của việc khai thác hợp nhất đối với sự phân quyền trong khi phương pháp này vẫn còn thiếu tính chính thức. Nghiên cứu học thuật chưa vượt qua phương pháp khai thác hợp nhất Namecoin. Nhưng phương pháp này đã được cải tiến rất nhiều. Sự ra mắt của chuỗi bên được khai thác hợp nhất Rootstock Bitcoin vào năm 2018 đã làm hồi sinh nghiên cứu, dẫn đến việc phát hiện ra các giao thức khai thác hợp nhất an toàn hơn, chẳng hạn như các biến thể nhận biết nhánh. Một số cải tiến này đã được triển khai trong Rootstock trong các lần nâng cấp mạng liên tiếp. Tuy nhiên, nghiên cứu lý thuyết mới vẫn nằm rải rác trong các bài báo trực tuyến và RSKIP (đề xuất cải tiến gốc ghép) và nó xứng đáng có tài liệu tốt hơn. Các biến thể mới của khai thác hợp nhất, sẽ được thảo luận trong bài viết sau, có thể chống lại một số cuộc tấn công đã biết. Ví dụ: người ta thường tin rằng sidechain được khai thác hợp nhất không thể an toàn trước các cuộc tấn công chi tiêu gấp đôi khi tốc độ băm khai thác hợp nhất thấp (tức là <10% tốc độ băm của chuỗi chính), trong khi với một số biến thể giao thức mới thì điều đó có thể xảy ra (theo các giả định về tính bảo mật và tính tồn tại hơi khác một chút).

Thiết kế khai thác hợp nhất Namecoin

Cách Namecoin hợp nhất các mỏ với Bitcoin rất đơn giản. Ở cuối trường coinbase của giao dịch tạo, người khai thác ghi 4 byte cho biết có bản ghi AuxPow theo sau. 4 byte này được gọi là byte ma thuật và được Namecoin sử dụng để tìm bản ghi AuxPow một cách dễ dàng. Tiếp theo, chúng tôi tìm thấy bản ghi AuxPow trong đó người khai thác phải lưu trữ bản tóm tắt hàm băm gốc của cây Merkle chứa hàm băm khối của các chuỗi khối khác nhau đang được khai thác hợp nhất. Sau đó, trường treeSize tiếp theo, chỉ định số khối được khai thác hợp nhất của các chuỗi khối riêng biệt có trong cây và trường treeNonce được cho là giúp tránh xung đột giữa các id chuỗi, nhưng thiết kế có sai sót và giá trị này không được sử dụng. Sơ đồ sau đây mô tả một khối Bitcoin mang bản ghi AuxPow liên kết với 4 khối (W,X,Y và Z) từ 4 chuỗi khối được khai thác hợp nhất khác nhau:

Thiết kế khai thác hợp nhất Namecoin

Để các nút Namecoin xác minh bằng chứng hoạt động của khối Namecoin, khối đó phải bao gồm các trường dữ liệu chứa:

• Đường dẫn Merkle để chứng minh việc đưa giao dịch Coinbase vào cây giao dịch khối Bitcoin
• Bản thân giao dịch coinbase, chứa gốc cây AuxPow.
• Đường dẫn Merkle để tìm hàm băm khối Namecoin trong cây AuxPow.

Sự đồng thuận của Namecoin có một quy tắc để xác minh bằng chứng khai thác hợp nhất và bằng chứng hoạt động của tiêu đề Bitcoin (bỏ qua tất cả các trường khác).

Phân biệt chuỗi sơ cấp/thứ cấp

Chúng tôi thường phân biệt một chuỗi khối chính duy nhất với tất cả các chuỗi khối thứ cấp được khai thác hợp nhất vì các khối chuỗi khối thứ cấp cần có bằng chứng Merkle bổ sung để cho phép xác minh bằng chứng công việc. Nhưng từ góc độ lý thuyết trò chơi, không có blockchain chính. Tất cả đều đóng góp vào ngân sách an ninh. Nếu tốc độ băm của blockchain chính giảm xuống còn 10% trong tổng số hashrate được khai thác hợp nhất, người ta sẽ muốn nói rằng blockchain thứ cấp đã trở thành blockchain chính, bởi vì bây giờ blockchain đó có thể sẽ là thứ trả tiền cho phần lớn bảo mật. ngân sách. Sự khác biệt thậm chí có thể còn khó hiểu hơn vì một chuỗi khối “thứ cấp” được khai thác hợp nhất có thể lấy công việc từ nhiều chuỗi “chính”, như trường hợp của Rootstock. Mặc dù hầu hết hashrate Rootstock đến từ các công cụ khai thác Bitcoin, nhưng đôi khi một phần nhỏ hashrate đến từ các công cụ khai thác Bitcoin Cash, do đó Rootstock thừa hưởng hashrate từ hai chuỗi chính.

Ngay cả khi vì lý do triết học, người ta không muốn nhận được hashrate từ Bitcoin SV chẳng hạn, thì điều này cũng không thể dễ dàng ngăn chặn được. Từ quan điểm đồng thuận Rootstock, các tiêu đề khối Bitcoin và Bitcoin SV trông giống hệt nhau (khối chính hoặc các trường độ khó có thể được sử dụng để phân biệt chúng theo phương pháp heuristic dựa trên độ khó của khối, nhưng điều này sẽ không chính xác). Do đó, Rootstock có thể có tốc độ băm cao hơn Bitcoin bằng cách kết hợp tốc độ băm của tất cả các chuỗi khối dựa trên SHA256D, bao gồm cả Bitcoin.

Do đó, chúng tôi tuân theo định nghĩa cú pháp: chuỗi chính là chuỗi có bằng chứng khai thác hợp nhất ngắn hơn thường có tiêu đề khối duy nhất và chuỗi phụ là những chuỗi yêu cầu tiêu đề khối bổ sung và hàm băm của nó được nhúng trong chuỗi đầu tiên.

Tính trung lập của chuỗi khối

Trong giai đoạn 2011–2013, đã có một số đề xuất được xuất bản trên diễn đàn bitcointalk.org để thực hiện hard-fork Bitcoin nhằm tóm tắt bằng chứng công việc của Bitcoin trong một chuỗi tiêu đề “chính” riêng biệt và tạo ra tất cả các khối chuỗi khối được khai thác hợp nhất (bao gồm cả Bitcoin) bắt nguồn từ chuỗi tiêu đề chính này. Tất cả các khối băm của blockchain sẽ là một phần của Cây Pow Merkle duy nhất. Tuy nhiên, những đề xuất này không nhận được sự chú ý (nói chung, chưa có đề xuất hard fork Bitcoin nào nhận được sự chú ý).

Trên thực tế, tiêu đề chính hoàn toàn không cần phải là một phần của chuỗi. Tiêu đề có thể rất nhỏ và chỉ cần chỉ định gốc cây Merkle của băm khối chuỗi và nonce cần thiết để thay đổi tiêu đề nhằm tìm PoW. Như chúng ta sẽ thấy trong bài viết tiếp theo, việc có trường dấu thời gian trong tiêu đề nhỏ này có thể cải thiện tính bảo mật của tất cả các chuỗi được khai thác hợp nhất. Tiêu đề nhỏ tưởng tượng này được mô tả trong hình sau trong đó X và Y đề cập đến một số hợp nhất khác- chuỗi khối được khai thác:

Một thiết kế khai thác hợp nhất không có bất kỳ blockchain chính nào

Nếu cấu trúc dữ liệu này được áp dụng thì sẽ không có bất kỳ chuỗi khối chính nào trong hoạt động khai thác hợp nhất Bitcoin.

Khi chúng tôi phân tích các động cơ thúc đẩy thợ mỏ bảo mật nhiều hơn một chuỗi khối với cùng một bằng chứng công việc, chúng tôi phải phân tích tất cả chúng dưới dạng các chuỗi bằng nhau. Để phân tích các khuyến khích khai thác hợp nhất, chúng ta nên nghĩ đến các công cụ khai thác SHA256D (hàm băm thực tế được sử dụng) thay vì các công cụ khai thác Bitcoin. Chúng ta phải phân tích tất cả các chuỗi khối được khai thác hợp nhất và các ưu đãi mà chuỗi khối cung cấp cho người khai thác.

Hợp nhất các Sidechain được khai thác

Sidechain Bitcoin làm tăng tiện ích của Bitcoin và do đó chúng góp phần vào giá trị của Bitcoin. Bằng cách sử dụng sidechain, người chơi bitcoin có thể thực hiện các khoản thanh toán riêng tư, tạo DAO và khám phá các trường hợp sử dụng sáng tạo mà không cần giao dịch bitcoin của họ lấy các đồng tiền dễ bay hơi khác (đôi khi được những người theo chủ nghĩa tối đa hóa Bitcoin gọi là shitcoin). Hiện tại có hai chuỗi bên Bitcoin đang tồn tại: Liquid (đồng thuận liên kết) và Rootstock (khai thác hợp nhất).

Chuỗi bên Rootstock cung cấp các khoản thanh toán rẻ hơn và các ứng dụng Tài chính phi tập trung (DeFi). Một trong những ứng dụng phi tập trung hữu ích dành cho người chơi bitcoin là tự cho vay bằng stablecoin được thế chấp bằng rBTC. Giải pháp này cho phép người chơi bitcoin sử dụng các token mệnh giá bằng tiền pháp định và không bị buộc phải bán bitcoin để chi tiêu hàng ngày.

Nhiều người tin rằng DeFi trên Bitcoin sẽ phát triển đáng kể trong những năm tới và các trường hợp sử dụng mới không lường trước được sẽ được làm sáng tỏ trong tương lai. Đó là lý do tại sao phần lớn những người đam mê bitcoin đều ủng hộ Rootstock và mong muốn thấy nó phát triển nhanh hơn.

Chuỗi bên Rootstock được thiết kế đặc biệt để cung cấp các ưu đãi cho cộng đồng Bitcoin. Nó khuyến khích sự tham gia của những người khai thác bitcoin và đặc biệt là những người khai thác Bitcoin bằng cách sử dụng giao thức đồng thuận khai thác hợp nhất. Bitcoin và Rootstock có thể được khai thác thành công nhờ các ưu đãi và cộng đồng chung.

Trong bài viết sau, tôi sẽ trình bày mô hình đồng thuận khai thác hợp nhất Rootstock và tôi cũng sẽ chỉ ra một số cải tiến do cộng đồng Rootstock tạo ra nhằm tăng cường đáng kể tính bảo mật của khai thác hợp nhất. Tôi cũng sẽ chỉ ra cách khai thác hợp nhất có thể mang lại lợi ích cho Bitcoin bằng cách tăng ngân sách bảo mật về lâu dài.

Tóm tắt

Khai thác hợp nhất là một phần quan trọng của giao thức đồng thuận dựa trên PoW cho phép chuỗi khối kế thừa bảo mật từ chuỗi chính mà không làm tăng chi phí khai thác. Sự đồng thuận của Nakamoto sử dụng khai thác hợp nhất có thể dẫn đến sự phân cấp cao hơn so với các giao thức đồng thuận dựa trên bằng chứng ủy quyền hoặc bằng chứng cổ phần. Tuy nhiên, bảo mật chuỗi chính sẽ chỉ được chia sẻ với các chuỗi khai thác được hợp nhất nếu liên kết cùng có lợi. Do đó, khai thác hợp nhất là lý tưởng cho các sidechain Bitcoin có thể tăng thêm giá trị to lớn cho mạng Bitcoin. Rootstock, chuỗi bên hợp đồng thông minh Bitcoin hoàn chỉnh đầu tiên của Turing, được khai thác với hơn 50% tỷ lệ băm Bitcoin hiện tại và tỷ lệ băm của nó tăng lên hàng năm, khiến nó trở thành một trong những mạng hợp đồng thông minh an toàn nhất hiện có. Rootstock sử dụng một biến thể nhận biết nhánh của giao thức, biến thể này sẽ được thảo luận trong bài viết tiếp theo.

Tuyên bố từ chối trách nhiệm:

1. Bài viết này được sao chép từ [Bitslog] và bản quyền thuộc về tác giả gốc [Sergio Demian Lerner]. Nếu có phản đối về việc sao chép, vui lòng liên hệ với nhóm Gate Learn và nhóm sẽ xử lý kịp thời theo các thủ tục liên quan.
2. Tuyên bố từ chối trách nhiệm: Các quan điểm và ý kiến trình bày trong bài viết này chỉ thể hiện quan điểm cá nhân của tác giả và không cấu thành bất kỳ lời khuyên đầu tư nào.
3. Các phiên bản ngôn ngữ khác của bài viết được nhóm Gate Learn dịch. Không đề cập đến Gate.io thì không được phép sao chép, phổ biến, đạo văn các bài viết đã dịch.