LUẬN văn THẠC sĩ NGHIÊN cứu cơ CHẾ xác THỰC, bảo mật TRONG CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGUYỄN THỊ NGÀ NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ XÁC THỰC, BẢO MẬT TRONG CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH ĐÀ NẴNG, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGUYỄN THỊ NGÀ NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ XÁC THỰC, BẢO MẬT TRONG CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN Chuyên ngành Khoa học máy tính Mã số 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học TS HÀ ĐẮC BÌNH ĐÀ NẴNG, 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu và thực hi.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: TS HÀ ĐẮC BÌNH

ĐÀ NẴNG, 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu và thực hiện luận vănthực sự của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS Hà Đắc Bình Mọi thamkhảo từ các tài liệu, công trình nghiên cứu liên quan trong nước và quốc tếđều được trích dẫn rõ ràng trong luận văn Mọi sao chép không hợp lệ, viphạm quy chế hay gian trá tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi kỷluật của trường Đại học Duy Tân

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2021

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn và lòng biết ơn sâu sắc đến thầy

TS Hà Đắc Bình, người đã giúp tôi chọn đề tài, định hình hướng nghiêncứu, tận tình hướng dẫn và chỉ bảo tôi trong quá trình thực hiện luận văn tốtnghiệp Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn các thầy, cô giáo trong trường Đại họcDuy Tân Các thầy, cô giáo đã dạy bảo và truyền đạt cho tôi rất nhiều kiếnthức, giúp tôi có được một nền tảng kiến thức vững chắc sau những năm họctập tại trường Đại học Duy Tân Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắcnhất đến gia đình và bạn bè – những người thân yêu luôn kịp thời động viên

và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong học tập cũng như trong cuộcsống

Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2021

Nguyễn Thị Ngà

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC HÌNH VẼ x

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 3

4 Phương pháp nghiên cứu: 3

5 Bố cục của luận văn: 4

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN 5

1.1 Giới thiệu chung 5

1.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ Blockchain 7

1.1.2 Phân loại Blockchain 8

1.1.3 Các phiên bản của Blockchain 9

1.2 Kiến trúc của hệ thống BLOCKCHAIN 10

1.3 Cơ sở khoa học tạo nên BLOCKCHAIN 11

1.3.1 Mật mã học 11

1.3.2 Mạng phân bố ngang hàng và mạng tập trung 14

1.3.3 Lý thuyết trò chơi (Game Theory) 16

1.4 Ưu nhược điểm của BLOCKCHAIN và ứng dụng 17

1.4.1 Ưu điểm 17

1.4.2 Nhược điểm 21

1.4.3 Một số ứng dụng của Blockchain 21

1.5 Kết chương 25

Chương 2 CƠ CHẾ XÁC THỰC, BẢO MẬT TRONG BLOCKCHAIN 26

2.1 Cấu trúc của BLOCKCHAIN 26

2.1.1 Chuỗi liên kết 26

2.1.2 Tìm mã Hash cho bằng chứng công việc 28

2.1.3 Tính bền vững của chuỗi liên kết 30

2.1.4 Xác định chuỗi khối thống nhất 31

2.2 Đặc điểm của BLOCKCHAIN 33

2.2.1 Một cơ sở dữ liệu phân tán 33

2.2.2 Tính bền vững và không thể đảo ngược 35

2.2.3 Minh bạch và không thể bị phá vở 35

2.2.4 Một mạng lưới các nút thắt phân quyền và bền vững 36

2.2.5 Tăng cường bảo mật, tin cậy và sẵn sàng 37

2.2.6 Truy xuất nguồn gốc của dữ liệu 37

2.3 Cơ chế xác thực và bảo mật trong BLOCKCHAIN 37

2.3.1 Các cơ chế đồng thuận trong Blockchain 37

2.3.2 Giao thức Pow 41

2.4 Thuật toán băm trong BLOCKCHAIN 46

2.4.1 Giới thiệu hàm băm 46

2.4.2 Tính chất cơ bản của hàm băm 47

2.4.3 Cấu trúc của thuật toán hàm băm 47

2.4.4 Thuật toán băm 48

2.4.5 Ứng dụng của hàm băm SHA 55

2.5 Kết chương 57

Chương 3 ỨNG DỤNG CỦA BLOCKCHAIN VÀO QUẢN LÝ DỮ

LIỆU HỌC SINH 58

3.1 Thực trạng môi trường quản lý dữ liệu học sinh 58

3.2 Xây dựng giải pháp BLOCKCHAIN cho ứng dụng 59

3.2.1 Giải pháp mã hóa dữ liệu 59

3.2.2 Giải pháp lưu trữ giá trị băm của dữ liệu 59

3.2.3 Giải pháp lưu trữ dữ liệu dạng thô trên Blockchain 59

3.3 Chức năng của ứng dụng 61

3.4 Mô phỏng việc sử dụng thuật toán băm SHA-1 bằng ngôn ngữ lập trình JAVA 61

3.4.1 Thiết lập hàm băm SHA-1 61

3.4.2 Kết quả sau khi băm dữ liệu là text 63

3.4.3 Kết quả sau khi băm bộ input là các hình ảnh 64

3.5 Xây dựng hệ thống 66

3.5.1 Kỹ thuật Blockchain 66

3.5.2 Một số xử lý có sử dụng hàm băm trong Blockchain 70

3.6 Quy trình thực hiện 70

3.6.1 Thêm dữ liệu của một văn bằng vào block 70

3.6.2 Thực hiện thêm dữ liệu của một văn bằng vào Block 72

3.7 Công cụ cài đặt 72

3.8 Kết chương 73

KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 3.3 Sơ đồ khối quy trình thực hiện việc thêm dữ liệu vào Block .…….71

Blockchain về bản chất chính là công nghệ lưu trữ dữ liệu, tuy nhiênkhông giống như những công nghệ lưu trữ dữ liệu khác Blockchain mangtrong mình những đặc điểm kỳ diệu mà không có công nghệ nào có thể làmđược, Blockchain giúp những người dù không hề quen biết biết vẫn có thể tintưởng nhau tuyệt đối và có thể thực hiện được những giao dịch quan trọng

mà không có bên thứ ba đứng ra làm trung gian, Blockchain giúp giải quyếtvấn đề về niềm tin giữa hai bên và xóa bỏ đi vai trò của bên thứ ba, từ đó giúpcông việc được tiến hành một cách nhanh chóng, giảm thiểu chi phí, và tăng

độ tin cậy Blockchain là sự kết hợp hoàn hảo giữa tính minh bạch và tính bảomật, nó cho phép tất cả mọi người đều có quyền biết các thông tin giao dịchcủa nhau Tuy nhiên, dữ liệu riêng tư của mỗi cá nhân thì vẫn đảm bảo bí mậttuyệt đối Đây là yếu tố vô cùng quan trọng của Blockchain nên cả thế giớiđang đặt niềm tin vào Blockchain

Bên cạnh đó, từ khi mạng Internet ra đời mang lại rất nhiều tiện ích hữu dụng cho người sử dụng, một trong các tiện ích phổ thông của

Internet là hệ thống thư điện tử (email), trò chuyện trực tuyến (chat), máy truytìm dữ liệu (search engine), các dịch vụ thương mãi và chuyển ngân, và cácdịch vụ về y tế giáo dục như là chữa bệnh từ xa hoặc tổ chức các lớp học ảo.Chúng cung cấp một khối lượng thông tin và dịch vụ khổng lồ trên Internet

Song song đó, một số công nghệ mới đã ra đời và làm thay đổi nền kinh tế thếgiới như: Điện toán đám mây, Internet of thing(IoT),…IoT là một hệ thốngcác thiết bị đồ dùng được kết nối với nhau qua mạng Internet Chúng có khảnăng trao đổi và truyền tải thông tin, dữ liệu một cách hiệu quả, tiện lợi thôngqua mạng Internet mà không cần sự tương tác trực tiếp giữa người với thiết bịhay giữa người với người Điều đó có nghĩa là khi mọi thiết bị đã được “Internet hóa”, chỉ với một thiết bị thông minh, chẳng hạn như Smart tivi,

Smartphone trên tay đã được hỗ trợ IoT, người dùng có thể điều khiển chúng

mọi lúc mọi nơi mà không bị giới hạn về mặt thời gian và không gian Cũnggiống như Internet, Blockchain khởi đầu chỉ như một trào lưu với đồng tiềnđiện tử Bitcoin, nhưng bản thân giá trị của Bitcoin chưa đủ để giúp công nghệnày thay đổi tương lai của ngành tài chính Nhưng với sự thích nghi và thayđổi nhanh chóng, Blockchain đang ngày càng khẳng định được tiềm năng củachính nó

Hiện nay, Blockchain được xem như là công nghệ cốt lỗi cho chuyển đổi

số và xây dựng nền tảng công nghệ thông tin tương lai

Với khả năng chia sẽ thông tin dữ liệu minh bạch theo thời gian thực, tiếtkiệm không gian lưu trữ và bảo mật cao, công nghệ Blockchain là một trongnhững xu hướng công nghệ đột phá, có khả năng ứng dụng rộng rãi ở nhiềungành nghề, lĩnh vực: Tài chính, ngân hàng, bất động sản, giáo dục

Ở đây, tôi có hướng nghiên cứu ứng dụng Blockchain trong giáo dục.Đầu tiên, nhờ sự hỗ trợ của Smart contract(hợp đồng thông minh) cùng hệthống dữ liệu bất biến, công khai, minh bạch và rõ ràng, Blockchain sẽ giúpngành giáo dục hạn chế tối đa những vấn nạn về gian lận: sửa điểm, giả mạođiểm, giả mạo bằng cấp,… Bên cạnh đó, dữ liệu cá nhân (bao gồm điểm, hoạtđộng đoàn thể, phong trào, giải thưởng…) của từng học sinh sẽ được lưu trữchi tiết và cụ thể trong Blockchain Ngoài ra, các nhà tuyển dụng, các doanh

nghiệp cũng có thể truy xuất được hồ sơ ứng viên Từ đó, xác định được nănglực ứng viên và chọn được nhân sự phù hợp cho công ty của mình.

Cuối cùng, các ứng viên cũng có thể chủ động tìm đến nhà tuyển dụng

và gửi ID của mình, không cần thông qua trung gian

Mặc dù, công nghệ Blockchain trên thế giới hiện nay phát triển rất mạnh

mẽ, nhưng tại Việt Nam đây vẫn là vấn đề mới mẻ, các tài liệu, công trìnhnghiên cứu về Blockchain vẫn còn hạn chế Đặc biệt trong ngành giáo dục,ứng dụng Blockchain vào bảo mật an toàn dữ liệu còn rất hạn chế, do vậy tôi

đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu cơ chế xác thực và bảo mật trong công nghệBlockchain, ứng dụng công nghệ Blockchain vào quản lý dữ liệu học sinh”làm đề tài luận văn cao học chuyên ngành Khoa học máy tính

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu tổng quan về Blockchain, nghiên cứu về cơ chế xác thực,bảo mật trong Blockchain

Ứng dụng Blockchain vào quản lý dữ liệu học sinh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là Blockchain Phạm vi nghiên cứu tổng quan

về công nghệ Blockchain, cơ cơ chế xác thực và bảo mật trong Blockchain,

ứng dụng Blockchain vào quản lý dữ liệu học sinh

4 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp tài liệu: nghiên cứu các tài liệu liên quan cập nhật nhữngthông tin liên quan đến đề tài

- Phương pháp lý thuyết được sử dụng để tính toán thiết kế hệ thống

- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thử nghiệm ứng dụng vào hệthống

- Phương pháp phân tích: phân tích và đánh giá dữ liệu

5 Bố cục của luận văn:

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được bố cục thành 3 chương:

- CHƯƠNG I: Giới thiệu công nghệ Blockchain

- CHƯƠNG II: Cơ chế xác thực, bảo mật trong công nghệ Blockchain

- CHƯƠNG III: Ứng dụng Blockchain vào quản lý dữ liệu học sinh.

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN

1.1 Giới thiệu chung

Trong công nghệ Blockchain: “Lần đầu tiên, người dùng Internet có thểchuyển một tài sản được mã hóa sang người dùng Internet khác Trong côngnghệ Blockchain, các giao dịch được đảm bảo an toàn và an ninh Mọi ngườiđều có thể biết giao dịch đó diễn ra ở đâu với ai hay loại tài sản nào, nhưngkhông thay đổi được thông tin trên giao dịch Đây là một ứng dụng mang tínhđột phá trong thời đại công nghệ mới.”

Thực vậy, công nghệ Blockchain thật sự khác biệt so với các loại côngnghệ khác mà chúng ta đã biết, công nghệ serve-client (chủ – khách)

Có thể nói, công nghệ Blockchain được coi là phát minh vĩ đại nhất kể từkhi xuất hiện mạng Internet

Những người khởi xướng tuyên bố rằng công nghệ này sẽ thay đổi mọingành công nghiệp hiện thời và ảnh hưởng tới cuộc sống của mọi người trênhành tinh này chỉ trong vài thập kỷ

Thông qua công nghệ Blockchain, người dùng có thể ghi dữ liệu giaodịch lên block, những thông tin này được lưu chung tại sổ cái Chiếc sổ cáicủa Blockchain cho phép người tham gia hệ thống có thể dùng chung thôngtin Sổ cái phân tán của Blockchain là cơ sở dữ liệu được tổ chức và cập nhậtmột cách độc lập bởi từng cá nhân tham gia (hay node) trong một mạng lớn

Do đó, không ai có thể thay đổi dữ liệu trên sổ cái – vì không thể cùng lúcchỉnh sửa hàng nghìn, hàng triệu chiếc sổ cái được lưu trữ trên tất cả các nodetrên toàn thế giới

Sổ cái của Blockchain sử dụng mạng lưới peer-to-peer(mạng nganghàng), có tính phân quyền Mọi người đều có quyền ghi thông tin và sử dụng

chúng Tính phân quyền của Blockchain làm cho các thông tin giao dịch trongmạng rõ ràng và minh bạch hơn

Một cơ sở dữ liệu trung tâm được xây dựng trên Blockchain, loại bỏ sựcần thiết của các cơ sở dữ liệu và tổ chức trung tâm Mọi cá nhân trongBlockchain có thể quan sát và kiểm nhận giao dịch, giúp đảm bảo tính minhbạch và độ tin cậy

Niềm tin là cốt lõi của Blockchain, tạo nên hệ thống tín nhiệm giữa các

cá nhân mà không cần tổ chức trung gian liên quan đến giao dịch

Blockchain cho phép mọi người giao dịch mọi giá trị.Ví dụ trong thưviện thì đó là những cuốn sách, nhưng cũng có thể là bất động sản, cổ phần,tài liệu điện tử và gần như mọi thứ khác Các hệ thống xây dựng trên nền tảngBlockchain đang được sử dụng cho nhiều hoạt động đa dạng trên khắp cáclĩnh vực công nghệ khác nhau bao gồm nhận diện kỹ thuật số, mạng xã hội,bầu cử, lưu trữ dữ liệu trực tuyến Có vẻ hệ thống xây dựng trên nền tảngBlockchain sở hữu tiềm năng vô tận đang được nhiều công ty và chính phủkhai thác

Blockchain giống như cơ sở dữ liệu, là một hình thức lưu trữ hồ sơ giátrị và giao dịch Gần như mọi thứ đều có thể được lưu trữ trên Blockchain

Đa phần các giao dịch ngày nay giữa mọi người đều đòi hỏi một đơn vịtrung gian đáng tin cậy, có khả năng bảo mật và tạo điều kiện để giao dịchthuận lợi như ngân hàng và các tổ chức tài chính

Công nghệ Blockchain loại bỏ sự cần thiết của đơn vị trung gian, chophép mọi người giao dịch trực tiếp với nhau

Hàng tỷ người trên thế giới đang sống ở những quốc gia nơi mà họkhông thể đặt lòng tin vào các đơn vị trung gian như ngân hàng, chính phủ và

hệ thống pháp luật trong việc thực hiện giao dịch cũng như lưu trữ chính xác

hồ sơ Blockchain đặc biệt hữu dụng trong những trường hợp này vì có thểcung cấp độ tin cậy và đảm bảo cho mọi người khi họ giao dịch với nhau.

1.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ Blockchain

Blockchain lần đầu tiên được đề cập đến trong mã nguyên thủy choBicoin Dù hiện nay có sự phân tách giữa công nghệ Blockchain và Bitcoin,lịch sử của Blockchain lại liên quan mật thiết tới lịch sử hình thành Bitcoin Mật mã học là nền tảng cốt lõi của Blockchain Mật mã học đã trải quaquá trình lịch sử lâu dài cũng như được sử dụng để bảo vệ những thông điệp

và bí mật từ hàng ngàn năm trước

Mật mã học trong công nghệ Blockchain, nhiều nghiên cứu vào giữanhững năm 1980 và 1990 đã chỉ ra rằng có thể bảo toàn dữ liệu thông qua quátrình mã hóa, đồng thời kết nối chặt chẽ dữ liệu đó vào chuỗi cùng với các đềxuất lưu hành đồng tiền ảo

Năm 2015 Blockchain động Ethereum ra đời Sự kiện này đã đưa tiềmnăng của công nghệ Blockchain lên tầm cao mới Mạng lưới Ethereum chophép các ứng dụng phi tập trung được nhiều người nhận định là tương lai củacông nghệ Blockchain, thường được gọi là Blockchain 2.0

Đa phần các công ty dịch vụ tài chính và ngân hàng trên thế giới đềuphát triển hệ thống xây dựng dựa trên nền tảng Blockchain để thay thế chocác mạng lưới hoặc cơ sở dữ liệu vốn có Nhờ truy cập dễ dàng và khả năngcho phép các ứng dụng phi tập trung phối hợp với hợp đồng thông minh, côngnghệ Blockchain đã được khai mở tới hầu hết các lĩnh vực công nghiệp Cáclập trình viên đã có thể xây dựng phần mềm hoạt động trên Blockchain màkhông cần khởi tạo Blockchain của riêng họ

Đến năm 2017, Tạp chí Kinh doanh Harvard tuyên bố Blockchain cótiềm năng tạo nên những cơ sở mới trong hệ thống kinh tế và xã hội Nhậnđịnh này dường như đã hé lộ sự phát triển của Blockchain sẽ mở ra như thế

nào đồng thời gợi nhớ tới mạng Internet vào thời kỳ sơ khai với vô vàn tiềmnăng chỉ mới được khai phá Nhiều công ty lớn, công ty khởi nghiệp, các nhà

tư bản mạo hiểm, cơ quan chính phủ và các lập trình viên đều làm việc trêncác ứng dụng phi tập trung, cơ sở dữ liệu và hệ thống xây dựng dựa trênBlockchain

Trong hệ thống Blockchain chia thành 3 loại chính gồm: Public, Private

và Permissioned:

quyền đọc và ghi dữ liệu trên Blockchain được Quá trình xác thực giao dịchtrên Blockchain này đòi hỏi phải có hàng nghìn hay thậm chí là hàng vạn núttham gia Do đó để tấn công vào hệ thống Blockchain này là điều bất khả thi

vì chi phí rất cao Ví dụ về public Blockchain như: Bitcoin 3, Ethereum

chỉ được quyền đọc dữ liệu, không có quyền ghi vì điều này thuộc về một bên

thứ ba tuyệt đối tin cậy Bên thứ ba này có thể hoặc không cho phép người

dùng đọc dữ liệu trong một số trường hợp Bên thứ ba toàn quyền quyết định

mọi thay đổi trên Blockchain Vì đây là một Private Blockchain, cho nên thời

gian xác nhận giao dịch khá nhanh vì chỉ cần một lượng nhỏ thiết bị tham gia

xác thực giao dịch

dạng của Private Blockchain nhưng bổ sung thêm một số tính năng nhất định

Nó kết hợp giữa “niềm tin” khi tham gia vào Public và “niềm tin tuyệt đối”

khi tham gia vào Private Ví dụ: Các ngân hàng hay tổ chức tài chính liên

doanh sẽ sử dụng Blockchain cho riêng mình

Hình 1.1 Phân loại Blockchain 1.1.3 Các phiên bản của Blockchain

Các (version) phiên bản của Blockchain Đến năm 2018 thì Blockchain

đã có 3 phiên bản chính bao gồm:

 Blockchain 1.0 – Tiền tệ và Thanh toán: Là phiên bản sơ khai và

đầu tiên của blockchain, ứng dụng chính của phiên bản này là các công việcliên quan đến tiền mã hoá: bao gồm việc chuyển đổi tiền tệ, kiều hối và tạolập hệ thống thanh toán kỹ thuật số Đây cũng là lĩnh vực quen thuộc với rấtnhiều ngườt nhất, đôi khi khá nhiều người lầm tưởng Bitcoin và Blockchain làmột

 Blockchain 2.0 – Tài chính và Thị trường: Đây là phiên bản thứ 2của Blockchain, ứng dụng của nó là xử lý tài chính và ngân hàng: mở rộngquy mô của Blockchain, đưa Blockchain tích hợp vào các ứng dụng tài chính

và thị trường Các tài sản bao gồm cổ phiếu, chi phiếu, nợ, quyền sở hữu vàbất kỳ điều gì có liên quan đến thỏa thuận hay hợp đồng thông minh (SmartContract)

 Blockchain 3.0 – Thiết kế và Giám sát hoạt động: Hiện tại đây đang

là phiên bản cao nhất của Blockchain, với phiên bản này, công nghệBlockchain sẽ vượt khỏi biên giới chỉ phục vụ cho lĩnh vực tài chính, và đivào các lĩnh vực khác như giáo dục, chính phủ, y tế và nghệ thuật… Và năm

2019 sẽ là một năm bùng nổ của công nghệ Blockchain 3.0

1.2 Kiến trúc của hệ thống BLOCKCHAIN

Blockchain là công nghệ lưu trữ và truyền tải thông tin bằng các khốiđược liên kết với nhau và mở rộng theo thời gian Mỗi khối chứa đựng các

thông tin về thời gian khởi tạo và được liên kết với các khối trước đó Mỗikhối sẽ được lưu trữ gồm 3 phần như trong hình 1.2 dưới đây:

Hình 1.2 Kiến trúc của hệ thống Blockchain

Dữ liệu: Dữ liệu sẽ tùy thuộc vào từng loại Blockchain Chẳng hạn như

Blockchain của dữ liệu học sinh sẽ chứa dữ liệu của học sinh đó

Hash của khối hiện tại: Hash của khối hiện tại như một đặt điểm để

nhận dạng

Hash khối trước: Nhờ hash này mà các khối liên kết tạo ra một chuỗi.

Tuy nhiên khối đầu tiên sẽ không được liên kết với bất cứ khối nào Vì nó đượctạo ra đầu tiên Khối đầu tiên này được gọi là Genesis block minh họa điều nàytrong hình 1.3

Hình 1.3 Khối nguyên thủy

1.3 Cơ sở khoa học tạo nên BLOCKCHAIN

Công nghệ Blockchain có thể nói là sự kết hợp giữa 3 loại công nghệ:

Mật mã học: Sử dụng khóa công khai (Public key) và hàm băm (Hash

function) để đảm bảo tính minh bạch, toàn vẹn và riêng tư

Mạng ngang hàng: Mỗi một nút trong mạng được xem như một client

và cũng là sever để lưu trữ bản sao ứng dụng

Lý thuyết trò chơi: Tất cả các nút tham gia vào hệ thống đều phải tuân

thủ luật chơi đồng thuật (PoW, PoS, ) và được thúc đẩy bởi động lực kinh tế

1.3.1 Mật mã học

Mật mã học, khoa học viết mã và mật mã nhằm đảm bảo an toàn thôngtin, là một trong những yếu tố quan trọng nhất góp phần tạo ra các đồng tiềnđiện tử và Blockchain ngày nay, hình 1.4 dưới đây minh họa cách viết mật mã

để bảo mật thông tin

Hình 1.4 Mật mã học

1.3.1.1 Hàm băm

Là một hàm băm với một số tính chất bảo mật nhất định để phù hợp việc

sử dụng trong nhiều ứng dụng bảo mật thông tin đa dạng, chẳng hạn như

chứng thực (authentication) và kiểm tra tính nguyên vẹn của thông điệp (message integrity) Một hàm băm nhận đầu vào là một xâu ký tự (hay thông

điệp) có độ dài tùy ý và tạo ra kết quả là một xâu ký tự có độ dài cố định, đôi

khi được gọi là tóm tắt thông điệp số (message digest) hoặc chữ ký số (digital

fingerprint) Hàm băm thông dụng nhất là MD5 và các hàm băm SHA Hình

1.5 dưới đây minh họa cách nhập vào thông tin cần mã hóa, dùng hàm băm để

mã hóa và xuất ra dãy các kí tự đã mã hóa

Hình 1.5 Hàm băm

1.3.1.2 Cây Merkle

Hình 1.6 Mô hình cây Merkle với R là rễ, Tx là khối dữ liệu ban đầu

Trong mã hóa dữ liệu, cây Hash hay cây Merkle như minh họa tronghình 1.6 trên đây là một mô hình dạng cây trong đó các điểm ngọn là giá trịhash của một khối dữ liệu, các điểm khác ngọn là giá trị hash gộp của cácđiểm thấp hơn nó Gốc của cây Merkle là giá trị hash của tất cả các giá trịtrung gian của nó.

Cây Hash cho phép kiểm tra tính nguyên vẹn của một tập hợp dữ liệu lớn

mà không nhất thiết phải kiểm tra tất các các khối dữ liệu ban đầu Giả sửkhối dữ liệu T1 bị thay đổi, giá trị Hash R1 của nó cũng bị thay đổi theo, giátrị Hash R12 là mã hóa hash của R1 và R2 cũng sẽ lần lượt bị thay đổi, kếtquả là R bị thay đổi

1.3.1.3 Mã hóa đối xứng và bất đối xứng

Mã hóa đối xứng sử dụng một khóa duy nhất cho việc mã hóa và giải mã

dữ liệu như minh họa hình sau đây:

Hình 1.7 Mã hóa đối xứng

Ngược lại, mã hóa bất đối xứng hay còn gọi là mã hóa công khai – bímật, bao gồm một cặp khóa trong đó một khóa sẽ dùng để mã hóa và phảidùng khóa còn lại mới có thể giải mã, cả hai khóa đều có thể dùng để mã hóanhưng cần đến khóa còn lại để giải mã như minh họa trong hình 1.8 sau đây:

Hình 1.8 Mã hóa bất đối xứng với khóa công khai (xanh)

và khóa bí mật (đen)

Chúng ta có thể giải thích mã hóa bất đối xứng như sau: Có hai ngườibạn tên là A và B Giả sử B cần gửi một thông điệp cho A và trước đó, B và A

đã trao đổi với nhau khóa công khai mình B sẽ mã hóa thông điệp của mình

sử dụng khóa công khai của A và gửi cho A, A nhận được thông điệp đã bị

mã hóa đấy sẽ sử dụng khóa bí mật của mình để giải mã và đọc nội dung bêntrong Sau đó, để gửi lại thông điệp cho B, A cũng làm tương tự, mã hóa bằngkhóa công khai của B, và B sẽ sử dụng khóa bí mật của mình để giải mã Tuynhiên một nhân vật trung gian có thể thay đổi nội dung và mã hóa dữ liệu sửdụng một trong hai khóa công khai của hai người Để chắc chắn rằng thôngđiệp mà A nhận được là thuộc về B và không phải do một nhân vật trung gianmạo danh B gửi đến, thì sau khi mã hóa thông điệp của mình bằng khóa côngkhai của A, B sẽ Hash toàn bộ thông điệp đã được mã hóa đấy thành mộtchuỗi ký tự, sau đó sử dụng khóa bí mật của mình để mã hóa thêm lần nữachuỗi ký tự đấy, kết quả là một chuỗi số được gọi là chữ ký điện tử của B, B

sẽ đính kèm chữ ký điện tử này trong thông điệp đã được mã hóa bằng khóacông khai của A và gửi đi A sau khi nhận được thông điệp đã được mã hóa

và chữ ký điện tử của B kèm theo, sẽ giải mã thông điệp bằng khóa bí mật củamình, đồng thời A giải mã chữ ký điện tử của B với khóa công khai của B đểthu được chuỗi kỹ tự đã Hash Sau đó A chỉ việc thực hiện lại việc Hashthông điệp đã được giải mã và so sánh nó với giá trị Hash từ chữ ký điện tửcủa B để chắc chắn kết quả thu được là trùng khớp Do chỉ có B mới giữ khóa

bí mật, nên có thể công nhận là chỉ B mới tạo ra chữ ký điện tử này, và rõràng thông điệp trên là do B gửi đến

Một mạng phân bố ngang hàng peer-2-peer (p2p) bao gồm rất nhiều cácnốt mạng liên kết trực tiếp với nhau, trong đó mỗi nốt mạng có vai trò và vị trínhư nhau Một ví dụ điển hình là Bittorrent, giao thức chia sẻ file quaInternet, hoặc Napster Mạng ngang hàng cho phép hàng triệu người sử dụng

có thể kết nối trực tiếp với nhau, hình thành một khối khổng lồ với khả năngtính toán và băng thông của tất cả mạng tham gia gộp lại như minh họa tronghình 1.9 đưới đây:

Hình 1.9 Mạng ngang hàng trong Blockchain

Trên mạng ngang hàng, các thiết bị được kết nối để chia sẻ các tệp đượclưu trữ trên ổ cứng của chúng Sử dụng các ứng dụng phần mềm được thiết kế

để làm trung gian cho việc chia sẻ dữ liệu, người dùng có thể truy vấn cácthiết bị khác trên mạng để tìm và tải xuống các tệp Khi người dùng đã tảixuống một tệp, họ có thể đóng vai trò là nguồn của tệp đó Nói cách khác, khimột nút hoạt động như một máy khách, họ tải xuống các tệp từ các nút kháctrên mạng Nhưng khi họ hoạt động như một máy chủ, họ là nguồn mà các nútkhác có thể tải xuống các tệp Tuy nhiên, trên thực tế, các nút có thể thực hiệnhai chức năng cùng một lúc

Khác với mạng phân bố ngang hàng, mạng tập trung là mạng trong đócác nốt mạng cùng liên kết đến một đơn vị trung tâm, có toàn quyền quản lý

việc lưu trữ và trao đổi thông tin Điều này có thể được nhìn thấy ở bất cứ một

hệ thống giao dịch tài chính, bảo hiểm hay hợp đồng đầu tư nào Tất cả thôngtin sẽ do đơn vị trung tâm nắm giữ và xử lý, tạo ra một chi phí không nhỏ choviệc duy trì, kiểm soát thông tin Hình 1.10 dưới đây minh họa mô hình mạngngang hàng và mạng tập trung

Hình 1.10 Mô hình mạng ngang hàng và tập trung

Về cơ bản, lý thuyết trò chơi là một phương pháp toán học ứng dụngđược sử dụng để nghiên cứu hành vi của con người dựa trên việc ra quyếtđịnh hợp lý "Trò chơi" được thiết kế như một môi trường tương tác, do đóngười chơi có xu hướng thực hiện hành động hợp lý khi phản ứng lại các quytắc trò chơi hoặc tác động từ các người chơi khác Ban đầu được phát triểntrong kinh tế học để nghiên cứu hành vi của các doanh nghiệp, thị trường vàngười tiêu dùng, ngày nay lý thuyết trò chơi được áp dụng rộng rãi trong cáclĩnh vực nghiên cứu khác Do đó, các mô hình lý thuyết trò chơi có thể được

sử dụng như là một công cụ để kiểm tra hành vi tiềm tàng của các tác nhântương tác và các kết quả có thể có từ các hành động của chúng trong cáctrường hợp được xác định trước Các mô hình lý thuyết trò chơi cũng có thểđược áp dụng trong nghiên cứu mở rộng của chính trị học, xã hội học, tâm lýhọc và triết học

Ứng dụng chung của lý thuyết trò chơi là mô hình hóa và kiểm tra cáchcon người hành xử và ra quyết định dựa trên sự suy xét hợp lý Do đó, các môhình lý thuyết trò chơi phải luôn được xem xét khi thiết kế các hệ thống phântán, chẳng hạn như các hệ thống tiền điện tử.

Nhờ sự kết hợp cân bằng giữa mật mã học và lý thuyết trò chơi, thuậttoán đồng thuận Proof of Work đã có thể tạo ra blockchain Bitcoin như một

hệ thống kinh tế phi tập trung, có khả năng cao chống lại các cuộc tấn công.Điều này cũng đúng với các đồng tiền điện tử khác, và các khái niệm về lýthuyết trò chơi cũng áp dụng cho các blockchain dựa trên PoS Sự khác biệtchính ở đây là cách một blockchain Proof of Stake xử lý các giao dịch và tiếnhành xác nhận các khối

1.4 Ưu nhược điểm của BLOCKCHAIN và ứng dụng

1.4.1 Ưu điểm

Theo như Marwan Forzley, Nhà sáng lập Align Commerce đã nói “Côngnghệ Blockchain có khả năng tối ưu hóa cơ sở hạ tầng toàn cầu để giải quyếtcác vấn đề quốc tế hiệu quả hơn nhiều các hệ thống hiện hành trong bối cảnhhiện nay.”

Ngoài ra, công nghệ Blockchain còn có những ưu điểm sau:

Tính minh bạch: Các hệ thống xây dựng dựa trên nền tảng Blockchain

cung cấp nhiều bước tiến về tính minh bạch hơn nhiều so với sổ cái và cáchlưu trữ hồ sơ hiện hành Những thay đổi này cho phép mọi người trong mạnglưới có thể xem xét sổ cái và ngay khi nhập vào Blockchain, các giao dịchkhông thể bị sửa đổi hay xóa bỏ

Với cách thức ghi chép hồ sơ hiện tại, một người có thể thay đổi dữ liệurồi che giấu sự thay đổi đối với mọi người Có vô số trường hợp lừa đảo quy

mô lớn nhưng không bị phát hiện vì sổ cái không minh bạch Tình trạng thiếu

minh bạch này cho phép mọi người thay đổi thông tin đầu vào hoặc ngụy tạo

dữ liệu mà người khác không biết

Công nghệ dựa trên nền tảng Blockchain cung cấp sự rõ ràng tới toàn bộmọi người trong mạng lưới, nhờ các giao dịch được thông báo tới mọi máytính kết nối trong mạng lưới Đa số các máy tính được liên kết trongBlockchain phải chấp nhận giao dịch hoặc sự thay đổi ở Blockchain, vì thếtránh được tình trạng che giấu hoặc ngụy tạo giao dịch

Tất cả các thay đổi đều thuộc quá trình xử lý dữ liệu gần sát thời gianthực, quá trình này diễn ra khi các giao dịch được xác nhận và bổ sung vàoBlockchain Trường hợp một người trong tổ chức trộm cắp tiền hoặc che giấucác khoản thua lỗ của công ty bằng cách ngụy tạo dữ liệu nhập vào sổ cáihiếm khi xảy ra trong sổ cái phân tán xây dựng trên nền tảng Blockchain.Tính minh bạch không đổi khi áp dụng với mọi giá trị được ghi trênBlockchain

Loại bỏ đơn vị trung gian: Một lợi thế của công nghệ Blockchain so

với các hệ thống hiện hành là khả năng xóa bỏ các đơn vị trung gian bằngcách cho phép mọi người giao dịch trực tiếp với nhau thay vì qua một bên thứ

ba nào đó Điều này giúp ích cho hàng tỷ người đang phải sống ở những quốcgia mà họ không thể đặt lòng tin vào các đơn vị trung gian

Phi tập trung: Đặc điểm phi tập trung trong một cơ sở dữ liệu

Blockchain là lý do then chốt giải thích cách thức chuỗi loại bỏ vai trò của cácđơn vị trung gian đồng thời tăng cường tính minh bạch và độ tin cậy như thếnào Các Blockchain được lưu trữ trong một sổ cái chung thay vì nhiều sổ cáiriêng do các tổ chức khác nhau quản lý Các cá nhân và công ty không phải

trao quyền cho một đơn vị tổ chức đơn lẻ nào khi sử dụng Blockchain Điều

này giúp quản lý sự cộng tác giữa các bên nhanh chóng và dễ dàng hơn

Cấu trúc phi tập trung của Blockchain là một lợi thế đối với các công tycạnh tranh lẫn nhau nhưng lại cùng là thành viên của một nhóm công nghiệphoặc tập đoàn Một công ty có thể lo sợ khi chuyển giao dữ liệu hoặc phốihợp trên một cơ sở dữ liệu mà đối thủ cạnh tranh sở hữu Khi các đối thủ cạnhtranh cộng tác với nhau, sẽ có một bên nắm giữ toàn bộ dữ liệu liên quan đếncác hợp đồng pháp lý dài dòng và các thỏa thuận bí mật để bảo vệ sự riêng tư

và khả năng truy cập dữ liệu

Cơ sở dữ liệu tập trung dễ bị tấn công, mất mát và sai hỏng dữ liệu.Blockchain không có cơ sở dữ liệu trung tâm nơi dễ xảy ra hỏng hóc, ngụytạo hoặc sai lệch dữ liệu Toàn bộ máy tính trong hệ thống Blockchain đều cómột phiên bản sao lưu Blockchain, giúp giảm thiểu nguy cơ thất thoát dữ liệu

Để có thể ngụy tạo dữ liệu trên Blockchain cần phải xâm nhập đồng thời hơn50% số máy tính trong mạng lưới, điều này gần như không thể thực hiệnđược

Tạo niềm tin: Blockchain cho phép loại bỏ các đơn vị trung gian

nhưng vẫn duy trì sự tin tưởng và độ bảo mật giữa mọi người tham gia giaodịch

Niềm tin đặt vào mạng lưới Blockchain thay vì vào bên thứ ba MạngBlockchain thường phân tán, nên tất cả các thành viên trong mạng đều có thểtruy cập vào Blockchain

Cấu trúc phi tập trung với tính minh bạch được tăng cường và khả năngloại bỏ được bên thứ ba của Blockchain, Blockchain còn gia tăng niềm tingiữa các đối tượng trong một giao dịch, đây là lợi ích quan trọng trong tất cảnhững thay đổi

Độ bảo mật: Dữ liệu khi đã được đưa vào Blockchain sẽ bất khả sửa

đổi, tức là không thể thay đổi hoặc chỉnh sửa Mọi khối dữ liệu trênBlockchain đều có thể được truy ngược về “khối nguyên thủy”, tức khối đầu

tiên Tính bất khả sửa đổi của dữ liệu đầu vào cùng với các khối kết nối dẫn

về khối nguyên thủy trên Blockchain đã giúp việc lần theo lịch sử hoạt độngcủa từng giao dịch trên Blockchain dễ dàng hơn

Trong suốt chiều dài lịch sử, có vô số trường hợp lừa đảo và ngụy tạo dữliệu Thông thường, khi xảy ra lừa đảo, để tìm ra dấu vét vụ gian lận rất khókhăn và tốn thời gian Lịch sử dữ liệu có thể bị thay đổi nhiều đến mức khôngthể tìm ta các giao dịch và các vụ lừa đảo

Độ bảo mật của Blockchain không phải là không có sơ hở, nhưng những

hệ thống Blockchain hiện nay đã liên tục chứng minh được tính bảo mật vượttrội, Blockchain giải quyết được nhiều vấn đề về bảo mật trong những hệthống thông thường Mặc dù tình trạng lừa đảo có lẽ không thể bị xóa sổ hoàntoàn, nhưng Blockchain tạo ra một lịch sử hoạt động rất sáng tỏ cho phép tuyngược về điểm khởi đầu để dễ dàng xác định âm mưu lừa đảo

Tiết kiệm chi phí: Công nghệ Blockchain có thể giúp giảm bớt rất

nhiều chi phí trong nhiều ngành công nghiệp nhờ loại bỏ được các đơn vịtrung gian liên quan đến quá trình lập hồ sơ và chuyển giao tài sản Mọi đơn

vị trung gian hay các lớp trong một giao dịch đều gây tăng chi phí lập hồ sơ

và chuyển giao tài sản

Trong nhiều hệ thống hiện hành, khi chuyển giao hoặc lập hồ sơ tài sản,mỗi tổ chức thường sử dụng nhiều cơ sở dữ liệu và sổ cái khác nhau Một sổcái phân tán sẽ cho phép các bên liên quan chuyển giao tài sản trên một sổ cáichung, tiết kiệm chi phí bảo quản nhiều sổ cái trong các tổ chức

Duy trì nhiều sổ cái hoặc cơ sở dữ liệu rất tốn kém là quá trình rất thủcông vì cần nhiều người phụ trách kiểm kê tính nhất quán của từng sổ cái.Nhưng sổ cái phân tán dựa trên nền tảng Blockchain sẽ giảm được nhiều chiphí vì thay thế được từng sổ cái riêng rẽ thành một sổ cái chung, tạo khả năng

thanh toán theo thời gian thực và kiểm soát tất cả các thành viên trong mạnglưới mỗi khi xuất hiện một giao dịch.

Tăng tốc độ giao dịch: Các hệ thống sử dụng công nghệ Blockchain

không chỉ giúp giảm chi phí giao dịch mà còn thực sự tăng tốc độ giao dịch.Nhờ loại bỏ được các đơn vị trung gian và thiết lập giao dịch trên sổ cái phântán chung, các sổ cái ứng dụng công nghệ Blockchain có thể xử lý giao dịchgần như ngay lập tức

Thiếu tính riêng tư: Nhiều Blockchain phi tập trung không có tính

riêng tư Số dư tài khoản và các giao dịch đều có thể bị mọi người trên mạnglưới xem xét

Những lo ngại về bảo mật: Nhiều phương thức bảo mật trong

Blockchain khiến việc đồng thuận vấn đề chung đó trở nên khó khăn hơn và

có thể kém an toàn hơn so với những phương thức hiện thời vì mọi người sẽchép lại khóa cá nhân để học không bị quên mất

Trong lĩnh vực IoT: IoT là một mạng lưới của các đối tượng vật lý

hay "các sự vật" được nhúng với thiết bị điện tử, phần mềm, cảm biến, mỗiđối tượng này được cung cấp một định danh của riêng nó, và tất cả có khảnăng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu với nhau qua một cơ sở hạ tầngmạng

Hiện nay, IoT còn bao gồm cả những kiểu giao tiếp theo kiểu máy vớimáy (Machine to Machine), hạn chế sự tác động của con người nhưng được

áp dụng trong sản xuất năng lượng hay các ngành công nghiệp nặng Viễncảnh tưởng chừng như chỉ có trong phim ảnh đã xuất hiện trong thực tiễn với

sự phát triển của nhà thông minh, TV thông minh, tủ lạnh thông minh, ôtô tựlái, camera thông minh,

Quản lý quá trình học tập: Có một sự thật là bạn không thể ghi nhớ

toàn bộ kết quả học tập của mình hay kinh nghiệm nghiên cứu hay các kỹnăng trải nghiệm trong suốt quá trình hoạt động của bản thân một cách đầy đủ

và rõ ràng Nếu ứng dụng Blockchain trong lĩnh vực này chúng ta sẽ ghi nhớđược quá trình học tập của mình tại trường

Hợp đồng thông minh: Với việc áp dụng công nghệ Blockchain và sử

dụng hợp đồng thông minh, giáo viên sẽ giám sát hiệu suất học tập của họcviên để đưa ra những đánh giá chuẩn xác nhất về từng cá nhân Mỗi ngày, cáchọc viên sẽ nộp báo cáo công việc của mình lên nền tảng học tập thông quamột tài khoản duy nhất, đảm bảo tính công khai, minh bạch và công bằngtrong đánh giá của giáo viên Với giáo viên, cần có những bài giảng đượcchuẩn bị trước up lên nền tảng giáo dục để nhà trường có sự đánh giá vềchuyên môn và ý thức giảng dạy Việc học thật, thi thật, kết quả thật và đưa rachứng chỉ, bằng cấp từ các trường đại học hay các các cơ sở đào tạo nghề

“thật” nhất nhờ ứng dụng Blockchain chính là điều các nhà tuyển dụng hay xãhội hiện đại, văn minh trông chờ

Cầu nối học viên và nhà tuyển dụng: Ứng dụng Blockchain sẽ là cầu

nối giữa học viên và nhà tuyển dụng Không chỉ giúp cho học viên tiếp cận vớicác nhà tuyển dụng nhanh nhất ngay cả khi vẫn còn ngồi trên ghế nhà trường

Mà còn giúp các nhà tuyển dụng khai thác khai thác được tài năng trẻ từ cáctrường Đại học

Công nghệ Blockchain với đặc điểm bất biến, dữ liệu của toàn bộ quátrình học tập, nghiên cứu, ngoại khóa của học viên sẽ được ghi lại và lưu trữtrên nền tảng Blockchain Học viên chỉ cần chia sẻ thông tin trong ID cho cácnhà tuyển dụng và doanh nghiệp, từ đó các nhà tuyển dụng dễ dàng tìm kiếmcác nhân tố tài năng phù hợp

Tiềm năng của ứng dụng Blockchain trong giáo dục là vô giới hạn, đã vàđang được kỳ vọng rất nhiều về một hệ thống học tập và giảng dạy thông

minh, minh bạch và an toàn Chúng ta hãy cùng chờ đợi một nền giáo dục vănminh trước thềm kỷ nguyên số.

Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của công nghệ thông tin, công nghệmới nổi "Blockchain" được xem như chìa khóa trong sự phát triển của mọingành nghề lĩnh vực Việc ứng dụng công nghệ Blockchain trong các hoạtđộng sản xuất, kinh doanh đang ngày càng được chú trọng không chỉ ở trênthế giới mà còn tại Việt Nam

Lưu trữ file: Việc lưu trữ phân quyền trên Internet mang lại những lợi

ích rõ rệt Phân phối dữ liệu trong toàn mạng giúp bảo về các file không bị tấncông hoặc bị mất Inter Planetary File System (IPFS) giúp dễ dàng khái niệmhóa cách thức một trang web phân tán có thể hoạt động Tương tự như cáchbittorrent di chuyển dữ liệu trên Internet, IPFS sẽ loại bỏ nhu cầu về các mốiquan hệ giữa máy chủ, máy khách Một mạng Internet được tạo thành từnhững trang web phân tán hoàn toàn có khả năng tăng tốc độ truyền file vàthời gian stream Sự cải tiến này không chỉ thuận tiện mà còn là một nâng cấpcần thiết cho những hệ thống phân phối nội dung trên web hiện đang quá tải

Cơ sở để chứng minh tính giả mạo: Trong trường hợp này ứng dụng

sẽ có khả năng nhận dạng sự thay đổi và cho phép chúng ta chứng minh rằng

dữ liệu đã bị thay đổi so với dữ liệu gốc Tính chất này thực tế có thể dễ dàngđạt được bằng cách sử dụng hàm băm hoặc chữ ký số Trong trường hợp này,bạn chỉ nên sử dụng Blockchain khi cần giám sát sự thay đổi được thực hiệntrực tiếp bởi Admin hay người quản trị hệ thống Tại sao lại cần dữ liệu kiểu

mô hình giao dịch, bởi Blockchain có tính chất xác thực trạng thái giao dịch

và do đó, mọi dữ liệu nên được biến đổi về dạng giao dịch Tuy nhiên cónhiều mô hình Blockchain có thể cho phép ghi bổ sung các dữ liệu vào giaodịch và điều chúng ta cần làm chỉ đơn giản là bổ sung các dữ liệu này cùngvới giao dịch Trong trường hợp khác chúng ta vẫn có thể lưu trữ một lượngnhỏ dữ liệu trên Blockchain bằng cách sử dụng ánh xạ địa chỉ Chẳng hạn, để

lưu một số dữ liệu, chúng ta mã hóa nó (nếu cần) và sử dụng nó làm địa chỉ

để gửi giao dịch đến Bằng cách làm như vậy, dữ liệu được lưu trữ trongBlockchain dưới dạng giao dịch

Chứng thực: Hầu hết các chứng từ thể hiện quyền sở hữu được lưu

bằng giấy, nên có thể bị giả mạo hay sửa đổi Dữ liệu trên Blockchain thìkhông thể thay đổi Blockchain là một chuỗi của nhiều khối, nằm trong nhiềumáy tính, nên có thể ngăn chặn được những tác nhân vật lý Thông tin kỹthuật số được chia thành nhiều khối và liên kết với nhau

Bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ: Như chúng ta đã biết, thông tin kỹ thuật

số có thể bị sao chép vô hạn và phân phối rộng rãi nhờ Internet Điều này đãgiúp người dùng web trên toàn cầu có một mỏ vàng nội dung miễn phí Tuynhiên, chủ sở hữu bản quyền thì không may mắn như vậy, họ mất quyền kiểmsoát sở hữu trí tuệ và số tiền lẽ ra phải thuộc về họ từ quyền đó Hợp đồngthông minh có thể bảo vệ bản quyền và tự động hóa việc bán các tác phẩmtrực tuyến, loại bỏ nguy cơ sao chép, phân phối lại

Quản lý danh tính: Nhu cầu xác thực danh tính trên web ngày càng

trở nên bức thiết, nhất là đối với những giao dịch tài chính trực tuyến Nhữnggiải pháp hiện có để phục vụ nhu cầu này chưa thực sự hoàn hảo VớiBlockchain, chúng ta sẽ có những phương pháp nâng cao để chứng minhmình là ai, cùng với khả năng số hóa tài liệu cá nhân Như trên đã nói, trongnền kinh tế chia sẻ hay các giao dịch kinh doanh, một danh tính tốt là vô cùngquan trọng Hình dưới đây minh họa tổng quát ứng dụng của Blockchain.Hình 1.11 dưới đây phác họa lại một số ứng dụng của Blockchain

Hình 1.11 Ứng dụng của Blockchain

1.5 Kết chương

Trong chương này, luận văn đã giới thiệu một cách tổng quát về côngnghiệ Blockchain và các lý thuyết liên quan đến công nghệ Blockchain như:mật mã học, hàm băm, lý thuyết trò chơi Ngoài ra, luận văn còn phân tíchcấu trúc tổng quát, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của Blockchain

Chương 2 CƠ CHẾ XÁC THỰC, BẢO MẬT TRONG

tổ chức thành liên kết dạng chuỗi của các khối thông tin, cho phép phát triển

và mở rộng theo thời gian, nghĩa là bất cứ khi nào có những dữ liệu mới thì sẽhình thành thêm các khối mới

Khi nhắc đến Blockchain, người ta nghĩ ngay đến các giao dịch Theophương pháp truyền thống, những giao dịch sẽ được lưu trữ trong những sổ cái;những sổ cái này được khóa lại và cô lập nhằm đảm bảo tính chính xác và tínhbất khả xâm phạm của chúng Khi hoạt động các giao dịch, mỗi cơ quan, đơn

vị phải duy trì những bản ghi (record) riêng để xác minh thông tin độc lập Ngược với kiểu truyền thống này, Blockchain cũng là một sổ cái, tuynhiên điểm khác biệt là sự tin cậy được tích hợp hay nói cách khácBlockchain là một cuốn sổ cái đồng thuận phân tán, được chia sẻ và đáng tincậy Do đó nó hình thành một sổ cái kỹ thuật số mang tính tin cậy cao, trong

đó ghi lại các giao dịch, đặc biệt sổ cái này được duy trì trong và giữa nhữngngười tham gia mạng lưới Khác với phương pháp truyền thống là có nhiều sổcái độc lập và cô lập, thì đối với Blockchain, một bản ghi duy nhất được chia

sẻ đến mỗi bên tham gia giao dịch Mỗi giao dịch đã xảy ra hoặc đang chờ xử

lý sẽ được nhóm lại và lưu trữ trong một cấu trúc cố định được gọi là khối.Thông qua giao thức đồng thuận, khi mỗi khối được xác nhận là đúng và có độtin cậy, thì khối đó sẽ được liên kết vào chuỗi (Chain) và được gửi tới các bảnsao của sổ cái được phân tán và lưu trữ bởi mỗi thành viên tham gia mạng lưới

Hình 2 1 Các Block trong Blockchain

Khi mỗi khối được tải vào sổ cái, nó được liên kết đến khối trước bằngcách sử dụng những mã băm (hash) tương ứng của chúng Điều này tạo thànhmột bản ghi hoàn toàn có thể theo dõi và không thể giả mạo trong chuỗi khối.Như minh họa trong hình 2.1 ở trên

Trong Blockchain đơn vị cơ bản để lưu trữ dữ liệu là các khối, các khốiđược kết nối với nhau thông qua các giá trị định danh (giá trị băm) đặc trưngcho khối Đây là đặc điểm lưu trữ dữ liệu riêng biệt trong blockchain Kiếntrúc lưu trữ này tạo nên tính toàn vẹn và không thể bị sửa đổi cho Blockchain,mỗi khối sẽ có các thông tin sau:

Index: Để biết số khối

Timestamp: Để biết thời gian tạo

Data: Dữ liệu bên trong khối

Previous Hash: Hash của khối trước đó

Hash: Hash của khối hiện tại

nghĩa các Block trong Blockchain

Ngoài ra, còn có danh sách liên kết để liên kết dữ liệu khối trước vàkhối sau để hình thành chuỗi trong Blocchain, danh sách liên kết là một chuỗicác đối tượng dữ liệu trong đó mỗi đối tượng chứa hai thành phần: dữ liệu cụthể trong khối và liên kết đến khối sau với sự trợ giúp của một con trỏ Kiếntrúc này được mô tả như ở hình 2 2.

Ở hình 2 3 bên dưới, mã Hash R3 có thể dùng để truy xuất ngược lạitoàn bộ dữ liệu trong chuỗi đến giá trị đầu tiên R3 được gọi là đỉnh củachuỗi Kết hợp với mô hình cây Merkle, một chuỗi các giao dịch có thể đượcliên kết lại với nhau theo trình tự thời gian diễn ra

Hình 2 3 Chuỗi liên kết dữ liệu

2.1.2 Tìm mã Hash cho bằng chứng công việc

Khi mã hóa dữ liệu về một chuỗi ký tự Hash, công đoạn này tiêu tốn mộtlượng thời gian tính toán của máy tính Do đó hàm Hash có thể được một máytính sử dụng để bắt một máy tính khác tính toán kết quả hash sao cho thỏamãn một đề bài đặt ra

Giả sử một người tên B quản lý một server hòm thư điện tử Để tránhviệc một địa chỉ gửi thư rác SPAM vào hòm thư của mọi người, Server của B

áp đặt mọi hòm thư khi gửi email phải tìm ra một giá trị hash bất kỳ thỏa mãnđiều kiện sau: Cho một số Nonce bất kỳ kết hợp với nội dung của email vàtính toán mã Hash Yêu cầu tìm ra số Nonce sao cho kết quả mã hóa Hashđược một chuỗi ký tự có ít nhất 3 số 0 ở đầu

Hình 2.4 dưới đây mô tả quả trình tính toán của ví dụ trên:

Hình 2 4 Quá trình tính toán giá trị băm cho các chuỗi

Một chuỗi, hay một danh sách liên kết, được tạo ra khi mỗi đơn vị dữliệu đồng thời lưu trữ một giá trị Hash của đơn vị dữ liệu trước đó Chỉ cần cómột thay đổi trong dữ liệu trước đó, thì giá trị hash sẽ bị thay đổi và mối liênkết đó sẽ bị phá vỡ Một cấu trúc như vậy phù hợp cho việc lưu trữ và liên kếtcác khối dữ liệu không xuất hiện đồng thời mà xảy ra lần lượt từng thời điểm.Hàm Hash đảm bảo rằng không có một giải thuật hay phương pháp nàokhác để đi đến kết quả như yêu cầu nhanh hơn ngoại trừ việc phải tính toántoàn bộ các trường hợp có thể Tùy độ khó của đề bài mà công đoạn này đòihỏi khoảng thời gian khác nhau

Ở ví dụ trên, Server của B bắt buộc mọi tài khoản khi gửi email phải tínhtoán được mã Hash thỏa mãn đề bài và tìm được Nonce tương ứng với địa chỉemail nhận Tiến trình này có thể mất vài chục giây, như vậy ý định SPAMthư cho một loạt tài khoản sẽ tiêu tốn một lượng lớn thời gian khiến cho côngviệc đấy không còn nhiều giá trị thực hiện Blockchain ứng dụng một cáchthức tương tự khi xây dựng các khối mới để gắn vào toàn bộ chuỗi Khi giaodịch mới xuất hiện, một khối mới sẽ được xây dựng dựa trên giá trị hash củakhối trước đó, rễ của cây Merkle liên kết đến các giao dịch mới và thời điểm

ở hiện tại Một khối mới chỉ được chấp nhận vào chuỗi khi mà kết quả mã

Hash của nó thỏa mãn một lượng đủ lớn các bits 0 ở đầu Như minh họa tronghình 2.5 dưới đây.

Hình 2 5 Thiết lặp bằng chứng công việc

2.1.3 Tính bền vững của chuỗi liên kết

Trong mạng phân bố ngang hàng P2P nhưu minh họa trong hình 2.6, mỗinốt mạng được coi là một máy tính hay một tài khoản cá nhân được thể hiệnbằng một khóa công khai (public key) và giữ bí mật khóa cá nhân (private key).Mỗi nốt mạng không chia sẻ một chuỗi khối dữ liệu chung, mà mỗi nốt sở hữumột bản sao của toàn bộ chuỗi khối do toàn bộ mạng tạo ra Khi một nốt mớitham gia vào mạng, nó sẽ phải đồng bộ dữ liệu về chuỗi khối với toàn bộ mạngbằng việc gửi và nhận từng khối từ các nốt mạng khác liên kết với nó

Thông tin khi được nhập vào trong chuỗi khối Blockchain thì sẽ khôngthể thay đổi và chỉ được bổ sung thêm khi có sự chấp thuận của tất cả mọingười trong hệ thống Đây là một hệ thống đảm bảo sự an toàn rất cao cho các

dữ liệu trước các nguy cơ bị đánh cắp, nhất là các dữ liệu nhạy cảm như tàikhoản ngân hàng online, tài khoản thẻ thanh toán… Ngay cả khi nếu mộtphần của hệ thống blockchain bị tấn công, thì các phần khác không bị ảnhhưởng và vẫn tiếp tục hoạt động để bảo vệ thông tin

Khi một khối mới được tạo ra từ một nốt trong mạng, nó sẽ truyền đithông tin của khối mới cho tất cả các nốt mạng xung quanh Khối mới phảithỏa mãn tiến trình proof-of-work do hệ thống quy định Nhiệm vụ của cácnốt xung quanh là kiểm chứng lại kết quả mã hóa hash của khối mới và sau đógắn khối mới vào bản sao chuỗi khối của mình nếu như kết quả hash thỏamãn Khi khối mới được các nốt mạng xung quanh chấp thuận, nốt đã tạo rakhối mới sẽ nhận được một khoản phí (thường là hoa hồng của giao dịchtrong khối đó); Ngược lại khi khối mới bị phát hiện có xung đột với chuỗikhối của các nốt mạng còn lại, nốt đã tạo ra khối mới sẽ bị phạt một khoảnphí tương ứng và khối mới sẽ bị loại bỏ.

Việc có một khoản thù lao và phí phạt như vậy khiến các nốt cùng phảichạy đua với nhau trong việc xây dựng khối mới và quản lý việc các khối docác nốt khác tạo ra phải phù hợp và không có xung đột với chuỗi hiện tại

Hình 2 6 Mạng phân bố Blockchain

2.1.4 Xác định chuỗi khối thống nhất

Do mỗi nốt mạng sở hữu một bản sao của chuỗi khối (hay còn gọi làcuốn sổ cái) về giao dịch của toàn bộ mạng, và cùng tham gia vào việc tạothêm khối mới từ các giao dịch xảy ra, nên tại một thời điểm có thể xuất hiện