Blockchain được hình thành như thế nào và một khối gồm những gì?
Cấu trúc tổng thể của blockchain
Blockchain là một chuỗi các khối nối tiếp nhau, trong đó mỗi khối chứa một tập hợp dữ liệu và liên kết với khối trước bằng các cơ chế mật mã. Cấu trúc này bảo đảm tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu trong toàn bộ sổ cái.
Các khối mới được thêm theo thứ tự nghiêm ngặt, giúp xác định rõ thứ tự của mọi bản ghi và ngăn việc âm thầm sửa đổi dữ liệu trong quá khứ.
Khối là gì?
Khối là đơn vị cấu trúc cơ bản của blockchain. Khối đóng vai trò là nơi chứa dữ liệu, bao gồm cả thông tin của người dùng và các thành phần kỹ thuật cần thiết để mạng hoạt động.
Mỗi khối được tạo theo những quy tắc định sẵn, tùy thuộc vào blockchain cụ thể và cơ chế đồng thuận được sử dụng.
Những thành phần chính của một khối
Một khối blockchain điển hình gồm các thành phần sau:
-
Dữ liệu (payload)
Thường là các giao dịch hoặc bản ghi khác cần được ghi nhận trong sổ cái phân tán. -
Gốc Merkle (Merkle Root)
Một giá trị băm đại diện cho giá trị tổng hợp bằng mật mã của toàn bộ giao dịch trong khối. -
Giá trị băm của khối trước
Giá trị mật mã xác định duy nhất khối đứng trước trong chuỗi, bảo đảm các khối liên kết với nhau. -
Thông tin kỹ thuật
Có thể bao gồm dấu thời gian, các tham số đồng thuận và những dữ liệu kỹ thuật bổ sung. -
NONCE (trong các blockchain sử dụng bằng chứng công việc)
Một số đặc biệt mà thợ đào thử các giá trị khác nhau để tìm ra giá trị băm hợp lệ cho khối.
Bạn có thể xem thông số của một khối thực tế và các giao dịch trong đó bằng trình khám phá blockchain.
Tập hợp các thành phần này được dùng làm dữ liệu đầu vào để tính giá trị băm của chính khối đó. Quá trình băm được trình bày chi tiết hơn ở mục 1.3.
Vai trò của NONCE và cách tạo giá trị băm của khối
Trong các blockchain sử dụng cơ chế bằng chứng công việc, quá trình tạo khối có sự tham gia của tham số NONCE (Number Used Once — số chỉ dùng một lần).
Thợ đào lần lượt thử các giá trị NONCE, kết hợp chúng với giá trị băm của giao dịch và giá trị băm của khối trước, cho đến khi tìm được giá trị băm của khối đáp ứng điều kiện độ khó đã đặt ra. Khi tìm được giá trị phù hợp, khối được coi là đã xác nhận và được thêm vào blockchain.
Trong các blockchain công khai, quá trình này đi kèm phần thưởng kinh tế dưới dạng tiền mã hóa. Ở blockchain riêng tư hoặc chuyên dụng, cơ chế thử NONCE và hệ thống phần thưởng có thể không tồn tại.
Cây Merkle là gì?
Để lưu trữ và kiểm tra hiệu quả một lượng lớn giao dịch trong khối, blockchain sử dụng cấu trúc dữ liệu gọi là cây Merkle.
Quá trình tạo gốc Merkle gồm các bước sau:
- Tính giá trị băm cho từng giao dịch dựa trên dữ liệu đầu vào của giao dịch đó (địa chỉ, số tiền, thời gian, v.v.).
- Ghép các giá trị băm giao dịch thành từng cặp rồi băm kết quả ghép.
- Tiếp tục nhóm và băm các giá trị thu được ở tầng tiếp theo.
- Lặp lại quá trình cho đến khi chỉ còn một giá trị băm — đó là gốc Merkle.
Cây Merkle có cấu trúc nhị phân. Nếu số lượng giao dịch là số lẻ, giá trị băm cuối cùng được nhân đôi để cây được xây dựng đúng cấu trúc.
Gốc Merkle được đưa vào khối và tham gia tạo nên giá trị băm cuối cùng của khối. Do đó, việc thay đổi bất kỳ giao dịch nào cũng làm thay đổi gốc Merkle, rồi đến giá trị băm của khối và của tất cả các khối tiếp theo trong chuỗi.
Giới hạn kích thước khối và thông lượng
Trong nhiều blockchain, kích thước khối bị giới hạn. Điều này tác động trực tiếp đến số giao dịch có thể đưa vào một khối và do đó ảnh hưởng đến thông lượng của mạng. Thông lượng blockchain thường được đo bằng số giao dịch mỗi giây (TPS) và phụ thuộc vào một số tham số:
- Kích thước khối — tức số giao dịch có thể đưa vào một khối.
- Tốc độ tạo khối — tức số khối được tạo trong một đơn vị thời gian.
Thông lượng của Bitcoin hiện vào khoảng 6–7 giao dịch mỗi giây, là một trong những lý do thúc đẩy sự phát triển của các giải pháp lớp 2. Bên cạnh đó, có những giải pháp thử nghiệm mới hơn công bố thông lượng lên đến 10.000 giao dịch mỗi giây, chẳng hạn Monad.
Tổng kết
Blockchain được hình thành dưới dạng chuỗi khối nối tiếp, trong đó:
- mỗi khối chứa dữ liệu và tham chiếu mật mã đến khối trước,
- việc băm bảo đảm tính toàn vẹn và chống giả mạo dữ liệu,
- cây Merkle giúp tổng hợp và kiểm tra giao dịch hiệu quả,
- không thể sửa dữ liệu trong quá khứ mà không phá vỡ tính toàn vẹn của chuỗi.
Hiểu cấu trúc khối và cơ chế tạo khối là nền tảng để tiếp tục tìm hiểu về đồng thuận, bảo mật và các động lực kinh tế trong blockchain.