Các nút mạng: tại sao chúng lại cực kỳ quan trọng đối với an ninh của blockchain

Nếu bạn từng nghe về phân quyền trong crypto, chắc chắn bạn đã gặp thuật ngữ “nút”. Nhưng thực sự thì “nút” là gì, và tại sao mọi người lại nói về chúng nhiều như vậy? Hãy cùng tìm hiểu cơ chế đằng sau những giao diện đẹp mắt của ví tiền điện tử và nền tảng giao dịch.

Những gì ẩn sau từ “nút”?

Hãy tưởng tượng blockchain như một sổ đăng ký toàn cầu, có thể truy cập cùng lúc bởi tất cả mọi người. Nhưng ai đó phải lưu trữ sổ đăng ký này, kiểm tra các ghi chú trong đó và đồng bộ nó giữa tất cả các thành viên, đúng không? Đó chính là nhiệm vụ của các nút.

Nút (điểm) — về cơ bản là một máy tính hoặc máy chủ, đã cài đặt phần mềm đặc biệt để làm việc với mạng blockchain cụ thể. Mỗi nút:

• Lưu trữ bản sao đầy đủ hoặc một phần của toàn bộ blockchain
• Kiểm tra tính hợp lệ của các giao dịch và các khối mới
• Phân phối thông tin về các giao dịch giữa các nút khác trong mạng
• Tham gia vào quá trình đồng thuận — đạt được sự nhất trí về trạng thái của mạng

Ví dụ, để chạy một nút Bitcoin, bạn cần cài đặt Bitcoin Core, còn với Ethereum — sử dụng phần mềm khách như Geth. Mỗi nút trở thành một phần của mạng ngang hàng (peer-to-peer), nơi tất cả các thành viên đều bình đẳng và không ai có thể ra lệnh cho người khác.

Các bước kiểm tra giao dịch của các nút: quá trình bên trong

Khi bạn gửi tiền điện tử, sẽ có một chuỗi các sự kiện diễn ra. Giao dịch của bạn không chỉ đơn thuần là ngay lập tức xuất hiện trong blockchain — nó phải được kiểm tra và phê duyệt bởi hàng trăm hoặc hàng nghìn nút.

Dưới đây là cách hoạt động thực tế:

Giai đoạn 1: Nhận và kiểm tra sơ bộ
Nút nhận thông tin về giao dịch của bạn và kiểm tra xem nó có phù hợp với quy tắc của giao thức không: chữ ký số có hợp lệ không, số dư trong tài khoản người gửi có đủ không, định dạng có đúng không. Nếu mọi thứ ổn, giao dịch sẽ được đưa vào “bể chứa” (mempool) — hàng đợi các giao dịch chưa được xác nhận.

Giai đoạn 2: Phân phối thông tin
Nút truyền giao dịch hợp lệ đến các nút khác trong mạng, những nút này cũng thực hiện các kiểm tra tương tự và tiếp tục phân phối thông tin đi xa hơn. Điều này giúp dữ liệu lan truyền nhanh chóng khắp mạng.

Giai đoạn 3: Tạo khối mới
Các nút đặc biệt (thợ mỏ trong mạng PoW hoặc các nhà xác nhận trong mạng PoS) chọn các giao dịch từ hàng đợi và tạo ra ứng viên cho khối mới. Các nút này gom lại hàng chục hoặc hàng trăm giao dịch, liên kết chúng bằng hàm băm của khối trước đó và cố gắng hoàn thành khối theo quy tắc đồng thuận.

Giai đoạn 4: Kiểm tra và thêm khối
Khi khối mới được tạo ra và công bố trong mạng, các nút khác kiểm tra lại: nó có đúng định dạng không, tất cả các giao dịch trong đó có hợp lệ không, hàm băm mã hóa có chính xác không. Nếu khối vượt qua tất cả các kiểm tra, các nút sẽ thêm nó vào bản sao của blockchain của mình và tiếp tục phân phối.

Nhờ quá trình này, mạng có thể hoạt động mà không cần kiểm soát trung tâm, và mỗi thành viên có thể yên tâm về tính trung thực của hệ thống.

Ba loại nút chính và vai trò của chúng

Không phải tất cả các nút đều giống nhau. Tùy theo chức năng, chúng được phân loại thành các loại khác nhau:

Các nút đầy đủ: đảm bảo an toàn

Nút đầy đủ — là loại đáng tin cậy nhất. Nó tải xuống và lưu trữ toàn bộ bản sao của blockchain kể từ khi bắt đầu (bắt đầu từ “khối sinh”). Đối với Bitcoin, điều này tương đương khoảng 500 GB dữ liệu (tính đến năm 2024), còn với Ethereum thì còn lớn hơn nữa.

Các nút đầy đủ:

• Tự kiểm tra từng giao dịch mà không dựa vào lòng tin vào các thành viên khác
• Yêu cầu phần cứng mạnh mẽ và thời gian đồng bộ ban đầu kéo dài (thường vài ngày)
• Đảm bảo tối đa về bảo mật và quyền riêng tư
• Góp phần quan trọng vào sự phân quyền của mạng

Số lượng các nút đầy đủ càng nhiều, mức độ phân quyền và khả năng chống tấn công của mạng càng cao. Đây là yếu tố nền tảng của an ninh blockchain.

Các nút nhẹ: cân bằng giữa tiện lợi và độ tin cậy

Nút nhẹ là phiên bản đơn giản hơn, chỉ lưu trữ tiêu đề của các khối, chứ không phải toàn bộ blockchain. Khi cần kiểm tra một giao dịch cụ thể, nút nhẹ sẽ yêu cầu thông tin cần thiết từ các nút đầy đủ.

Ưu điểm của nút nhẹ:

• Hoạt động trên các thiết bị có tài nguyên hạn chế (điện thoại thông minh, máy tính bảng)
• Đồng bộ nhanh với mạng
• Cho phép người dùng bình thường tương tác với blockchain

Nhược điểm:

• Phải tin tưởng vào các nút đầy đủ khi lấy thông tin
• Ít đáng tin cậy hơn cho các giao dịch quan trọng
• Góp phần bảo vệ mạng ít hơn

Nút nhẹ sử dụng phương pháp kiểm tra đơn giản các khoản thanh toán (SPV), do người sáng lập Bitcoin đề xuất. Phương pháp này cho phép xác minh sự tồn tại của giao dịch trong khối thông qua chứng minh bao gồm (đường dẫn Merkle) mà không cần tải toàn bộ dữ liệu của khối.

Các nút khai thác: tạo ra các khối mới

Nút khai thác — là các nút đầy đủ đặc biệt, không chỉ kiểm tra các giao dịch mà còn tích cực tham gia vào việc tạo ra các khối mới. Chúng được sử dụng trong các mạng có thuật toán đồng thuận Proof of Work (Bitcoin, Litecoin và các mạng khác).

Đặc điểm:

• Yêu cầu phần cứng chuyên dụng (ASIC-đào coin cho Bitcoin, GPU mạnh cho các đồng tiền khác)
• Tiêu thụ lượng điện năng lớn
• Tham gia giải các bài toán toán học phức tạp để tạo ra khối
• Nhận phần thưởng dưới dạng coin mới và phí giao dịch

Quy trình hoạt động: nút khai thác gom các giao dịch chưa được xác minh, tạo ra ứng viên khối mới và bắt đầu tìm một số đặc biệt (nonce) sao cho hàm băm của khối thỏa mãn yêu cầu độ khó của mạng. Người khai thác đầu tiên tìm ra số này sẽ có quyền thêm khối vào chuỗi và nhận phần thưởng.

Do độ khó của khai thác ngày càng tăng, các thợ mỏ thường hợp tác thành các nhóm khai thác, chia sẻ tài nguyên tính toán và chia sẻ phần thưởng.

Các nút như nền tảng của sự phân quyền

Phân quyền — là đặc điểm chính của blockchain, giúp phân biệt công nghệ này với các hệ thống truyền thống. Và tất cả đều dựa vào các nút.

Lưu trữ dữ liệu phân tán: Mỗi nút lưu trữ dữ liệu độc lập. Nếu một nút gặp sự cố hoặc bị tấn công, thông tin vẫn còn trên các nút khác. Điều này làm cho việc kiểm duyệt hoặc xóa bỏ lịch sử trở nên bất khả thi.

Xác minh độc lập: Mỗi nút tự kiểm tra các giao dịch theo các quy tắc của giao thức. Không cần trung gian đáng tin cậy — toàn bộ hệ thống dựa trên việc kiểm tra lẫn nhau.

Phân bố địa lý: Các nút phân bố khắp thế giới, ở các quốc gia và múi giờ khác nhau. Điều này bảo vệ mạng khỏi các tấn công địa phương, mất kết nối internet hoặc hạn chế pháp lý ở một số khu vực.

Truy cập mở: Bất kỳ ai cũng có thể chạy nút và tham gia mạng mà không cần sự cho phép của ai. Điều này ngăn chặn độc quyền và tạo điều kiện cho sự phân quyền thực sự.

Tuy nhiên, vẫn có những thách thức. Khi blockchain ngày càng lớn, yêu cầu về lưu trữ cũng tăng lên, có thể làm giảm số lượng các nút đầy đủ. Một số mạng đang cố gắng giải quyết điều này qua tối ưu hóa và các chương trình khuyến khích vận hành nút.

Cơ chế đồng thuận: cách các nút đạt được sự nhất trí

Trong mạng phân quyền, cần có cách để tất cả các nút đồng ý về trạng thái của blockchain. Điều này được thực hiện qua các cơ chế đồng thuận.

Proof of Work (PoW): Được sử dụng trong Bitcoin, Litecoin, Dogecoin. Các nút khai thác cạnh tranh giải các bài toán toán học đòi hỏi nhiều sức mạnh tính toán. Các nút đầy đủ kiểm tra tính hợp lệ của lời giải. Mạng chấp nhận chuỗi dài nhất (với độ khó tích lũy lớn nhất) là hợp lệ. An toàn dựa trên giả định rằng việc kiểm soát phần lớn sức mạnh tính toán của mạng là không khả thi về mặt kinh tế.

Proof of Stake (PoS): Được áp dụng trong Ethereum 2.0, Cardano, Solana. Các nhà xác nhận (những nút đặc biệt) khóa (đặt cược) tiền điện tử của họ làm thế chấp và có quyền tạo khối. Nếu nhà xác nhận hành xử trung thực, họ sẽ nhận phần thưởng; nếu không, họ mất phần đặt cược. Các nút chọn chuỗi hợp lệ dựa trên tỷ lệ phần trăm tổng số tiền đặt cược của họ.

Delegated Proof of Stake (DPoS): Trong một số mạng, các thành viên bỏ phiếu cho các đại biểu, những người tạo ra các khối thay mặt họ. Điều này giảm yêu cầu về tài nguyên để tham gia.

Các mạng khác nhau sử dụng các cơ chế khác nhau tùy theo ưu tiên — tiết kiệm năng lượng, tốc độ, an ninh.

Lựa chọn loại nút phù hợp cho bạn

Quyết định chạy loại nút nào phụ thuộc vào mục tiêu và tài nguyên của bạn:

Để tối đa hóa an toàn và góp phần phân quyền: chạy nút đầy đủ. Cần một máy tính mạnh và vài ngày để đồng bộ, nhưng bạn sẽ kiểm soát hoàn toàn và trở thành một phần của hạ tầng.

Tiện lợi và di động: dùng nút nhẹ trên điện thoại thông minh. Đơn giản nhất, mặc dù ít đáng tin cậy hơn.

Thu nhập thụ động và hỗ trợ thêm: xem xét vận hành masternode (nếu mạng hỗ trợ) hoặc nhà xác nhận trong các mạng PoS. Yêu cầu khoản tiền gửi ban đầu bằng tiền điện tử, nhưng mang lại phần thưởng đều đặn.

Hiểu rõ vai trò của các nút trong blockchain giúp nhận thức rõ cách hệ sinh thái crypto thực sự hoạt động. Nút không chỉ là máy tính, mà còn là nền tảng của toàn bộ hệ thống an ninh, minh bạch và phân quyền, thu hút hàng triệu người vào crypto. Càng nhiều người hiểu rõ cơ chế này, hệ sinh thái càng khỏe mạnh.