Từ Cổ điển đến Chronos: giải thích việc triển khai Ouroboros

Ouroboros là giao thức đồng thuận của Cardano. Ở đây, chúng tôi giải thích chức năng của nó và cách nó phát triển

Có thể bạn đã nghe nhiều về Ouroboros: giao thức đồng thuận bằng chứng cổ phần (PoS) mang tính đột phá được Cardano sử dụng. Được phát triển như một giải pháp thay thế bền vững và hiệu quả hơn cho bằng chứng công việc (PoW), dựa trên đó là các loại tiền điện tử trước đó như Bitcoin và hiện tại là Ethereum – được xây dựng, Ouroboros là giao thức đồng thuận blockchain đầu tiên được phát triển thông qua nghiên cứu được đánh giá ngang hàng.

Được dẫn dắt bởi Giáo sư Aggelos Kiayias của Đại học Edinburgh, Ouroboros và các triển khai tiếp theo của nó cung cấp một đường cơ sở mới để giải quyết một số thách thức lớn nhất trên thế giới, một cách an toàn và quy mô.

Tuy nhiên, sự công nhận bắt đầu từ giáo dục. Bài viết này trình bày tổng quan về cách thức hoạt động của Ouroboros. Nó kiểm tra các mối liên hệ và bao gồm những gì mà mỗi triển khai giới thiệu, để cộng đồng hiểu thêm về giao thức và minh họa tại sao nó là một công cụ thay đổi cuộc chơi như vậy. Phân tích chi tiết về từng cách triển khai có thể được tìm thấy trong các bài báo tương ứng dưới đây. Tuy nhiên, để có lời giải thích tổng quát về Ouroboros và cách triển khai của nó, hãy đọc tiếp.

Các giao thức đồng thuận và tại sao Ouroboros lại khác biệt

Thật hợp lý khi cho rằng bất kỳ ai mới tham gia vào lĩnh vực này có thể bị băn khoăn bởi thuật ngữ ‘giao thức đồng thuận’. Nói một cách đơn giản, giao thức đồng thuận là hệ thống các luật và thông số chi phối hành vi của sổ cái phân tán: một bộ quy tắc mà mỗi người tham gia mạng sử dụng để đạt được thỏa thuận với mọi người khác.

Các blockchain công khai không được kiểm soát bởi bất kỳ cơ quan trung ương duy nhất nào. Thay vào đó, một giao thức đồng thuận được sử dụng để cho phép những người tham gia mạng phân tán đồng ý về lịch sử của mạng được ghi lại trên blockchain – để đạt được sự đồng thuận về những gì đã xảy ra và tiếp tục từ một nguồn sự thật duy nhất.

Nguồn sự thật duy nhất đó cung cấp một bản ghi duy nhất. Đây là lý do tại sao các blockchains đôi khi được coi là không đáng tin cậy: thay vì yêu cầu những người tham gia tin tưởng lẫn nhau, sự tin tưởng được tích hợp vào giao thức. Các tác nhân không xác định có thể tương tác và giao dịch với nhau mà không cần phụ thuộc vào một bên trung gian để dàn xếp, hoặc để có sự trao đổi dữ liệu cá nhân là điều kiện tiên quyết.

Ouroboros là một giao thức bằng chứng cổ phần, khác biệt với bằng chứng công việc. Thay vì dựa vào ‘thợ đào’ để giải các phương trình phức tạp về mặt tính toán để tạo ra các khối mới – và thưởng cho người đầu tiên làm như vậy – bằng chứng cổ phần chọn những người tham gia (trong trường hợp của Cardano, nhóm cổ phần) để tạo các khối mới dựa trên số tiền họ kiểm soát trong mạng.

Các mạng sử dụng Ouroboros tiết kiệm năng lượng hơn nhiều lần so với các mạng sử dụng Proof of Work – và thông qua Ouroboros, Cardano có thể đạt được hiệu quả năng lượng bền vững. Ví dụ, kể từ năm 2022, Bitcoin yêu cầu 204,50 TWh mỗi năm, tương đương với mức tiêu thụ điện năng của Thái Lan. Mặt khác, Ouroboros chạy Raspberry Pi , có mức tiêu thụ điện từ 15 đến 18W (watt). Sự khác biệt kết quả trong việc sử dụng năng lượng có thể được tương tự như sự khác biệt giữa một hộ gia đình và một quốc gia: một sản phẩm có thể được mở rộng ra thị trường đại chúng; cái kia không thể.

Bây giờ, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn cách thức hoạt động của giao thức Ouroboros và những gì mỗi triển khai mới bổ sung.

Ouroboros cổ điển

Hãy bắt đầu với Ouroboros : lần triển khai đầu tiên của giao thức Ouroboros, được xuất bản vào năm 2017. Việc triển khai đầu tiên này (được gọi là Ouroboros Classic) đã đặt nền tảng cho giao thức như một đối thủ tiết kiệm năng lượng đối với bằng chứng công việc, giới thiệu khung toán học để phân tích bằng chứng về cổ phần và giới thiệu một cơ chế khuyến khích mới để thưởng cho những người tham gia trong thiết lập bằng chứng cổ phần.

Tuy nhiên, hơn cả điều này, điều tách biệt Ouroboros khỏi các blockchain khác và cụ thể là các giao thức bằng chứng cổ phần là khả năng tạo ra sự ngẫu nhiên không thiên vị trong thuật toán lựa chọn nhà lãnh đạo của giao thức và các đảm bảo cơ chế bảo mật được cung cấp. Tính ngẫu nhiên ngăn cản việc hình thành các mẫu và là một phần quan trọng trong việc duy trì tính bảo mật của giao thức. Bất cứ khi nào một hành vi có thể được dự đoán, nó có thể bị khai thác – và mặc dù Ouroboros đảm bảo tính minh bạch, nhưng nó ngăn cản sự ép buộc. Đáng chú ý, Ouroboros là giao thức blockchain đầu tiên được phát triển với loại phân tích bảo mật nghiêm ngặt này.

Cách hoạt động của Ouroboros

Có thể tìm thấy lời giải thích toàn diện về cách thức hoạt động của Ouroboros trong bài báo nghiên cứu của nó. Ouroboros chia thời gian trên Cardano thành các kỷ nguyên trong đó mỗi kỷ nguyên (epoch) được chia thành các slot. Vị trí slot là một khoảng thời gian ngắn trong đó một khối có thể được tạo và nhóm các slot thành các kỷ nguyên epoch là trọng tâm để điều chỉnh quy trình bầu cử người lãnh đạo đối với việc phân phối cổ phần thay đổi động.

Trọng tâm của thiết kế của Ouroboros là nó phải duy trì tính bảo mật của mình trước các cuộc tấn công. Do đó, giao thức có khả năng bảo mật được tích hợp để ngăn những kẻ tấn công phát tán các phiên bản thay thế của blockchain và giả định rằng kẻ thù có thể gửi các thông điệp tùy ý cho bất kỳ người tham gia nào vào bất kỳ lúc nào. Trên thực tế, giao thức được đảm bảo an toàn trong cái gọi là cài đặt đồng bộ (nghĩa là với những đảm bảo mạnh mẽ về thời gian gửi tin nhắn) miễn là hơn 51% cổ phần được kiểm soát bởi những người tham gia trung thực (nghĩa là những người duy trì phía sau giao thức).

Người lãnh đạo vị trí slot leader được bầu cho mỗi vị trí slot, người này chịu trách nhiệm thêm một khối vào chuỗi và chuyển nó cho người slot leader tiếp theo. Để bảo vệ khỏi những nỗ lực của kẻ thù nhằm phá hoại giao thức, mỗi slot leader mới được yêu cầu coi vài khối cuối cùng của chuỗi đã nhận là tạm thời: chỉ chuỗi đứng trước số lượng khối tạm thời đã xác định trước mới được coi là đã giải quyết. Đây cũng được gọi là quá trình chờ xác nhận. Trong số những thứ khác, điều này có nghĩa là một bên liên quan có thể ngoại tuyến và vẫn được đồng bộ hóa với blockchain, miễn là nó không kéo dài quá độ trễ thanh toán.

Trong giao thức Ouroboros, mỗi nút mạng lưu trữ một bản sao của mempool giao dịch – nơi các giao dịch được thêm vào nếu chúng phù hợp với các giao dịch hiện có – và chuỗi khối. Chuỗi khối lưu trữ cục bộ được thay thế khi nút biết đến một chuỗi thay thế, hợp lệ hơn.

Hạn chế của Ouroboros Classic là nó dễ bị những kẻ tấn công thích ứng (adaptive attackers) – một mối đe dọa đáng kể trong bối cảnh thế giới thực, đã được giải quyết bằng Ouroboros Praos – và không có cách an toàn để người tham gia mới khởi động từ blockchain, điều này đã được giải quyết bằng Ouroboros Genesis.

Ouroboros BFT

Ouroboros BFT xuất hiện tiếp theo, xuất phát như một trường hợp đặc biệt đơn giản từ phân tích của Classic. Ouroboros BFT (Byzantine Fault Tolerance) là một giao thức đơn giản đã được Cardano sử dụng trong quá trình khởi động lại Byron , đó là sự chuyển đổi của cơ sở mã Cardano cũ sang cơ sở mã mới. Ouroboros BFT đã giúp chuẩn bị mạng của Cardano cho sự phát hành của Shelley và cùng với đó là sự phân quyền của nó.

Thay vì yêu cầu các nút luôn trực tuyến, Ouroboros BFT đã giả định một mạng lưới máy chủ liên kết và giao tiếp đồng bộ giữa các máy chủ để xây dựng chuỗi khối. Trong bối cảnh liên kết này, nó là một giao thức đồng thuận hấp dẫn do tính đơn giản và tính xác định của nó. Cần lưu ý rằng BFT yêu cầu một phần lớn các bên trung thực hơn so với các phiên bản Ouroboros khác.

Ouroboros Praos

Ouroboros Praos được xây dựng dựa trên cung cấp các cải tiến đáng kể về khả năng mở rộng và bảo mật cho – Ouroboros Classic.

Như với Ouroboros Classic, Ouroboros Praos xử lý các khối giao dịch bằng cách chia các chuỗi thành các slot, được tổng hợp thành các kỷ nguyên epoch. Tuy nhiên, không giống như Ouroboros Classic, Praos được phân tích trong cài đặt bán đồng bộ và an toàn trước những kẻ tấn công thích ứng.

Nó giả định hai khả năng: kẻ thù có thể trì hoãn tin nhắn của người tham gia trung thực lâu hơn một thời điểm và kẻ thù có thể gửi tin nhắn tùy ý cho bất kỳ người tham gia nào vào bất kỳ lúc nào.

Thông qua lựa chọn private-leader và chữ ký phát triển khóa, bảo mật về phía trước, Praos cung cấp tính ngẫu nhiên theo kỷ nguyên tốt hơn và đảm bảo rằng một đối thủ mạnh không thể dự đoán slot leader tiếp theo và khởi động một cuộc tấn công tập trung (chẳng hạn như một cuộc tấn công DDoS) để phá hoại giao thức. Praos cũng có thể chịu sự chậm trễ trong việc gửi tin nhắn do đối thủ kiểm soát và sự tham nhũng dần dần của các cá nhân tham gia trong quần thể các bên liên quan đang phát triển, điều này rất quan trọng để duy trì an ninh mạng trong môi trường toàn cầu, miễn là duy trì được phần lớn cổ phần trung thực.

Ouroboros Genesis

Sau đó, có Ouroboros Genesis. Genesis cải tiến hơn nữa dựa trên Ouroboros Praos bằng cách thêm một quy tắc lựa chọn chuỗi mới, cho phép các bên khởi động chuỗi từ khối genesis – mà không cần đến các điểm kiểm tra đáng tin cậy hoặc các giả định về tính khả dụng trong quá khứ. Genesis cũng cung cấp bằng chứng về khả năng tương thích phổ quát của giao thức, chứng minh rằng giao thức có thể được tạo với các giao thức khác ở các cấu hình tùy ý trong cài đặt thế giới thực mà không làm mất các đặc tính bảo mật của nó. Điều này góp phần đáng kể vào tính bảo mật và tính bền vững của nó cũng như của các mạng sử dụng nó.

Ouroboros Crypsinous

Ouroboros Crypsinous trang bị cho Genesis các đặc tính bảo vệ quyền riêng tư. Đây là giao thức blockchain bảo vệ quyền riêng tư đầu tiên được phân tích chính thức, giúp đạt được sự bảo mật chống lại các cuộc tấn công thích ứng trong khi vẫn duy trì các đảm bảo quyền riêng tư mạnh mẽ bằng cách giới thiệu một kỹ thuật phát triển tiền xu mới dựa trên SNARK và mã hóa bảo mật chuyển tiếp khóa-riêng tư. Crypsinous hiện không được lên kế hoạch triển khai trên Cardano, nhưng nó có thể được các chuỗi khác sử dụng để tăng cường cài đặt bảo vệ quyền riêng tư.

Ouroboros Chronos

Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là Ouroboros Chronos . Chronos đạt được hai mục tiêu: thứ nhất, nó cho thấy cách các giao thức blockchain có thể đồng bộ hóa thời gian một cách an toàn thông qua cơ chế đồng bộ hóa thời gian mới và do đó trở nên độc lập với các dịch vụ thời gian bên ngoài. Thứ hai, nó là một giao thức blockchain an toàn bằng mật mã, cung cấp thêm nguồn thời gian an toàn bằng mật mã cho các giao thức khác. Nói tóm lại, Chronos làm cho sổ cái có khả năng chống lại các cuộc tấn công nhằm vào thông tin thời gian.

Từ quan điểm ứng dụng, Chronos có thể tăng cường đáng kể khả năng phục hồi của các cơ sở hạ tầng CNTT, viễn thông quan trọng và các cơ sở hạ tầng CNTT khác yêu cầu đồng bộ hóa thời gian địa phương với một đồng hồ mạng thống nhất không có điểm lỗi duy nhất.

Tương lai của Ouroboros

Ouroboros, được đặt tên theo biểu tượng của vô cực, là xương sống của hệ sinh thái Cardano. Giao thức đóng vai trò là nền tảng và điểm tổ chức cho các hệ thống tự lan truyền, biến đổi và phát triển theo chu kỳ, thay thế các hệ thống hiện có – tài chính và các hệ thống khác – và làm gián đoạn các cấu trúc quyền lực mà chúng dựa vào. Nó là sự khởi đầu của một tiêu chuẩn mới, không được xác định từ trung tâm mà thay vào đó, từ các lề.

Hiện tại, Cardano hoạt động dựa trên Ouroboros Praos. Genesis đang được triển khai cho năm 2022, sau đó sổ cái sẽ được nâng cấp để hỗ trợ Ouroboros Chronos.

Tương lai của nó cũng giống như quá khứ của nó: một nỗ lực không mệt mỏi để khám phá, lặp lại, tối ưu hóa và thúc đẩy thay đổi tích cực thông qua nghiên cứu nghiêm ngặt. Mỗi bước trong hành trình của Ouroboros là một sự tiến hóa mới, đưa chúng ta đến gần hơn với tầm nhìn về một thế giới công bằng hơn, an toàn hơn và bền vững hơn.

Bài đăng này là phiên bản cập nhật của bản gốc (do Kieran Costello tạo) đã được cập nhật để bao gồm các phiên bản giao thức mới.

Disclaimer: Thông tin trên trang web này được cung cấp dưới dạng bình luận thị trường chung và không phải lời khuyên đầu tư. Chúng tôi khuyến khích bạn tự nghiên cứu trước khi đầu tư.

Nguồn: IOHK

TADATek Insights biên dịch

Comments (No)

Leave a Reply