Bằng chứng cổ phần là gì?

Bằng chứng cổ phần (proof of stake, PoS) là một loại cơ chế đồng thuận bảo vệ blockchain bằng tài sản được stake và quy tắc giao thức. Người tham gia đưa tài sản mà mạng quy định vào trạng thái mà giao thức có thể ràng buộc, qua đó trở thành validator hoặc hỗ trợ một validator. Sau đó giao thức phân công nhiệm vụ đề xuất block và bỏ phiếu cho các validator, rồi phát phần thưởng hoặc áp hình phạt tùy theo việc họ có thực hiện đúng nhiệm vụ hay không.

"Cổ phần" ở đây không phải vốn chủ sở hữu của một công ty, và việc nắm giữ token cũng không cho phép sửa trực tiếp sổ cái. Stake chủ yếu có hai tác dụng: giới hạn ai có thể ảnh hưởng tới đồng thuận, và khiến bên vi phạm có tài sản để mất. Block do validator đề xuất vẫn phải được các node khác kiểm tra; block không đúng quy tắc giao dịch và giao thức sẽ không tự trở thành hợp lệ chỉ vì bên đề xuất stake rất nhiều.

Vấn đề mà bằng chứng cổ phần hướng tới

Mạng mở không thể phân chia quyền ghi sổ theo số lượng tài khoản hay node, vì cùng một bên tham gia có thể tạo ra số lượng danh tính không giới hạn. Bằng chứng cổ phần gắn ảnh hưởng đối với đồng thuận với phần stake có thể kiểm chứng trong giao thức, nên việc tạo hàng loạt tài khoản rỗng tự thân không đạt được trọng số tương đương.

Cơ chế này còn phải giải quyết những vấn đề phối hợp mà mọi blockchain đều có: ai đề xuất lô giao dịch tiếp theo, các bên khác kiểm tra và bỏ phiếu thế nào, khi nhiều block hợp lệ xuất hiện cùng lúc thì chọn nhánh nào, và một giao dịch khi nào đạt trạng thái cuối cùng mà giao thức định nghĩa.

Khác với bằng chứng công việc, bằng chứng cổ phần thường không yêu cầu người tham gia liên tục thực hiện số lượng lớn lần thử hàm băm để cạnh tranh tạo block. Nó hình thành ràng buộc bảo mật từ tài sản bị khóa hoặc đã cam kết, từ thông điệp của validator và từ phần thưởng cùng hình phạt. Điều này thường làm giảm năng lượng và thiết bị chuyên dụng mà việc tính toán đồng thuận cần đến, nhưng không loại bỏ chi phí máy chủ, truyền thông mạng, bảo trì phần mềm hay tình trạng tập trung trong tham gia.

Từ stake đến khi block được xác nhận

Các mạng bằng chứng cổ phần khác nhau rất nhiều về thuật toán chọn, ngưỡng bỏ phiếu và quy tắc hình phạt. Dưới đây là quy trình phổ biến, không phải các bước cố định giống nhau ở mọi mạng.

Vào tập hợp validator

Người tham gia trước tiên stake lượng tài sản theo yêu cầu của giao thức và chạy phần mềm validator. Phần stake có thể do chính validator bỏ ra, hoặc đến từ người ủy quyền — tức những người giao trọng số stake cho validator sử dụng mà không nhất thiết chuyển quyền kiểm soát tài sản. Một số mạng đặt mức tối thiểu, thời gian chờ kích hoạt và chu kỳ rút ra; một số mạng cho phép ủy quyền số lượng nhỏ hơn trực tiếp cho validator hiện có.

Trở thành validator không chỉ là đặt tài sản vào một địa chỉ. Validator thường còn phải bảo quản khóa ký, giữ thiết bị kết nối mạng, nhận block kịp thời và gửi thông điệp giao thức trong thời gian quy định. Việc có thể rút tài sản stake bất cứ lúc nào hay không, rút mất bao lâu, và người ủy quyền có giữ quyền kiểm soát tài sản hay không đều do từng mạng và từng thỏa thuận dịch vụ quyết định.

Phân công bên đề xuất block

Giao thức phân công người tham gia trong tập hợp validator hiện tại để đề xuất block mới. Cách làm phổ biến kết hợp chọn ngẫu nhiên với trọng số stake: trọng số cao hơn thường có nghĩa là cơ hội nhận nhiệm vụ trong một khoảng thời gian lớn hơn, nhưng không bảo đảm lần nào cũng được chọn.

Tính ngẫu nhiên dùng để giảm rủi ro bên đề xuất kế tiếp bị can thiệp hoặc tấn công từ trước. Mạng cụ thể có thể đặt ra các khung thời gian, vòng, uỷ ban hay cơ chế đề xuất luân phiên; uỷ ban là một nhóm validator do giao thức chọn tạm thời để cùng thực hiện nhiệm vụ bỏ phiếu. Vì vậy, "rút thăm theo tỷ lệ stake" chỉ khái quát được một phần cơ chế và không thay thế được quy tắc giao thức cụ thể.

Kiểm tra block và gửi phiếu

Bên được chọn lắp ghép và phát block ứng viên. Các validator hoặc node khác kiểm tra những điều kiện như chữ ký giao dịch, trạng thái tài sản, định dạng block và điều kiện được phép đề xuất. Validator đảm nhiệm trách nhiệm đồng thuận còn gửi thông điệp có chữ ký, nêu rõ họ cho rằng block nào hợp lệ, hiện nên tiếp tục trên nhánh nào, hoặc checkpoint nào có thể được xác nhận. Checkpoint là block tham chiếu mà giao thức định kỳ chọn làm đối tượng bỏ phiếu tập trung.

Những thông điệp có chữ ký này thường được gọi là chứng thực hoặc phiếu. Giao thức tính chúng theo trọng số stake hữu hiệu của từng validator, chứ không chỉ đếm số lượng thông điệp. Việc chia cùng một phần stake thành nhiều danh tính validator thường không tự tạo thêm tổng trọng số.

Xử lý nhánh cạnh tranh và tính chung cuộc

Độ trễ mạng hoặc một đề xuất vi phạm có thể khiến node tạm thời thấy nhiều ứng viên hợp lệ. Quy tắc chọn nhánh quyết định node hiện đi theo nhánh nào, thường dựa vào trọng số stake mà các phiếu mới nhất của validator đại diện. Nhánh gần đây vẫn có thể thay đổi khi có thông điệp mới tới.

Một số mạng bằng chứng cổ phần còn có quy tắc chung cuộc rõ ràng: khi phiếu vượt ngưỡng quy định, một block hoặc checkpoint được đánh dấu là đã chung cuộc. Nếu xuất hiện kết quả chung cuộc xung đột nhau, điều đó thường có nghĩa là đủ nhiều trọng số stake đã vi phạm tiền đề bảo mật mà giao thức dựa vào; ở các mạng có slashing, chữ ký xung đột có thể chứng minh được còn có thể kích hoạt slashing. Các mạng khác có thể dùng mô hình xác nhận khác, nên không thể coi ngưỡng bỏ phiếu hay nhịp thời gian của Ethereum là chuẩn của mọi mạng PoS.

Trọng số stake không phải là bỏ phiếu trực tiếp của người giữ token

"Stake càng nhiều, ảnh hưởng càng lớn" chỉ nói được một phần quan hệ. Thứ mà giao thức thực sự tính thường là các thông điệp hợp lệ đã vào quy trình đồng thuận, thỏa mãn điều kiện kích hoạt và được khóa validator ký — không phải số dư của toàn bộ tài sản trong ví.

Người giữ token có thể tự chạy validator, ủy quyền tài sản cho validator khác, hoặc dùng dịch vụ stake. Việc ủy quyền thường làm thay đổi trọng số mà một validator đại diện, nhưng người ủy quyền không nhất thiết tự chạy node, kiểm tra từng block hay gửi phiếu. Ví dụ, cơ chế ủy quyền của Cardano cho phép người giữ token giữ lại quyền sử dụng tài sản, đồng thời giao trọng số tạo block cho một stake pool. Khi nhà cung cấp thao tác thay cho người khác, cách lưu giữ tài sản, quyền rút, sự cố vận hành và phí còn tạo thêm những rủi ro ngoài giao thức.

Trọng số stake cũng không phải quyền bỏ phiếu chung để sửa quy tắc. Validator đánh giá block theo phần mềm họ đang chạy; việc một bản nâng cấp giao thức có được áp dụng hay không còn phụ thuộc vào cách bên vận hành node, bên phát triển, các ứng dụng, người dùng và những bên khác chọn phần mềm và chuỗi. Thực thi đồng thuận và quản trị giao thức có liên quan, nhưng không phải cùng một việc.

Phần thưởng, hình phạt thông thường và slashing

Bằng chứng cổ phần thường dùng phần thưởng để khuyến khích validator đề xuất block đúng hạn, gửi phiếu chính xác và duy trì trực tuyến. Validator bỏ sót nhiệm vụ có thể không nhận được phần thưởng tương ứng, và một số mạng còn trừ một lượng nhỏ tài sản stake. Những hậu quả do mất kết nối hoặc trễ này có thể phân biệt với hình phạt dành cho vi phạm nghiêm trọng.

Slashing là hình phạt nặng hơn, áp dụng cho hành vi có thể chứng minh rõ ràng, ví dụ cùng một validator ký cho các block xung đột trong trường hợp không được phép. Giao thức có thể xác nhận hành vi này qua bằng chứng chữ ký mà validator để lại, rồi trừ một phần stake, buộc rút khỏi tập hợp validator, hoặc làm cả hai.

Không phải mạng bằng chứng cổ phần nào cũng có cùng điều kiện slashing, và không phải sự cố phần mềm nào cũng khiến mất toàn bộ stake. Kết quả cụ thể phụ thuộc vào quy tắc mạng, loại vi phạm, số validator vi phạm cùng lúc, và thỏa thuận dịch vụ mà người dùng chấp nhận. Giao tài sản cho dịch vụ stake cũng không có nghĩa là nền tảng tự động gánh rủi ro giao thức và rủi ro từ bên cung cấp.

Tính chung cuộc đi kèm tiền đề bảo mật

Block được đánh dấu rõ là chung cuộc thường khó bị thay thế hơn block gần đây chưa chung cuộc, nhưng "chung cuộc" vẫn dựa trên các giả định bảo mật của giao thức. Nếu đủ nhiều trọng số stake vi phạm cùng lúc, nếu phần mềm validator có lỗi nghiêm trọng, hoặc nếu mạng bị chia tách lâu, hệ thống có thể ngừng chung cuộc, thậm chí xuất hiện kết quả xung đột nhau.

Lấy Ethereum làm ví dụ: nó dùng trọng số stake mà phiếu của validator đại diện để chọn đầu chuỗi hiện tại, và hình thành tính chung cuộc qua phiếu trên checkpoint. Đạt tính chung cuộc cần sự ủng hộ của một tỷ lệ trọng số stake nhất định, và điều kiện để ngăn chung cuộc khác với điều kiện để đảo ngược một block đã chung cuộc. Phần này dùng để cho thấy đề xuất, chọn nhánh và tính chung cuộc là những bước khác nhau, không có nghĩa các mạng PoS khác dùng cùng bộ ngưỡng.

Node ngoại tuyến lâu rồi quay lại mạng cũng có thể cần một checkpoint gần đây đáng tin để tránh bị một lịch sử dài do validator cũ tạo ra dẫn dắt sai. Vấn đề "tính chủ quan yếu" này và cách xử lý nó không giống nhau ở mọi giao thức PoS, nhưng nó cho thấy việc đồng bộ node mới trên chuỗi dùng stake không nhất thiết chỉ cần so sánh dữ liệu từ block khởi nguyên là xong.

Lượng stake lớn có thể làm được gì

Bên kiểm soát nhiều trọng số stake hữu hiệu hơn thường có thêm ảnh hưởng tới đề xuất hoặc bỏ phiếu. Họ có thể trì hoãn một số giao dịch, tác động tới việc chọn nhánh gần đây, hoặc ngăn mạng đạt tính chung cuộc; khi đạt ngưỡng cao hơn và kết hợp với những hành vi vi phạm cụ thể, họ còn có thể tạo ra xác nhận xung đột hoặc tìm cách tổ chức lại lịch sử.

Nhưng lợi thế về stake không làm giao dịch không hợp lệ tự có hiệu lực. Các node đầy đủ tuân thủ quy tắc và tự kiểm tra block vẫn từ chối những block có chữ ký giả mạo, tài sản tạo ra từ không có gì, hoặc vi phạm quy tắc chuyển trạng thái. Lượng stake lớn ảnh hưởng tới việc chọn và xác nhận giữa các ứng viên hợp lệ, chứ không phải quyền quản trị cho phép bỏ qua mọi quy tắc giao thức.

Khả năng tấn công thực tế phụ thuộc vào ngưỡng bỏ phiếu của giao thức cụ thể, điều kiện slashing, phân bố validator, cách triển khai client và trạng thái mạng. Không thể đem "tấn công 51%" từ bằng chứng công việc áp thẳng cho mọi mạng bằng chứng cổ phần, và cũng không thể chỉ nhìn số dư của một địa chỉ để kết luận ai thực sự kiểm soát khóa validator và phiếu.

Những đánh đổi chính

Bằng chứng cổ phần tránh được cuộc cạnh tranh băm quy mô lớn liên tục của bằng chứng công việc, nhưng chuyển nguồn lực bảo mật từ tính toán bên ngoài sang tài sản giao thức và hạ tầng xác thực. Các đánh đổi thường gặp gồm:

• Tập trung stake: bên nắm giữ lớn, nền tảng lưu ký, giao thức stake gom nhiều tài sản ủy quyền hoặc một số ít bên vận hành node có thể tích tụ trọng số xác thực đáng kể.
• Ngưỡng tham gia: mức stake tối thiểu, yêu cầu phần cứng, công việc bảo trì kỹ thuật và thời gian chờ rút có thể hạn chế việc tham gia trực tiếp.
• Rủi ro bị phạt: dùng sai khóa, ký trùng, cấu hình phần mềm sai hoặc sự cố của nhà cung cấp có thể dẫn tới mất phần thưởng hoặc bị slashing.
• Rủi ro thanh khoản và giá: tài sản có thể không dùng được ngay trong thời gian stake hoặc chờ rút, và giá trị thị trường của nó cũng thay đổi.
• Phụ thuộc phần mềm và mạng: lỗi client, một bản triển khai chiếm tỷ trọng quá lớn, hoặc mạng bị gián đoạn có thể khiến nhiều validator đồng thời ngoại tuyến hoặc gửi thông điệp sai.
• Quản trị và khôi phục: khôi phục sau một cuộc tấn công nghiêm trọng có thể cần node, ứng dụng và cộng đồng phối hợp ngoài giao thức để chọn đoạn lịch sử nào.

Lợi nhuận từ stake không phải tiền lãi không rủi ro. Phần thưởng đến từ phần phát hành của mạng, phí hoặc nguồn thu khác của giao thức; bản thân việc stake có thể kèm rủi ro giá tài sản, bị khóa và bị phạt, còn khi dùng dịch vụ hay hợp đồng stake thì có thêm rủi ro từ bên cung cấp và từ hợp đồng thông minh.

Bằng chứng cổ phần và các khái niệm gần

Bằng chứng cổ phần là một loại cơ chế đồng thuận; stake là công cụ trong đó để ràng buộc quyền tham gia và hành vi. Không phải mọi sản phẩm mang tên "stake" đều tham gia đồng thuận nền: phần thưởng khóa tài sản trên nền tảng, ưu đãi thanh khoản của sản phẩm tài chính phi tập trung hay việc khóa token quản trị cũng có thể được gọi là stake, nhưng tác dụng và rủi ro khác nhau.

Bằng chứng cổ phần được ủy quyền thường cho phép người giữ token ủy quyền trọng số cho validator, để validator vận hành hạ tầng và tham gia tạo block hoặc bỏ phiếu. Tên gọi này bao trùm nhiều thiết kế khác nhau, nên không thể chỉ dựa vào hai chữ "ủy quyền" để suy ra cách bầu chọn, số lượng validator, cách lưu giữ tài sản hay trách nhiệm khi bị phạt.

Bằng chứng cổ phần cũng không có nghĩa là không còn việc node xác thực. Node đầy đủ không có stake vẫn có thể kiểm tra block có đúng quy tắc hay không, chỉ là thường không đảm nhiệm nhiệm vụ đề xuất và bỏ phiếu cần chữ ký validator. Có stake hay không, có chạy validator hay không, và có chạy node đầy đủ chỉ để xác thực dữ liệu hay không là ba câu hỏi cần xét riêng.

Câu hỏi thường gặp

Giữ token là tự động thành validator?

Thường thì không. Người tham gia còn phải đáp ứng yêu cầu về stake, kích hoạt, phần mềm và quản lý khóa, hoặc ủy quyền tài sản cho bên cung cấp dịch vụ xác thực. Quy tắc cụ thể do mạng quyết định.

Stake càng nhiều thì chắc chắn tạo được nhiều block hơn?

Không chắc. Trọng số stake thường làm tăng cơ hội được chọn hoặc bỏ phiếu trong một khoảng thời gian, nhưng mỗi lần chọn có thể mang tính ngẫu nhiên, và giao thức còn có thể đặt trần trọng số, uỷ ban hoặc giới hạn khác.

Bằng chứng cổ phần hoàn toàn không tốn năng lượng?

Không. Validator và node vẫn phải chạy máy chủ, lưu dữ liệu và liên lạc. Nó thường tránh được cuộc cạnh tranh băm quy mô lớn của bằng chứng công việc, nhưng mức tiêu thụ năng lượng không về không.

Slashing và thua lỗ đầu tư có phải một chuyện?

Không. Slashing là việc giao thức trừ stake vì hành vi vi phạm có thể chứng minh; còn thiệt hại do giá thị trường giảm, phí dịch vụ, không rút được kịp thời hay lỗi hợp đồng thuộc những rủi ro khác.

Đã chung cuộc thì tuyệt đối không thể thay đổi?

Không phải vô điều kiện. Tính chung cuộc nghĩa là với tỷ lệ tham gia, điều kiện mạng và giả định phần mềm mà giao thức đặt ra, việc đảo ngược một block đòi hỏi vi phạm nghiêm trọng và chi phí cao. Khi các tiền đề bảo mật bị phá vỡ, vẫn có thể cần phối hợp ngoài giao thức.

Khái niệm liên quan

Tìm hiểu thêm về cơ chế đồng thuận, bằng chứng công việc, block và node blockchain, hoặc trở lại bảng thuật ngữ tiền mã hóa.

Nguồn

• NISTIR 8202: Tổng quan về công nghệ blockchain — định nghĩa chung về bằng chứng cổ phần, trọng số stake và việc phát hành block.
• Ethereum.org: bằng chứng cổ phần — trách nhiệm của validator, đề xuất, bỏ phiếu, chọn nhánh, tính chung cuộc và ví dụ về hình phạt stake.
• Ethereum.org: phần thưởng và hình phạt — hình phạt khi ngoại tuyến, hành vi bị slashing và cơ chế khôi phục của Ethereum.
• Ethereum.org: câu hỏi thường gặp về bằng chứng cổ phần — chọn nhánh, tính chung cuộc, tính chủ quan yếu và giới hạn trong thiết kế riêng của Ethereum.
• Cardano Docs: ủy quyền — ủy quyền, quyền sử dụng tài sản và trách nhiệm của stake pool trong một triển khai PoS khác.