Hầu hết người tham gia thị trường crypto đều biết blockchain là chuỗi các khối dữ liệu liên kết với nhau, gồm 3 thành phần chính là block, miner và node. Tuy nhiên, ít ai chú ý đến một yếu tố quan trọng giúp hình thành mỗi block hợp lệ, đó chính là Nonce. Đây là thuật ngữ quen thuộc với thợ đào nhưng lại khá mới mẻ với nhiều người dùng. Vậy Nonce là gì, vai trò của nó trong blockchain ra sao? Cùng Blogtrading tìm hiểu chi tiết ngay sau đây để không bỏ lỡ kiến thức nền tảng quan trọng này.
Nonce là gì?
Nonce là cụm từ được viết tắt từ number used once gồm 32 bit ngẫu nhiên với hình dạng chuỗi số được dùng vào quá trình để khai thác block (khối) mới ở blockchain với cơ chế đồng thuận PoW (Proof-of-Work). Từng block đều sẽ có mỗi giá trị của nonce không giống nhau cùng những miner buộc phải tìm được số nonce hợp lệ nhằm tạo ra khối mới, đổi lại thợ đào sẽ được nhận phần thưởng khối (hay block reward) ở dạng native token trên blockchain.
Để tìm được giá trị của nonce đòi hỏi thợ đào cần đầu tư chi phí cho phần cứng khá cao cùng sức mạnh tính toán khá ổn định. Song song đó mỗi nonce chỉ được sử dụng duy nhất 1 lần đồng thời cố định vào một khối cụ thể. Việc này đã làm cho:
- Đảm về về tính độc quyền, duy nhất khó dự đoán của khối được bổ sung vào blockchain.
- Đảm bảo tính an toàn và bảo mật cho blockchain.
- Đảm bảo tính bảo mật cùng sự an toàn cho blockchain.
- Bảo vệ cho blockchain tránh khỏi những cuộc 51% attack hoặc double spending…
Nonce giữ vai trò gì trong blockchain?
Thông thường, muốn máy tính đọc hiểu được những ngôn ngữ của người thì bắt buộc phải được “dịch” sang ngôn ngữ máy tính mới có thể xử lý. Với chiều hướng ngược lại, nhiệm vụ của chúng ta sẽ là chuyển đổi nguồn dữ liệu sang ngôn ngữ của máy tính để nó hiểu và hoạt động, ở tình huống trên thì ngôn ngữ trên được gọi là Hash. Hiểu một cách đơn giản thì Hash chính là một dạng phương trình mà ở đó data gồm những số không thể đổi cùng số Nonce là một ẩn số với sự biến thiên một cách ngẫu nhiên.
Tuy nhiên để có Hash chứa những dữ liệu đơn thuần có thể liên kết tạo thành chuỗi sẽ không thể. Vì vậy Nonce xuất hiện để xử lý vấn đề trên, ngoài việc nó có thể hỗ trợ công tác bảo mật của Hash mà còn giữ vai trò là “phiên dịch viên” hỗ trợ những hệ thống có thể đọc hiểu được dữ liệu ở bên trong của Hash. Do đó, đối với những thợ đào, Nonce được xem như là chìa khóa để tiếp cận những phần thưởng.
>> Xem thêm: Hash Rate là gì? Vai trò và chức năng của tốc độ băm trong blockchain
Phương thức vận hành của Nonce ở blockchain
Đầu tiên, để hiểu phương thức vận hành của nonce ở blockchain thì phải hiểu những thành phần trong block sẽ có những gì.
Blockchain gồm có những “block” liên kết nhau tạo thành “chain”. Mỗi block đều có hai thành chính là toàn bộ thông tin về những giao dịch của block và block header. Cụ thể, block header tức tiêu đề của khối chính là mã hash (hàm băm) có những thông tin nhằm tìm ra khối cụ thể ở blockchain, gồm:
- Previous Hash: Là mã hàm băm hoặc block header ở khối phía trước.
- Timestamp: Từng block ở cùng một blockchain sẽ có một vài nonce khác biệt. Số nonce đó được tính toán vào quá trình thực hiện khai thác (đào) khối đồng thời giúp hình thành nên giá trị hash độc nhất cho khối.
- Merkle Root: Giá trị của hash cuối cùng trong quá trình triển khai ghép cặp cũng như hashing những giao dịch ở Merkle Tree.
- Nonce: Là giá trị số đặc biệt gắn với từng khối trong blockchain. Trong quá trình khai thác, thợ đào sẽ thử nhiều giá trị nonce khác nhau cho đến khi tìm được một kết quả tạo ra hash phù hợp với yêu cầu của mạng.
Chú ý: Hash có nghĩa là hàm băm, nó là mỗi chuỗi những ký tự đã được mã hoá thông qua công nghệ hàm băm về mật mã học hay cryptographic hash function của những thông tin ở đầu vào đã xác định từ trước đó.
Do đó, nếu bắt đầu đào khối thì miner sẽ dùng thuật toán của hàm băm (chẳng hạn như SHA-256 dành cho mạng lưới của blockchain) nhằm vận hành hàm băm (hash function) ở những dữ liệu ở khối đó.
Nhưng, ngoài nonce là số cần phải tìm thì những dữ liệu khác đều là sẵn có. Nhằm ước tính ra số nonce phải tìm, những thợ đào sẽ dùng cách thức thử sai bằng bộ đếm, giá trị bằng đầu thường không cố định nhưng thường là 0.
Ví dụ minh họa về cách hoạt động của Nonce trong quá trình khai thác khối
Đầu tiên, miner sẽ thử và thay đổi về giá trị của nonce một cách liên tục (nếu sai) nhằm tái khởi động hàm băm cho đến lúc họ có thể tìm thấy được giá trị của hàm băm thoả mãn điều kiện đã được đề ra của mạng lưới, chẳng hạn như giá trị băm trên phải khởi đầu bằng một số lượng chữ số 0 cụ thể.
- Chi tiết hơn, khi điều kiện đặt ra là giá trị băm cần bắt đầu bằng 4 chữ số 0 thì giá trị băm phù hợp có khả năng là “0000abc1234….” nhưng nếu chỉ có “1234abcd…” thì sẽ bất hợp lệ vì không có 4 chữ số 0 mở đầu.
- Những điều kiện trên sẽ có sự điều chỉnh theo thời gian nhằm điều chỉnh mức độ khó của hoạt động khai thác, phụ thuộc vào tổng nguồn sức mạnh tính toán trên mạng (hoặc số lượng miner).
Việc này đồng nghĩa là miner có khả năng cần thử đến hàng triệu lần hay thậm chí là hàng tỷ lần mới có được số nonce thích hợp.
Tiếp đó, nếu miner tìm được một vài nonce chính xác và khởi chạy hàm thành công thì khối đó sẽ chuyển đến những node khác thuộc cùng mạng để tiếng hành kiểm tra. Khi giá trị của hàm băm thích hợp và toàn bộ những giao dịch của khối được xác định là hợp lệ thì khối đó sẽ được bổ sung vào blockchain.
Thời điểm này, miner sẽ được nhận phần thưởng khối (block reward), gồm có một vài lượng native token cụ thể của mạng lưới blockchain cùng phí triển khai giao dịch từ những giao dịch ở bên trong của khối vừa khai thác được.
Tầm quan trọng của Nonce lên mạng lưới của blockchain
Với một chuyên gia phát triển về blockchain việc chạy và điều hành một hệ thống blockchain lớn là việc khó khăn vô cùng. Tuy nhiên với sự có mặt của Nonce đã làm cho hoạt động kiểm soát cũng như cân bằng những block đối với nhà phát triển trở nên dễ dàng hơn.
Ổn định Blockchain
Điểm nổi bật là số Nonce sẽ cho nhà phát triển blockchain được phép tuỳ chỉnh mức độ khó cho hàm băm thông qua việc thêm những số 0 ở đầu những hàm Hash. Qua đó, những nhà phát triển có thể điều chỉnh độ khoa trở nên dễ dàng hơn cũng như kiểm soát chiều dài của blockchain như mong muốn. Hơn nữa việc giải hash thành công còn hỗ trợ block vừa được tạo sẽ có được độ bảo mật cao hơn cũng như liên kết với chuỗi khối dễ dàng hơn.
Bảo vệ toàn diện
Việc một vài Nonce được tìm thấy sẽ đồng nghĩa block đó đã được hoàn thành, việc này có thể hiểu là sẽ không có thêm giao dịch bổ sung nào được thực hiện. Vù hoạt động thêm giao dịch sẽ làm hash có sự thay đổi và nếu hash thay đổi thì sẽ chỉ được diễn ra ở block mới.
Việc này sẽ hỗ trợ bảo vệ cho hệ thống của blockchain trước những cuộc tấn công với chủ đích cụ thể. Khi chỉ có thông tin cùng hàm băm ở mỗi block mà chưa có số Nonce thì một tổ chức hoặc cá nhân có thể xâm nhập và chỉnh sửa những giao dịch. Họ có thể tiến hành thay đổi để tạo nên một chuỗi mới hoàn toàn hợp lệ, qua đó thu về nguồn lợi nhuận lớn cùng sự hỗn loạn ở thị trường.
Tinh chỉnh mức độ khó trong hoạt động đào coin
Ở một mạng lưới của blockchain, độ khó của hoạt động xác định Hash và số Nonce gần như là tương đương nhau. Việc này đảm bảo cho sự công bằng đối với hoạt động tìm ra số Nonce đúng bổ sung cho hash giữa toàn bộ những thợ đào.
Nhưng vẫn có một vài tình huống đặc biệt, khi số nonce không thể tìm thấy trong thời gian được cầu thì hệ thống điều chỉ độ khó một cách tự động thông qua việc bổ sung hoặc loại bỏ số 0 trong đầu hash, qua đó số chữ số của số Nonce cũng sẽ được giảm lại và hoạt động tính toán tiết kiệm được thời gian và độ phức tạp cũng giảm đi.
Cho đến hiện tại, những Hash gần nhất của Bitcoin có đầu hàm băm lên đến 19 chữ số 0. Việc này chính là nguyên nhân cho việc ngày càng có nhiều thợ đào gia nhập vào quá trình khai thác Bitcoin và làm độ khó của nó tăng cao lên mỗi ngày. Nhìn lại thời sơ khai thì khối của Bitcoin chỉ gồm 5 chữ số 0 mở đầu cho những Hash.
Độ khó trong việc tìm Nonce
Mức độ phức tạp của hoạt động tìm nonce sẽ có sự điều chỉnh một cách linh động nhằm duy trì tốc độ để tạo khối trên mạng được ổn định (chẳng hạn: ở mạng Bitcoin, cứ mỗi 10 phút thì sẽ khai thác được 1 khối).
Độ khó của hoạt động tìm nonce sẽ hiệu chỉnh dựa vào sự thay đổi ở sức mạnh tính toán trên mạng, nhằm đảm bảo cho những miner sẽ đối mặt với các thách thức với độ khó được xem là tỷ lệ thuận với nguồn tổng sức mạnh về tính toán ở mạng lưới blockchain. Việc này đồng nghĩa là:
- Khi có nhiều miner gia nhập vào mạng lưới thì tổng nguồn sức mạnh tính toán cũng sẽ tăng theo. Vào lúc đó thì độ khó cũng sẽ tăng, yêu cầu sức mạnh lớn hơn nhằm tìm ra được nonce thích hợp.
- Trái lại, nếu số lượng miner hay năng lực giải quyết của mạng suy giảm thì độ khó cũng sẽ theo đó mà giảm dần, hỗ trợ cho hoạt động tạo khối được dễ dàng hơn.
Nhưng việc xử lý vấn đề liên quan đến độ khó gia tăng, miner có khả năng tăng sức mạnh về tính toán bằng việc thực hiện nâng cấp tài nguyên trên máy tính (còn gọi là dàn máy đào coin), cùng phần cứng vững chắc hơn và thích hợp hơn.
Tài nguyên của máy tính cao cấp hơn hỗ trợ miner có thể xử lý những hàm băm nhanh hơn, vì vậy mà xác định được số nonce chính xác của blockchain trước những thợ đào khác.
Ngoài ra mức khoa của việc tìm nonce cũng có một phần liên quan đến mức độ khó trong hoạt động khai thác coin (mining difficulty), một chỉ số biểu hiện độ phức tạp khi miner giải một thuật toán nhằm tạo ra khối mới thêm vào blockchain.
Thợ đào kiếm được bao nhiêu từ việc tìm đúng Nonce?
Khi một thợ đào thành công trong việc tìm ra nonce hợp lệ và tạo được một khối mới, họ sẽ được thưởng một khoản lợi nhuận, bao gồm hai phần:
- Phần thưởng khối: Đây là số lượng coin mới được sinh ra, tặng trực tiếp cho người đào khối.
- Phí giao dịch: Bao gồm tổng phí của tất cả các giao dịch nằm trong khối vừa được xác nhận.
Công thức tổng quát để tính lợi nhuận như sau: Lợi nhuận = (Phí giao dịch × Giá coin) + (Phần thưởng khối × Giá coin) – Chi phí đào
Lấy Bitcoin làm ví dụ:
- Phần thưởng khối hiện tại (tính đến giữa 2021) là khoảng 6.25 BTC cho mỗi khối mới. Số này sẽ giảm một nửa sau mỗi đợt Bitcoin halving là một sự kiện xảy ra sau mỗi 210,000 khối (~4 năm/lần). Đợt halving tiếp theo được dự kiến diễn ra vào tháng 4/2024, giảm phần thưởng xuống còn 3.125 BTC/khối.
- Phí giao dịch trong mỗi khối không cố định, biến động theo khối lượng giao dịch trên mạng. Theo dữ liệu từ Dune (tháng 3/2023), tổng phí giao dịch trên mạng Bitcoin đạt khoảng 23 BTC/ngày, với khối lượng xử lý ~300,000 giao dịch/ngày.
- Giá trị của BTC ảnh hưởng trực tiếp đến lợi nhuận của thợ đào. Tại thời điểm ngày 04/02/2024, BTC đang giao dịch quanh mức 43,068 USD. Trong khi đó, đỉnh giá (ATH) từng được ghi nhận là 69,045 USD vào 10/11/2021, và mức đáy gần nhất từng rơi về 16,700 USD.
Bên cạnh đó, chi phí đào coin cũng là yếu tố cần cân nhắc, bao gồm đầu tư thiết bị phần cứng (ASIC, GPU), tiền điện, bảo trì, và chi phí vận hành. Mức chi tiêu này có thể dao động từ vài nghìn đến hàng chục nghìn USD tùy theo quy mô và hiệu suất máy đào.
Phân biệt Nonce trong khai thác và trong giao dịch
Mặc dù cùng được gọi là nonce, nhưng khái niệm này có cách dùng và mục đích khác nhau tùy vào ngữ cảnh là khai thác khối hay gửi giao dịch. Cụ thể:
| Tiêu chí | Nonce trong khai thác (Mining) | Nonce trong giao dịch |
| Chức năng chính | Là tham số thay đổi liên tục trong quá trình thử nghiệm để tạo ra mã hash hợp lệ cho khối mới. | Được dùng như một bộ đếm để đánh dấu thứ tự các giao dịch từ một địa chỉ. |
| Ai sinh ra? | Do thợ đào tự động tạo ra và thay đổi cho đến khi tìm được giá trị thoả mãn điều kiện hash. | Được sinh ra bởi ví điện tử (wallet) của người gửi, mỗi lần tạo giao dịch mới sẽ tự động tăng lên. |
| Cách hoạt động | Giá trị nonce được thử ngẫu nhiên hoặc theo trình tự, thay đổi liên tục trong quá trình đào khối. | Giá trị nonce của giao dịch sẽ tăng dần theo từng lần gửi: 0, 1, 2, 3… nhằm đảm bảo tính duy nhất và thứ tự thực hiện. |
Tóm lại, Nonce trong Mining là chìa khóa giúp thợ đào giải bài toán băm (hashing puzzle) và xác nhận khối mới. Còn Nonce trong Giao dịch lại giống như số thứ tự để xác định từng giao dịch riêng biệt từ một địa chỉ người gửi.
Các rủi ro tiềm ẩn khi xử lý Nonce trong blockchain
Mặc dù Nonce đóng vai trò quan trọng trong cả giao dịch và khai thác khối, nhưng nếu sử dụng không chính xác hoặc bị lợi dụng, nó cũng có thể gây ra một số rủi ro kỹ thuật:
- Nonce trùng (Duplicate Nonce): Nếu hai giao dịch được gửi đi từ cùng một ví sử dụng cùng một giá trị nonce, thì chỉ một trong hai giao dịch có thể được chấp nhận. Giao dịch còn lại sẽ bị từ chối do mạng xác định là không hợp lệ. Điều này thường xảy ra khi người dùng gửi lại giao dịch cũ mà không cập nhật thứ tự nonce phù hợp.
- Nonce không liên tục (Nonce quá cao): Trong một số trường hợp, ví có thể tạo giao dịch với giá trị nonce quá cao, vượt quá nonce hiện tại đang được xác nhận trên mạng. Điều này khiến giao dịch rơi vào trạng thái pending vô thời hạn, vì mạng buộc phải đợi các giao dịch nonce thấp hơn được xử lý trước. Nếu không giải quyết kịp thời, giao dịch có thể bị treo hoặc hết hạn.
- Tấn công brute-force: Trong hoạt động khai thác, một kẻ tấn công có thể cố tình thử hàng triệu giá trị nonce khác nhau để tìm ra mã băm hợp lệ. Tuy nhiên, thực tế khả năng thành công cực kỳ thấp vì mức độ khó của mạng blockchain hiện tại rất cao. Cơ chế điều chỉnh độ khó được thiết kế để ngăn chặn hành vi lạm dụng này và duy trì tính bảo mật hệ thống.
Kết luận
Hy vọng qua bài viết này, Blog Trading đã giúp bạn hiểu rõ hơn về khái niệm Nonce là gì, vai trò cốt lõi của nó trong việc bảo mật blockchain và những rủi ro tiềm ẩn nếu sử dụng không đúng cách. Việc nắm vững Nonce không chỉ giúp bạn hiểu sâu hơn về cách hoạt động của mạng lưới blockchain mà còn nâng cao khả năng phòng tránh các sự cố kỹ thuật trong giao dịch. Lưu ý bài viết chỉ mang tính chất cung cấp thông tin, không phải lời khuyên đầu tư. BlogTrading không chịu trách nhiệm với mọi quyết định tài chính của bạn.
