Tiền điện tử sử dụng mật mã như thế nào?

Khi giao thức Bitcoin ra mắt vào năm 2009, thế giới đã được giới thiệu một loại hệ thống tiền tệ mới được bảo mật và phát hành theo cách hoàn toàn khác so với tiền truyền thống.

Các loại tiền pháp định như Đô la Mỹ hoặc Yên Nhật được bảo đảm bằng niềm tin vào hệ thống ngân hàng truyền thống và được phát hành bởi ngân hàng trung ương của mỗi quốc gia. Bất kỳ loại tiền tệ mới nào cũng được đưa vào lưu thông dựa trên chính sách tiền tệ linh hoạt do mỗi chính phủ trong nước quyết định. Theo một nghĩa nào đó, tiền pháp định được hỗ trợ bởi niềm tin vào sức mạnh tài chính của các quốc gia và quân đội bảo vệ sức mạnh đó.

Mặt khác, Bitcoin, và sau đó là tất cả các tiền điện tử được tạo ra sau khi Bitcoin ra mắt, được bảo mật và phát hành bằng cách sử dụng thực tiễn khoa học của “mật mã học.” 

Cuối cùng, Bitcoin hoạt động dựa trên một chính sách tiền tệ được xác định trước, do máy tính kiểm soát mà không một cá nhân, công ty hay chính phủ nào có thể thay đổi. Thay vì đặt niềm tin vào chính phủ hoặc các tổ chức, người dùng Bitcoin đặt niềm tin vào mật mã học và bộ quy tắc minh bạch của giao thức, cho phép nó hoạt động đáng tin cậy bất kể giá thị trường hay tâm lý thị trường.

Mật mã học là nghiên cứu về mã hóa và giải mã thông tin. Nói tóm lại, đó là thực hành thay đổi một thông điệp để chỉ người gửi và người nhận dự kiến có thể hiểu được nó.

Nếu một thông điệp được mã hóa bị chặn bởi một người không phải là người nhận dự kiến, mật mã học sẽ khiến người chặn gần như không thể hiểu được thông tin mà nó chứa.

Một trong những ví dụ sớm nhất về mật mã học có từ thế kỷ thứ 7 trước Công nguyên khi người Hy Lạp cổ đại quấn các dải da có thông điệp bí mật viết trên đó quanh những cây gậy – một phương pháp mã hóa được gọi là scytale. Khi được tháo ra, dải da sẽ có một hàng chữ viết nguệch ngoạc mà chỉ người có cây gậy tương tự với đường kính bằng nhau mới có thể giải mã.

Trong thời chiến, mật mã học đã đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo mật các thông tin liên lạc có thể bị chặn giữa các lực lượng phân tán. Trong Thế chiến II, việc sử dụng mật mã học để giải mã các tín hiệu vô tuyến của Đức Quốc xã được mã hóa từ máy mật mã Enigma đã chứng tỏ vai trò then chốt trong việc chấm dứt cuộc xâm lược ở châu Âu.

Ngày nay, mật mã học đóng một vai trò cơ bản trong việc bảo mật và phát hành các tiền điện tử như bitcoin. 

Mật mã học là một thành phần quan trọng của tiền điện tử, được sử dụng để: 

• Tạo cặp khóa ví tiền điện tử
• Phát hành bitcoin mới thông qua quá trình khai thác
• Ký điện tử các thông điệp giao dịch

Tổng số tài nguyên tính toán được hướng vào việc khai thác bitcoin là yếu tố giúp bảo mật mạng lưới chống lại các cuộc tấn công mạng. Điều này được gọi chung là “tỷ lệ băm” của mạng lưới. Càng nhiều thợ đào trên mạng, tỷ lệ băm càng cao và lượng sức mạnh tính toán cần thiết để áp đảo mạng lưới bằng đa số 51% càng lớn.

Một cuộc tấn công 51% là một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với các mạng blockchain công khai. Các tác nhân độc hại có thể tập hợp đủ tài nguyên để kiểm soát ít nhất 51% tỷ lệ băm của một blockchain sẽ có khả năng chặn các giao dịch đến, thay đổi thứ tự giao dịch và chi tiêu gấp đôi số tiền. Tuy nhiên, bằng cách làm cho quá trình này khó khăn về mặt tính toán, mạng bitcoin ngăn chặn những kẻ xấu kiểm soát mạng lưới.

Băm SHA-256 cũng chịu trách nhiệm làm cho các giao dịch dựa trên blockchain trở nên bất biến. 

Khi các giao dịch được gói vào các khối mới và được xác minh bởi tất cả các tình nguyện viên khác trong mạng, mỗi thông điệp giao dịch sẽ được băm bằng thuật toán mật mã SHA-256. 

Các giao dịch đã được băm này sau đó được băm cùng nhau theo cặp một cách có hệ thống để tạo ra thứ được gọi là “Cây Merkle.” Các cặp giao dịch được băm cùng nhau cho đến khi cuối cùng tất cả các giao dịch trong khối được đại diện bởi một giá trị băm duy nhất. Giá trị duy nhất này trở thành Gốc Merkle và được lưu trữ trong tiêu đề khối.

Bởi vì các hàm băm là xác định – nghĩa là cùng một đầu vào sẽ luôn tạo ra cùng một giá trị đầu ra duy nhất – bất kỳ nỗ lực nào của những kẻ xấu nhằm thay đổi một khối giao dịch sẽ dẫn đến một giá trị Gốc Merkle hoàn toàn mới. Các tình nguyện viên khác trong hệ thống sẽ có thể thấy Gốc Merkle đã bị thay đổi so với khối hợp lệ và từ chối nó, đồng lòng ngăn chặn sự tham nhũng.

Bản chất xác định của các thuật toán mật mã cho phép người dùng mạng giao dịch bitcoin mà không cần một trung gian đáng tin cậy để xác minh và xử lý thanh toán.

Bằng cách duy trì phi tập trung và loại bỏ sự can thiệp của con người, các giao dịch có thể được xử lý nhanh hơn đáng kể và phí thường rẻ hơn nhiều so với các giải pháp ngân hàng truyền thống.

Bitcoin sử dụng mật mã đường cong elliptic (ECC) và Thuật toán băm an toàn 256 (SHA-256) để tạo khóa công khai từ các khóa riêng tương ứng của chúng.

Khóa công khai được sử dụng để tạo địa chỉ ví tiền điện tử để nhận các giao dịch đến, trong khi khóa riêng cần thiết để ký giao dịch và chứng minh quyền sở hữu tiền.

Bạn có thể hình dung khóa riêng giống như số PIN ngân hàng của bạn và khóa công khai giống như số tài khoản ngân hàng của bạn. Một hacker cần cả hai để làm điều gì đó bất lợi cho tài chính của bạn.

Khóa riêng là phần quan trọng của cặp khóa và được lưu trữ trong ví tiền điện tử. Về mặt kỹ thuật, ví tiền điện tử lưu trữ quyền truy cập của một người vào quỹ tiền điện tử của họ – chứ không phải bản thân tiền điện tử. Bản thân các quỹ chỉ đơn giản là các mục nhập dữ liệu được ghi lại trên blockchain và có thể được xác định và mở khóa bằng cách sử dụng các khóa được lưu trữ trong ví của bạn. 

ECC là việc sử dụng một đường cong toán học đặc biệt đối xứng theo chiều ngang. Nếu bạn vẽ bất kỳ đường thẳng nào đi qua đường cong này, nó sẽ cắt hình dạng tối đa ba lần. ECC là một phần quan trọng của tiền điện tử và là thứ cho phép người dùng tạo khóa công khai.

Để tạo một cặp khóa Bitcoin, trước tiên bạn phải tạo một khóa riêng.

Khóa riêng bitcoin là một số 256 bit được tạo ngẫu nhiên (giữa 1 và 2²⁵⁶, hoặc hai lũy thừa hai trăm năm mươi sáu – một con số cực kỳ lớn!). Trên các dịch vụ như Kraken, số này được tạo tự động khi thiết lập ví tiền điện tử mới.

Khóa công khai sau đó được tạo ra từ số này bằng cách sử dụng phép nhân đường cong elliptic. Điều này liên quan đến việc lấy một điểm bắt đầu trên đường cong elliptic (được gọi là điểm tạo) và nhân nó với số khóa riêng ngẫu nhiên để tạo ra một điểm mới trên đường cong.

Điểm mới này trở thành khóa công khai với các tọa độ x và y cụ thể. Việc tìm khóa riêng khi biết khóa công khai gần như không thể vì rất khó để đoán một số 256 bit ngẫu nhiên. Có khoảng một phần 150.000 tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ cơ hội đoán đúng.

Về mặt lý thuyết, sẽ cần một máy tính lượng tử với hơn 13.000.000 qubit vật lý để tìm ra số này trong một ngày. Cho đến nay, một trong những máy tính lượng tử tiên tiến nhất thế giới, bộ xử lý IBM Eagle, chỉ sở hữu 127 qubit (hoặc 0,00097% số lượng qubit cần thiết).

Nói cách khác, các hệ thống được tiền điện tử sử dụng, ít nhất là hiện tại, hoàn toàn an toàn.

Để tạo địa chỉ ví bitcoin, tọa độ x và y được đưa qua thuật toán SHA-256. 

Hàm băm mật mã này được Cơ quan An ninh Quốc gia Hoa Kỳ (NSA) phát triển và công bố vào năm 2001, và về cơ bản biến bất kỳ đầu vào nào (trong trường hợp này là tọa độ khóa công khai) thành một mã 256 bit duy nhất, có độ dài cố định.

Mã này được trình bày ở định dạng thập lục phân 64 ký tự, chứa hỗn hợp các số từ 0 đến 9 và các chữ cái A-F.

Các hàm mật mã ECC và SHA-256 được gọi là hàm “cửa sập” hoặc “xác định.” Điều này có nghĩa là chúng chỉ hoạt động một chiều và không thể đảo ngược để tiết lộ các đầu vào ban đầu.

Mặc dù có thể tạo khóa công khai từ khóa riêng, nhưng không thể đảo ngược quá trình và tiết lộ khóa riêng. Điều tương tự cũng xảy ra khi cố gắng khám phá khóa công khai nào đã được sử dụng để tạo địa chỉ ví bitcoin. Chỉ chủ sở hữu khóa công khai mới có thông tin đó và có thể sử dụng nó để chứng minh quyền sở hữu địa chỉ ví bitcoin.

Cần một cách tốt hơn để hiểu điều này? Hãy tưởng tượng ai đó đã trộn lẫn nhiều loại sơn màu khác nhau từ một lựa chọn, như chúng ta đã lưu ý trước đó, 150.000 tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ tỷ tùy chọn để tạo ra một màu duy nhất. 

Nếu bạn biết chính xác số lượng sơn phù hợp, bạn sẽ có thể tái tạo chính xác màu đó. Nhưng nếu bạn không biết thì sao? Cố gắng đảo ngược quá trình sẽ gần như không thể. 

Đây, về bản chất, là cách các hàm mật mã cửa sập này hoạt động và điều gì cho phép các đầu vào của chúng không thể nhận dạng được khi so sánh với đầu ra.

Các đơn vị bitcoin mới được đưa vào lưu thông thông qua một quá trình gọi là khai thác.

Khai thác là một phần của cơ chế đồng thuận bằng chứng công việc được blockchain của Bitcoin sử dụng để chọn những người tham gia trung thực để thêm các khối dữ liệu mới.

Nó thực hiện điều này thông qua việc sử dụng băm SHA-256. Hàng nghìn tình nguyện viên mạng – được gọi là nút khai thác – cạnh tranh với nhau bằng cách sử dụng các máy tính được chế tạo đặc biệt để tạo ra hàng nghìn tỷ hàm băm mỗi giây.

Các thợ đào trước tiên lấy tiêu đề khối – phần chứa tất cả thông tin cấp cao nhất về khối bao gồm dấu thời gian của nó, giá trị mục tiêu để các thợ đào đánh bại và các thành phần chính khác –  từ khối gần đây nhất trong chuỗi và điều chỉnh số của một thứ gọi là nonce. 

Nonce là một từ viết tắt đại diện cho một số chỉ được sử dụng một lần. Nó là phần của tiêu đề khối có thể được thay đổi để tạo ra một giá trị băm mới.

Mục tiêu của cuộc thi khai thác dựa trên mật mã học rất đơn giản. Các thợ đào sử dụng máy của họ để tự động điều chỉnh số nonce trong tiêu đề khối và chạy nó qua thuật toán băm SHA-256 để tạo ra một giá trị.

Thợ đào nào tạo ra một giá trị có số lượng số 0 ở phía trước bằng hoặc nhiều hơn so với giá trị mục tiêu sẽ thắng cuộc thi. Nếu giá trị không đánh bại giá trị mục tiêu, các thợ đào sẽ điều chỉnh lại số nonce, băm lại tiêu đề khối và tạo ra một giá trị mới.

Quá trình này được lặp lại cho đến khi có người thành công.

Bitcoin mới được đúc sẽ được trao cho mỗi thợ đào thành công dựa trên lịch trình phát hành cố định được lập trình sẵn trong mã nguồn của Bitcoin bởi người tạo ra nó, Satoshi Nakamoto. 

Mật mã học đóng một vai trò quan trọng trong việc xử lý các giao dịch bitcoin và giữ cho mạng lưới an toàn thông qua quá trình khai thác. Bạn có thể xem bài viết của Trung tâm Học tập Kraken Khai thác Bitcoin là gì? để tìm hiểu thêm.

Chữ ký số rất quan trọng để cho phép người gửi chứng minh họ sở hữu khóa riêng tương ứng với một khóa công khai cụ thể mà không cần phải tiết lộ khóa riêng của họ cho người khác.

Bitcoin sử dụng thuật toán chữ ký số đường cong elliptic (ECDSA) để phê duyệt và gửi giao dịch từ ví tiền điện tử một cách mã hóa.

Điều này liên quan đến việc người gửi lấy một thông báo giao dịch đã được băm – bao gồm địa chỉ ví của người nhận, số lượng BTC được gửi, bất kỳ khoản phí nào đính kèm và nguồn gốc của bitcoin – thêm khóa riêng của họ vào đó và tạo một chữ ký số bằng một quy trình toán học một chiều khác.

Cụ thể hơn, nó liên quan đến một quy trình tương tự như việc tạo khóa công khai từ khóa riêng đã đề cập ở trên, với việc bổ sung thêm một vài bước.

Một số ngẫu nhiên được tạo (tương tự như khóa riêng), sau đó được nhân với cùng một điểm tạo được sử dụng để tạo khóa công khai của ví, để tạo một điểm mới trên đường cong elliptic. Hãy gọi đây là Điểm A. 

Tọa độ X của Điểm A sau đó được nhân với khóa riêng của người gửi và thêm vào thông báo giao dịch đã được băm. Tất cả điều này sau đó được chia cho số ngẫu nhiên được tạo ban đầu để tạo ra một giá trị mới. Giá trị này đóng vai trò là chữ ký số.

Để xác minh chữ ký số, người nhận suy ra hai điểm trên một đường cong elliptic. Đầu tiên, thông báo được chia cho giá trị chữ ký số để lấy điểm tạo. Sau đó, tọa độ X của điểm tạo được chia cho giá trị chữ ký số để tiết lộ điểm thứ hai trên đường cong.

Cuối cùng, việc vẽ một đường thẳng qua hai điểm này tạo ra một điểm thứ ba và cuối cùng trên đường cong elliptic. Điểm cuối cùng này phải có cùng tọa độ X chính xác như Điểm A, từ đó chứng minh chữ ký số được tạo bằng khóa riêng tương ứng chính xác.

May mắn thay, ví tiền điện tử kỹ thuật số thực hiện tất cả quá trình xác minh này một cách tự động, mà không cần bất kỳ đầu vào nào từ người dùng.

Mật mã học đóng một vai trò thiết yếu không chỉ trong việc bảo mật mạng lưới tiền điện tử khỏi tham nhũng, mà còn cung cấp một phương tiện không thể chối cãi để chứng minh quyền sở hữu quỹ mà không buộc người dùng phải từ bỏ thông tin khóa riêng nhạy cảm của họ.

Nếu không có nó, mạng lưới tiền điện tử có thể sẽ buộc phải dựa vào các trung gian tập trung, đáng tin cậy để bảo mật thông tin và tạo điều kiện thanh toán — điều này hoàn toàn mâu thuẫn với bản chất phi tập trung của các loại tiền điện tử dựa trên blockchain công khai.

Giờ đây bạn đã hiểu công nghệ đằng sau tiền điện tử, đã đến lúc bắt đầu với sàn giao dịch tài sản kỹ thuật số minh bạch và đáng tin cậy nhất.

Bạn đã sẵn sàng thực hiện bước tiếp theo trong hành trình tiền điện tử của mình với sàn giao dịch minh bạch và đáng tin cậy chưa? Hãy nhấn vào nút bên dưới để bắt đầu với Kraken ngay hôm nay!