Vấn đề Double-Spending: Tại sao các giao dịch tiền kỹ thuật số an toàn lại là một thách thức

Vấn đề cốt lõi của các đồng tiền kỹ thuật số

Trong thế giới tài chính kỹ thuật số, có một rủi ro cơ bản đe dọa tính toàn vẹn của toàn bộ hệ thống: khả năng một đơn vị tiền tệ có thể được phát hành nhiều lần. Hãy tưởng tượng, Alice nhận được 10 đơn vị kỹ thuật số và có thể sao chép và dán chúng – đột nhiên cô ấy sẽ có 100 đơn vị. Hoặc còn nghiêm trọng hơn: cô ấy gửi 10 đơn vị của mình cùng lúc cho Bob và Carol. Nếu không có các cơ chế bảo mật mạnh mẽ, một hệ thống tiền tệ như vậy sẽ bị thất bại, vì người nhận sẽ không bao giờ có thể kiểm tra xem các khoản tiền nhận được có bị phát hành ở nơi khác hay không.

Hiện tượng này được biết đến với thuật ngữ “Double Spending” - một thực hành gian lận làm suy yếu niềm tin vào các hệ thống thanh toán kỹ thuật số. Câu hỏi trung tâm do đó là: Làm thế nào có thể phát triển các hệ thống hiệu quả ngăn chặn những chi tiêu gấp đôi như vậy?

Con đường lịch sử: Các giải pháp tập trung và những giới hạn của chúng

Trước khi các công nghệ phi tập trung ra đời, con đường để tránh việc chi tiêu gấp đôi đã được xác định rõ ràng: Tin tưởng vào một tổ chức trung ương. Nhà mật mã học David Chaum đã phát triển vào đầu những năm 1980 một hệ thống mang tính đột phá có tên là eCash, dựa trên tài liệu trắng của ông về chữ ký mù từ năm 1982.

Trong mô hình của Chaum, một ngân hàng hoạt động như một trung gian. Giả sử, Dan muốn chuyển đổi 100 đô la thành tiền kỹ thuật số. Ngân hàng tạo ra năm “tờ tiền” kỹ thuật số với mỗi tờ 20 đô la. Để đảm bảo tính ẩn danh, Dan thêm một yếu tố mù cho mỗi tờ tiền trước khi gửi chúng cho ngân hàng. Ngân hàng xác nhận bằng chữ ký của mình rằng mỗi tờ tiền có thể đổi được 20 đô la.

Khi Dan sau đó trả 40 đô la cho một bữa ăn tại nhà hàng của Erin, anh ấy tiết lộ hai trong số các tờ tiền kỹ thuật số. Erin có thể ngay lập tức đổi chúng tại ngân hàng - ngay cả trước khi Dan có thể chi tiêu chúng ở nơi khác. Ngân hàng xác thực chữ ký và ghi có 40 đô la vào tài khoản của Erin. Những tờ tiền đã sử dụng do đó đã bị “đốt cháy” không thể phục hồi.

Điều cản trở của hệ thống này rõ ràng là: Ngân hàng vẫn là một điểm yếu trung tâm. Giá trị của một tờ tiền phụ thuộc hoàn toàn vào việc ngân hàng sẵn sàng đổi nó. Khách hàng phụ thuộc vào ngân hàng và phải tin tưởng vào sự tốt đẹp của họ – chính vấn đề mà các loại tiền điện tử phi tập trung nên giải quyết.

Câu trả lời cách mạng: Blockchain và mạng lưới phi tập trung

Bitcoin đã mang lại một cuộc cách mạng. Đổi mới lớn nhất trong tài liệu trắng của Bitcoin do Satoshi Nakamoto viết không được trình bày rõ ràng như một giải pháp cho việc chi tiêu gấp đôi, nhưng chính nó đã thể hiện điều đó: blockchain.

Một Blockchain về cơ bản là một cơ sở dữ liệu phân tán với những đặc tính độc đáo. Các nút mạng chạy phần mềm chuyên biệt cho phép họ giữ cho bản sao của cơ sở dữ liệu được đồng bộ. Mạng lưới có thể kiểm tra toàn bộ lịch sử giao dịch cho đến khối Genesis. Vì cơ sở dữ liệu này có thể được xem công khai, các hoạt động gian lận như cố gắng chi tiêu đôi sẽ ngay lập tức trở nên rõ ràng và có thể bị ngăn chặn.

Quá trình hoạt động như sau: Khi một người dùng gửi một giao dịch, giao dịch đó không được thêm ngay vào blockchain. Nó phải được các thợ mỏ đưa vào một khối trước. Do đó, một người nhận chỉ nên coi giao dịch là hợp lệ sau khi khối của nó đã được gắn vào. Với mỗi xác nhận khối bổ sung được thêm vào, công sức tính toán cần thiết để thay đổi hoặc viết lại khối ban đầu tăng lên theo cấp số nhân - một khái niệm gắn liền với việc bảo vệ chống lại các cuộc tấn công 51%.

Một kịch bản thực tế trong thế giới Bitcoin

Quay lại ví dụ của chúng ta: Dan đến nhà hàng của Erin và nhận thấy một cái nhãn dán trên cửa sổ: “Chúng tôi chấp nhận Bitcoin”. Anh ấy lại đặt hàng và hóa đơn là 0,005 BTC. Erin đưa cho anh ấy một địa chỉ công khai, nơi anh ấy gửi số tiền.

Trong giao dịch về cơ bản là một thông điệp được ký số, nói rằng: 0,005 BTC mà Dan sở hữu giờ thuộc về Erin. Mọi người có thể xác minh thông qua chữ ký của Dan rằng Dan thực sự đã sở hữu những đồng xu này và do đó có quyền chuyển nhượng chúng.

Tuy nhiên, giao dịch chỉ có hiệu lực khi khối chứa nó đã được xác nhận. Một giao dịch chưa được xác nhận giống như 40 đô la trong eCash, trước khi nó được thanh toán tại ngân hàng: Dan có thể chi tiêu cùng một số tiền ở nơi khác một lần nữa. Vì vậy, Erin được khuyến nghị nên chờ ít nhất 6 xác nhận khối ( khoảng một giờ ) trước khi chấp nhận thanh toán của Dan.

Ba khuôn mặt của Double Spending: Các vectơ tấn công trong Bitcoin

Mặc dù Bitcoin đã được phát triển với nỗ lực lớn để ngăn chặn các cuộc tấn công Double-Spending, nhưng vẫn tồn tại các phương thức tấn công chuyên biệt, đặc biệt là chống lại những người dùng chấp nhận các giao dịch chưa được xác nhận:

51%-Tấn công: Một tác nhân hoặc tổ chức kiểm soát hơn 50% tỷ lệ băm của mạng và có thể loại trừ giao dịch hoặc thay đổi thứ tự của chúng. Đối với Bitcoin, điều này gần như là không thể, nhưng đã xảy ra với các mạng khác.

Cuộc tấn công cạnh tranh (Cuộc tấn công đua xe): Hai giao dịch cạnh tranh được gửi liên tiếp bằng cùng một phương tiện - chỉ một giao dịch có thể được xác nhận. Kẻ lừa đảo cố gắng đảm bảo rằng chỉ giao dịch có lợi cho hắn được xác thực, trong khi khoản thanh toán cho bên thứ ba bị hủy.

Cuộc tấn công Finney: Một thợ mỏ nhận một khoản thanh toán vào một khối được tạo ra cục bộ, nhưng vẫn chưa gửi nó vào mạng. Song song, anh ta chi tiêu cùng một đồng coin trong một giao dịch khác và chỉ sau đó mới phát tán khối đã chuẩn bị của mình, khiến giao dịch đầu tiên trở nên không hợp lệ.

Cả ba phương pháp đều yêu cầu người nhận chấp nhận các giao dịch chưa được xác nhận. Một thương nhân chờ đợi xác nhận khối sẽ giảm thiểu đáng kể rủi ro này.

Tại sao giá trị giao dịch thấp là điểm yếu

Đối với các giao dịch có giá trị thấp, các nhà bán lẻ thường không muốn chờ đợi cho đến khi các giao dịch được đưa vào một khối. Một nhà hàng thức ăn nhanh nhộn nhịp không thể đủ khả năng chờ đợi xác nhận mạng cho mỗi giao dịch. Tuy nhiên, nếu họ chấp nhận “Thanh toán ngay lập tức”, họ sẽ phải đối mặt với nguy cơ từ kẻ tấn công: Một khách hàng có thể đặt một chiếc bánh burger, thanh toán bằng 0,0001 BTC và ngay lập tức gửi lại số tiền đó với phí cao hơn đến địa chỉ của mình. Với phí cao hơn, giao dịch thứ hai sẽ được xác nhận trước, giao dịch đầu tiên sẽ không hợp lệ – kẻ lừa đảo sẽ nhận được chiếc bánh burger miễn phí.

Kết luận: Giải pháp công nghệ cho một vấn đề cũ

Double Spending mô tả việc thao túng các hệ thống tiền tệ kỹ thuật số thông qua việc sử dụng nhiều lần cùng một nguồn tiền. Trong khi các giải pháp tập trung truyền thống như chữ ký mù từ lâu đã là lựa chọn duy nhất, Bitcoin với Proof of Work và công nghệ Blockchain đã cách mạng hóa lĩnh vực này. Kiến trúc phi tập trung này đã đặt nền tảng cho các thanh toán kỹ thuật số an toàn mà không cần có một cơ quan tin cậy trung ương – và sau đó đã truyền cảm hứng cho hàng ngàn dự án tiền điện tử trên toàn thế giới.

Bài học rất rõ ràng: Ai chấp nhận các giao dịch chưa được xác nhận, cũng chấp nhận rủi ro Double-Spending. Xác nhận khối không phải là tùy chọn - chúng là nền tảng của sự an toàn trong các mạng phi tập trung.