Equihash là gì? Cùng tìm hiểu thuật toán Equihash

Nội dung

Equihash là gì?

Equihash là một thuật toán mã hóa được sử dụng trong mạng Blockchain để thực hiện quá trình khai thác (mining) và xác nhận giao dịch. Nó được phát triển bởi Alex Biryukov và Dmitry Khovratovich vào năm 2016 và được sử dụng rộng rãi trong các loại tiền điện tử như Zcash (ZEC) và Bitcoin Gold (BTG).

Thuật toán Equihash là một thuật toán Proof-of-Work (PoW) mục tiêu trở nên khó khăn đối với việc tính toán nhưng dễ dàng kiểm tra. Điều này có nghĩa là việc tìm ra một giải pháp cho một khối mới yêu cầu một lượng tính toán lớn, nhưng sau khi giải pháp được tìm ra, bất kỳ người nào cũng có thể dễ dàng kiểm tra tính chính xác của nó.

Equihash dựa trên việc tìm kiếm các bộ số nguyên dương nhanh chóng, có khả năng xử lý song song. Thuật toán này yêu cầu các máy tính tham gia vào quá trình khai thác giải quyết một bài toán toán học phức tạp để tìm ra một bộ số thoả mãn điều kiện cụ thể. Quá trình này yêu cầu sự tiêu thụ năng lượng và tính toán cao, và người khai thác cần sử dụng các bộ xử lý đồ họa (GPU) mạnh mẽ để có thể hiệu quả trong việc khai thác các khối mới và kiểm tra giao dịch.

Equihash được sử dụng trong các đồng tiền điện tử như Zcash để tăng tính riêng tư và tránh sự tập trung trong quá trình khai thác. Nó giúp đảm bảo rằng một người tham gia vào quá trình khai thác không thể dễ dàng phân tách dữ liệu khai thác và tìm ra người thực hiện giao dịch.

Lịch sử ra đời của thuật toán Equihash

Khi mối đe dọa từ việc khai thác tập trung trở nên phổ biến hơn, các chuyên gia mật mã học và nhà phát triển đã bắt đầu xem xét những giải pháp khả thi khác thay thế cho SHA-256 và các thuật toán thân thiện với ASIC. Equihash là một trong số các thuật toán băm được áp dụng trong các mạng blockchain nhằm đạt được mục tiêu này.

Equihash ban đầu được trình bày tại Hội nghị NDSS vào tháng 2 năm 2016. Giáo sư Alex Biryukov, người điều hành nhóm nghiên cứu Cryptolux, cùng với Tiến sĩ Dmitry Khovratovich, một nhà nghiên cứu tại Ethereum Foundation, đã công bố một bài báo có tiêu đề “Equihash: Bằng chứng công việc không đối xứng dựa trên vấn đề sinh nhật tổng quát” vào năm 2017. Trong bài báo này, họ đề xuất thuật toán Equihash như một giải pháp để gia tăng khả năng chống lại việc sử dụng ASIC.

Biryukov và Khovratovich đã phát triển Equihash với mục tiêu yêu cầu một lượng lớn bộ nhớ để tạo ra bằng chứng, được gọi là “độ cứng của bộ nhớ”. Bằng chứng này có thể được xác minh gần như ngay lập tức. Thuật toán này có tính năng cân bằng không gian và thời gian, và có thể điều chỉnh để áp đặt các hình phạt tính toán lớn nếu sử dụng ít bộ nhớ hơn.

Equihash hoạt động vì nó giải quyết được Bài toán Generalized Birthday, mà David Wagner của Đại học California Berkeley đã nghiên cứu vào năm 2002. Điều này trước đây đã là một hạn chế đối với các nhà mật mã học khi làm việc trong việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán băm an toàn. Quan trọng nhất, giải pháp của Biryukov và Khovratovich đã sẵn sàng để triển khai thực tế và bài báo học thuật của họ đã bao gồm một triển khai tham khảo.

Thuật toán Equihash hoạt động như thế nào?

Quá trình hoạt động của thuật toán Equihash như sau:

Bước 1 – Khởi tạo

Đầu tiên, một khối mới trong blockchain cần được khai thác. Để bắt đầu quá trình khai thác, một số thông tin trong khối trước đó (thông qua một giá trị gọi là nonce) được kết hợp với một chuỗi dữ liệu cố định (thông thường là tiêu đề của khối mới) để tạo ra một bài toán hash mới.

Bước 2 – Chia nhỏ

Bài toán hash được chia thành một số lượng lớn “đề” (buckets) và mỗi đề chứa một số lượng các giá trị.

Bước 3 – Tìm giải pháp

Người khai thác (miner) cố gắng tìm một tập hợp các giá trị đặc biệt sao cho khi được ghép lại và đi qua một hàm hash, kết quả của hàm hash phải thỏa mãn một số yêu cầu. Việc này đòi hỏi người khai thác phải thử nghiệm nhiều giá trị khác nhau cho đến khi tìm được một giải pháp hợp lệ.

Bước 4 – Xác minh

Một khi người khai thác đã tìm được một giải pháp, nó gửi giải pháp này đến mạng blockchain. Các nút khác trong mạng xác minh giải pháp bằng cách thử lại quá trình hash từ các giá trị đã được đề xuất. Nếu kết quả của hàm hash đúng với yêu cầu của mạng, giải pháp được chấp nhận và khối mới được thêm vào blockchain.

Quy trình trên đảm bảo rằng một người khai thác phải tiêu tốn một lượng lớn công việc tính toán để tìm ra một giải pháp, nhưng các nút mạng lại có thể dễ dàng xác minh giải pháp này. Điều này đảm bảo tính công bằng và an toàn của mạng blockchain.

Những vấn đề mà thuật toán Equihash muốn giải quyết?

Thuật toán Equihash được thiết kế để giải quyết các vấn đề liên quan đến việc xác nhận giao dịch và bảo mật trong các hệ thống blockchain. Dưới đây là một số vấn đề mà Equihash muốn giải quyết:

Bảo mật: Equihash được thiết kế để đảm bảo tính bảo mật cao trong quá trình xác nhận giao dịch. Nó sử dụng một loạt các phép toán số học phức tạp để tạo ra các bản chứng thực không thể đoán trước được. Điều này làm cho việc tấn công bằng cách thử và sai (brute force) trở nên khó khăn đối với kẻ tấn công.
Không thể tiến hóa ngược: Equihash khó khăn cho việc tìm ra giải pháp bằng phép tiến hóa ngược (reverse engineering). Điều này bảo vệ sự riêng tư của các giao dịch và thông tin trong blockchain.
Tính công bằng: Equihash thiết kế để đảm bảo tính công bằng trong quá trình khai thác (mining). Nó không ưu tiên cho những máy tính có hiệu năng mạnh nhất, mà đòi hỏi nguồn tài nguyên lớn và khả năng tính toán cao để tìm ra giải pháp.
Phân tán quyền lực: Equihash cũng giúp đảm bảo tính phân tán quyền lực trong mạng blockchain. Việc đánh giá và xác nhận giao dịch không chỉ phụ thuộc vào một số ít các thực thể tập trung mà được thực hiện bởi một mạng lưới ngang hàng (decentralized network) của các máy tính khai thác.

Những tính năng nổi bật của Equihash?

Dưới đây là những tính năng nổi bật của Equihash:

Proof of Work (PoW): Equihash được sử dụng như một thuật toán chứng minh công việc để xác minh và xây dựng các khối mới trong blockchain. Điều này đảm bảo tính bảo mật và phân quyền trong hệ thống.
Khó khăn tính toán: Equihash có mức độ tính toán phức tạp cao, yêu cầu nguồn tài nguyên máy tính lớn để thực hiện. Điều này làm cho việc tấn công mạng bằng cách thực hiện các cuộc tấn công 51% trở nên khó khăn hơn.
Tiêu thụ năng lượng thấp: Equihash tiêu thụ ít năng lượng so với nhiều thuật toán khác, nhưng vẫn đảm bảo tính bảo mật của mạng. Điều này giúp giảm bớt tác động tiêu cực lên môi trường và giảm chi phí vận hành hệ thống.
Độ kháng ASIC cao: Equihash được thiết kế để có độ kháng cao đối với việc sử dụng phần cứng đặc chủng (ASIC). Điều này có ý nghĩa là việc khai thác đồng tiền sử dụng Equihash phụ thuộc chủ yếu vào các thiết bị thông thường như CPU và GPU, tạo ra một môi trường cạnh tranh công bằng hơn.
Khả năng mở rộng: Equihash có khả năng mở rộng tốt, cho phép nâng cao hiệu suất mạng khi có nhiều người tham gia. Điều này giúp tăng cường khả năng xử lý giao dịch và đảm bảo tính ổn định của hệ thống.

So sánh Equihash với SHA-256 và Scrypt

Equihash, SHA-256 và Scrypt đều là thuật toán băm (hashing algorithm) được sử dụng trong quá trình khai thác đồng tiền điện tử, đặc biệt là Bitcoin và một số đồng tiền mã hóa khác. Dưới đây là một so sánh giữa Equihash, SHA-256 và Scrypt:

1. Equihash:

Equihash là một thuật toán băm bảo mật cao được sử dụng chủ yếu trong quá trình khai thác đồng tiền mã hóa như Zcash (ZEC).
Equihash tập trung vào tính toán bộ nhớ đòi hỏi cao (memory-hard) để tăng cường tính bảo mật. Điều này đảm bảo rằng việc khai thác phải sử dụng nhiều bộ nhớ, gây khó khăn cho việc tạo ra các mạch tính toán tùy chỉnh và đòi hỏi một lượng lớn bộ nhớ RAM để thực hiện khai thác hiệu quả.
Equihash có thể chạy trên nhiều loại phần cứng, từ CPU cho đến GPU. Điều này cho phép sự công bằng hơn trong việc khai thác giữa các người dùng.

2. SHA-256:

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) là một thuật toán băm phổ biến được sử dụng trong Bitcoin và nhiều đồng tiền mã hóa khác.
SHA-256 tập trung vào tính toán xử lý tại chỗ (computationally intensive) và không đòi hỏi nhiều bộ nhớ. Điều này đã dẫn đến sự phát triển của phần cứng đặc chủng được gọi là ASICs (Application-Specific Integrated Circuits), được thiết kế đặc biệt để khai thác SHA-256. ASICs có hiệu suất cao hơn so với CPU hoặc GPU trong việc khai thác Bitcoin.

3. Scrypt:

Scrypt là một thuật toán băm phát triển ban đầu để chống lại việc khai thác ASIC trong Litecoin (LTC), một đồng tiền mã hóa dựa trên mã nguồn Bitcoin.
Scrypt kết hợp tính toán xử lý tại chỗ và tính toán bộ nhớ đòi hỏi cao. Điều này làm cho việc khai thác bằng ASIC trở nên khó khăn hơn so với SHA-256.
Tuy nhiên, sau một thời gian, các thiết bị ASIC đã được phát triển để khai thác Scrypt, làm giảm lợi thế ban đầu của việc sử dụng ASICs cho Scrypt mining. Tuy nhiên, việc sử dụng Scrypt vẫn đòi hỏi một lượng lớn bộ nhớ RAM hơn so với SHA-256, điều này đã giúp giới hạn sự phát triển của ASICs trong quá trình khai thác Scrypt.

Tổng kết, dưới đây là một số điểm khác biệt giữa Equihash, SHA-256 và Scrypt:

Equihash tập trung vào tính toán bộ nhớ đòi hỏi cao, làm khó khăn cho việc tạo ra mạch tính toán tùy chỉnh và đòi hỏi nhiều bộ nhớ RAM hơn. Trong khi đó, SHA-256 tập trung vào tính toán xử lý tại chỗ và không đòi hỏi nhiều bộ nhớ. Scrypt kết hợp cả tính toán xử lý tại chỗ và tính toán bộ nhớ đòi hỏi cao.
Equihash có khả năng chạy trên nhiều loại phần cứng, từ CPU cho đến GPU, tạo ra một sự công bằng hơn trong việc khai thác. Trong khi đó, việc khai thác SHA-256 đã chuyển sang sử dụng ASICs với hiệu suất cao hơn. Scrypt ban đầu được phát triển để chống lại việc khai thác ASIC, nhưng sau đó, ASICs cũng đã được phát triển để khai thác Scrypt.
Equihash được sử dụng chủ yếu trong Zcash, trong khi SHA-256 được sử dụng trong Bitcoin và Scrypt được sử dụng trong Litecoin và một số đồng tiền mã hóa khác.
Equihash và Scrypt đều có mục tiêu là làm khó khăn việc khai thác bằng ASICs và tạo ra sự công bằng hơn giữa các người dùng. Trong khi đó, SHA-256 đã chuyển sang việc sử dụng ASICs với hiệu suất cao hơn.

Những sự khác biệt này làm cho Equihash, SHA-256 và Scrypt có ưu điểm và ứng dụng riêng, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu bảo mật của mạng blockchain cụ thể mà họ được triển khai.

Các đồng coin sử dụng thuật toán Equihash?

Dưới đây là một số đồng coin nổi tiếng sử dụng thuật toán Equihash bao gồm:

Zcash (ZEC): Zcash là một đồng coin ẩn danh sử dụng công nghệ zk-SNARKs để bảo vệ tính riêng tư. Nó sử dụng Equihash như một phần của quá trình khai thác và bảo mật mạng.
Bitcoin Gold (BTG): Bitcoin Gold là một phiên bản tách khỏi Bitcoin gốc, nhằm tăng tính phân cấp trong quá trình khai thác mỏ. Nó sử dụng Equihash để đảm bảo tính công bằng và an toàn trong việc khai thác mỏ.
Komodo (KMD): Komodo là một nền tảng blockchain dựa trên công nghệ Bitcoin. Đồng coin KMD của Komodo cũng sử dụng Equihash làm thuật toán băm chính để đảm bảo tính an toàn và bảo mật của mạng.
Aion (AION): Aion sử dụng Equihash2109, một phiên bản sửa đổi của bộ giải Equihash do John Tromp phát triển. Bộ tham số <210,9> cân bằng nhu cầu đáp ứng thời gian khối và tăng gấp đôi dung lượng bộ nhớ theo yêu cầu của giải pháp ban đầu của Zcash. Sau bản phát hành này, các chuỗi khối Aion trong tương lai sẽ dựa trên hai cơ chế đồng thuận chính: Bằng chứng cổ phần được ủy quyền (dPoS) và bằng chứng thông minh.

Lời kết

Equihash đã trở thành một công nghệ quan trọng trong lĩnh vực blockchain và mã hóa. Từ khi ra mắt, nó đã cung cấp một cách tiếp cận độc đáo và an toàn cho việc khai thác và xác minh giao dịch.

Với sự phát triển và sự gia tăng về quy mô của blockchain, Equihash đã được áp dụng rộng rãi trong các dự án lớn và đã chứng minh tính hiệu quả của mình. Không chỉ đảm bảo tính bảo mật vượt trội, Equihash còn tạo ra một sự cân bằng tốt giữa hiệu suất và sức mạnh tính toán, mang lại một hệ sinh thái mã hóa bền vững.

Công nghệ này đã tạo ra một sự cạnh tranh công bằng và mang lại tính minh bạch cho cộng đồng. Các nhà phát triển và người dùng đã tin tưởng và ủng hộ Equihash vì khả năng phân cực cao và không thể chỉnh sửa.

Tuy nhiên, như với bất kỳ công nghệ nào, Equihash cũng đối mặt với những thách thức mới. Việc tiếp tục nghiên cứu và cải tiến để tăng tính bảo mật và khả năng mở rộng của Equihash sẽ là một phần quan trọng trong việc đảm bảo sự thành công của nó trong tương lai.

Trong tương lai, Equihash có thể tiếp tục phát triển và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực mới, không chỉ giới hạn trong lĩnh vực blockchain. Công nghệ này có thể tạo ra những cơ hội mới và thay đổi cách chúng ta tương tác và xác minh thông tin.

Với sự ổn định và tiềm năng của mình, Equihash có thể tiếp tục là một công nghệ quan trọng và đóng góp vào sự phát triển của xã hội thông tin và công nghệ.