Thuật toán Scrypt là gì? Cùng tìm hiểu về hàm băm Scrypt

Scrypt là một loại thuật toán Proof-of-Work (PoW). Về cơ bản, nó là một giải pháp thay thế cho SHA-256, thường được sử dụng trong quy trình khai thác Bitcoin. Bản thân khai thác tiền điện tử đề cập đến phần cứng đặc biệt được sử dụng để khai thác tiền điện tử được mã hóa bằng thuật toán tiền điện tử. Giống như các quy trình khai thác khác, khai thác tiền điện tử liên quan đến việc giải các bài toán và mã mật mã trên chuỗi khối được hỗ trợ bằng tiền điện tử để thêm một khối mới vào mạng và kiếm xu làm phần thưởng. Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu sâu về thuật toán Scrypt.

Thuật toán Scrypt là gì?

Scrypt là một thuật toán mã hóa được sử dụng trong nhiều ứng dụng bảo mật, đặc biệt là trong lĩnh vực tiền điện tử như Bitcoin và Litecoin. Nó được phát triển vào năm 2009 bởi Colin Percival và ban đầu được thiết kế nhằm chống lại các cuộc tấn công bằng việc sử dụng phần cứng đặc biệt (ASICs).

Scrypt là một thuật toán chứa nhiều giai đoạn, trong đó giai đoạn chính là việc sử dụng một hàm hash (SHA-256) và một hàm mật mã (Salsa20/8) để tính toán một giá trị hash cuối cùng. Điều đặc biệt về Scrypt là nó yêu cầu một lượng lớn bộ nhớ RAM để tính toán, làm cho việc xây dựng phần cứng ASICs phức tạp hơn so với các thuật toán khác.

Điều này đồng nghĩa với việc việc tính toán trên Scrypt sẽ tốn nhiều thời gian và tài nguyên hơn, làm chậm quá trình khai thác tiền điện tử và giảm khả năng tấn công bằng ASICs. Điều này cung cấp một lớp bảo mật bổ sung cho mạng tiền điện tử và ngăn chặn việc tấn công bằng việc tăng sức mạnh tính toán.

Lịch sử ra đời thuật toán Scrypt

Scrypt là một thuật toán mã hóa dùng để bảo vệ quá trình đào các loại tiền điện tử, như Litecoin và Dogecoin. Nó được tạo ra vào năm 2009 bởi Colin Percival, một nhà nghiên cứu bảo mật.

Vào thời điểm đó, đào Bitcoin đang trở nên ngày càng khó khăn hơn khi các máy đào ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) đắt đỏ và hiệu suất cao đang trở thành tiêu chuẩn. Percival, nhận thấy rằng các thuật toán mã hóa truyền thống như SHA-256 được sử dụng trong Bitcoin có thể được tối ưu hóa bằng phần cứng đặc biệt, và điều này làm cho việc đào Bitcoin trở thành một công việc không khả thi đối với các máy tính thông thường.

Với mục tiêu tạo ra một thuật toán đào mà không thể tối ưu hóa bằng phần cứng đặc biệt, Percival đã phát triển thuật toán Scrypt. Scrypt sử dụng một phép tính bổ sung gọi là “memory-hardness” (khả năng khó khăn đối với bộ nhớ) để yêu cầu nhiều bộ nhớ hơn so với các thuật toán truyền thống. Điều này làm cho việc tối ưu hóa phần cứng trở nên khó khăn hơn và đòi hỏi sự sử dụng của các bộ nhớ tốn kém.

Vào năm 2011, Litecoin – một loại tiền điện tử dựa trên mã nguồn mở – được tạo ra và sử dụng thuật toán Scrypt cho quá trình đào. Litecoin nhanh chóng trở thành một trong những đồng tiền điện tử phổ biến và thành công, và Scrypt được công nhận là một phần quan trọng trong sự phát triển của nó.

Kể từ đó, Scrypt đã được sử dụng rộng rãi trong việc tạo ra các loại tiền điện tử khác nhau, và nó đã giúp tăng tính công bằng trong quá trình đào, cho phép các máy tính thông thường và GPU (đồ họa xử lý) tham gia vào quá trình đào tiền điện tử một cách hiệu quả hơn.

Những vấn đề mà Scrypt muốn giải quyết?

Scrypt được thiết kế để giải quyết một số vấn đề liên quan đến thuật toán băm SHA-256, được sử dụng trong Bitcoin và nhiều tiền điện tử khác. Dưới đây là một số vấn đề mà Scrypt muốn giải quyết:

  1. Tiêu thụ năng lượng: Một vấn đề lớn của thuật toán SHA-256 là nó đòi hỏi rất nhiều năng lượng để thực hiện quá trình khai thác. Scrypt được thiết kế để tiêu thụ ít năng lượng hơn, giúp giảm tác động tiêu cực đến môi trường.
  2. Máy đào chuyên dụng (ASICs): Với thuật toán SHA-256, việc phát triển máy đào chuyên dụng (ASICs) đã dẫn đến sự tập trung lớn của quyền kiểm soát khai thác trong tay một số ít công ty có tài nguyên lớn. Scrypt được thiết kế để khó khăn hơn đối với việc phát triển ASICs, đồng thời khuyến khích sự phân tán và công bằng hơn trong quá trình khai thác.
  3. Bảo mật: Scrypt cung cấp mức độ bảo mật cao hơn so với SHA-256. Nó sử dụng một số lượng lớn bộ nhớ RAM để thực hiện quá trình khai thác, làm cho việc tấn công bằng phương pháp “tấn công từ điển” (dictionary attack) hoặc “tấn công hạt giống” (seed attack) khó khăn hơn.
  4. Đa nền tảng: Scrypt có thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau, bao gồm cả các thiết bị có tài nguyên hạn chế như điện thoại di động và máy tính cá nhân. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện quá trình khai thác trên nhiều thiết bị và đảm bảo tính công bằng hơn trong mạng lưới tiền điện tử.

Những tính năng nổi bật của Scrypt?

Dưới đây là một số tính năng nổi bật của Scrypt:

  • Khả năng chống tấn công brute-force: Scrypt được thiết kế để khó khăn hơn cho các tấn công brute-force (tìm kiếm bằng lực) so với các thuật toán khác như MD5 hay SHA-256. Thuật toán này yêu cầu một lượng lớn bộ nhớ, điều này khiến cho việc thực hiện tấn công brute-force trở nên đắt đỏ và không hiệu quả.
  • Sử dụng bộ nhớ động: Một trong những đặc điểm độc đáo của Scrypt là sử dụng một lượng lớn bộ nhớ động. Điều này giúp tăng độ phức tạp của việc tính toán và làm cho việc thực hiện phần cứng tấn công trở nên đắt đỏ và khó khăn hơn.
  • Tương thích với các ứng dụng cần bảo mật mạnh: Scrypt thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu bảo mật mạnh như mật khẩu người dùng, chứng chỉ SSL/TLS, token xác thực và tiền điện tử. Sự kháng tấn công brute-force và khả năng sử dụng bộ nhớ động là những yếu tố quan trọng khi bảo vệ thông tin trong các ứng dụng này.
  • Độ phức tạp tính toán có thể tùy chỉnh: Scrypt cho phép điều chỉnh độ phức tạp tính toán bằng cách điều chỉnh các tham số như kích thước bộ nhớ, số vòng lặp và kích thước khối. Điều này cho phép điều chỉnh mức độ bảo mật của thuật toán theo nhu cầu cụ thể của ứng dụng.
  • Khả năng chống tấn công ASIC: Scrypt đã được thiết kế nhằm khó khăn hơn đối với việc triển khai trên phần cứng ASIC (Ứng dụng mạch tích hợp đặc biệt). Điều này giúp đảm bảo rằng việc khai thác mỏ (mining) tiền điện tử dựa trên Scrypt sẽ không bị tập trung vào các trung tâm khai thác lớn và đa dạng hơn.

Thuật toán Scrypt hoạt động như thế nào?

Dưới đây là mô tả cơ bản về cách thuật toán Scrypt hoạt động:

  1. Lấy một chuỗi đầu vào (input) và chuyển đổi nó thành một chuỗi (block) gồm nhiều phần (chunk).
  2. Scrypt sử dụng một hàm băm (hash function) cụ thể là PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function 2) với một chuỗi salt (muối) và một tham số đầu vào khác gọi là N (đại diện cho độ khó của thuật toán).
  3. Scrypt sử dụng PBKDF2 để tạo ra một chuỗi khóa tạm thời (temporary key) từ chuỗi đầu vào, muối và N. Quá trình này yêu cầu tính toán và sử dụng một lượng lớn bộ nhớ, gây khó khăn cho việc thực hiện phần cứng.
  4. Sau đó, Scrypt sử dụng một hàm băm khác (hash function) gọi là Salsa20/8 để xử lý chuỗi khóa tạm thời và tạo ra chuỗi kết quả (output). Hàm này được lặp lại nhiều lần với một cách chọn hợp lý để tăng độ phức tạp và bảo mật của thuật toán.
  5. Cuối cùng, chuỗi kết quả được trả về và sử dụng trong các mục đích cụ thể, chẳng hạn như xác thực người dùng hoặc tạo ra một giá trị hash duy nhất cho một khối dữ liệu.

Những ứng dụng của thuật toán Scrypt?

Thuật toán Scrypt là một thuật toán băm (hashing) và chủ yếu được sử dụng trong việc khai thác tiền điện tử, nhất là Bitcoin và Litecoin. Dưới đây là một số ứng dụng của thuật toán Scrypt:

  • Khai thác tiền điện tử: Scrypt được sử dụng để bảo mật và xác nhận các giao dịch trong mạng tiền điện tử. Trong trường hợp của Litecoin, Scrypt được chọn thay thế cho thuật toán băm SHA-256 của Bitcoin, nhằm giúp tránh việc sử dụng phần cứng đặc thù (ASIC) cho việc khai thác và tạo điều kiện công bằng hơn cho các máy tính thông thường.
  • Bảo mật dữ liệu: Scrypt cũng có thể được sử dụng để bảo mật dữ liệu trong các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như lưu trữ mật khẩu. Scrypt tạo ra một giá trị hash từ dữ liệu đầu vào và sử dụng một lượng lớn bộ nhớ, làm cho quá trình tạo hash trở nên tốn kém về tài nguyên tính toán. Điều này làm cho việc tấn công từ điển và tấn công vét cạn (brute-force) trở nên khó khăn hơn.
  • Chống tấn công DDoS: Một ứng dụng khác của Scrypt là trong việc chống lại tấn công từ chối dịch vụ (DDoS). Thay vì yêu cầu nguồn tấn công phải thực hiện tính toán phức tạp, Scrypt yêu cầu tính toán một lượng lớn bộ nhớ. Điều này tạo ra một gánh nặng đáng kể cho nguồn tấn công và giúp hạn chế tốc độ tấn công.
  • Mật mã hóa: Scrypt cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng mật mã hóa khác, chẳng hạn như mã hóa tệp tin, thông điệp hoặc giao thức mạng. Việc sử dụng Scrypt trong quá trình mã hóa làm tăng độ khó của việc giải mã và làm cho việc tấn công từ điển và tấn công vét cạn trở nên khó khăn hơn.

So sánh Scrypt với Bcrypt và Argon2?

Scrypt, Bcrypt, và Argon2 là ba thuật toán băm mật khẩu phổ biến và được sử dụng rộng rãi để bảo vệ mật khẩu trong quá trình lưu trữ. Dưới đây là một so sánh giữa chúng:

1. Scrypt:

  • Scrypt được thiết kế để kháng lại các cuộc tấn công sử dụng phần cứng đặc biệt, như đào tiền điện tử. Nó sử dụng một lượng lớn bộ nhớ để ngăn chặn các cuộc tấn công brute force thông qua việc yêu cầu một nguồn tài nguyên tính toán và bộ nhớ lớn.
  • Nó dễ dàng triển khai và thường được sử dụng trong các ứng dụng như đăng nhập hệ thống và xác thực mật khẩu.
  • Tuy nhiên, Scrypt có thể chậm hơn và đòi hỏi tài nguyên hệ thống hơn so với các thuật toán khác.

2. Bcrypt:

  • Bcrypt là một thuật toán băm mật khẩu lâu đời và rất đáng tin cậy. Nó sử dụng một chuỗi lặp để gia tăng thời gian tính toán và yêu cầu một chi phí tính toán tăng lên theo thời gian.
  • Bcrypt có thể chống lại các cuộc tấn công brute force và cuộc tấn công từ điển hiệu quả, vì nó yêu cầu một thời gian tính toán đáng kể để băm mỗi mật khẩu.
  • Mặc dù Bcrypt là một thuật toán mạnh mẽ, nhưng nó có thể chậm hơn so với một số thuật toán khác.

3. Argon2:

  • Argon2 là một thuật toán băm mật khẩu mới và được coi là mạnh nhất trong ba thuật toán này. Nó là nguyên tắc chính của cuộc thi Password Hashing Competition (PHC) năm 2015.
  • Argon2 kết hợp các yếu tố của Scrypt và Bcrypt và cung cấp khả năng chống lại các cuộc tấn công từ điển, brute force và các cuộc tấn công bằng phần cứng.
  • Argon2 có thể được tùy chỉnh để yêu cầu một lượng lớn bộ nhớ và thời gian tính toán tăng lên, tăng đáng kể chi phí tính toán cho việc tấn công.
  • Mặc dù Argon2 mạnh mẽ, nó có thể đòi hỏi tài nguyên hệ thống cao hơn so với các thuật toán khác và có thể gây ra sự chậm trễ trong quá trình xác thực mật khẩu.

Tóm lại, Scrypt, Bcrypt và Argon2 đều là các thuật toán băm mật khẩu mạnh mẽ và được sử dụng phổ biến trong việc bảo vệ mật khẩu. Tuy có những điểm khác nhau về hiệu suất và yêu cầu tài nguyên, nhưng tất cả đều hướng tới việc tăng cường bảo mật mật khẩu và chống lại các cuộc tấn công từ điển và brute force. Khi triển khai bảo mật mật khẩu, quan trọng là chọn một thuật toán phù hợp với nhu cầu và tài nguyên của hệ thống, và đảm bảo cài đặt cấu hình chính xác cho các tham số như độ dài, chi phí tính toán và lượng bộ nhớ sử dụng.

Các đồng coin sử dụng thuật toán Scrypt

Dưới đây là một số đồng tiền điện tử phổ biến sử dụng thuật toán Scrypt:

  1. Litecoin (LTC): Litecoin là một đồng tiền điện tử được tạo ra năm 2011 và được coi là phiên bản cải tiến của Bitcoin. Scrypt được sử dụng trong việc khai thác và xác nhận các giao dịch của Litecoin.
  2. Dogecoin (DOGE): Dogecoin là một đồng tiền điện tử ra đời vào năm 2013 và được tạo ra như một trò đùa. Tuy nhiên, nó đã trở thành một đồng tiền phổ biến và được chấp nhận rộng rãi. Dogecoin cũng sử dụng thuật toán Scrypt.
  3. Verge (XVG): Verge là một đồng tiền điện tử tập trung vào sự riêng tư và bảo mật. Nó sử dụng thuật toán Scrypt để bảo vệ và xác minh các giao dịch trong mạng lưới của mình.
  4. Feathercoin (FTC): Feathercoin được phát triển vào năm 2013 và sử dụng Scrypt như một thuật toán băm. Nó nhằm tạo ra một mạng tiền điện tử có tốc độ xử lý nhanh hơn và thuận lợi hơn cho việc khai thác trên các máy tính thông thường.
  5. Gulden (NLG): Gulden là một đồng tiền điện tử dựa trên blockchain có nguồn gốc từ Hà Lan. Nó sử dụng thuật toán Scrypt trong quá trình băm và xác nhận giao dịch.

Đây chỉ là một số ví dụ về đồng tiền điện tử sử dụng thuật toán Scrypt. Có nhiều đồng tiền khác cũng sử dụng Scrypt hoặc một phiên bản tương tự để bảo mật và xác nhận giao dịch.

Hãy bình luận đầu tiên

Để lại một phản hồi

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiện thị công khai.


*