Proof of Work (PoW) là giao thức được tạo ra để ngăn chặn những đợt tấn công nhằm phá hoại hoạt động của một hệ thống, cũng như chặn các thư rác gửi qua email mà ta quen gọi là spam. Giao thức Proof of Work bắt nguồn từ một bài báo năm 1993 của hai chuyên gia máy tính Cynthia Dwork và Moni Naor. Đến năm 1999, nó chính thức bước vào tài liệu học thuật nhờ công của hai nhà nghiên cứu Markus Jakobsson và Ari Juels.
Trong giai đoạn PoW được phát triển hồi thập niên 90, mảng ứng dụng phổ biến nhất của nó là ngăn những đòn đánh làm tê liệt hệ thống máy tính, đặc biệt là tấn công DDoS (từ chối dịch vụ). Tương tự, giao thức Proof of Work cũng được dùng để chặn spam. Ngày 31/10/2008, trong bản whitepaper Bitcoin do một người hoặc một nhóm người mang tên Satoshi Nakamoto công bố, nó xuất hiện dưới một hình hài khác hẳn những ứng dụng trước đó. Tài liệu mang tên "Bitcoin: Hệ thống tiền mặt điện tử ngang hàng", thứ khai sinh ra đồng tiền mã hóa đầu tiên là Bitcoin, đã cho thấy nhờ giao thức Proof of Work mà một hệ thống thanh toán đáng tin cậy cùng một đồng tiền mã hóa có thể tồn tại.
Proof of Work, được trình bày ở phần thứ tư của tài liệu nói trên, trả lời cho câu hỏi vì sao cơ chế này lại có mặt trong hạ tầng của Bitcoin.
Proof of Work hoạt động như thế nào
Bitcoin và nhiều đồng tiền mã hóa khác là những hệ thống blockchain được bảo vệ bởi các mạng lưới node phi tập trung. Nhiệm vụ chính của những hệ thống này là đảm bảo mạng lưới vận hành bền vững và liên tục. Trên mạng lưới có những người vận hành gọi là thợ đào, với nhiệm vụ thêm các block mới vào blockchain. Việc thêm block chỉ thực hiện được bằng cách giải một số bài toán phức tạp. Vì những bài toán này rất khó giải nên cần đến các bộ xử lý mạnh.
Thợ đào đầu tiên giải được bài toán và xác thực các giao dịch trong block sẽ phát thông tin ra toàn mạng lưới, nhận về phần thưởng bằng tiền mã hóa được ấn định trong mạng lưới cùng phí giao dịch trả cho các giao dịch nằm trong block đó. Những giao dịch được công bố trên mạng lưới và đã qua kiểm chứng của thợ đào sẽ được ghi vào một hệ thống sổ cái phân tán gọi là blockchain. Mọi người dùng kết nối vào mạng lưới đều có thể tải một bản sao của blockchain, đồng thời tự mình xác minh toàn bộ các block đã được duyệt.
Giao thức Proof of Work có ưu và nhược điểm gì?
Proof of Work, giao thức phổ biến và nền tảng nhất trong ngành tiền mã hóa, mang lại những thay đổi triệt để cả về công nghệ lẫn kinh tế khi cho phép một hệ thống thanh toán và một đồng tiền vận hành mà không cần cơ quan trung ương nào. Chẳng hạn, sức mạnh tính toán được dùng như một trong những cơ chế quan trọng đảm bảo an toàn cho dữ liệu trên mạng lưới. Nhờ giao thức Proof-of-Work, muốn một cuộc tấn công vào mạng lưới Bitcoin thành công thì phải chiếm được ít nhất 51 phần trăm sức mạnh tính toán của mạng lưới. Với quy mô mạng lưới Bitcoin và sức mạnh tính toán (hashrate) khổng lồ như hiện nay, một đòn tấn công như vậy khó lòng thành công. Sức mạnh tính toán thể hiện số lần thử mà các bộ xử lý trên mạng lưới có thể thực hiện trong một giây, và có thể hình dung nó như năng lực xác thực.
Dù yêu cầu phải chiếm phần lớn sức mạnh tính toán mới thâu tóm được mạng lưới vẫn được xem là một trong những ưu điểm lớn nhất của giao thức PoW nhờ mức độ an toàn nó mang lại, giới chuyên gia cũng bày tỏ lo ngại rằng điều này có thể dẫn tới độc quyền. Vậy nên ở một mức độ nào đó, chính lợi thế to lớn ấy lại trở thành một trong những nhược điểm lớn nhất của PoW. Bởi những bộ xử lý nắm thị phần lớn nhất có thể có quyền biểu quyết cao nhất trong mạng lưới. Nguyên tắc phi tập trung, đặc điểm quan trọng nhất của mạng lưới Bitcoin, vì thế mà mâu thuẫn với chính các nguyên lý của mạng lưới, do rủi ro kẻ mạnh có thể dễ dàng nắm quyền.
Các mining pool Bitcoin đang hoạt động rất khó chiếm được 51% sức mạnh xử lý của mạng lưới. Tuy nhiên, hồi năm 2017, mining pool do nhà sản xuất máy đào Bitmain điều hành đã chạm tới mốc 45% sức mạnh xử lý trên mạng lưới.
Vì hệ thống dựa trên giao thức PoW đòi hỏi sức mạnh xử lý lớn nên nó kéo theo mức tiêu thụ điện năng rất dữ dội. Chuyện này vừa có thể đẩy chi phí lên cao, vừa dẫn tới việc sử dụng tài nguyên năng lượng một cách thiếu trách nhiệm.