Nút Blockchain là gì và chúng hoạt động như thế nào?

Một nút blockchain là bất kỳ thiết bị nào chạy phần mềm giao thức của blockchain và kết nối với mạng của nó. Các nút là những người điều hành xây dựng cơ sở hạ tầng của một mạng phi tập trung, về cơ bản hoạt động như những bên liên quan cho chính blockchain. Chức năng chính của chúng là duy trì sự đồng thuận của sổ cái công khai của blockchain, thay đổi tùy theo từng loại nút.

Bộ định tuyến, modem, bộ chuyển mạch, bộ chia, máy chủ và máy in — về cơ bản, bất kỳ thứ gì có địa chỉ IP — đều có thể hoạt động như một nút.

Nút Blockchain là gì?

Để hiểu vai trò của một nút trong một blockchain, trước tiên chúng ta hãy phân tích chính blockchain. Nói một cách đơn giản, blockchain là sổ cái kỹ thuật số phi tập trung, không thể thay đổi, được chia sẻ trên một mạng ngang hàng. Hoạt động như một cơ sở dữ liệu, dữ liệu giao dịch được ghi lại, lưu trữ và mã hóa vĩnh viễn vào các "khối" sau đó được "xâu chuỗi" lại với nhau. Các thiết bị điện tử, vật lý (thường là máy tính) duy trì các bản sao của các chuỗi tạo thành một mạng lưới với nhau, duy trì hoạt động của blockchain, được gọi là các nút.

“Ở cấp độ cơ bản nhất, một nút chỉ đơn giản là một thiết bị chạy phần mềm của một blockchain cụ thể”, Till Wendler, đồng sáng lập của Peaq , một nền tảng blockchain được phát triển với mục đích hiện thực hóa Nền kinh tế vạn vật, giải thích.

Stanislav Zhdanovich, một nhà phát triển tùy chỉnh blockchain tại MetaLamp , giải thích rằng kết nối với mạng cũng giống như lướt internet . Các nút có cùng chức năng như trình duyệt — nó biết giao thức mạng cụ thể, giúp nó có khả năng tương tác với các nút khác của hệ thống, ông cho biết. 

Zhdanovich lưu ý rằng việc tham gia giao thức là tự nguyện. Không có gì bị đe dọa và bất kỳ nút nào cũng có thể thoát bất cứ lúc nào.

Các nút Blockchain hoạt động như thế nào?

Về mặt hoạt động, một nút có ba mục đích chính: bảo trì, xác thực và khả năng truy cập.

Các nút thực hiện bảo trì Blockchain

Các nút là người giám sát blockchain. Chúng giữ tất cả các bản sao của sổ cái đồng bộ, lưu trữ dữ liệu được mã hóa của các giao dịch trong quá khứ trong khi tiếp nhận các khối mới để tăng trưởng có thể mở rộng.

Các nút xác thực giao dịch và đề xuất

Các nút được lập trình theo thuật toán để thực hiện các giao dịch dựa trên sự đồng thuận của đa số. Các nút ngang hàng chấp nhận hoặc từ chối các đề xuất: Những nút được xác thực sẽ được thêm vào blockchain, sao chép và phân phối trên toàn mạng trong khi các đề xuất không được chấp thuận sẽ bị hủy. Cơ chế đồng thuận đảm bảo rằng tất cả các nút vẫn đồng bộ. Các khối mới được xử lý trực tiếp và tất cả các bản sao của sổ cái sẽ được cập nhật ngay lập tức. Theo thỏa thuận, các nút nhất trí phản ánh trạng thái thực sự của một mạng.

Các nút lưu trữ dữ liệu Blockchain và giữ cho nó minh bạch

Các nút là các container lưu trữ của một blockchain. Vì vậy, bất cứ khi nào người dùng trong mạng truy xuất thông tin, họ đang tương tác với một nút. Chúng vẫn hoàn toàn minh bạch và có thể truy cập được đối với bất kỳ ai.

Ví dụ, Wendler chỉ ra Polkadot, một blockchain lớp 0 mã nguồn mở hoạt động như một khuôn khổ bên dưới các blockchain lớp 1 (hay còn gọi là chuỗi song song) chạy trên mạng chính (được gắn nhãn là chuỗi chuyển tiếp).

Các nút collator, một tính năng độc đáo của Polkadot, hoạt động như một điểm tiếp xúc đồng bộ hóa các parachain với chuỗi chuyển tiếp cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp giữa các parachain. Để thực hiện điều này, các nút collator đồng thời chạy một full node của parachain tương ứng và một full node của chuỗi chuyển tiếp.

Lưu ý, Polkadot lưu trữ nhiều loại nút khác nhau. Trong khi các nút collator hoạt động như các trình nhắn tin, các nút xác thực hỗ trợ cơ chế đồng thuận, giữ cho bản ghi giao dịch luôn thẳng và cập nhật. Tuy nhiên, không loại nút nào trong số này có thể hoạt động nếu không có các nút lưu trữ, lưu trữ và duy trì lịch sử giao dịch của mạng một cách đầy đủ.

“Điều này định vị chúng như một kênh truyền thông quan trọng giữa parachain mục tiêu và chuỗi chuyển tiếp, và theo nghĩa mở rộng, với các parachain khác trong hệ sinh thái”, Wendler giải thích, chỉ ra khả năng kết nối chéo của nền tảng là lý do chính khiến công ty của ông sẽ hoạt động trên một parachain. “Khả năng tương tác rất quan trọng đối với không gian Web3 vì nó cho phép người dùng tận dụng hàng trăm ứng dụng phi tập trung trên nhiều mạng khác nhau và Polkadot cung cấp khả năng tương tác gốc không gì sánh bằng trong không gian blockchain. Thật khó để đánh giá thấp tầm quan trọng của điều đó”.

Tại sao cần có các nút Blockchain?

Blockchain không có thẩm quyền trung ương, do đó, việc kiểm soát mạng được dân chủ hóa trên một nhóm các nút được bầu. Các nút hợp lực để thực hiện các cơ chế tiện ích và quản trị, chẳng hạn như xác thực giao dịch và thực hiện các giao thức ra quyết định. Ngoài ra, tất cả các mã thông báo và hợp đồng thông minh trên blockchain chỉ tồn tại trong một nút. Nếu không có các nút, về cơ bản blockchain sẽ mất đi cơ sở hạ tầng của chúng.

Nicholas Edmonds, kỹ sư blockchain hàng đầu tại Topl , một công ty công nghệ tác động xây dựng các ứng dụng blockchain theo dõi, mã hóa và kiếm tiền từ tính bền vững của ngành, cho biết: "Các nút là nguồn gốc của sự thật đối với blockchain".

Vì thẩm quyền được chia thành nhiều nút khác nhau, chúng cũng duy trì nguyên tắc phi tập trung trên blockchain. Càng nhiều nút mà blockchain lưu trữ, thì tính phi tập trung càng cao. Số lượng nút cao đảm bảo khả năng phục hồi của mạng, tạo ra các hệ thống theo nguyên tắc đa số đồng thời tăng mức độ khó khăn cho việc xâm nhập, vượt trội hơn về số lượng so với kẻ thù. 

10 loại nút Blockchain

Các nút blockchain được nhóm theo chức năng mà chúng thực hiện. Bất chấp sự khác biệt của chúng, tất cả các nút đều hướng đến việc duy trì tính toàn vẹn của mạng.

Zhdanovich, người có kỹ năng lập trình ngôn ngữ Haskell đã giúp tạo ra nền tảng blockchain thế hệ thứ ba Cardano, lưu ý rằng các nhà phát triển cân nhắc hai yếu tố khi xây dựng nền tảng blockchain và các nút sẽ điều chỉnh nền tảng đó.

Đầu tiên, một giao thức blockchain có thể yêu cầu nhiều nút, mỗi nút đảm nhiệm các vai trò bổ sung trong hệ sinh thái của mạng. Ví dụ, một mạng lưới bảy nút chung có thể bao gồm bốn máy tính, một bộ định tuyến, một máy in và một thiết bị từ xa. Cấu hình sẽ tương quan với các nhu cầu cụ thể của blockchain.

Ngoài ra, các nút có thể khác nhau tùy theo mức độ tham gia của chúng vào một giao thức. Một số có thể xác thực toàn bộ lịch sử khối trong khi những nút khác chỉ đưa vào một phần không gian lưu trữ. Nói cách khác, không phải tất cả các nút đều được tạo ra như nhau.

Nút đầy đủ

Các nút đầy đủ là máy chủ của một mạng phi tập trung. Chúng lưu giữ lịch sử giao dịch của blockchain, đồng bộ hóa, lưu trữ, sao chép và phân phối dữ liệu đồng thời xác thực các khối mới. Chúng liên tục điều chỉnh việc tuân thủ quy tắc, tạo ra một cơ sở dữ liệu đáng tin cậy và luôn trung thực.

Có hai loại nút đầy đủ: nút đã cắt tỉa và nút lưu trữ.

Cắt tỉa toàn bộ nút

Đặc điểm chính của full node được cắt tỉa là giới hạn bộ nhớ được thiết lập của nó. “Cắt tỉa” bắt đầu khi cài đặt, khi node tải xuống toàn bộ blockchain và bắt đầu xóa tất cả trừ siêu dữ liệu (để duy trì trình tự) khỏi các khối cũ nhất của nó, chỉ giữ lại các mục nhập gần đây nhất, cho đến khi đạt đến dung lượng. Nó không sở hữu bản sao hoàn chỉnh của sổ cái mà nó phục vụ, cho phép chức năng của nó ưu tiên bảo mật hơn lưu trữ.

Nút lưu trữ đầy đủ

Các nút đầy đủ lưu trữ lưu trữ toàn bộ sổ cái blockchain, ghi lại tất cả các giao dịch cho đến khối genesis của nó. Đây là những loại nút phổ biến nhất và có thể được phân loại thành bốn nhóm: nút có thẩm quyền, nút khai thác, nút đặt cược và nút chính.

Các nút có thẩm quyền

Các nút có thẩm quyền được cộng đồng bầu chọn để hoạt động như người điều hành một blockchain riêng tư hoặc tập trung một phần. 

Khai thác các nút

Được khuyến khích bởi tiền điện tử mới đúc , các nút khai thác xác minh các giao dịch bằng mô hình đồng thuận bằng chứng công việc , một phương pháp xác thực dựa trên các câu đố mật mã tùy ý, để mở khóa các mã thông báo và thêm các khối mới vào chuỗi khối. Với điều này, các thực thể kiểm toán này, thường được gọi là thợ đào, cạnh tranh để giải quyết các vấn đề toán học phức tạp đòi hỏi các thiết bị tính toán tinh vi, tốn nhiều năng lượng để thanh toán. Thợ đào là máy tính, thường hoạt động theo nhóm, thuộc sở hữu của một thực thể, chẳng hạn như một cá nhân hoặc công ty. Bitcoin sử dụng cơ chế này như một phần của phương pháp quản trị của mình. 

Thợ đào nhận được Bitcoin như một phần thưởng khi giải được một khối. Phần thưởng giảm một nửa sau mỗi bốn năm hoặc sau mỗi 210.000 khối mới được tạo ra. Thông thường, thợ đào sẽ thành lập một nhóm chung để kết hợp các nguồn lực tính toán, được gọi là nhóm khai thác, để mở rộng bước tiến của họ trong cuộc đua giành giải thưởng.

Thợ đào so với nút

Cả thợ đào và nút đều có nhiệm vụ xác minh và tạo điều kiện thuận lợi cho các giao dịch trên blockchain. Mặc dù các nút không nhất thiết phải là thợ đào, nhưng thợ đào là một nút có lợi ích. Những lợi ích này bao gồm khả năng tạo các khối mới trên blockchain và thu được khoản thanh toán — thường ở dạng mã thông báo — từ quá trình xác thực hoặc "hoàn thành" một khối. Các nút có thể chỉ hoạt động như một máy chủ, nhận, lưu trữ và phát dữ liệu giao dịch, giống như một thư mục. 

Các nút chính

Các loại nút đầy đủ này xác thực giao dịch và duy trì hồ sơ. Chúng không tạo ra các khối mới.

Đặt cọc các nút

Các nút này sử dụng một phương pháp được gọi là “ staking ” trong quá trình xác thực của chúng. Sử dụng tiền bị khóa làm tài sản thế chấp, mô hình đồng thuận bằng chứng cổ phần chỉ định ngẫu nhiên quyền xác thực cho những người tham gia đã đáp ứng các số liệu được xác định trước, chẳng hạn như đóng góp một số lượng token nhất định vào giao thức hoặc đăng nhập một số giờ nhất định trên mạng.

Các nút sáng

Thứ hai sau các nút lưu trữ về mức độ phổ biến khi sử dụng, các nút này được thiết kế để xử lý nhanh chóng, đơn giản các giao dịch và hoạt động hàng ngày. Chúng chỉ được trang bị dữ liệu cần thiết và phụ thuộc vào các nút đầy đủ để hoạt động, vì chúng không tải xuống toàn bộ chuỗi khối.

Các nút sét

Để chống lại tình trạng tắc nghẽn mạng, các nút sét thực hiện các giao dịch ngoài chuỗi thông qua các kết nối riêng biệt, ngoài mạng. Sau khi xử lý, các giao dịch được thêm vào chuỗi khối chính. Giải pháp thay thế này giúp trao đổi tức thời, chi phí thấp đồng thời giảm tải cho mạng.

Siêu nút

Biến thể nút hiếm nhất là siêu nút được tạo theo yêu cầu để thực hiện các tác vụ chuyên biệt, chẳng hạn như triển khai thay đổi giao thức hoặc duy trì giao thức