Chương 1: T‘ong quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Công nghệ sử dung Chương 4: Phân tích và thiết kế hệ thống Chương 5: Thực nghiệm tối ưu và bàn luận Chương 6: Kết luận và phát triển CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET Chương hai sẽ nêu và trình bày các khái niệm và lý thuyết nền tảng liên quan đến blockchain, SMC, và DApp, đồng thời đề cập các cơ sở khoa học và công nghệ của việc tối ưu hóa các SMC trong quản lý học vụ. Chương này cũng sẽ tìm hiểu về các nghiên cứu liên quan trước đây và chỉ ra phan đóng góp của khóa luận này bổ sung vào so với các phát hiện của các nghiên cứu trước đó.1 Blockcham: Blockchain là một công nghệ mới nhất hiện nay, cho phép các dữ liệu giao dịch được chia sẻ một cách minh bạch trong một mạng lưới P2P network (mạng lưới ngang hàng). Công nghệ này được ứng dụng phổ biến trong các loại tiền điện tử như Bitcoin, Ethereum và nhiều ứng dụng khác. Với những ưu điểm vượt trội so với cách lưu trữ và truyền tải dữ liệu truyền thống, blockchain đã mở ra một hướng mới cho các hệ thống quản lý yêu cầu độ bảo mật cao [1],[2].1 Khái niệm Blockchain là một DB phân tán, bao gồm các khói (block) được nối với nhau thông qua các phương pháp mã hóa học.
Mỗi khối bao gồm các giao dịch và một liên kết đến khối nối liền trước, tạo nên một chuỗi liên tục và không thé bị chỉnh sửa [1]. Công nghệ blockchain lưu trữ và truyền tải dữ liệu một cách phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn, bảo mật và không thể bị sửa đổi. Đây là một hệ thống ghi chép phân cấp (distributed ledger) được xây dựng từ một chuỗi các khối, mỗi khối chứa một lượng thông tin và liên kết với các khối trước thông qua quy trình mã hóa băm (hashing). Thông thường, mỗi khối trong blockchain chứa một sỐ lượng giao dịch hoặc dữ liệu nhất định, và khi có giao dịch mới, nó sẽ được gan vào cuối chuỗi, tạo ra một lich sử không thé thay đổi của tat cả các giao dịch trước đó.
Điều này làm cho blockchain trở thành một hệ thống lưu trữ dữ liệu an toàn và minh bạch, thích hợp cho nhiều ứng dụng từ tiền điện tử (cryptocurrency) đến quản lý chuỗi cung ứng, bau cử điện tử, và nhiều lĩnh vực khác. Block n Header Block n+1 Header Hash của Block Hash của Block header trước đá header trước đó Hình 2-1 Công nghệ blockchain 2.2 Cơ chế hoạt động Các bước hoạt động của blockchain dưới dạng ví điện tử như sau: Bước 1 — Yêu cầu giao dịch: Người dùng đề nghị tiến hành một giao dịch trên mang blockchain. Bước 2 — Tao khối đại diện cho giao dịch: Khối mới được tạo ra để đại điện cho giao dịch vừa được yêu cầu. Thông tin về giao dịch cùng với timestamp, hash của khối trước và các thông tin liên quan được ghi lại trong khối.
Bước 3 — Xác minh giao dịch: Khi một khối (block) mới được tạo ra, nó sẽ được truyền đến tat cả các node (nút) trong mạng blockchain. Các nút nay sẽ kiểm tra tính hợp lệ và chính xác của các giao dịch trong khối dựa trên các quy tắc đồng thuận. Nếu nội dung của khối bị thay đổi, dù là vô tình hay có ý, giá trị băm sẽ bị thay đổi, cho phép phát hiện và ngăn chặn sự giả mao đữ liệu. Bước 4 — Các nút nhận phần thưởng: Các nút nhận phần thưởng cho Proof of Work (PoW) nếu các nút tham gia vào quá trình khai thác (mining) cùng cạnh tranh dé giải bài toán tính toán phức tạp.
Người giải bài toán thành công sẽ được nhận một số tiền hoặc token cua blockchain đó. Bước 5 - Thêm khối vào blockchain hiện có: Sau khi giao dịch được xác minh và phần thưởng được trao, khối mới sẽ được thêm vào chuỗi blockchain hiện tại. Khối mới này sẽ liên kết với khối trước đó bằng giá trị băm của khối trước, trở thành một phần của chuôi blockchain liên tục. Bước 6 — Hoàn tat giao dịch: Giao dịch được xác nhận và được coi là hoàn tất trong blockchain.
Các bên liên quan có thé truy cập vào phiên bản mới nhất của số cái trung tâm được phân phối để kiểm tra và xác thực các giao dịch ` 2 ¬ "ẤN —” >) O B 2È) = > 2] +B Y YY = ¬ +? = ” ”= Request c block = — H for the transaction reate bloc a ? vị = ' ' Block is sent to h every nodes Verify the transaction in the network Add block to the existing blockchain Complete ẽ Nodes receive rewards for Proof of Work Hình 2-2 Các bước hoạt động cua blockchain Sự kết hợp của mật mã học, mạng ngang hàng và cơ chế đồng thuận tạo nên công nghệ blockchain, mỗi kỹ thuật có các đặc điểm sau: Mật mã học: Các hàm băm (hash function) và khóa công khai (public key) đóng vai trò bảo vệ dữ liệu trên blockchain. Các giao dịch được mã hóa và các khối được tạo ra thông qua các thuật toán mã hóa, đảm bảo tính bảo mật và toàn vẹn của thông tin. Nhờ vậy, chỉ những người dùng có đúng vai trò mới có thê tiếp cận vào đữ liệu trên blockchain. Mang ngang hang (P2P network): Mạng ngang hang là một kiểu mạng trong đó các thiết bị tham gia có quyền hợp tác và có khả năng truyền dữ liệu trực tiếp không cần thông qua nút quản lý trung gian.
Trong blockchain, các nút trên mạng blockchain hoạt động như các đơn vi trong một mạng ngang hàng, vừa là client và server chia sẻ thông tin và kiểm soát cả hệ thống blockchain. Cơ chế đồng thuận: Các cơ chế đồng thuận được áp dụng trong các công nghệ blockchain như giao thức PoW, PoS hoặc PoA được đặt ra dé các nút trong mạng phải tuân theo dé duy tri tính toàn vẹn và đồng thuận của mạng lưới. Cơ chế này giúp xác định người dùng trung thực va bai trừ các hành vi gian lận. Tổ hợp của các công nghệ này trong blockchain giúp xây dựng một hệ thống phi tập trung, an toàn và có tính ứng dụng cao.
Mật mã học đảm bảo tính nguyên vẹn và bảo mật của dữ liệu, mạng ngang hàng đảm bảo sự phân tán và cơ chế đồng thuận giúp đảm bảo hệ thống vận hành ồn định.3 Các đặc tính chính của blockchain: Các đặc điểm quan trọng của blockchain bao gồm tính phi tập trung (decentralized) , tính minh bach (integrity) , tính bat biến (immutability) , tính toàn ven (integrity), tính bảo mật (security). Tính phi tập trung: Blockchain hoạt động trên một mạng lưới ngang hàng (peer-to- peer), không có một cơ quan trung ương kiểm soát. Tinh minh bạch: Mọi giao dịch đều được ghi lại công khai và có thé kiểm tra được bởi tât cả các thành viên trong mạng. Tính bắt biến: Một giao dịch khi được ghi vào blockchain, thì các giao dịch đó sẽ luôn luôn được lưu trữ trên mạng lưới blockchain, không thê xóa.
Tính toàn ven: Moi giao dịch được lưu trữ và truyền tải trong blockchain đều không thé bị phá vỡ, không thé bị giả mạo. Tính bảo mật: Các hệ thông của blockchain được an toàn nhờ sử dụng các mật mã không đối xứng bao gồm bộ khóa riêng tư chỉ hiển thị cho chủ sở hữu và khóa công khai để định danh. Các khóa này dùng dé đảm bảo quyền sở hữu giao dịch liên quan đến bản chất phân tán của blockchain.4 Phân loại Blockchain có thé được phân thành ba loại chính: Blockchain công khai (Public Blockchain): Là mạng blockchain mà mọi người đều có quyên tham gia, xem và thực hiện các giao dịch trên đó. Các giao dịch được kiểm tra và chấp nhận bởi các nút trong mạng sẽ được lưu trữ trên toàn bộ mạng lưới, không có sự kiểm soát nào từ bên ngoài.
Loại blockchain này thường được dùng trong giao dịch tài chính, quản lý chuỗi cung ứng, y tế, bầu cử. Blockchain riêng tư (Private Blockchain): Hệ thống này hoạt động tương tự như public blockchain nhưng khác biệt ở chỗ chỉ những người được cấp quyền mới có thé tham gia. Mạng blockchain này thường được sử dung trong các doanh nghiệp dé kiểm soát các thông tin nội bộ và giao dịch riêng tư. Blockchain liên doanh (Consortium Blockchain): Mạng blockchain này có cấu trúc tương tự như private blockchain nhưng đòi hỏi người dùng phải được cấp truyền truy cập vào hệ thống.
Một nhóm các tô chức cùng quản lý, cho phép chỉ các thành viên được chỉ định mới tham gia. Giao dịch xác minh từ một nhóm được chọn lọc các nút mạng được phép tham gia và kiểm soát các giao dịch. Blockchain này thường được sử dụng trong các mảng như ngân hàng, thương mại điện tử, chứng khoán. Blockchain Classifications Public Blockchain Hình 2-3 Phân loại các hệ thống blockchain 2.5 Các phiên bản blockchain Công nghệ blockchain trải qua 3 phiên bản khác nhau: Blockchain 1.0: Phiên ban đầu tiên được xuất hiện của công nghệ chuỗi khối, bao gồm Bitcoin và các loại tiên ảo khác, với mục đích chính là sử dụng cho tiên tệ và thanh toán z A so.0: Phiên bản thứ hai tập trung vào SMC, nơi các ứng dụng thi trường và tài chính được triển khai.0 có khả năng lưu trữ và quản lý các tài sản như cô phiếu, trái phiếu, nợ và quyền sở hữu thông qua các SMC.0: Phiên bản này mở rộng phạm vi ứng dụng của blockchain sang các lĩnh vực khác ngoài tài chính, bao gồmy tế, giáo dục và nghệ thuật.0 cho phép thiết kế và theo dõi các hoạt động của hệ thống blockchain, tạo ra Dapp.2 Ethereum: Ethereum là một nền tảng mã nguồn mở dựa trên công nghệ blockchain, được khởi xướng bởi Vitalik Buterin và một nhóm lập trình viên vào năm 2013, sau đó ra mắt vào năm 2015.
Phát triển hơn so với Bitcoin, Ethereum không những hỗ trợ tiền số mà còn là một môi trường phát triển cho các DApp và SMC [4]. Một điểm nồi bật của Ethereum là khả năng tạo và thực thi các SMC. Đồng tiền của nên tang này, gọi là Ether (ETH), không chỉ dùng dé thanh toán mà còn dé trả phí cho các giao dịch và hoạt động trên Ethereum [16]. Ethereum đã xây dựng được một cộng đồng đa dạng gồm các nhà phát triển, doanh nghiệp và người dùng, biến nó trở thành một trong những công nghệ blockchain phổ biến và có tầm ảnh hưởng nhất trên thế giới.3 Ethereum Virtual Machine (EVM): Ethereum Virtual Machine (EVM) là một thành phan cốt lõi của hệ thống Ethereum, đóng vai trò như một môi trường thực thi cho các SMC trên blockchain Ethereum.
EVM không chỉ là một máy ảo truyền thống mà còn là một hệ thống phi tập trung, nơi mà mọi nút (node) trong mạng đều duy trì một bản sao của máy ảo này và thực thi các mã SMC theo cùng một cách [4].