Hash: Cơ chế "Chứng minh thư" của blockchain, hiểu rõ trong một bài viết

Trong thế giới tiền mã hóa, hash giống như dấu vân tay duy nhất của mỗi dữ liệu — dù dữ liệu phức tạp đến đâu, cũng có thể tạo ra một chuỗi đầu ra cố định về độ dài. Nghe có vẻ đơn giản, nhưng vai trò của nó lại là nền tảng đảm bảo an toàn cho toàn bộ mạng lưới Bitcoin.

Tại sao nói Hash là một hàm một chiều

Đặc tính cốt lõi của hash chính là tính xác định + tính một chiều. Cùng một đầu vào luôn tạo ra cùng một đầu ra, nhưng thao tác ngược lại gần như không thể thực hiện. Ví dụ, khi xử lý “bitcoin” và “Bitcoin” bằng SHA-256, dù chỉ khác một ký tự viết hoa thường, giá trị hash tạo ra hoàn toàn khác nhau — đó chính là độ nhạy của hash.

Hơn nữa, dù thực hiện bao nhiêu lần, kết quả vẫn giống nhau. Tính chất này khiến hash trở thành công cụ hoàn hảo để xác minh tính toàn vẹn của dữ liệu — bạn có thể nén một tệp lớn thành một chuỗi hash 64 ký tự, và chỉ cần một bit dữ liệu thay đổi, toàn bộ giá trị hash sẽ biến đổi.

Sự khác biệt giữa Hash mã hóa và Hash thông thường

Không phải tất cả các hash đều liên quan đến mật mã. Hash thông thường dùng để truy vấn cơ sở dữ liệu hoặc phân tích tệp là đủ, nhưng hash mật mã mới là nền tảng của blockchain.

Hash mật mã phải đáp ứng ba điều kiện chính:

1. Chống va chạm — Không thể tìm ra hai đầu vào khác nhau tạo ra cùng một đầu ra. Trong lý thuyết, va chạm luôn tồn tại (vì đầu vào vô hạn, đầu ra có hạn), nhưng để tìm ra chúng cần hàng triệu năm tính toán, do đó SHA-256 được coi là an toàn. SHA-0 và SHA-1 đã bị phá vỡ, hiện tại chỉ tin tưởng SHA-2 và SHA-3.

2. Chống tấn công nguyên mẫu đầu tiên — Không thể dễ dàng truy ngược lại dữ liệu gốc từ hash. Đây là lý do nhiều dịch vụ lưu trữ mật khẩu dưới dạng hash thay vì rõ ràng — ngay cả khi dữ liệu bị đánh cắp, hacker cũng không thể khôi phục mật khẩu gốc.

3. Chống tấn công nguyên mẫu thứ hai — Không thể tìm ra một đầu vào khác tạo ra cùng một hash. Độ khó này nằm giữa hai điều kiện trên, bất kỳ hash chống va chạm nào cũng phải chống tấn công nguyên mẫu thứ hai.

Vai trò thực sự của Hash trong khai thác mỏ (mining)

Việc khai thác Bitcoin về bản chất chính là tập hợp các phép tính hash lớn. Thợ mỏ cần điều chỉnh các tham số trong dữ liệu khối (Nonce), liên tục tính toán hash cho đến khi đầu ra bắt đầu bằng một số lượng 0 nhất định — số lượng 0 này chính là độ khó của việc khai thác.

Độ khó sẽ tự động điều chỉnh: khi mạng có nhiều sức mạnh tính toán hơn, độ khó tăng lên; khi ít hơn, độ khó giảm xuống. Mục tiêu là duy trì thời gian tạo khối trung bình khoảng 10 phút. Đó là lý do tại sao việc khai thác Bitcoin ngày càng khó — không phải do hàm hash trở nên khó hơn, mà là do sức mạnh tính toán của toàn mạng cạnh tranh nhau.

Điều thú vị là, thợ mỏ không cần phải tìm va chạm. Một khối có thể có hàng trăm giải pháp hash hợp lệ (đều bắt đầu đủ số 0), thợ mỏ chỉ cần tìm một trong số đó, ai tìm được trước sẽ đóng gói khối tiếp theo. Thiết kế này vừa đảm bảo an toàn, vừa tạo cơ hội công bằng cho tất cả thợ mỏ chiến thắng.

Tại sao Hash là tường lửa của blockchain

Mỗi khối đều liên kết với khối trước đó qua giá trị hash — việc sửa đổi lịch sử giao dịch có nghĩa là phải tính lại tất cả các hash của các khối phía sau, điều này gần như không thể thực hiện khi mạng lưới phát triển nhanh. Thêm vào đó, với hệ thống xác thực phân tán, hash giúp blockchain có đặc tính không thể sửa đổi lịch sử.

Nói đơn giản: hash biến dữ liệu lớn thành dữ liệu có thể xác minh, có thể truy xuất nguồn gốc, và khó bị thay đổi. Ba đặc tính này không thể thiếu nhau.