Tài liệu ứng dụng công nghệ chuỗi khối hỗ trợ hoạt dộng kinh doanh của ngành điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ --------------------- VŨ TIẾN THÀNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUỖI KHỐI HỖ TRỢ HOẠT ĐỘNG KINH DOANH CỦA NGÀNH ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ K THUẬT PH N MỀM Hà Nội – 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ------------------------ VŨ TIẾN THÀNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUỖI KHỐI HỖ TRỢ HOẠT ĐỘNG KINH DOANH CỦA NGÀNH ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm Mã số: 8480103.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ K THUẬT PH N MỀM Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Trƣơng Anh Hoàng Hà Nội – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các nội dung trong luận văn với đề tài “Ứng dụng công nghệ chuỗi khối hỗ trợ hoạt động kinh doanh của ngành điện” là công trình nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Trương Anh Hoàng. Các số liệu, hình ảnh, trích dẫn có nguồn gốc rõ ràng và tuân thủ nguyên tắc. Luận văn không có sự sao chép từ các công trình, nghiên cứu của người khác mà không ghi rõ trong tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan này. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Học viên ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt và sâu sắc tới thầy PGS.TS Trương Anh Hoàng, giảng viên thuộc Bộ môn Công nghệ phần mềm, khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo em tận tình, đồng thời đưa ra những kinh nghiệm quý báu để em có thể hoàn thành được luận văn này. Em cũng xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu và các thầy cô giảng viên trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã giảng dạy truyền đạt cho em những kiến thức trong suốt những năm tháng học tại trường. Những kiến thức không những giúp em nâng cao kỹ năng bản thân mà còn giúp ích cho em trong cả công việc sau này. Và cuối cùng, tôi xin cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp, đặc biệt là gia đình và người thân luôn ủng hộ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Mặc dù đã cố gắng hết sức, tuy nhiên trong quá trình thực hiện em không tránh kh i được những thiếu sót, em r t mong nhận được sự thông cảm và đánh giá chân tình của bạn bè và thầy cô để luận văn của em được hoàn thiện hơn nữa. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Học viên iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................ v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................................vi LỜI MỞ Đ U ................................................................................................................ 1 1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................................ 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 2 3. Kết c u của luận văn .................................................................................................... 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LOCKCHAIN VÀ NỀN TẢNG H PERLEDGER FABRIC ........................................................................................................................... 3 1.1. Tổng quan về ockchain ....................................................................................... 3 1.1.1. Mô tả ...................................................................................................................... 3 1.1.2. Ứng dụng của Blockchain ................................................................................... 10 1.1.3. Tương lai của Blockchain .................................................................................... 11 1.1.4. Nhược điểm ......................................................................................................... 12 1.2. Nền tảng H per edger Fa ric .............................................................................. 12 1.2.1. Tổng quan về Hyperledger .................................................................................. 12 1.2.2. Giới thiệu Hyperledger Fabric ............................................................................. 14 1.2.3. Thuật toán đồng thuận trong Hyperledger Fabric ............................................... 16 1.2.4. Mô hình Hyperledger Fabric ............................................................................... 18 1.2.5. Luồng giao dịch ................................................................................................... 18 1.2.6. Mạng Blockchain Hyperledger Fabric ................................................................ 22 1.2.7. Chứng chỉ CA Membership Service Provider .................................................. 29 1.2.8. Orderer peer ......................................................................................................... 29 1.2.9. Đồng nghiệp ........................................................................................................ 30 1.2.10. Sổ cái ................................................................................................................. 30 1.2.11. Chain code ......................................................................................................... 31 CHƢƠNG 2: CHUỖI KHỐI TRONG NGÀNH ĐIỆN ........................................... 32 2.1. ockchain trong ngành n ng ƣợng tr n thế giới ............................................. 32 iv 2.1.1. Năng lượng và nhiều v n đề cần giải quyết ........................................................ 32 2.1.2. Công nghệ Blockchain ứng dụng trong ngành năng lượng ................................. 32 2.2. Ứng dụng công nghệ ockchain trong ngành điện Việt Na ......................... 34 2.2.1. Nghiệp vụ ghi và chốt chỉ số của ngành điện ...................................................... 34 2.3.2. Yêu cầu bài toán Minh bạch hóa thông tin ghi chỉ số công tơ ........................ 38 2.3.3. Giải quyết bài toán của ngành Điện với Hyperledger Fabric .............................. 41 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .................................. 45 3.1. Ph n t ch thiết kế hệ thống .................................................................................. 45 3.1.1. Sơ đồ nghiệp vụ ................................................................................................... 45 3.1.2. Sơ đồ tổng quan về hệ thống ............................................................................... 46 3.1.3. Sơ đồ chi tiết hệ thống ......................................................................................... 47 3.1.4. Thiết kế cơ sở dữ liệu .......................................................................................... 48 3.2. Kết quả cài đ t ạng ockchain và chạ ứng dụng ........................................ 50 3.2.1. Mạng Hyperledger Fabric.................................................................................... 50 3.2.2. Tầng API.............................................................................................................. 51 3.2.3. Biểu đồ Usecase tổng quát .................................................................................. 52 3.2.4. Chức năng đăng nhập .......................................................................................... 53 3.2.5. Màn hình chính và menu chức năng.................................................................... 54 3.3.6. Chức năng Quản trị nhân viên ghi chỉ số ............................................................ 54 3.2.7. Chức năng Quản trị thông tin khách hàng ........................................................... 56 3.2.8. Chức năng Nhập chỉ số công tơ........................................................................... 57 3.2.9. Chức năng Tra cứu thông tin khách hàng – chỉ số .............................................. 60 3.3. Kiể thử phần ề ............................................................................................. 61 3.3.1. Kịch bản kiểm thử chức năng Quản trị nhân viên ghi chỉ số .............................. 61 3.3.2 Kịch bản kiểm thử chức năng Quản trị thông tin khách hàng .............................. 61 3.3.3. Kịch bản kiểm thử chức năng Nhập chỉ số công tơ............................................. 62 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................. 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 65 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Diễn giải Tiếng Việt 1 BFT Byzantine Faul-Tolerant Giao thức chịu l i một phần 2 CA Certificate Authority Tổ chức c p chứng chỉ 3 CFT Crash fault tolerance Khả năng chịu l i sự cố 4 EVM Ethereum Virtual Machine Máy ảo Ethereum 5 EVN Électricité du Vietnam Tập đoàn Điện lực Việt Nam 6 IoT Internet of things Mạng lưới vạn vật kết nối Internet 7 MSP Membership Service Dịch vụ cung c p chứng chỉ Provider thành viên 8 P2P Peer To Peer Mạng ngang hàng 9 PoET Proof of Elapsed Time Cơ chế đồng thuận dựa theo b ng chứng thời gian 10 PoW Proof of work Cơ chế đồng thuận công việc 11 SDK Software Development Kit Bộ công cụ h trợ phát triển phần mềm vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cấu trúc blockchain Hình 1.2. Chu i liên k t d liệu Hình 1.3. Các cây Merkle k t nối với nhau thông qua mã Hash Hình 1.4. Cấu trúc một khối d liệu Hình 1.5. Mô ph ng một liên k t blockchain Hình 1.6. Các dự án trong Hyperledger Hình 1.7. Ki n trúc của Hyperledger Hình 1.8. Yêu cầu giao dịch Hình 1.9. Thực hiện yêu cầu Hình 1.10. Phản hồi yêu cầu Hình 1.11. Giao dịch đặt hàng Hình 1.12. Chuyển giao dịch Hình 1.13. Xác nhận giao dịch Hình 1.14. Thông báo Hình 1.15. Mạng Blockchain Hyperledger Fabric Hình 1.16. Mạng HF cơ bản Hình 1.17. Thêm quản trị viên trong mạng Hình 1.18. Định nghĩa tập đoàn Hình 1.19. Tạo kênh Hình 1.20. Nút mạng và sổ cái Hình 1.21. Hợp đồng thông minh Hình 1.22. Cấu trúc sổ cái Hình 2.1. uồng x l một giao dịch ghi ch số của công tơ Hình 2.2. Xây dựng mạng Hình 3.1. ơ đồ nghiệp v Hình 3.2. ơ đồ tổng quan v hệ thống Hình 3.3. ơ đồ chi ti t hệ thống Hình 3.4. Thi t k cơ s d liệu hệ thống Hình 3.5. Cài đặt mạng Hình 3.6. Mạng EVN Blockchain Network vii Hình 3.7. Cài đặt PI t mạng blockchain Hình 3.8. Biểu đồ Usecase tổng quát Hình 3.9. Ch c năng đăng nhập Hình 3.10. Màn hình ch nh Hình 3.11. Ch c năng Quản trị nhân viên ghi ch số Hình 3.12. Ch c năng Quản trị thông tin khách hàng Hình 3.13. Ch c năng Nhập ch số công tơ Hình 3.14. Ch c năng Tra c u thông tin khách hàng – ch số Hình 3.15. K t quả thực t khi ghi nhận thông tin nhân viên khi truy vấn qua PI Hình 3.16. K t quả thực t khi ghi nhận thông tin khách hàng khi truy vấn qua PI Hình 3.17. K t quả thực t khi ghi nhận ch số công tơ khi truy vấn qua PI 1 LỜI MỞ Đ U 1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài N 2019 sẽ à n phát triển ạnh ẽ của các ứng dụng tr tuệ nh n tạo (AI) và chuỗi khối vào thực tiễn cuộc sống. Năm vừa qua là một năm bùng nổ với thị trường tiền ảo với sự nổi lên của các đồng tiền điện tử, cùng với đó là sự quan tâm r t lớn đến từ cộng đồng thế giới. Từ các chính phủ, ngân hàng, doanh nghiệp, các nhà đầu tư, các nhà đầu cơ đang thực sự coi đây là một thị trường tiềm năng và hoàn toàn có khả năng lớn mạnh trong thời gian tới. Với những tính năng hữu ích mà chu i khối mạng lại, công nghệ này sẽ mở ra một xu hướng ứng dụng tiềm năng cho nhiều lĩnh vực như tài chính ngân hàng, bán lẻ, vận chuyển hàng hóa, sản xu t, viễn thông, điện nước. Cùng với xu thế 4.0 đang nổi lên thì ngành Điện đang thay đổi từng ngày để bắt kịp với xu thế mới. Cụ thể, ngành Điện hiện đã triển khai dịch vụ thông báo b ng SMS, thu tiền điện qua chuyển khoản, đăng ký dịch vụ qua Internet, tra cứu dữ liệu chỉ số tiêu thụ điện trực tuyến hàng tháng trên website, xem chỉ số điện trực tiếp trên mobile. Do vậy việc áp dụng công nghệ chu i khối là việc làm cần thiết, tôi đã chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ chuỗi khối hỗ trợ hoạt động kinh doanh của ngành điện” để làm hướng nghiên cứu cho bản thân mình. Đồng thời áp dụng nền tảng Hyperledger Fabric - một trong những nền tảng blockchain phổ biến hiện nay làm cơ sở để phát triển hệ thống. Blockchain có tiềm năng làm thay đổi ngành công nghiệp năng lượng điện b ng nhiều cách, nhưng có lẽ sự ảnh hưởng lớn nh t là tạo ra một mức độ minh bạch mới. Việc áp dụng blockchain một cách rộng rãi sẽ tạo ra sự minh bạch đáng kể ở mọi c p độ. Trên quy mô lớn, m i khi một sản lượng điện được sản xu t ra, được truyền tải đi hay số công tơ mét được ghi theo kỳ, giao dịch sẽ được ghi chép lại trên một sổ cái kỹ thuật số, nh m để lại d u vết. Như vậy, hàng triệu giao dịch liên quan đến năng lượng điện hàng năm sẽ được hiển thị công khai và có thể kiểm soát nhờ cơ sở dữ liệu được tạo ra bởi công nghệ blockchain. Mặc dù đã có những chuyển biến tích cực trong việc áp dụng hệ thống Công nghệ thông tin để h trợ công tác sản xu t và kinh doanh của ngành Điện, song các hệ thống phần mềm vẫn không tránh kh i một số v n đề. Ví dụ như hệ thống phần mềm chưa được tích hợp, liên kết chặt chẽ, chưa có một mô hình dữ liệu chuẩn, việc chia sẻ, 2 trao đổi dữ liệu còn khó khăn làm cho việc tổng hợp dữ liệu phục vụ quản lý, điều hành m t nhiều thời gian chuyển đổi, thiếu chính xác; việc nhập liệu cùng một loại dữ liệu thông số vẫn còn bị nhập đi nhập lại nhiều lần trên nhiều hệ thống phần mềm. Việc thiết kế cơ sở dữ liệu còn chưa linh động, dẫn tới khi nghiệp vụ thay đổi nhiều chương trình còn gặp khó khăn trong việc c u trúc lại cơ sở dữ liệu để phù hợp với nghiệp vụ đó. Đặc biệt trong công tác sản xu t và kinh doanh của ngành Điện vẫn còn một số điểm hạn chế của hệ thống phần mềm cho tới nay còn chưa đáp ứng được tối đa nhu cầu của khách hàng. Có thể kể đến đó là yêu cầu của người dân dùng điện, muốn thông tin về chỉ số tiêu thụ điện, tình trạng công tơ, tính chính xác của hóa đơn tiền điện một cách rõ ràng, công khai minh bạch. Do vậy, việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ chu i khối h trợ hoạt động kinh doanh của ngành Điện sẽ trở thành một ứng dụng thiết thực và đem lại hiệu quả cao, khi mà nó có thể cung c p cho các đối tượng từ khách hàng cho đến các c p nhân viên, lãnh đạo, đối tác, các đơn vị có thể khai thác được dữ liệu, đảm bảo dữ liệu được truy v n không bị thay đổi, tiết kiệm chi phí vận hành các hệ thống cơ sở dữ liệu truyền thống, đồng thời tránh xảy ra được những xung đột khiếu nại của người dân đối với ngành Điện. 2. Đối tƣợng và phạ vi nghi n cứu Đối tƣợng nghi n cứu: Bao gồm khái niệm về chu i khối và các khái niệm liên quan đồng thời cũng nghiên cứu về bài toán h trợ công tác kinh doanh trong ngành Điện của Việt Nam. Phạ vi nghi n cứu: - Nghiên cứu v n đề trong phạm vi giải quyết của chu i khối. - Giới hạn trong nghiệp vụ kinh doanh trong ngành Điện. 3. Kết cấu của uận v n Nội dung luận văn được chia làm 4 phần như sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan về chu i khối, các ứng dụng và tương lai của Blockchain. Trình bày về nền tảng Hyperledger Fabric, c u trúc và các thành phần tạo nên một mạng Blockchain. Chương 2: Áp dụng chu i khối để giúp minh bạch hóa quy trình kinh doanh của ngành Điện. Chương 3: Trình bày về quá trình thực nghiệm, kiểm thử và đánh giá, các kết quả thực hiện được và xây dựng ứng dụng. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LOCKCHAIN VÀ NỀN TẢNG HYPERLEDGER FABRIC 1.1. Tổng quan về ockchain Blockchain từ gốc gồm block và chain, có nghĩa là khối chu i hay còn gọi là chu i khối. Hiểu đơn giản Blockchain là một hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán, thay vì lưu trữ tệp trên một máy tính, thông tin được lưu trữ trên hàng triệu máy tính trên toàn cầu. Blockchain được coi như một sổ cái điện tử, có thể chia sẻ công khai giữa những người dùng khác nhau và tạo ra bản ghi không thể giả mạo khi giao dịch, bản ghi này chưa các thông tin liên quan đến thời gian khởi tạo và liên kết với các bản ghi trước đó kèm theo mã thời gian và dữ liệu giao dịch. M i bản ghi như vậy chính là một Block khối , m i khối liên kết với một cá nhân tham gia cụ thể. Blockchain có khả năng chống lại đối với việc sửa đổi dữ liệu, khi đã ghi nhận lưu trữ thông tin thì dữ liệu trong một Block không thể bị thay đổi được. Công nghệ sổ cái đang có một tiềm năng r t lớn, nó r t hữu ích trong việc giảm bớt dung lượng lưu trữ, tiết kiệm chi phí giao dịch và hoàn toàn có khả năng thay đổi nền tảng công nghệ thông tin hiện nay. Ý tưởng ra đời: Bắt nguồn từ bài toàn Các vị tướng Byzantine trong ngành khoa học máy tính và yêu cầu đặt ra là xử lý được thông tin một cách tin cậy trong hệ thống phân c p, làm sao để thông tin được nh t quán và không bị thay đổi trong quá trình truyền tin[1]. Blockchain sau đó được khái niệm hóa bởi Satoshi Nakamoto vào năm 2008 và được hoàn thành vào năm 2009. Đồng thời cũng áp dụng vào đồng tiền kỹ thuật số Bitcoin và đưa Bitcoin thành đồng tiền số đầu tiên giải quyết v n đề double spending chi tiêu 2 lần với cùng 1 số tiền mà không cần đến một bên quản trị tin cậy khác[2]. 1.1.1. Mô tả Blockchain là một sổ cái kỹ thuật số phân tán. Sổ cái được chia sẻ cho những người tham gia vào mạng lưới. Như vậy toàn bộ hệ thống không lưu trữ tập trung tại vị trí duy nh t, không có dữ liệu lưu trữ nào có thể làm căn cứ đáng tin duy nh t, bởi vì những lần sao chép cùng một phiên bản sổ cái được đặt ở nhiều nơi. T t cả các bản sao này được cập nhật khi dữ liệu hoặc giao dịch mới được ghi vào blockchain thông qua sự đồng thuận của t t cả mọi người tham gia. Người đào có 4 trách nhiệm phê duyệt các giao dịch và giám sát mạng b ng cách giải quyết các công thức tinh vi với sự trợ giúp của máy tính. Nó là một hệ thống ngang hàng Peer To Peer P2P , loại b t t cả mọi khâu trung gian, làm tăng cường an ninh, minh bạch và sự ổn định cũng như giảm thiểu chi phí và l i do con người gây ra. Trong cuốn sách Blockchain Revolution 2016 , 2 tác giả Don & Alex Tapscott đã kết luận r ng: "Blockchain là một sổ cái kỹ thuật số không thể bị phá h ng của các giao dịch kinh tế, có thể được lập trình để ghi lại không chỉ những giao dịch tài chính mà có thể ghi lại t t cả mọi thứ có giá trị". 1.1.1.1. Đặc điểm ch nh Một cơ sở dữ iệu ph n tán Cơ bản, có thể hiểu blockchain như một bảng tính được nhân bản hàng ngàn lần thông qua các mạng lưới máy tính, mạng lưới này được thiết kế để cập nhật thường xuyên bảng tính này. Thông tin được tổ chức trên một blockchain tồn tại dưới dạng cơ sở dữ liệu được chia sẻ và kết hợp liên tục. Đây là cách để sử dụng mạng với những lợi ích rõ ràng. Cơ sở dữ liệu blockchain không được lưu trữ ở duy nh t một vị trí cụ thể nào, các bản ghi được lưu trữ một cách công khai, dễ kiểm chứng. Sẽ không có một phiên bản tập trung nào của cơ sở dữ liệu này tồn tại. Dữ liệu blockchain được lưu trữ bởi các máy tính trên toàn cầu, điều này làm cho b t kỳ ai cũng có thể dễ dàng truy cập mọi lúc, mọi nơi. ockchain đƣợc so sánh nhƣ Goog e Docs phi n ản n ng cao Một cách thông thường khi hai người chia sẻ tài liệu đó là gửi tài liệu Word qua email và yêu cầu người còn lại sửa nó. Như vậy hạn chế gặp phải đó là người thứ nh t muốn xem được thì phải chờ bản sao lưu từ người kia gửi lại. Hai chủ sở hữu không thể chỉnh sửa bản ghi cùng một lúc. Với Google Docs thì khác, cả hai bên đều có quyền truy cập đồng thời vào cùng một tài liệu và cả hai sẽ đều nhìn th y một phiên bản duy nh t. Nó cũng giống như sổ cái được chia sẻ. Phần phân tán chỉ hoạt động khi chia sẻ liên quan đến một số người. T nh ền vững của ockchain Với cách lưu trữ những khối thông tin giống nhau trên các nút trong mạng lưới của mình, blockchain không thể: Bị kiểm soát bởi b t kỳ một tổ chức hay thực thể nào. Không có điểm thiếu sót, gây l i nào. 5 Kể từ khi được phát hành năm 2008 Bitcoin - một ứng dụng nổi tiếng của blockchain được vận hành, hoạt động mà không có sự gián đoạn đáng kể nào. Những v n đề xảy ra với Bitcoin là do hack hoặc quản lý kém. Mạng Internet đã chứng minh được độ bền của nó trong gần 30 năm phát triển. Đây là công cụ theo dõi tốt cho công nghệ blockchain khi nó tiếp tục được phát triển. T nh inh ạch và không thể phá v Mạng blockchain tồn tại trong trạng thái của sự th a thuận, tự động kiểm tra tính đúng đắn trong mạng khoảng m i 10 phút một lần. Có hai đặc tính có thể th y: Minh bạch: Dữ liệu được nhúng trong mạng như một khối và công khai. Nó không bị thể bị h ng: Khi muốn thay đổi b t kỳ đơn vị thông tin nào trên blockchain thì cần sử dụng một lượng lớn máy tính để ghi đè dữ liệu lên toàn bộ mạng điều này khó có thể xảy ra . Mạng ƣới các nút Một mạng lưới các nút tính toán tạo thành blockchain. Nút ở đây có nghĩa là máy tính được kết nối với mạng blockchain, chúng sử dụng client để thực hiện nhiệm vụ xác nhận và chuyển tiếp các giao dịch. Khi tham gia mạng lưới blockchain, nút sẽ nhận được một bản sao của blockchain mà gọi là sổ cái . Sự ph n qu ền Blockchain là một công nghệ được phân quyền. Một ví dụ là mạng máy tính trên toàn cầu đều sử dụng công nghệ blockchain để cùng quản lý cơ sở dữ liệu chung, ghi lại các giao dịch của đồng Bitcoin. Có nghĩa là, Bitcoin được quản lý bởi mạng của nó và không có một ai đứng ra làm trung tâm cả. T ng cƣờng ảo ật Nhờ việc lưu trữ dữ liệu ngay trên mạng của mình, blockchain đã loại b đi những rủi ro đi kèm khi tổ chức dữ liệu tập trung. Phương pháp bảo mật của blockchain sử dụng công nghệ mã hóa với cặp khóa public/private. Khóa public một chu i dài các số ngẫu nhiên là địa chỉ của người dùng trên blockchain. Ví dụ với đồng tiền số Bitcoin gửi qua mạng sẽ được ghi nhận thuộc về địa chỉ đó. Khóa private giống như mật khẩu, cho phép cá nhân sở hữu truy cập khóa đó vào tài sản Bitcoin. Lưu trữ dữ liệu trên blockchain và nó sẽ không bị hư h ng. ockchain đƣợc d ng ở đ u Hợp đồng thông inh 6 Các sổ cái được phân chia cho phép mã hóa các hợp đồng đơn giản, khi đạt đến điều kiện nh t định hợp đồng sẽ được thực thi. Hợp đồng thông minh có thể được lập trình để thực hiện những chức năng đơn giản. Ví dụ, một giao dịch phát sinh có thể được thanh toán khi công cụ tài chính đáp ứng một số tiêu chuẩn, với việc sử dụng công nghệ blockchain thanh toán sẽ thực hiện tự động, không cần sự tham gia của con người hay bên trung gian làm chứng. Tiề n ng trong th trƣờng đầu tƣ Blockchain có khả năng tạo ra nguồn vốn mạo hiểm nhiều hơn cho các startup. Có nghĩa r ng các công ty khi xây dựng những nền tảng dựa trên blockchain hoàn toàn có thể kêu gọi đầu tư qua hình thức mua token hoặc mua coin trong những đợt kêu gọi vốn của đội ngũ phát hành tiền kỹ thuật số. Quản tr Việc tạo ra những kết quả minh bạch, rõ ràng và có thể truy cập công khai, công nghệ cơ sở dữ liệu phân tán có thể mang lại sự minh bạch đầy đủ cho các cuộc bầu cử hay b t cứ hình thức b phiếu, l y tín nhiệm hay thăm dò nào khác. Những hợp đồng thông minh dựa trên một số nền tảng blockchain phổ biến như Ethereum, NEP5 sẽ giúp tự động hóa toàn bộ quá trình. Kiể tra chuỗi cung ứng sản phẩ Áp dụng tính ch t minh bạch, không thể thay đổi, blockchain cung c p cách thức xác nhận dễ dàng r ng những sản phẩm chúng ta mua là chính hãng. Trong chu i cung c p sản phẩm, sản phẩm luôn rõ ràng, rõ nguồn gốc và người dùng có thể dễ dàng tra cứu xu t xứ được. Ví dụ của kiểm tra chu i cung ứng thường được th y ở các ứng dụng kiểm tra nguồn gốc xu t xứ của thực phẩm hoặc thuốc y tế. Lƣu trữ fi e Lưu trữ phân tán trên Internet mang lại những lợi ích khi mà các file dữ liệu sẽ được bảo vệ tránh các cuộc t n công hoặc bị m t. ảo vệ qu ền sở hữu tr tuệ Thông tin kỹ thuật số có thể bị sao chép và lan truyền rộng rãi nhờ Internet. Điều này đã giúp người dùng web trên toàn cầu có một khối lượng lớn nội dung miễn phí. Tuy nhiên, chủ sở hữu bản quyền thì không được lợi như như vậy, họ m t quyền kiểm soát sở hữu trí tuệ và cũng m t đi số tiền lẽ ra phải thuộc về họ từ quyền đó. Hợp đồng 7 thông minh có khả năng bảo vệ bản quyền và dựa trên những điều kiện được thiết lập, nó sẽ tự động thực thi việc bán các tác phẩm trên mạng, b đi nguy cơ bị sao chép, phân phối lại. Quản ý danh t nh Nhu cầu xác thực danh tính trên web ngày càng trở nên cần thiết, nh t là đối với những giao dịch tài chính trực tuyến. Những giải pháp hiện có để phục vụ nhu cầu này chưa thực sự hoàn hảo. Blockchain có những phương pháp nâng cao để chứng minh người tham gia giao dịch là ai, cùng với khả năng số hóa tài liệu cá nhân. Như trên đã nói, trong nền kinh tế chia sẻ hay các giao dịch kinh doanh, một danh tính tốt là vô cùng quan trọng. Phát triển các tiêu chuẩn nhận diện kỹ thuật số là một quá trình r t phức tạp. Bên cạnh các thách thức về kỹ thuật, một giải pháp nhận diện trực tuyến phổ quát đòi h i sự hợp tác giữa các cá nhân và chính phủ. Thêm vào đó là cần phải điều hướng hệ thống pháp luật ở các quốc gia khác nhau và v n đề trở nên khó khăn theo c p số nhân. Blockchain sẽ là một giải pháp tốt để giải quyết được những bài toán như vậy. 1.1.1.2. Ki n trúc Hình 1.1. C u trúc blockchain. Thứ tự của block khối , được đánh d u từ 1 -> n. Index PrevHash Một chu i mã hash của khối trước đó. Timestamp Thời gian block được tạo ra. Dữ liệu được lưu trữ. Data Là một chu i mã đã được mã hóa b ng thuật toán SHA256. Dữ liệu dùng Hash để mã hoá bao gồm những thông tin của block: Index, Hash của khối trước (PrevHash), Timestamp, Data. VD: SHA256(Index + PrevHash + Timestamp + JSON.stringify(Data)); 8 Vì khối sau luôn có 1 phần từ là dữ liệu hash của khối trước nó, nên dữ liệu được mã hoá là r t chặt chẽ. Ví dụ môt trường hợp ở block thứ 2 khi bị t n công, kẻ t n công cố thay đổi data khác đi, thì chắc chắn khi block 2 tạo mã băm hash sẽ ra một hash có giá trị khác. Dẫn tới việc các block tiếp theo sẽ sai theo và chu i lúc này bị gãy ở block thứ 2[3]. Chuỗi i n kết Một chu i hay một danh sách liên kết được tạo ra khi m i đơn vị dữ liệu đồng thời lưu trữ một giá trị Hash của đơn vị dữ liệu trước đó. Chỉ cần có một thay đổi trong dữ liệu trước đó thì giá trị hash sẽ bị thay đổi và mối liên kết đó sẽ bị phá vỡ. Một c u trúc như vậy phù hợp cho việc lưu trữ và liên kết các khối dữ liệu không xu t hiện đồng thời mà xảy ra lần lượt từng thời điểm. Hình 1.2. Chu i liên kết dữ liệu[3]. Trên hình 1.2, mã Hash R3 có thể dùng để truy xu t ngược lại toàn bộ dữ liệu trong chu i đến giá trị đầu tiên. R3 được gọi là đỉnh của chu i. Ở hình 1.3 các khối dữ liệu T1, T2, T3, vv... là các giao dịch diễn ra cùng lúc tại một thời điểm và tạo thành một cây Merkle. Hình 1.3. Các cây Merkle kết nối với nhau thông qua mã Hash[3]. 9 Hình 1.4. C u trúc một khối dữ liệu[3]. Hình 1.4 mô tả khối dữ liệu, trong đó thân là cây Merkle, cây chứa các liên kết đến các giao dịch. Các giao dịch này diễn ra đồng thời. Phần đỉnh chứa rễ và chứa cả các hàm thời gian tương ứng. Các khối tiếp kế tiếp sẽ được xếp theo trình tự thời gian, c u trúc của các khối này đều có đặc điểm là gắn với mã hash của khối liền kề với nó. T t cả khối c u trúc này hình thành nên blockchain. Hình 1.5. Mô ph ng một liên kết blockchain[3]. 1.1.1.3. Cách hoạt động ư c Giao dịch được sinh ra Trong Bitcoin, một giao dịch là việc chuyển tiền điện tử từ một người người A sang một người khác người B . Một số nền tảng blockchain cung c p tính năng cho phép đặt các dòng mã được gọi là smartcontract trên chính nó. A và B có thể gửi tiền 10 vào tài khoản mà chương trình này kiểm soát, để kích hoạt thì một số điều kiện nh t định được mã hóa trong hợp đồng phải đạt được đến trạng thái như đã cài đặt. ư c Giao dịch được phát đến một mạng ngang hàng Giả sử A muốn gửi tiền cho B. Để làm như vậy, A tạo một giao dịch trên máy tính của mình và phải tham chiếu giao dịch trong quá khứ trên blockchain. Giao dịch đó sau đó được gửi tới các máy tính khác hoặc các nút trong mạng. Các nút sẽ xác thực giao dịch miễn là nó đã tuân thủ các quy tắc của mạng. Sau đó các nút khai thác sẽ ch p nhận nó, đồng thời thêm nó vào như một thành phần trong khối mới. ư c Cuộc đua tạo các khối m i Các giao dịch hợp lệ được tổ chức thành các khối. Trong m i khối xây dựng sẽ chứa danh sách giao dịch hợp lệ gần đây và chúng liên kết mật mã với khối trước đó. Trong các hệ thống blockchain như Bitcoin và Ethereum, các thợ m chạy đua để hoàn thành các khối mới, một quá trình đòi h i phải giải quyết một câu đố toán học cần nhiều nhân lực, đây là câu đố duy nh t cho m i khối mới. Người khai thác đầu tiên để giải quyết các câu đố sẽ kiếm được một số đồng tiền kỹ thuật số như một phần thưởng. Các câu đố toán học liên quan đến phán đoán ngẫu nhiên tại một số nonce. Các nonce được kết hợp với các dữ liệu khác trong khối để tạo ra một mã hash. ư c Hoàn thành một khối m i Hash phải đáp ứng các điều kiện nh t định, nếu không giá trị hash sẽ được tính lại. Phải r t m t công để tìm được một hash hợp lệ. Tin tặc sẽ được ngăn chặn triệt để vì r t khó để t n công vào sổ cái. ư c Thêm một khối m i vào chuỗi Có 2 công đoạn xảy ra, đầu tiên một nút khai thác giải quyết câu đố mã hóa của khối mới, chính nó sẽ gửi khối mới tới các node của mạng để phê duyệt, thu thập các token để nhận phần thưởng. Vì m i khối đều chứa một tham chiếu tới khối trước đó, các khối được liên kết với nhau b ng toán học. Giả mạo với một khối trước đó sẽ yêu cầu lặp lại b ng chứng công việc Proof of work cho t t cả các khối tiếp theo trong chu i. 1.1.2. Ứng dụng của lockchain Công nghệ blockchain đã và đang được triển khai trong một số lĩnh vực, có thể kể đến như: ản xuất - Cung ng: Áp dụng tính không thể làm giả, không thể phá hủy sẽ giúp người sử dụng truy xu t được nguồn gốc xu t xứ sản phẩm đang được chào bán. 11 Blockchain tạo ra một phương tiện lưu trữ thông tin lâu dài trong suốt một chu i cung ứng. Y t : Thông tin sức kh e của bệnh nhân được mã hóa, chỉ có thể chia sẻ với các cá nhân liên quan, không bị rò rỉ dữ liệu. Khi người bệnh có nhu cầu chuyển sang bệnh viện ở b t kỳ đâu trên thế giới thì thông tin sẽ được truy xu t trên chu i blockchain của chính họ, cho dù hai nơi khám chữa bệnh cũ và mới của họ không sử dụng cùng ngôn ngữ và nền tảng công nghệ phần mềm giống nhau. Tài ch nh - Ngân hàng: Blockchain đáp ứng được mục tiêu cắt giảm chi phí khi giao dịch liên ngân hàng đồng thời cũng rút ngắn lại thời gian thanh toán giữa các bên mà vẫn giữ được tính minh bạch trong chuyển khoản. Thương mại điện t : Blockchain cho phép tương tác ngang hàng peer-to-peer) có thể được đảm bảo dựa trên chữ ký số, giảm rủi ro và tăng cường sự tin tưởng giữa các bên liên quan. Blockchain mở ra hướng giải quyết mới cho các phương thức giao dịch truyền thống, giảm thiểu rủi ro tài chính, cung c p giải pháp hữu ích cho việc truyền tải và lưu trữ dữ liệu. Các thiết bị điện tử có thể giao tiếp một cách an toàn và minh bạch. Như vậy có thể khẳng định những ứng dụng của blockchain sẽ làm biến đổi đáng kể sự phát triển trong nhiều lĩnh vực theo chiều hướng tích cực hơn. 1.1.3. Tương lai của lockchain Blockchain có thể được coi là công nghệ mang tính cách mạng vì có thể áp dụng cho b t kỳ loại giao dịch nào liên quan đến giá trị từ tiền tệ, hàng hóa đến b t động sản. Blockchain cũng có thể ngăn lừa đảo vì mọi giao dịch đều được lưu trữ và phân phối trên sổ cái công khai, ai cũng có thể xem được. Về lý thuyết, khi công nghệ này trở nên phổ biến, b t kỳ ai có Internet đều có thể giao dịch b ng blockchain. Các hãng lớn như UBS, Microsoft, IBM và PwC đều đang chạy đua áp dụng blockchain vào lĩnh vực đặc thù của mình. Các tập đoàn, các công ty lớn đã và đang có sự đầu tư nghiêm túc vào lĩnh vực Blockchain, có thể ví dụ như hãng vận tải biển Maersk đã bắt đầu thử nghiệm dùng blockchain theo dõi các chuyến hàng từ cảng này sang cảng khác. Tập đoàn bán lẻ Walmart cũng đang thí điểm xem blockchain có thể theo dõi hàng hóa từ kho đến kệ hiệu quả hay không. Ngoài ra, các công ty tài chính, sức kh e, thậm chí một vài chính phủ, cũng đang thử nghiệm hệ thống blockchain với nhiều mục đích khác nhau.