Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin: Phát triển dịch vụ hỗ trợ quản lý chứng chỉ định giá đất ứng dụng công nghệ chuỗi khối

Chia sẻ: Yi Yi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tìm hiểu tổng quan về công nghệ chuỗi khối (Blockchain); một số lý thuyết nền tảng trong công nghệ chuỗi khối và cũng như tiềm năng ứng dụng thực tiễn cũng sẽ được nghiên cứu trong luận văn này; đề xuất giải pháp ứng dụng của công nghệ chuỗi khối trong việc quản lý chứng chỉ định giá đất.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin: Phát triển dịch vụ hỗ trợ quản lý chứng chỉ định giá đất ứng dụng công nghệ chuỗi khối

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRƢƠNG THỊ PHƢƠNG LAN PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ HỖ TRỢ QUẢN LÝ CHỨNG CHỈ ĐỊNH GIÁ ĐẤT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUỖI KHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRƢƠNG THỊ PHƢƠNG LAN PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ HỖ TRỢ QUẢN LÝ CHỨNG CHỈ ĐỊNH GIÁ ĐẤT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUỖI KHỐI Ngành: Công nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Hệ Thống Thông Tin Mã số: 8.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Ngọc Hóa Hà Nội - 2019
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn và long biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Ngọc Hóa đã giúp tôi chọn đề tài, định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin được gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, người đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như giai đoạn đầu của quá trình thực hiện luận văn. Em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Công Nghệ- Đại học Quốc Gia Hà Nội, đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường. Bản thân tôi đã cố gắng hết sức để hoàn thành luận văn, nhưng vẫn không tránh khỏi những sai sót, hạn chế. Vì vậy, em rất mong nhận được những nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để đề tài này có thể được hoàn thiện hơn. Hà Nội, tháng 07 năm 2019 Học viên Trƣơng Thị Phƣơng Lan i
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu và thực hiện luận văn thực sự của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Ngọc Hóa. Mọi tham khảo từ các tài liệu, công trình nghiên cứu liên quan trong nước và quốc tế đều được trích dẫn rõ ràng trong luận văn. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế hay gian trá tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, ngày 15 tháng 7 năm 2019 Học viên Trương Thị Phương Lan ii
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ ..............................................................vi MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CHUỖI KHỐI - BLOCKCHAIN .. 4 1.1. Công nghệ chuỗi khối .......................................................................................... 4 1.1.1. Giới thiệu ................................................................................................. 4 1.1.2. Kiến trúc Blockchain ..................................................................................... 4 1.1.3. Thuật toán đồng thuận ................................................................................... 6 1.2. Lý thuyết nền tảng ................................................................................................ 8 1.2.1. Hàm băm ....................................................................................................... 8 1.2.1.2. Tính chất của hàm băm........................................................................... 8 1.2.1.3. Một số ứng dụng của hàm băm .............................................................. 8 1.2.1.4. Các loại hàm băm ................................................................................... 9 1.2.2. Chữ ký số ....................................................................................................... 9 1.2.2.1. Giới thiệu ................................................................................................ 9 1.2.2.2. Ưu điểm của chữ ký số ......................................................................... 10 1.2.2.3. Ứng dụng của chữ ký số ....................................................................... 11 1.3. Đặc điểm của Blockchain ................................................................................... 11 1.4. Phân loại hệ thống Blockchain ........................................................................... 12 1.5. Một số ứng dụng của Blockchain ....................................................................... 14 1.5.1. Hợp đồng thông minh .................................................................................. 15 1.5.2. Đối với sản xuất: .......................................................................................... 15 1.5.3. Đối với thực phẩm: ...................................................................................... 16 1.5.4. Bỏ phiếu điện tử .......................................................................................... 17 1.5.5. Đối với lĩnh vực y tế: ................................................................................... 17 1.5.6. Đối với ngành tài chính – ngân hàng ........................................................... 17 1.5.7. Đối với quản lý đất đai: ............................................................................... 18 1.5.8. Giáo dục ....................................................................................................... 20 1.6. Một số nền tảng công nghệ Blockchain phổ biến trên thế giới hiện nay ........... 21 iii
1.6.1. Bitcoin .......................................................................................................... 21 1.6.2. Ethereum ...................................................................................................... 24 1.6.3. Hyperledger ................................................................................................. 25 Kết luận chương ........................................................................................................ 26 Chƣơng 2: VẤN ĐỀ QUẢN LÝ CHỨNG CHỈ ĐỊNH GIÁ ĐẤT ........................... 27 2.1. Vấn đề quản lý chứng chỉ ................................................................................... 27 2.1.1. Bài toán đặt ra .............................................................................................. 27 2.1.2. Một số giải pháp được đã được đề xuất và triển khai chưa ứng dụng công nghệ blockchain ..................................................................................................... 28 2.1.3. Quản lý chứng chỉ ứng dụng công nghệ blockchain ................................... 30 2.2. Quản lý chứng chỉ định giá đất........................................................................... 32 2.2.1. Chứng chỉ định giá đất ................................................................................ 32 2.2.2. Quản lý chứng chỉ đinh giá đất hiện nay ..................................................... 34 2.2.3. Ứng dụng công nghệ Blockchain trong quản lý chứng chỉ định giá đất ..... 37 2.2.3.1. Ứng dụng công nghệ chuỗi khối cho nghiệp vụ Cấp chứng chỉ định giá đất ...................................................................................................................... 37 2.2.3.2. Ứng dụng công nghệ chuỗi khối cho nghiệp vụ xác minh chứng chỉ định giá đất ........................................................................................................ 38 Kết luận chương ........................................................................................................ 40 Chƣơng 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM............................................ 41 3.1. Xây dựng hệ thống ............................................................................................. 41 3.1.1. Bài toán đặt ra .............................................................................................. 41 3.1.2. Giải pháp ..................................................................................................... 41 3.2. Xây dựng hệ thống cấp mới và xác minh chứng chỉ định giá đất ...................... 43 3.2.1. Kiến trúc hệ thống ....................................................................................... 43 3.2.2. Đặc tả chức năng ......................................................................................... 44 3.3. Thực nghiệm và đánh giá ................................................................................... 45 3.3.1. Môi trường phát triển và công cụ ................................................................ 45 3.3.2. Kết quả thử nghiệm ..................................................................................... 45 3.3.3. Đánh giá kết quả .......................................................................................... 50 Kết luận chương ........................................................................................................ 51 KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................................. 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 54 iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Tên đầy đủ Giải thích 1 Bitcoin Mạng chuỗi khối tiền ảo đầu tiên 2 BlockCert Tiêu chuẩn mở phục vụ quản lý chứng chỉ dựa trên công nghệ chuỗi khối 3 JSON JavaScript Object Một kiểu định dạng dữ liệu Noattion 4 HTTP HyperText Transfer Giao thức truyền tải văn bản Protocol 5 PoS Proof of Stake Bằng chứng cổ phần 6 PoW Proof of Work Bằng chứng công việc 7 P2P Peer-to-Peer Mạng ngang hàng v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ Hình 1.1. Mô hình chuỗi khối Blockchain ...................................................................... 5 Hình 1.2: Cấu trúc khối ................................................................................................... 5 Hình 1.3: Blockchain công nhận nhánh dài hơn ............................................................. 7 Hình 1.4. Mô hình ký số và xác thực chữ ký số [1] ...................................................... 10 Hình 1.5: Các đặc điểm của Blockchain ....................................................................... 12 Bảng 1.1. So sánh 3 loại hệ thống Blockchain .............................................................. 13 Hình 1.6: Giải pháp quản lý giao dịch mua bán đất đai lưu trữ trên chuỗi khối của công ty Propy.......................................................................................................................... 19 Hình 1.7: Mô hình quản lý đất đai sử dụng công nghệ chuỗi khối ở Thụy Điển của ChromaWay [12] ........................................................................................................... 20 Hình 1.9: Mô hình giao dịch của Bitcoin ...................................................................... 23 Hình 1.10: Giao dịch Bitcoin có 1 đầu vào và 1 đầu ra ............................................... 23 Hình 1.11: Nền tảng Hyperledger ................................................................................. 26 Hình 2.1. The Open Badges Ecosystem ........................................................................ 29 Bảng 2.1. So sánh các hệ thống quản lý chứng chỉ ....................................................... 32 Hình 2.2. Chứng chỉ định giá đất .................................................................................. 34 Hình 2.3: Quy trình nghiệp vụ dịch vụ cấp, cấp đổi, cấp lại chứng chỉ định giá đất ... 36 Hình 2.4. Quy trình cấp chứng chỉ định giá đất của hệ thống ....................................... 37 Hình 2.5. Quy trình xác minh chứng chỉ định giá đất trên Blockchain......................... 39 Hình 3.1. Quy trình cấp và xác minh chứng chỉ định giá đất ........................................ 42 Hình 3.2. Kiến trúc hệ thống ......................................................................................... 43 Bảng 3.1. Cấu hình phần cứng ...................................................................................... 45 Bảng 3.2. Các phần mềm được sử dụng để tiến hành thực nghiệm .............................. 45 Hình 3.3. Giao diện Web ............................................................................................... 46 Hình 3.4. Màn hình đăng nhập ...................................................................................... 47 Hình 3.5. Ứng viên nộp hồ sơ ....................................................................................... 47 Hình 3.6. Chuyên viên kiểm tra hồ sơ ........................................................................... 48 Hình 3.7. Hợp nhất chứng chỉ ....................................................................................... 48 Hình 3.8. Lãnh đạo ký ................................................................................................... 49 Hình 3.9. Quảng bá giao dịch lên Blockchain ............................................................... 49 Hình 3.10. Giao dịch đã được quảng bá lên Bockchain ................................................ 50 Hình 3.11. Kết quả xác mình chứng chỉ trên hệ thống .................................................. 50 vi
MỞ ĐẦU Công nghệ chuỗi khối là một trong những từ khóa nóng nhất về công nghệ trong những năm gần đây, đặt biệt trong ngành công nghệ thông tin và ngành công nghiệp tài chính. Chuỗi khối là công nghệ cho phép lưu trữ và truyền tải giao dịch bằng các khối được liên kết với nhau thành các chuỗi. Mỗi khối chứa đựng các thông tin cần thiết được lưu trữ cũng như thời gian khởi tạo và được liên kết với các khối trước đó. Do đó khi một khối được ghép vào chuỗi thì thông tin được đảm bảo và không thể thay đổi được, hay nói cách khác đi chuỗi khối được thiết kế để ngăn cản sự thay đổi dữ liệu. Bất kỳ khối nào đã được thêm vào Blockchain đều được ghi vào một sổ cái bất biến trong một bản an toàn, minh bạch và vĩnh viễn. Ngay cả khi nếu một phần của hệ thống blockchain xảy ra lỗi, những máy tính và nút khác sẽ tiếp tục hoạt động để đảm bảo sự an toàn và tin cậy của thông tin được lưu trong các khối. Đặc biệt chuỗi khối có khả năng truyền tải dữ liệu đảm bảo mà không cần một bên trung gian tin cậy xác nhận thông tin. Điều này làm cho hệ thống trở nên đơn giản mà vẫn đảm bảo độ trung thực của dữ liệu. Hiện nay, việc quản lý chứng chỉ định giá đất còn rất thủ công. Chứng chỉ gốc được in trên giấy và người chủ sở hữu phải lưu trữ hết sức cẩn thận. Quản lý chứng chỉ giấy sẽ gặp phải một số bất cập sau: - Khi cần nộp chứng chỉ vào cơ quan, tổ chức nào đó, người sở hữu chứng chỉ phải nhờ cơ quan tư pháp chứng thực hoặc phải mang theo chứng chỉ gốc để đối chiếu gây bất tiện. - Nếu làm mất chứng chỉ gốc thì việc cấp lại rất mất nhiều thời gian, công sức do phải mất thời gian nộp lại hồ sơ và mất thời gian chờ đợi việc thẩm định và cấp lại chứng chỉ. - Dễ làm giả do công nghệ in ấn hiện đại có thể sao chép phôi chứng chỉ và làm giả chứng chỉ. Từ thực trạng nêu trên, luận văn này có mục tiêu nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ chuỗi khối, chú trọng đến hình thức ứng dụng chuỗi khối trong hợp đồng thông minh; từ đó phát triển thử nghiệm dịch vụ hỗ trợ công tác quản lý chứng chỉ định giá đất trên cơ sở sử dụng công nghệ chuỗi khối. 1
Thông qua công nghệ này, thủ tục cấp chứng chỉ định giá đất sẽ nhanh gọn, tiết kiệm, dễ dàng trong khâu quản lý như việc: cấp chứng chỉ và chứng thực chứng chỉ. Hơn nữa việc xác minh các chứng chỉ cũng đơn giản cho các bên thứ ba (nhà tuyển dụng, đơn vị chủ quản,…), góp phần tăng cường niềm tin của mọi người đối với các cơ quan cấp chứng chỉ. Dựa trên mục tiêu đã nêu, luận văn tập trung tiến hành các nội dung nghiên cứu sau: - Tìm hiểu tổng quan về công nghệ chuỗi khối (Blockchain); một số lý thuyết nền tảng trong công nghệ chuỗi khối và cũng như tiềm năng ứng dụng thực tiễn cũng sẽ được nghiên cứu trong luận văn này; - Đề xuất giải pháp ứng dụng của công nghệ chuỗi khối trong việc quản lý chứng chỉ định giá đất. - Xây dựng hệ thống thử nghiệm quản lý chứng chỉ định giá đất dựa trên công nghệ Blockchain. Các kết quả của luận văn thu được sau khi thực hiện các nội dung nghiên cứu trên được tổng hợp trên bản thảo gồm 3 chương chính như sau: Chƣơng 1: Giới thiệu công nghệ chuỗi khối - Blockchain Tìm hiểu tổng quan về công nghệ Blockchain. Nêu ra các nền tảng lý thuyết, đặc điểm của công nghệ Blockchain. Đồng thời trong chương này, luận văn cũng chỉ ra một số ứng dụng điển hình của Blockchain hiện nay và một số nền tảng công nghệ Blockchain hiện nay. Chƣơng 2: Vấn đề quản lý chứng chỉ định giá đất Trong chương này, luận văn sẽ trình bày về vấn đề quản lý chứng chỉ nói chung hiện nay, những hạn chế của một số mô hình chưa sử dụng và có sử dụng công nghệ Blockchain đã được triển khai để khắc phục. Đồng thời trong chương này, cũng đưa ra mô hình quản lý chứng chỉ định giá đất hiện hành chưa sử dụng công nghệ Blockchain và giải pháp quản lý chứng chỉ định giá đất, cụ thể là cấp chứng chỉ và xác minh chứng chỉ định giá đất ứng dụng công nghệ chuỗi khối – blockchain. Chƣơng 3: Xây dựng hệ thống thử nghiệm 2
Chương trình mô phỏng mô hình quản lý chứng chỉ định giá đất sẽ được mô cả cụ thể trong chương này. Phần kết luận: Tóm lược những kết quả đạt được của luận văn, đồng thời đưa ra những định hướng nghiên cứu tiếp theo. 3
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CHUỖI KHỐI - BLOCKCHAIN 1.1. Công nghệ chuỗi khối 1.1.1. Giới thiệu Ngày nay tiền điện tử đã trở thành một từ thông dụng trong cả ngành công nghiệp và giới học thuật. Là một trong những loại tiền điện tử thành công nhất, Bitcoin đã đạt được thành công lớn với thị trường vốn đạt 10 tỷ đô la trong năm 2016 [1]. Với cấu trúc lưu trữ dữ liệu được thiết kế đặc biệt, các giao dịch trong mạng Bitcoin có thể xảy ra mà không cần bất kỳ bên thứ ba nào và công nghệ cốt lõi để xây dựng Bitcoin là blockchain. Công nghệ chuỗi khối [8] cho phép tạo ra một môi trường phi tập trung, trong đó các giao dịch và dữ liệu được xác thực bằng mật mã không thuộc quyền kiểm soát của bất kỳ bên thứ ba nào. Bất kỳ giao dịch nào từng được thực hiện đều được ghi vào một sổ cái bất biến trong một bản an toàn, minh bạch và vĩnh viễn. Mặc dù các khái niệm, ý tưởng của công nghệ chuỗi khối được hình thành từ rất lâu [12] nhưng ứng dụng thành công và phổ biến đầu tiên của công nghệ này mới ra đời vào năm 2009 bởi Satoshi Nakamoto (ông đã tạo ra loại tiền điện tử kỹ thuật số đầu tiên có tên gọi là Bitcoin thông qua việc sử dụng công nghệ chuỗi khối). Cụ thể, chuỗi khối là một chuỗi các khối chứa dữ liệu hoặc thông tin, mỗi khối trong mạng lưu trữ một số thông tin cùng với giá trị băm của khối trước đó. Giá trị băm là một số duy nhất thuộc về một khối cụ thể. Nếu thông tin bên trong khối bị sửa đổi, giá trị băm của khối cũng sẽ bị sửa đổi theo. Sự kết nối của các khối thông qua các khóa băm duy nhất sẽ làm chuỗi khối an toàn. 1.1.2. Kiến trúc Blockchain Blockchain [14] là một chuỗi các khối, chứa hoàn chỉnh danh sách các hồ sơ giao dịch như sổ cái công khai thông thường. Hình 1.1 minh họa một ví dụ về blockchain. Với một khối băm trước đó chứa trong khối sau, một khối chỉ có một khối cha (Parent Block). Khối đầu tiên của blockchain được gọi là khối genesis không có khối cha. 4
Hình 1.1. Mô hình chuỗi khối Blockchain Blockchain được coi là một cuốn sổ cái lưu trữ lại tất cả các giao dịch của mọi ngườil. Mỗi khối gồm các giao dịch. Blockchain, như tên gọi của nó, bao gồm nhiều khối được xâu chuỗi lại với nhau. Một khối bao gồm tiêu đề khối và thân khối [14] như hiển thị trong Hình 1.2. Hình 1.2: Cấu trúc khối Cụ thể, tiêu đề khối bao gồm: - Block Version: cho biết Phiên bản của khối - Merkle Tree Root Hash: giá trị băm của tất cả các giao dịch trong khối. - Timestamp: thời gian tạo của Block. 5
- nBits: ngưỡng mục tiêu của hàm băm khối hợp lệ. - Nonce: trường 4 byte, thường bắt đầu bằng 0 và tăng cho mỗi phép tính băm. - Parent Block Hash: giá trị băm 256 bit trỏ đến khối trước. Phần thân bao gồm bộ đếm giao dịch và các giao dịch. Số lượng giao dịch tối đa mà một khối có thể chứa phụ thuộc vào kích thước khối và kích thước của từng giao dịch. 1.1.3. Thuật toán đồng thuận Blockchain là môi trường phi tập trung. Hơn nữa, lại không lệ thuộc vào bên thứ 3 xác thực giao dịch. Do đó mà cần phải có các thuật toán đồng thuận để đảm bảo rằng tất cả các giao dịch được diễn ra một cách đáng tin cậy. Về cơ bản, các thuật toán đồng thuận cần thực hiện được hai điều: - Đảm bảo rằng khối tiếp theo trong blockchain là duy nhất và tin cậy; - Giữ cho các tác nhân bên ngoài không thể phá hỏng hệ thống thành công. Một số thuật toán đồng thuận [14]: - Thuật toán đồng thuận đầu tiên được tạo ra và phổ biến là PoW (Proof of Work). Thuật toán PoW sử dụng sức mạnh của phần cứng. Trong PoW, các nút của mạng sẽ tính toán một giá trị băm của tiêu đề khối. Tiêu đề khối chứa một giá trị nonce và thợ mỏ sẽ thay đổi giá trị nonce để thu được giá trị băm khác nhau. Sao cho giá trị băm phải bằng hoặc nhỏ hơn một giá trị nhất định đã cho. Khi một nút đạt đến giá trị đích, nó sẽ phát khối tới các nút khác và tất cả các nút khác phải lẫn nhau xác nhận tính chính xác của giá trị băm. Nếu khối được xác thực, các thợ mỏ khác sẽ nối thêm khối mới này vào blockchains riêng của mình. Các nút tính toán các giá trị băm được gọi là thợ mỏ. Trong mạng phi tập trung, có thể có nhiều nút tìm thấy giá trị nonce gần như cùng một lúc. Kết quả là, các chi nhánh có thể được tạo như trong Hình 3. 6
Hình 1.3: Blockchain công nhận nhánh dài hơn Tuy nhiên, hai nhánh cạnh tranh chắc chắn sẽ không cùng một lúc tạo ra khối tiếp theo.Trong giao thức PoW, nhánh nào tạo được khối mới tiếp theo vào trước và thông báo lên hệ thống thì nhánh đó sẽ được công nhận và đi tiếp. Hãy xem xét hai nhánh được tạo bởi đồng thời các khối U4 và B4. Thợ mỏ giữ khai thác các khối của họ cho đến khi một nhánh dài hơn được tìm thấy. B4, B5 tạo thành một chuỗi dài hơn, vì vậy các thợ mỏ trên U4 sẽ chuyển sang nhánh dài hơn. Ưu điểm của PoW là đơn giản, bằng việc thử lần lượt các giá trị nonce. Hạn chế: Năng suất chậm và tiêu thụ nhiều tài nguyên. - Ngoài ra còn có các thuật toán đồng thuận khác như: Proof-of-Stake. PoS (Bằng chứng cổ phần) là một giải pháp thay thế tiết kiệm năng lượng cho PoW. Những người khai thác trong PoS phải chứng minh quyền sở hữu số lượng lớn cổ phần. Các nút trên mạng đóng vai trò xác nhận các giao dịch được gọi là các thợ đúc tiền. Nút có quyền thêm khối mới vào Blockchain được chọn dựa theo tỉ lệ cổ phần của đồng tiền điện tử chứ không phải bằng tốc độ tính toán. Người ta tin rằng những người nắm giữ nhiều cổ phần sẽ đưa ra những quyết định hợp lí cho mạng lưới Blockchain. Ưu điểm: So với PoW, PoS tiết kiệm năng lượng và phần cứng hơn. Hạn chế: Việc lựa chọn dựa trên số cổ phần khá bất công vì người giàu nhất có thể chi phối mạng. Hệ thống dễ bị tấn công hơn. 7
1.2. Lý thuyết nền tảng 1.2.1. Hàm băm 1.2.1.1. Khái niệm Hàm băm Hàm băm [13] là một hàm ánh xạ dữ liệu có kích thước tùy ý kích để thu được dữ liệu có kích thước cố định. Thường là 128, 160, 256 hoặc 512 bit. Các giá trị được trả về bởi hàm băm được gọi là giá trị băm, mã băm, tổng băm hoặc đơn giản là băm. Dữ liệu đầu vào thường được gọi là thông diệp và đầu ra (giá trị băm hoặc hàm băm) thường được gọi là thông báo hay dấu vân tay [13]. Quá trình băm này có thể được ký hiệu là: h = H (M) Trong đó M là thông điệp đầu vào và h thường gọi là đại diện tài liệu hay là dấu vân tay là giá trị băm bằng thuật toán băm H. 1.2.1.2. Tính chất của hàm băm Một hàm băm tốt [13] phải có các tính chất sau: - Kháng hình ảnh trước: được gọi là thuộc tính không thể đảo ngược.Nghĩa là không thể xác định được dữ liệu đầu vào M từ giá trị băm H(M). - Kháng hình ảnh thứ hai: Từ thông điệp đầu vào M1 rất khó để tìm ra thông điệp M2 sao cho H(M1)=H(M2). - Kháng xung đột: Không có khả năng tính toán 2 thông diệp đầu vào M ≠ M’ mà H(M)=H(M’). - Độ nhạy bit. Nghĩa là một thây đổi nhỏ trong thông điệp đầu vào M (thêm hoặc bớt 1 bit) sẽ dẫn đến thay đổi lớn trong dữ liệu đầu ra. 1.2.1.3. Một số ứng dụng của hàm băm [2] a. Hàm băm dùng trong chữ kí số (sẽ được nói rõ ở mục 1.2.2) b. Đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu Giả sử tài liệu được lưu trữ trên bất kỳ dịch vụ đám mây nào có sẵn. Để chắc chắn rằng các tài liệu đó không bị giả mạo bởi bất kỳ bên thứ ba nào, cần tính toán hash của tập tin đó bằng thuật toán băm và lưu các giá trị băm này trên máy cục bộ. 8
Khi cần sử dụng tài liệu đó, tải xuống các tệp, tính lại hàm băm. Nếu khớp nó với giá trị băm trước đó được tính toán thì tài liệu không bị sửa đổi, giả mạo. Nếu bất kỳ ai can thiệp vào tệp, giá trị băm của tệp chắc chắn sẽ thay đổi. Việc giả mạo tập tin mà không thay đổi hàm băm là gần như không thể. c. Xác minh mật khẩu Hàm băm được sử dụng rất phổ biến trong xác minh mật khẩu. Ví dụ: Khi sử dụng bất kỳ trang web trực tuyến nào yêu cầu nhập E-mail và mật khẩu để đăng nhập. Mục đích là để chắc chắn rằng tài khoản này được đăng nhập đúng chủ sở hữu. Khi nhập mật khẩu, một hàm băm của mật khẩu sẽ được tính toán sau đó được gửi đến máy chủ để xác minh mật khẩu. Mật khẩu được lưu trữ trên máy chủ thực sự là giá trị băm của mật khẩu gốc. Điều này được thực hiện để đảm bảo rằng khi mật khẩu được gửi từ máy khách đến máy chủ, mật khẩu vẫn được bảo mật. 1.2.1.4. Các loại hàm băm Tất cả các thuật toán băm MD được thiết kế bởi Ron Rivest. Các thuật toán băm dòng MD gồm: MD2, MD4 và MD5 trong họ này [13]. - MD2 được thiết kế vào năm 1989, chia thông điệp thành các khối 128 bit và tạo ra bản tóm tắt 128 bit. - Sau đó Thuật toán MD4 được thiết kế vào năm 1990. Nó phân chia thông báo thành khối 512 bit và tạo 128 bit bản tóm tắt. - Thuật toán MD5 là một Hàm băm phổ biến, nhận một tin nhắn và chia nó thành các khối 512 bit và tạo ra bản tóm tắt 128 bit. Nó là xuất phát từ thuật toán MD4. Thuật toán băm an toàn SHA [13] được phát triển bởi Viện Tiêu chuẩn Quốc gia và Công nghệ (NIST). Thuật toán SHA cho bản tóm tắt đầu ra có kích thước 160 bit. 1.2.2. Chữ ký số 1.2.2.1. Giới thiệu Mỗi người dùng sở hữu một cặp khóa riêng và khóa chung được liên kết với nhau về mặt toán học [14]. Khóa riêng sẽ được giữ bí mật được sử dụng để ký các giao 9
dịch. Khóa chung sử dụng để xác minh giao dịch. Thuật toán chữ ký số điển hình được sử dụng trong blockchains là thuật toán chữ ký số đường cong elliptic (ECDSA). Chữ ký số điển hình có liên quan đến hai giai đoạn [14]: giai đoạn ký kết và giai đoạn xác minh. Quy trình ký và xác minh chữ ký như sau: Người A muốn gửi thông điệp cho người B. Người A sẽ sử dụng thuật toán băm để “băm” thông điệp này thành bản “đại diện thông điệp”. Người A tiếp tục ký số bằng khóa bí mật của mình để tạo thành một chữ ký số. Cuối cùng, người A gửi bản thông diệp kèm chữ ký số cho người B để chứng thực thông điệp là đúng của mình. Về phía người B, sau khi nhận được sẽ dùng khóa công khai để mã hóa chữ ký số nhận được thành bản “đại diện thông điệp”. Và đồng thời sử dụng hàm băm giống người A để “băm” thông điệp thành bản “đại diện tài liệu”. So sánh 2 bản “đại diện tài liệu” này, nếu giống nhau thì chữ ký là xác thực và nội dung thông điệp không bị thay đổi. Hình 1.4. Mô hình ký số và xác thực chữ ký số [1] 1.2.2.2. Ưu điểm của chữ ký số - Khả năng xác đinh nguồn gốc 10
Theo quy trình ký và xác minh chữ ký (Phần 1.2.2.1), nếu so sánh 2 bản “đại diện tài liệu” nếu giống nhau thì có thể khẳng định tài liệu gửi đến đúng là người sở hữu khóa bí mật. - Tính toàn vẹn Cả hai bên gửi và nhận đều có thể tin tưởng rằng văn bản không bị thay đổi trong qúa trình truyền tin. Vì nếu có sửa đổi thì giá trị băm hay “đại diện tài liệu” sẽ thay đổi. - Tính chống chối bỏ Khi bên gửi gửi văn bản và chữ ký số cho bên nhận nhưng sau đó chối bỏ rằng văn bản này không phải của mình ký, chữ ký này là giả mạo thì bên nhận hoàn toàn có thể chứng minh được theo đúng quy trình xác minh chữ ký (nội dung phần 1.2.2.1). Nếu 2 giá trị băm hay “đại diện tài liệu” giống nhau thì rõ ràng là người gửi đã ký vào gửi văn bản đó, không thể chối bỏ được. 1.2.2.3. Ứng dụng của chữ ký số Trong thời đại công nghệ số hiện nay, việc giao dịch hay truyền tin trên mạng trở nên phổ biến. Nhằm đảm bảo cho những giao dịch này, chữ ký số được sử dụng rộng rãi bởi tính bảo mật, tính toàn vẹn, tính chống chối bỏ của các thông tin giao dịch. Chữ ký số cũng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: - Hành chính điện tử: xin chữ kí cấp trên, chuyển công văn,… - Thương mại điện tử: hợp đồng mua bán, hồ sơ dự án, tiền điện tử,… - Y tế: bệnh án, hợp đồng chữ bệnh,… - Bỏ phiếu 1.3. Đặc điểm của Blockchain Một số đặc điểm của công nghệ chuỗi khối [14]: - Phân tán: Trong hệ thống giao dịch tập trung thông thường, mỗi giao dịch cần được xác nhận thông qua cơ quan trung gian tin cậy (ví dụ: ngân hàng trung ương). Chuỗi khối được phân tán, có nghĩa là không một người hay nhóm nào nắm giữ quyền quyết định của toàn bộ mạng lưới. Mặc dù mọi người trên mạng lưới đều nẵm giữ bản 11
sao của sổ cái, nhưng không ai có thể tự sửa đổi nó. Tính năng độc đáo này của chuỗi khối đảm bảo tính minh bạch và bảo mật đồng thời mang lại ưu điểm cho người dùng. - Ẩn danh. Mỗi người dùng có thể tương tác với blockchain với một địa chỉ được tạo, không tiết lộ danh tính thực sự của người dùng. Lưu ý rằng blockchain không thể đảm bảo giữ gìn sự riêng tư hoàn hảo do ràng buộc nội tại. - Chống giả mạo: Với đặc tính bất biến đã được trình bày ở trên, việc phát hiện giả mạo bất kỳ dữ liệu nào sẽ trở nên dễ dàng hơn. Chuỗi khối có thể chống giả mạo vì mọi thay đổi trong một khối có thể được phát hiện và xử lý nhanh chóng. Như được mô tả trước đó, mỗi giá trị băm của một khối là duy nhất. Mọi thay đổi trong dữ liệu sẽ dẫn đến thay đổi giá trị băm. Do giá trị băm của một khối được liên kết với khối tiếp theo, để tin tặc có thể thực hiện bất kỳ thay đổi nào, chúng sẽ phải thay đổi giá trị băm của tất cả các khối sau khối đó, điều này khá khó thực hiện. - Sức chứa: blockchain, như một hình thức lưu trữ hồ sơ phi tập trung gần như không có giới hạn. - Bất biến: Mỗi khối chứa đựng các thông tin cần thiết được lưu trữ cũng như thời gian khởi tạo và được liên kết với các khối trước đó. Do đó khi một khối được ghép vào chuỗi thì thông tin được đảm bảo và không thể thay đổi được, hay nói cách khác đi chuỗi khối được thiết kế để ngăn cản sự thay đổi dữ liệu. Bất biến Phân tán Đặc điểm của Blockchain Sức chứa Ẩn danh Chống giả mạo Hình 1.5: Các đặc điểm của Blockchain 1.4. Phân loại hệ thống Blockchain Các hệ thống blockchain hiện tại được phân loại thành ba loại [11]: 12