NPoS là gì? Cách NPoS hoạt động như thế nào?

NPoS là gì? Nominated Proof-of-Stake (NPoS) là nơi mà các stakeholder có quyền chọn những validator cụ thể để tham gia vào cơ chế đồng thuận. NPoS được sử dụng bởi Polkadot và nhiều blockchain xây dựng trên nền tảng Substrate như Kusama. Hãy cùng BHO Network tìm hiểu về chi tiết cách hoạt động của NPoS Polkadot trong bài viết sau.

1. NPoS là gì?

NPoS (Nominated Proof-of-Stake) là một thuật toán đồng thuận blockchain sử dụng biểu quyết của các bên liên quan để xác định các nút có thể tham gia vào việc xác thực các khối mới. Chỉ các nút đã được đề cử mới được phép xác nhận các khối mới và kiếm phần thưởng. NPoS được sinh ra để khuyến khích những hành vi tốt và giảm thiểu những động thái xấu trên các blockchain.

Ví dụ: nếu trình xác thực khối (block validator) cố gắng xác thực một giao dịch gian lận, các validator này sẽ bị phạt một số token đã stake trước đó.

Cơ chế này đảm bảo rằng chỉ các nút uy tín và đáng tin cậy mới được phép tham gia vào thuật toán đồng thuận Nominated Proof-of-Stake, từ đó giúp cải thiện tính bảo mật tổng thể của mạng lưới. NPoS là một thuật toán đồng thuận phổ biến trong các dự án blockchain vì nó kết hợp tính bảo mật của PoS với các lợi ích bổ sung của việc bình chọn của các bên liên quan.

NPoS là một thuật toán đồng thuận blockchain

2. Proof-of-Stake (PoS) và Nominated Proof-of-Stake (NPoS)

Để hiểu sâu về Nominated, chúng ta cần biết Proof-of-Stake là gì? Proof-of-Stake là cơ chế đồng thuận được áp dụng trên hầu hết các blockchain hiện nay để đạt được sự đồng thuận phân tán. Cơ chế yêu cầu người dùng phải stake một lượng token nhất định để được làm validator của mạng.

Validator sẽ xác nhận, thêm giao dịch lên blockchain, đồng thời tạo ra khối dữ liệu mới, và sẽ được nhận thưởng là phần lạm phát của blockchain hoặc phí giao dịch.

PoS giải quyết được một số vấn đề của Proof-of-Work (PoW):

• Tiết kiệm năng lượng hơn
• Yêu cầu ít sức mạnh phần cứng hơn
• Dễ trở thành validator hơn, qua đó mạng sẽ có nhiều nút (nodes) hơn, và sẽ phi tập trung hơn Tuy nhiên, mô hình PoS thuần có những nhược điểm như:
• PoS dựa trên cổ phần tương ứng với nắm giữ. Nghĩa là những người nắm giữ token lớn có ROI tốt hơn và người giàu trở nên giàu hơn.
• Những người nắm giữ lượng lớn token đe dọa quá trình xác thực phi tập trung của mạng. Đặt thêm quyền lực vào tay các trình xác nhận giàu có.

Từ đó, Nominated Proof-of-Stake (NPoS) ra đời, được giới thiệu lần đầu bởi Polkadot, nền tảng được sáng lập bởi Co-founder của Ethereum. Trong NPoS, người dùng được khuyến khích tham gia vào việc bảo vệ mạng lưới bằng cách stake đồng native token và bầu chọn các validator có lịch sử hoạt động đốt.

NPoS giúp giải quyết được bài toán tấn công 51% nghĩa là một node validator nắm giữ phần lớn cổ phần trong mạng kiểm soát mạng lưới và tiến hành phê duyệt các giao dịch gian lận.

PoS giải quyết được một số vấn đề của Proof-of-Work

Tham khảo: BitConnect là gì? Tìm hiểu chi tiết về BitConnect (BCC)

3. Cách thức hoạt động của NPoS

Định kỳ vài lần trong ngày, hệ thống sẽ chọn ra một nhóm các thực thể được gọi là các validator, chúng sẽ đóng vai trò quan trọng trong các giao thức như sản xuất khối (block production) và finality gadget của phiên kế tiếp.

• Nhóm validator sẽ phải stake token theo dạng thế chấp, cam kết hoàn thành đúng nhiệm vụ. Bất kì hành động nào gây tổn hại đến giao thức, số token được stake sẽ bị cắt đi một phần, ngược lại, nếu hoàn thành tốt, họ sẽ được thưởng.
• Các Nominator cũng sẽ khóa token chung với Validator mà họ bầu chọn và nhận thưởng theo tỉ lệ token họ đóng góp (per rata basis), và ngược lại khi validator của họ không hoàn thành đúng nhiệm vụ hoặc gây tổn hại đến giao thức, họ cũng sẽ bị cắt một phần token trong pool.

Cơ chế hoạt động của NPoS có tính bảo mật cao

4. Lược đồ hoạt động của NPoS trong Polkadot

Cơ chế Nominator và Validator mang lại tính an ninh bảo mật mạnh mẽ. Nó giúp hệ thống chọn ra những validator có tổng số tiền lớn - cao hơn nhiều so với bất kỳ khoản nắm giữ DOT của bất kỳ bên đơn lẻ nào. Tiếp theo hệ thống sẽ loại bỏ những ứng cử viên có cổ phần thấp.

Thực tế là tại bất kỳ thời điểm nào, hệ thống sẽ dự đoán sẽ có một phần đáng kể trong tất cả các nguồn cung DOT được đặt trong NPoS.

Điều này khiến cho các bên đối địch rất khó để có được sự bầu chọn từ validator (vì cần phải xây dựng một lượng lớn danh tiếng để có được sự ủng hộ) và sẽ rất tốn kém để tấn công hệ thống (bởi cuộc tấn công nào cũng sẽ dẫn đến việc cắt giảm một lượng lớn DOT).

Sơ đồ NPoS hiệu quả hơn nhiều so với PoW (Proof-of-Work) và nhanh hơn PoS (Proof-of-Stake) tiêu chuẩn. Các mạng đóng vai trò xác định cuối cùng phải có một bộ xác nhận giới hạn (kích thước có thể tùy biến theo quyền quản trị).

NPoS cho phép hầu như tất cả các chủ sở hữu DOT tham gia một cách liên tục. Chính vì vậy sẽ duy trì được mức độ bảo mật cao bằng cách có những stake giá trị hơn và cho phép nhiều người kiếm được lợi nhuận dựa trên số vốn nắm giữ.

Blockchain Polkadot sử dụng NPoS

5. Chi tiết quy trình NPoS bình chọn trong Polkadot

Không giống các dự án dựa trên PoS khác, cơ chế hoạt động của NPoS Polkadot trao cho validator quyền biểu quyết như nhau trong giao thức đồng thuận. Cổ phần của những người đề cử (Nominator) được phân phối cho những validator được bầu chọn sao cho càng đồng đều càng tốt.

Hệ thống Polkadot sử dụng các công cụ từ lý thuyết bầu cử (election theory) đến lý thuyết trò chơi (game theory) để tối ưu hóa rời rạc, nhằm phát triển một quy trình bầu chọn hiệu quả mang lại sự đại diện và bảo mật công bằng. Từ đó có thể được áp dụng trong tương lai cho bất kỳ blockchain nào sử dụng NPoS.

5.1 Tính đại diện công bằng

Vào cuối thế kỷ 19, nhà toán học Thụy Điển Lars Edvard Phragmén đã đề xuất một phương pháp để bầu các thành viên vào quốc hội trong nước. Ông nhận thấy rằng những phương pháp bầu cử thời điểm đó có xu hướng nhường tất cả các ghế cho chính đảng phổ biến nhất.

Ngược lại, phương pháp mới của ông đảm bảo rằng số ghế được ấn định cho mỗi đảng tỷ lệ thuận với số phiếu được trao cho họ, vì vậy nó giúp mang lại nhiều sự đại diện hơn cho bên thiểu số.

Cơ chế hoạt động từ phương pháp này của Lars Edvard Phragmén rất phù hợp cho cuộc bình chọn NPoS vì nó đảm bảo rằng bất kỳ nhóm nút nào sẽ không được đại diện quá mức cũng như không được đại diện bởi những validator được bầu chọn tỷ lệ với số tiền đặt cọc.

Đầu vào của quá trình bầu chọn

Hình minh họa này đại diện cho một đầu vào điển hình của quá trình bầu cử, với những người được đề cử ở bên trái có cổ phần khác nhau và được kết nối bằng đường với những ứng cử viên xác nhận ở bên phải mà họ tin tưởng (những validator trong ví dụ này sẽ không có cổ phần, tuy nhiên điều này là ngược lại trong thực tế).

Giả sử chúng ta cần chọn 4 validator. Có thể hiểu thuộc tính đại diện công bằng là bất kỳ người đề cử nào nắm giữ ít nhất một phần nghìn tổng số cổ phần được đảm bảo sẽ có ít nhất một trong những người xác nhận đáng tin cậy của họ được bầu chọn.

Vì tổng số tiền stake là 40 DOTS và một phần tư trong số đó là 10 DOTS, hai người đảm bảo được đề cử đầu tiên sẽ được đại diện bởi validator. Trong hình ảnh bên dưới, chúng ta thấy ba kết quả bình chọn có thể xảy ra: một kết quả vi phạm tính chất đại diện công bằng và hai kết quả đã đạt được điều đó.

Ba kết quả bầu chọn có thể xảy ra

5.2 Tính bảo mật

Nếu một người đề cử nhận được hai hoặc nhiều hơn những người xác thực đáng tin cậy của họ được bầu, hệ thống sẽ phân phối cổ phần của người đó làm sao cho sự ủng hộ của những validator càng cân bằng càng tốt.

Hệ thống muốn gây ra nhiều khó khăn nhất có thể cho nhóm đối thủ trong việc bầu chọn validator và chỉ có thể đạt được điều này nếu nhận được sự ủng hộ đủ cao. Do đó phương thức này sẽ đánh đồng mức độ bảo mật của kết quả với mức ủng hộ tối thiểu của bất kỳ validator được bầu nào.

Đối với hai kết quả bầu chọn sát nhất với tính đại diện công bằng, hệ thống sẽ phân phối cổ phần cho thấy rằng chúng đạt được mức độ bảo mật tương ứng là 6 và 9.

Hai kết quả bầu chọn sát với tính đại diện công bằng

Kết quả bầu chọn ở bên phải đạt được mức độ bảo mật cao hơn và làm tốt hơn việc chia cổ phần của những người đề cử thành sự ủng hộ của những người xác nhận với quy mô gần bằng nhau.

Xem thêm: Tokenomics là gì? Tìm hiểu tầm quan trọng của Tokenomics

6. Ưu điểm của NPoS

NPoS, thừa hưởng lợi thế vốn có của mô hình PoS, hiệu quả hơn nhiều so với Proof-of-Work. Nó khuyến khích mọi nhà đầu tư nắm giữ token tham gia bầu chọn Validator, tăng tính dân chủ và phi tập trung.

Số lượng Nominator có thể ngày một gia tăng để đảm bảo an ninh cho mạng, nhưng số lượng Validator được giữ nguyên, từ đó vẫn giữ được tính ổn định của mạng.

Ngoài ra, vì thưởng phạt công minh, mô hình của NPoS buộc các Nominator lựa chọn những Validator có lợi với hệ thống nhất. Do đó, mục tiêu của quy trình bầu chọn NPoS là cung cấp kết quả đạt được sự đại diện công bằng và mức độ bảo mật càng cao càng tốt.

Hơn nữa, với mô hình trên, tỷ trọng token stake trên một validator sẽ lớn hơn bất kì validator đơn lẻ nào ở mô hình PoS truyền thống, khiến cho việc tấn công mạng cực kỳ khó khăn bởi 2 lý do chính:

• Các ứng viên Validator không tốt sẽ khó được bầu chọn vì họ cần xây dựng danh tiếng mới có thể được bầu
• Việc tấn công mạng sẽ cực kỳ tốn kém vì mọi nỗ lực tấn công sẽ dẫn đến việc một phần token trong pool sẽ bị hủy

Mạng lưới sử dụng NPoS có thể tăng nominator để cải thiện an ninh

7. Ứng dụng của NPoS

Thuật toán đồng thuận bằng chứng cổ phần được đề cử được sử dụng bởi nhiều dự án blockchain khác nhau, bao gồm EOS, Polkadot và Cosmos. Các dự án này đều đã triển khai NPoS theo những cách khác nhau, nhưng tất cả đều có chung mục tiêu là cải thiện thuật toán Nominated Proof-of-Stake hiện có.

Hiện NPoS được sử dụng phổ biến ở những blockchain xây dựng trên Substrate Framework, trong đó có BHO Network. Với NPoS, BHO Network hướng tới xây dựng một mạng lưới bảo mật tốt, tính phi tập trung cao, và hơn hết là có khả năng mở rộng mạnh mẽ.

Những bài viết liên quan:

• Sàn CEX là gì? Tìm hiểu chi tiết về sàn giao dịch tập trung CEX
• GameFi-Fun là gì? Xu hướng mới cho dòng Game Blockchain

Như vậy là bài viết trên đã giải đáp NPoS là gì và cơ chế hoạt động của thuật toán Nominated Proof-of-Stake trong nền tảng Polkadot. Hy vọng rằng các bạn độc giả đã có thêm được nhiều kiến thức bổ ích. Đừng quên theo dõi BHO Network để tiếp tục cập nhật những thông tin mới nhất liên quan đến thị trường crypto!