Bài giảng An toàn an ninh thông tin - Chương 9: Blockchain - Bùi Trọng Tùng

 04/06/2020
 BÀI 9.
 BLOCKCHAIN
 Bùi Trọng Tùng,
 Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông,
 Đại học Bách khoa Hà Nội
 1
1
 Nội dung
 • Giới thiệu về Bitcoin và blockchain
 • Ethereum và smart contract
 • Tranh luận về blockchain
 2
 1
2
 04/06/2020
 Tiền điện tử
 • Khái niệm “tiền điện tử” – “ecash” được giới thiệu lần đầu 
 tiên bởi David Chaum năm 1983 trong bài báo “Blind 
 Signatures For Untraceable Payments”
 • Các yêu cầu chính đối với tiền điện tử:
 Ẩn danh: Che giấu danh tính của người dùng
 Xác thực: Được chứng thực là có giá trị
 Chống phát lại: Không thể chi tiêu lần thứ 2
 • Vì nhiều lý do khác nhau, phần lớn các đồng tiền điện tử 
 chưa được chính phủ các nước thừa nhận hoặc chưa 
 phổ biến trong thanh toán điện tử
 • Các hình thức thanh toán điện tử phổ biến hiện nay:
 POS – Point of Sale Phải liên kết với một tài 
 Internet banking khoản ngân hàng Mô 
 Ví điện tử: Paypal, Momo, Zalopay,  hình tập trung
 3
3
 Bitcoin
 • Bitcoin là đồng tiền điện tử được sáng lập bởi Nakamoto 
 vào năm 2009 với mục tiêu tạo ra đồng tiền không bị phụ 
 thuộc quản lý, điều hành của bất kỳ tổ chức nào
 • Bitcoin tăng giá mạnh từ năm 2011, đạt đỉnh vào năm 
 2017 (1₿ = 19.666$)
 • Kèm theo đó là hàng loạt bê bối:
 Năm 2010, lỗ hổng bị khai thác dẫn đến 184 tỉ ₿ được sinh ra.
 Năm 2013, chợ đen SilkRoad sử dụng bitcoin để thanh toán bị triệt 
 phá
 Năm 2014, sàn giao dịch bitcoin lớn nhất Mt.Gox tuyên bố phá sản
 Liên tục bị cáo buộc gắn với các hoạt động rửa tiền
 4
 2
4
 04/06/2020
 Bitcoin
 • Bitcoin thay thế được hệ thống ngân hàng nếu có 
 thể giải quyết các bài toán cơ bản sau:
 Thực hiện các giao dịch tiền tệ
 Quản lý định danh: Đồng tiền thuộc về ai? Ai thực hiện 
 giao dịch?
 Chống lại hành vi tiêu lại số tiền đã tiêu
 • Làm cách nào giải quyết các vấn đề trên bằng 
 công cụ mật mã học?
 • Chúng ta cùng thiết kế hệ thống Bitcoin để giải 
 quyết các vấn đề trên
 5
5
 Định danh người dùng
 • Vấn đề: Cung cấp định danh “mật mã” cho người 
 dùng như thế nào?
 Không thể làm giả định danh
 Định danh được chứng thực bởi bên thứ 3 tin cậy
 Chống từ chối
 • Giải quyết:
 6
 3
6
 04/06/2020
 Thực hiện giao dịch
 • Nội dung giao dịch: Alice chuyển 10₿ cho Bob
 • Vấn đề 1: Làm cách nào xác thực được giao dịch 
 do Alice thực hiện?
 Giải quyết
 • Vấn đề 2: Alice có thể tiêu một số tiều nhiều lần 
 (aka. tiêu bao nhiêu tiền là tùy ý)
  Giải quyết
 • Vấn đề 3: Kiểm tra tính tin cậy của giao dịch
 7
7
 Bitcoin
 • Sử dụng thuật toán Elliptic Curve Digital Signature
 Algorithm 
 • Mỗi tài khoản người dùng có 1 cặp khóa
 Khóa cá nhân(KR): 32 byte
 Khóa công khai(KU): 65 byte
 • Địa chỉ giao dịch:
 Bước 1: Băm khóa công khai: RIPEMD-160(SHA-256(KU))
 Bước 2: Thêm checksum
 Bước 3: Biểu diễn bằng mã Base58
 8
 4
8
 04/06/2020
 Blockchain
 • Chuỗi các giao dịch sử dụng các giá trị băm để 
 kiểm tra toàn vẹn
 • Mỗi giao dịch chữa mã băm của giao dịch trước
 • Nhận xét: Khi mã băm trong một giao dịch được 
 xác định là đáng tin cậy thì có thể kiểm tra tính 
 toàn vẹn của mọi giao dịch trước đó.
 • Cải thiện hiệu năng: mỗi khối chứa thông tin của 
 nhiều giao dịch.
 Lưu trữ và kiểm tra mã băm của mỗi giao dịch: cây 
 Merkle
 9
9
 Cây Merkle
 10
 5
10
 04/06/2020
 Blockchain trong Bitcoin
 11
11
 Xây dựng sổ cái
 • Mô hình: P2P
 • Mọi nút lưu trữ toàn bộ blockchain
 • Một nút muốn tạo giao dịch cần quảng bá giao 
 dịch tới mọi nút khác
 • Mỗi nút kiểm tra giao dịch nhận được và tạo khối 
 mới để thêm vào chuỗi
 • Vấn đề 1: Có những nút không nhận được giao 
 dịch
 • Vấn đề 2: Có những nút gian lận
 Sử dụng giao thức đồng thuận (consensus 
 protocol)
 12
 6
12
 04/06/2020
 Giao thức đồng thuận
 • Các giao dịch mới được phát quảng bá tới mọi nút
 • Mỗi nút tập hợp một số giao dịch mới vào trong một
 block
 • Trong mỗi vòng, một nút ngẫu nhiên phải phát quảng
 bá block mà nó tạo ra
 • Các nút khác chấp nhận block nếu mọi giao dịch trong 
 block này là hợp lệ (chưa được tiêu, chữ ký hợp lệ)
 • Các nút thể hiện việc chấp nhận block này bằng cách
 thêm mã băm của block này trong block tiếp theo mà 
 chúng tạo ra. 
 13
13
 Chi tiêu 2 lần
 • Double-spend attack
 14
 7
14
 04/06/2020
 Giao thức đồng thuận
 • Gian lận chi tiêu 2 lần (và một số tình huống tương tự) có 
 thể dẫn đến chia nhánh trong blockchain
 Một nhánh dừng phát triển khi giao dịch gian lận trong nhánh đó bị 
 phát hiện
 • Vấn đề: Nhánh nào được chấp thuận?
 • Giải quyết:
 • Vấn đề: Giao thức đồng thuận sụp đổ nếu ai đó nắm 
 được quyền điều khiển >50% số nút trong mạng (Sybil 
 attack)
 • Vấn đề: Làm cách nào để biết rằng nút được chọn hành 
 xử trung thực?
 • Giải quyết:
 15
15
 Tự bảo vệ trước gian lận chi tiêu 2 lần
 • Đợi cho đến khi khối chứa giao dịch được chấp nhận qua 
 n lần(Bitcoin chấp thuận n = 6)
 16
 8
16
 04/06/2020
 PoW - Chọn nút tạo block
 • Ý tưởng: Yêu cầu các nút thực hiện một công 
 việc nào đó. Nếu nút nào hoàn thành xong trước, 
 nút đó được quyền tạo block.
 Thực hiện công việc: tốn nhiều thời gian + tài nguyên
 Kiểm tra kết quả: dễ dàng
 • Bitcoin: tìm một số sao cho giá trị băm của số đó 
 bắt đầu bằng N bit 0
  N: Độ khó của bài toán
 Thực hiện công việc: băm 2N giá trị
 Kiểm tra kết quả: băm 1 lần
 17
17
 PoW - Chọn nút tạo block
 • PoW khiến cho nút gian lận phải tốn rất nhiều chi 
 phí để giả mạo giao dịch
 • Nhưng đồng thời, không nút nào giải bài toán nếu 
 không có lợi ích
 • Bitcoin: phần thưởng cho nút tạo được block
 Cố định: hiện tại là 12.5₿/ 1 block. Giảm một nửa sau 
 mỗi 4 năm.
 Phí giao dịch: tùy thuộc người thực hiện giao dịch
 “đào coin”
 Phần thường chỉ được chi trả khi nhánh đó được chấp 
 nhận
 18
 9
18
 04/06/2020
 Một số vấn đề khác
 • Lan truyền thông tin trong mạng P2P tiêu tốn rất nhiều 
 băng thông
 • Giao dịch rác
 • Khi chi phí đào > phần thưởng, Bitcoin sẽ dừng hoạt động
 • Bitcoin có thực sự ẩn danh?
 19
19
 Tranh cãi liên quan đến bitcoin
 • Sử dụng cho các hoạt động tội phạm
 • Tiêu tốn năng lượng
 • Rủi ro tài chính
 20
 10
20
 04/06/2020
 Etherium và smart contract
 • Bitcoin giới hiệu khái niệm về “blockchain” ứng dụng cho 
 giao dịch tiền tệ
 Sử dụng ngôn ngữ script với tập lệnh và cú pháp hạn chế
 • Thực tế blockchain có tiềm năng lớn hơn
 Nội dung block có thể chứa các đoạn mã thực thi
 • Năm 2015, đồng tiền Ethereum ra đời
 Ứng dụng blockchain xây dựng hợp đồng thông minh (smart 
 contract) blockchain 2.0
 Khái niệm “smart contract” được giới thiệu năm 1994: bản thỏa 
 thuận giữa các bên với các điều khoản được thực hiện tự động bởi 
 chương trình máy tính.
 21
21
 Một ví dụ về hợp đồng thông minh
 22
 11
22
 04/06/2020
 Ethereum
 • Hợp đồng thông minh được xây dựng bằng các ngôn ngữ 
 kịch bản giống Javascript
 • Thực thi hợp đồng thông minh trong máy ảo EVM để tạo 
 thành EVM bytecode
 • EVM bytecode được gửi lên mạng Ethereum để chờ đưa 
 vào blockchain. Để hợp đồng được xử lý và công nhận, 
 người dùng phải trả phí bằng gas.
 • Hệ thống Ethereum từng xuất hiện lỗ hổng dẫn đến 50 
 triệu $ bị đánh cắp
 Tấn công tái sinh (reentrancy attack)
 Sự kiện dẫn đến sự phân tách thành Ethereum và Ethereum 
 Classic
 23
23
 Vấn đề của smart contract
 • Smart contract được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình 
 có thể xuất hiện rất nhiều lỗ hổng trong smart contract
 • https://consensys.github.io/smart-contract-best-
 practices/known_attacks/
 24
 12
24
 04/06/2020
 Thảo luận
 25
25
 13