SMR thập niên 1980: gốc rễ ít ai nhắc của blockchain

Giới nghiên cứu công nghệ blockchain đang quay lại truy nguồn gốc của khái niệm nhân bản máy trạng thái (state machine replication - SMR). Theo giải thích mới được lan truyền, cơ chế đồng thuận phân tán từng gây chú ý sau khi Bitcoin(BTC) ra đời không phải phát minh đột ngột, mà là phần tiếp nối của các nghiên cứu hệ thống phân tán từ thập niên 1980-1990.

Andreessen Horowitz (a16z) công bố đoạn đối thoại trong loạt video “First Principles” ngày 19 tháng 6, với sự tham gia của Barbara Liskov, giáo sư Viện MIT, cùng Tim Roughgarden, người phụ trách mảng nghiên cứu crypto tại a16z, và Ittai Abraham, đối tác nghiên cứu tại a16z. Cùng nội dung này sau đó được đăng lại trên Apple Podcasts trong chương trình “The a16z Show”, tập 1144, thời lượng 37 phút, vào ngày 13 tháng 7.

Trọng tâm cuộc trò chuyện là cách nhìn blockchain như một dạng “SMR chạy trong môi trường hoang dã”. Về bản chất, SMR là cơ chế để nhiều máy tính cùng thực thi một chuỗi lệnh theo đúng thứ tự, từ đó vận hành như một dịch vụ thống nhất. Trong blockchain, bài toán này gắn liền với ghi chép giao dịch, vai trò của các trình xác thực và quy trình đồng thuận.

Hành trình nghiên cứu của Liskov chính là điểm khởi đầu cho câu chuyện này. MIT CSAIL giới thiệu bà là người thiết kế và xây dựng ngôn ngữ CLU hỗ trợ trừu tượng hóa dữ liệu, cùng ngôn ngữ bậc cao Argus phục vụ lập trình phân tán. Hiện bà vẫn tiếp tục nghiên cứu các hệ thống lưu trữ có khả năng chống lỗi Byzantine.

Video của a16z chỉ ra mạch phát triển đi từ CLU, Argus sang cơ chế nhân bản Viewstamped Replication, rồi đến thuật toán chống lỗi Byzantine thực dụng (Practical Byzantine Fault Tolerance - PBFT). PBFT là nhóm thuật toán được thiết kế để hệ thống vẫn duy trì hoạt động dù một số máy chủ nhân bản trả về phản hồi sai hoặc hành xử ác ý.

Trang tài liệu về PBFT của Microsoft($MSFT) Research, công bố tháng 6 năm 1999, mô tả PBFT là thuật toán SMR chống lỗi Byzantine, hoạt động được cả trong môi trường Internet bất đồng bộ. Tài liệu này cho biết cơ chế trên nhanh hơn các hệ thống trước đó ít nhất một bậc độ lớn.

Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST) cũng đặt SMR trong bối cảnh tương tự khi liên hệ với blockchain và sổ cái phân tán. Bản dự thảo NIST IR 8460 định nghĩa SMR là bài toán để các tiến trình không tin tưởng lẫn nhau vẫn đạt đồng thuận khi thực thi lệnh từ client, qua đó mô phỏng một dịch vụ trung tâm theo cách phân tán và chống lỗi. Tài liệu này nêu rõ nghiên cứu SMR khởi đầu từ thập niên 1980, nhưng chỉ thực sự được quan tâm rộng rãi sau khi Bitcoin xuất hiện.

Câu hỏi đặt ra không phải là liệu blockchain có “phát minh” ra SMR hay không. Viewstamped Replication và PBFT đã được hình thành thành lý thuyết từ trước khi blockchain ra đời. Blockchain gần như chỉ đưa mạch nghiên cứu này vào một môi trường mới: mạng lưới công khai, không cần cấp phép, kết hợp với động lực kinh tế.

Trong cộng đồng lập trình viên, tranh luận theo hướng phân định ranh giới tương tự cũng lặp lại nhiều lần. Một số ý kiến cho rằng SMR và PBFT vốn là nghiên cứu có trước blockchain. Ở chiều ngược lại, có quan điểm nhấn mạnh việc Bitcoin hiện thực hóa đồng thuận phân tán không cần cấp phép trên một mạng lưới thực tế là một đóng góp riêng, cần được ghi nhận độc lập.

Cuộc trò chuyện lần này thiên về nội dung mang tính giáo dục, giải thích cội nguồn công nghệ blockchain, hơn là bàn về giá hay các vấn đề liên quan đến sàn giao dịch. Hiện chưa ghi nhận phản ứng trực tiếp nào từ thị trường.

Nguồn tham khảo đã kiểm chứng: bài gốc của Andreessen Horowitz, giới thiệu loạt First Principles, MIT CSAIL, Microsoft Research, NIST, Apple Podcasts.