Buổi 2 - Các Nguyên lý Mật mã học trong Blockchain

Mục tiêu

Kết thúc buổi học, sinh viên sẽ nắm vững:

• Hàm băm Mật mã: Cách tạo ra “vân tay số” và vai trò của nó.
• Mật mã hóa Khóa công khai: Cách tạo ra danh tính và sở hữu tài sản số.
• Chữ ký số: Cách xác thực giao dịch mà không cần trung gian.
• Cây Merkle: Cách Blockchain quản lý hàng ngàn giao dịch một cách hiệu quả.

1. Hàm băm — “Vân tay” của Dữ liệu

Hãy tưởng tượng hàm băm như một chiếc máy xay ma thuật:

• Bạn có thể cho bất cứ thứ gì vào: một chữ cái, một cuốn sách, một bộ phim…
• Đầu ra (kết quả băm) luôn là một chuỗi ký tự có độ dài không đổi.
• Không thể từ “bột” xay ra mà ráp lại thành vật thể ban đầu.

Minh họa — SHA-256

// Đầu vào 1
Input:  "Xin chao the gioi"
Output: 29b0e219...18d91f42

// Chỉ thay đổi 1 ký tự 'X' -> 'x'
Input:  "xin chao the gioi"
Output: 99933390...6044702d  // Kết quả khác biệt 100%!

Đặc tính VÀNG của Hàm băm

1. Tính đơn định (Deterministic)

• Một đầu vào luôn tạo ra cùng một kết quả đầu ra.
• hash("Syllabus") hôm nay hay 10 năm sau vẫn cho ra cùng một chuỗi hash.

2. Tính một chiều (One-Way / Pre-image Resistance)

• Rất dễ để tính Y = hash(X).
• Nhưng gần như không thể tìm ra X nếu chỉ biết Y.

3. Tính kháng va chạm (Collision Resistance)

• Cực kỳ khó để tìm ra hai đầu vào khác nhau X và Z sao cho hash(X) = hash(Z).
• Với SHA-256, xác suất này nhỏ hơn cả việc trúng số độc đắc nhiều lần liên tiếp.

Ứng dụng — Tạo ra “Chuỗi”

Hàm băm chính là “chất keo” mật mã học gắn kết toàn bộ lịch sử của Blockchain. Mỗi khối chứa hash của chính nó và hash của khối trước, tạo ra liên kết bất biến:

Đây là cách các khối được liên kết với nhau một cách bất biến.

2. Mật mã Khóa công khai — Danh tính Số

Vấn đề: Làm sao để giao tiếp an toàn và xác định danh tính trên một mạng lưới công cộng và không tin cậy?

Giải pháp: Sử dụng cặp khóa Public Key / Private Key.

Ví von về Hòm thư & Chìa khóa

Trông chúng như thế nào?

// Một Khóa Riêng tư (dạng Hexadecimal, 256-bit)
Private Key:
8e3c...b733

        ↓ (Thuật toán ECC) ↓

// Địa chỉ Ethereum tương ứng (tạo từ Khóa Công khai)
Address:
0x71C7...A18e

Cảnh báo An ninh Tối quan trọng

3. Chữ ký số — Dấu ấn Không thể Chối cãi

Vấn đề: Làm sao mạng lưới biết một giao dịch là hợp lệ và thực sự đến từ bạn?

Chữ ký số cung cấp hai bằng chứng sắt đá:

• Tính xác thực (Authenticity): Giao dịch được tạo bởi chủ nhân của khóa riêng tư.
• Tính toàn vẹn (Integrity): Giao dịch không hề bị chỉnh sửa.

Quy trình ký và xác nhận

So sánh các chức năng mật mã

4. Cây Merkle — Tối ưu hóa Hiệu suất

Vấn đề: Một khối có thể chứa hàng ngàn giao dịch. Làm sao một ví điện thoại (light client) có thể xác minh giao dịch của mình mà không cần tải về cả khối (hàng Megabyte dữ liệu)?

Giải pháp: Cây Merkle cho phép tóm tắt toàn bộ giao dịch trong khối thành một chuỗi hash duy nhất (Merkle Root).

Cấu trúc Cây Merkle

Merkle Proof — Xác minh tối giản

Để chứng minh Giao dịch A có trong khối, bạn không cần cả cây. Bạn chỉ cần:

Tổng kết — Cả 4 thành phần hoạt động cùng nhau

50 Câu Trắc nghiệm

Phần 1 — Hàm băm

Câu 1. Hàm băm mật mã là gì?

• A. Một thuật toán mã hóa dữ liệu có thể giải mã được
• B. Một hàm nhận đầu vào bất kỳ và tạo ra đầu ra có độ dài cố định, không thể đảo ngược
• C. Một cách lưu trữ khóa riêng tư an toàn
• D. Một phương pháp truyền dữ liệu giữa các node

Câu 2. “Hiệu ứng thác đổ” (Avalanche Effect) trong hàm băm có nghĩa là gì?

• A. Khi đầu vào tăng kích thước, đầu ra cũng tăng theo
• B. Thay đổi nhỏ ở đầu vào tạo ra thay đổi hoàn toàn ở đầu ra
• C. Nhiều đầu vào có thể cho ra cùng một đầu ra
• D. Hàm băm chạy chậm hơn khi dữ liệu lớn

Câu 3. Thuật toán hàm băm nào được Bitcoin sử dụng chủ yếu?

• A. MD5
• B. SHA-1
• C. SHA-256
• D. SHA-512

Câu 4. Tính chất nào của hàm băm đảm bảo cùng một đầu vào luôn cho ra cùng một đầu ra?

• A. Tính kháng va chạm
• B. Tính một chiều
• C. Tính đơn định
• D. Hiệu ứng thác đổ

Câu 5. Tính “một chiều” (One-Way) của hàm băm có nghĩa là:

• A. Chỉ có thể băm dữ liệu theo một hướng duy nhất trong mạng
• B. Dễ tính Y = hash(X), nhưng gần như không thể tìm ra X khi chỉ biết Y
• C. Mỗi dữ liệu chỉ được băm một lần duy nhất
• D. Hàm băm chỉ xử lý được văn bản một chiều

Câu 6. Tại sao tính kháng va chạm (Collision Resistance) quan trọng trong Blockchain?

• A. Giúp tăng tốc độ xử lý giao dịch
• B. Ngăn kẻ gian tạo khối giả mạo có cùng hash với khối thật
• C. Cho phép nhiều node đồng bộ dữ liệu nhanh hơn
• D. Giảm kích thước dữ liệu cần lưu trữ

Câu 7. Điều gì xảy ra nếu một khối trong Blockchain bị chỉnh sửa?

• A. Chỉ khối đó bị thay đổi hash, không ảnh hưởng các khối sau
• B. Hash của khối đó thay đổi, làm mất liên kết với tất cả các khối tiếp theo
• C. Mạng lưới tự động sửa lỗi và khôi phục khối gốc
• D. Không có gì xảy ra nếu thay đổi nhỏ

Câu 8. Vai trò của hàm băm trong việc tạo ra “chuỗi” trong Blockchain là gì?

• A. Mã hóa nội dung giao dịch để bảo mật
• B. Kết nối các khối lại với nhau bằng cách mỗi khối chứa hash của khối trước
• C. Tạo địa chỉ ví cho người dùng
• D. Xác thực chữ ký số của giao dịch

Câu 9. Với SHA-256, xác suất tìm ra va chạm được so sánh với:

• A. Xác suất bị sét đánh trong đời người
• B. Xác suất trúng số độc đắc nhiều lần liên tiếp
• C. Xác suất tung đồng xu 256 lần liên tiếp ra mặt ngửa
• D. Xác suất chọn đúng một hạt cát trong sa mạc

Câu 10. Tại sao tính đơn định của hàm băm quan trọng trong mạng Blockchain phân tán?

• A. Giúp tiết kiệm băng thông mạng
• B. Cho phép mọi node độc lập xác minh và ra cùng kết quả với cùng dữ liệu
• C. Ngăn chặn các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DDoS)
• D. Tăng tốc độ đồng thuận giữa các node

Phần 2 — Mật mã Khóa công khai

Câu 11. Trong mật mã khóa công khai, Khóa Công khai (Public Key) đóng vai trò gì?

• A. Dùng để ký giao dịch, chứng minh quyền sở hữu
• B. Giống như địa chỉ hòm thư — ai cũng có thể biết và gửi tài sản đến đó
• C. Dùng để giải mã thông điệp bí mật
• D. Chỉ được dùng nội bộ, không chia sẻ ra ngoài

Câu 12. Khóa Riêng tư (Private Key) trong Blockchain có đặc điểm nào sau đây?

• A. Có thể chia sẻ công khai để mọi người xác minh giao dịch
• B. Được lưu trữ trên blockchain để minh bạch
• C. Chỉ chủ sở hữu giữ; ai có khóa này có toàn quyền với tài sản
• D. Có thể được khôi phục từ Khóa Công khai nếu bị mất

Câu 13. Thuật toán nào được nhắc đến trong bài để tạo ra địa chỉ Ethereum từ Khóa Riêng tư?

• A. RSA
• B. AES
• C. ECC (Elliptic Curve Cryptography)
• D. DES

Câu 14. Mối quan hệ giữa Khóa Riêng tư và địa chỉ ví là:

• A. Hai chiều — có thể suy ra khóa riêng tư từ địa chỉ ví
• B. Một chiều — chỉ có thể từ khóa riêng tư tạo ra địa chỉ, không thể ngược lại
• C. Không liên quan — chúng được tạo độc lập nhau
• D. Phụ thuộc vào blockchain đang dùng

Câu 15. Câu thần chú “Not Your Keys, Not Your Coins” có nghĩa thực tế là gì?

• A. Bạn nên đổi khóa ví thường xuyên để bảo mật
• B. Nếu khóa riêng tư không do bạn nắm giữ (ví dụ: lưu trên sàn), bạn không thực sự sở hữu tài sản đó
• C. Chỉ những người có nhiều coin mới cần giữ khóa riêng
• D. Mọi giao dịch cần xác nhận bằng khóa công khai

Câu 16. Điều gì xảy ra nếu khóa riêng tư bị lộ?

• A. Người dùng có thể yêu cầu sàn giao dịch khóa tài khoản để bảo vệ
• B. Ngân hàng trung ương can thiệp để đóng băng tài sản
• C. Kẻ tấn công có toàn quyền truy cập và lấy đi toàn bộ tài sản, không có cách nào phục hồi
• D. Chữ ký số tự động vô hiệu hóa các giao dịch trái phép

Câu 17. Khóa Riêng tư trong ví Ethereum thường có định dạng nào?

• A. Chuỗi 12 hoặc 24 từ tiếng Anh (seed phrase)
• B. Chuỗi 256-bit dưới dạng Hexadecimal
• C. Địa chỉ email mã hóa
• D. Số điện thoại kết hợp với mã PIN

Câu 18. Tại sao mật mã khóa công khai giải quyết được vấn đề giao tiếp trên mạng không tin cậy?

• A. Vì nó mã hóa toàn bộ lưu lượng mạng
• B. Vì nó cho phép xác định danh tính và giao tiếp an toàn mà không cần tin tưởng vào bên thứ ba
• C. Vì nó yêu cầu tất cả các bên phải biết nhau trước
• D. Vì nó sử dụng máy chủ trung tâm để xác thực

Phần 3 — Chữ ký số

Câu 19. Chữ ký số cung cấp những bằng chứng nào?

• A. Tính bí mật và tính sẵn sàng
• B. Tính xác thực (Authenticity) và tính toàn vẹn (Integrity)
• C. Tính phân tán và tính đồng thuận
• D. Tính nhanh và tính tiết kiệm chi phí

Câu 20. Trong quy trình chữ ký số, ai sử dụng khóa nào?

• A. Người gửi dùng khóa công khai để ký; người nhận dùng khóa riêng tư để xác minh
• B. Người gửi dùng khóa riêng tư để ký; người nhận/mạng lưới dùng khóa công khai để xác minh
• C. Cả hai bên đều dùng cùng một khóa bí mật chia sẻ
• D. Không cần khóa — chữ ký số chỉ dựa vào hàm băm

Câu 21. “Tính toàn vẹn” (Integrity) mà chữ ký số đảm bảo có nghĩa là:

• A. Giao dịch được xử lý trong thời gian nhất định
• B. Không ai có thể chỉnh sửa nội dung giao dịch sau khi nó đã được ký mà không bị phát hiện
• C. Mọi node đều lưu trữ bản sao đầy đủ của giao dịch
• D. Người gửi không thể từ chối đã thực hiện giao dịch

Câu 22. “Tính xác thực” (Authenticity) mà chữ ký số đảm bảo có nghĩa là:

• A. Giao dịch được tạo bởi chủ nhân thực sự của khóa riêng tư tương ứng
• B. Giao dịch đã được xác nhận bởi ít nhất 6 khối
• C. Nội dung giao dịch được mã hóa hoàn toàn
• D. Phí giao dịch đã được thanh toán đủ

Câu 23. Điểm khác biệt chính giữa Ký số (Signing) và Mã hóa (Encryption) là gì?

• A. Ký số nhanh hơn mã hóa
• B. Ký số dùng khóa riêng tư để xác thực; mã hóa dùng khóa công khai để bảo vệ bí mật nội dung
• C. Mã hóa an toàn hơn ký số
• D. Chúng giống nhau hoàn toàn, chỉ khác tên gọi

Câu 24. Điểm khác biệt chính giữa Băm (Hashing) và Ký số (Signing) là gì?

• A. Băm cần khóa; ký số không cần
• B. Băm tạo “vân tay số” không cần khóa; ký số tạo “chữ ký” dùng khóa riêng tư để xác thực danh tính
• C. Cả hai đều tạo ra cùng loại đầu ra
• D. Ký số chỉ dùng được với dữ liệu nhỏ hơn 1MB

Câu 25. Tại sao Blockchain không cần bên thứ ba (như ngân hàng) để xác thực giao dịch?

• A. Vì tất cả giao dịch đều miễn phí
• B. Vì chữ ký số và mật mã khóa công khai cho phép mạng lưới tự xác thực giao dịch một cách toán học
• C. Vì tất cả người dùng đều quen biết nhau
• D. Vì chính phủ đảm bảo tính hợp lệ của các giao dịch

Câu 26. Nếu nội dung một giao dịch bị chỉnh sửa sau khi đã ký, điều gì xảy ra khi xác minh?

• A. Chữ ký vẫn hợp lệ nếu thay đổi nhỏ
• B. Chữ ký sẽ không còn hợp lệ — xác minh thất bại, giao dịch bị từ chối
• C. Cần ký lại với cùng khóa riêng tư để cập nhật
• D. Mạng lưới tự động sửa nội dung về bản gốc

Câu 27. Trong ví dụ Bob và Alice, sau khi Alice nhận được Signed Message, Alice làm gì để xác minh?

• A. Dùng Private Key của Alice để giải mã
• B. Dùng Public Key của Bob để xác minh chữ ký
• C. Liên hệ Bob trực tiếp để xác nhận
• D. Dùng Private Key của Bob (được Bob chia sẻ trước)

Phần 4 — Cây Merkle

Câu 28. Cây Merkle giải quyết vấn đề gì trong Blockchain?

• A. Tăng tốc độ khai thác (mining) của các miner
• B. Cho phép xác minh giao dịch hiệu quả mà không cần tải toàn bộ dữ liệu khối
• C. Bảo vệ khóa riêng tư của người dùng
• D. Kết nối các blockchain khác nhau lại với nhau

Câu 29. Merkle Root là gì?

• A. Khóa riêng tư của người tạo khối
• B. Hash đầu tiên trong chuỗi Blockchain
• C. Một chuỗi hash duy nhất tóm tắt toàn bộ giao dịch trong một khối
• D. Địa chỉ của node đầu tiên trong mạng lưới

Câu 30. Cây Merkle được xây dựng như thế nào?

• A. Băm tất cả giao dịch lại cùng một lúc thành một hash duy nhất
• B. Băm từng cặp giao dịch, rồi băm tiếp các hash đó theo từng cặp, cho đến khi còn một hash gốc (root)
• C. Sắp xếp giao dịch theo thời gian và lấy hash của giao dịch cuối cùng
• D. Chọn ngẫu nhiên một giao dịch và băm nó làm đại diện

Câu 31. Để chứng minh Giao dịch A có trong khối (với cây gồm A, B, C, D), cần những thông tin nào?

• A. Toàn bộ nội dung của tất cả giao dịch A, B, C, D
• B. Chỉ cần HB, H_CD và Merkle Root
• C. Chỉ cần Private Key của người gửi giao dịch A
• D. Toàn bộ cây Merkle từ gốc đến lá

Câu 32. “Light client” trong Blockchain là gì và tại sao họ hưởng lợi từ Cây Merkle?

• A. Node đặc biệt có quyền tạo khối mới
• B. Ví hoặc ứng dụng không lưu toàn bộ blockchain, cần xác minh giao dịch với dữ liệu tối thiểu
• C. Miner dùng phần cứng yếu hơn
• D. Node chỉ phục vụ các giao dịch nhỏ hơn 1 ETH

Câu 33. Nếu Giao dịch B trong một khối bị giả mạo, điều gì xảy ra với Cây Merkle?

• A. Chỉ hash của giao dịch B thay đổi, Merkle Root không bị ảnh hưởng
• B. Hash của B thay đổi → H_AB thay đổi → Merkle Root thay đổi → bị phát hiện ngay
• C. Cây Merkle tự sửa lỗi và khôi phục giao dịch B gốc
• D. Chỉ các node biết về giao dịch B mới phát hiện được

Câu 34. Cây Merkle có cấu trúc dữ liệu dạng gì?

• A. Danh sách liên kết (Linked List)
• B. Cây nhị phân (Binary Tree)
• C. Đồ thị có hướng (Directed Graph)
• D. Bảng băm (Hash Table)

Câu 35. Với 1024 giao dịch trong một khối, cần bao nhiêu hash để thực hiện Merkle Proof cho một giao dịch?

• A. 1024 hash
• B. 512 hash
• C. 10 hash (log₂ 1024)
• D. 1 hash (Merkle Root)

Phần 5 — Tổng hợp và So sánh

Câu 36. Thứ tự đúng của quy trình hoàn chỉnh từ giao dịch đến khối được ghi vào chuỗi là:

• A. Băm giao dịch → Ký bằng Private Key → Tạo Merkle Root → Liên kết khối
• B. Ký bằng Private Key → Đưa vào khối → Tạo Merkle Root → Liên kết khối bằng hash trước
• C. Tạo Merkle Root → Ký bằng Private Key → Liên kết khối → Băm giao dịch
• D. Liên kết khối → Tạo Merkle Root → Ký bằng Private Key → Băm giao dịch

Câu 37. Công cụ mật mã nào là “chất keo” gắn kết các khối trong Blockchain?

• A. Chữ ký số ECDSA
• B. Mã hóa AES
• C. Hàm băm SHA-256
• D. Giao thức TLS

Câu 38. Trong 4 thành phần mật mã học của bài, thành phần nào tạo ra “danh tính số” cho người dùng?

• A. Hàm băm
• B. Mật mã khóa công khai (cặp Public/Private Key)
• C. Chữ ký số
• D. Cây Merkle

Câu 39. Thành phần nào cho phép xác thực “ai là người gửi” mà không cần bên thứ ba?

• A. Hàm băm
• B. Cây Merkle
• C. Chữ ký số
• D. Merkle Root

Câu 40. Thành phần nào giúp ví điện thoại (thiết bị yếu) có thể tương tác an toàn với Blockchain?

• A. Hàm băm SHA-256
• B. Thuật toán ECC
• C. Chữ ký số ECDSA
• D. Cây Merkle và Merkle Proof

Câu 41. Đặc tính nào của hàm băm đảm bảo không ai có thể suy ngược từ Merkle Root để đọc nội dung giao dịch?

• A. Tính đơn định
• B. Tính kháng va chạm
• C. Tính một chiều (Pre-image Resistance)
• D. Hiệu ứng thác đổ

Câu 42. Nếu muốn gửi Bitcoin cho ai đó, bạn cần thông tin gì của họ?

• A. Khóa riêng tư của họ
• B. Chữ ký số của họ
• C. Khóa công khai / địa chỉ ví của họ
• D. Seed phrase (cụm từ khôi phục) của họ

Câu 43. Tại sao thay đổi nội dung một giao dịch đã được đưa vào blockchain là gần như bất khả thi?

• A. Vì giao dịch được mã hóa bằng AES-256
• B. Vì thay đổi một giao dịch làm thay đổi Merkle Root → thay đổi hash khối → phá vỡ liên kết với tất cả khối tiếp theo → cần tính lại toàn bộ
• C. Vì chữ ký số tự động khóa giao dịch sau 10 phút
• D. Vì chỉ có Satoshi Nakamoto mới có thể chỉnh sửa blockchain

Câu 44. Hàm băm, Chữ ký số, và Cây Merkle cùng nhau đảm bảo thuộc tính nào của Blockchain?

• A. Tốc độ xử lý cao
• B. Tính bất biến (Immutability) và tính toàn vẹn của dữ liệu
• C. Chi phí giao dịch thấp
• D. Khả năng mở rộng không giới hạn

Câu 45. Trong bảng so sánh của bài, “Mã hóa (Encryption)” có kết quả đầu ra là gì?

• A. “Vân tay số”
• B. “Chữ ký”
• C. Dữ liệu bị xáo trộn
• D. Merkle Root

Phần 6 — Câu hỏi nâng cao & ứng dụng

Câu 46. Nếu bạn lưu khóa riêng tư trên một sàn giao dịch tập trung (CEX), rủi ro nào sau đây tồn tại?

• A. Không có rủi ro — sàn có bảo hiểm đầy đủ
• B. Nếu sàn bị hack hoặc sụp đổ, bạn có thể mất toàn bộ tài sản vì sàn đang giữ key thay bạn
• C. Giao dịch của bạn sẽ chậm hơn
• D. Bạn không thể nhận thêm coin từ người khác

Câu 47. Tại sao Blockchain cần cả Hàm băm lẫn Chữ ký số, thay vì chỉ cần một trong hai?

• A. Chúng phục vụ các mục đích khác nhau: hàm băm liên kết các khối và đảm bảo toàn vẹn dữ liệu; chữ ký số xác thực danh tính người gửi
• B. Chỉ để tăng độ phức tạp kỹ thuật
• C. Vì một mình hàm băm đã đủ để bảo mật hoàn toàn
• D. Chúng thay thế nhau tùy theo loại giao dịch

Câu 48. Điều gì xảy ra với tính bảo mật của Blockchain nếu hàm băm SHA-256 bị phá vỡ (tìm được va chạm dễ dàng)?

• A. Chỉ ảnh hưởng đến tốc độ giao dịch
• B. Kẻ gian có thể tạo khối giả với hash trùng khớp khối thật, phá vỡ tính toàn vẹn toàn bộ blockchain
• C. Chữ ký số vẫn bảo vệ được tất cả giao dịch
• D. Cây Merkle sẽ tự động chuyển sang thuật toán băm khác

Câu 49. Tại sao máy tính lượng tử (quantum computer) được xem là mối đe dọa tiềm ẩn với Blockchain hiện tại?

• A. Máy tính lượng tử chạy nóng hơn và tốn điện hơn
• B. Máy tính lượng tử có thể phá vỡ thuật toán ECC và một số hàm băm, làm lộ private key từ public key
• C. Máy tính lượng tử không thể kết nối internet
• D. Máy tính lượng tử chỉ hoạt động với tiền pháp định

Câu 50. Trong bối cảnh Blockchain, thuật ngữ “Không thể chối cãi” (Non-repudiation) của chữ ký số có nghĩa là:

• A. Người dùng không thể xóa lịch sử giao dịch của mình
• B. Người đã ký giao dịch bằng private key của mình không thể sau đó tuyên bố “tôi không gửi giao dịch đó”
• C. Mạng lưới không bao giờ từ chối giao dịch hợp lệ
• D. Sàn giao dịch không thể đóng băng tài khoản người dùng