Về tiền điện tử, cryptocurrency và bitcoin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

VŨ DUY HIẾN

VỀ TIỀN ĐIỆN TỬ, CRYPTOCURRENCY VÀ
BITCOIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

VŨ DUY HIẾN

VỀ TIỀN ĐIỆN TỬ, CRYPTOCURRENCY VÀ
BITCOIN

Chuyên ngành: Cơ sở Toán cho Tin học
Mã số: 60460110
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TÔN QUỐC BÌNH

XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN
VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

(Ký và ghi rõ họ tên)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS. TS. Nguyễn Hữu Ngự

Hà Nội – Năm 2015

(Ký và ghi rõ họ tên)

TS. Tôn Quốc Bình


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................... Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN .......................................................... Error! Bookmark not defined.
MỤC LỤC ..................................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU .................. Error! Bookmark not defined.
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TIỀN ĐIỆN TỬ, CRYPTOCURRENCY VÀ
BITCOIN ...................................................................................................................5
1.1. Giới thiệu về tiền điện tử, Cryptocurrency và Bitcoin .........................................5
1.2. Các vấn đề của tiền điện tử Bitcoin .....................................................................8
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ MẬT MÃ HỌC CỦA TIỀN ĐIỆN TỬ BITCOIN .. Error!
Bookmark not defined.
2.1. Chữ ký số trên hệ mật đường cong Eliptic (ECSDA)Error!

Bookmark

not

defined.
2.1.1. Đường cong Elliptic ................................. Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Chữ ký số trên hệ mật đường cong EllipticError!

Bookmark

not

defined.
2.2. Hàm băm ............................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Tổng quan về hàm băm ............................ Error! Bookmark not defined.
2.2.2. Hàm băm SHA-256 .................................. Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Hàm băm RIPEMD-160 ........................... Error! Bookmark not defined.
2.3. Cây băm Merkle ................................................. Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Bài toán xác thực dữ liệu .......................... Error! Bookmark not defined.
2.3.2. Cây băm Merkle và xác thực dữ liệu trên cây băm Merkle ............. Error!
Bookmark not defined.
2.4. Hashcash ............................................................ Error! Bookmark not defined.
2.4.1. Khái niệm ................................................. Error! Bookmark not defined.
1


2.4.2. Hashcash ngăn chặn thư rác ..................... Error! Bookmark not defined.
2.4.3. Hashcash chống lại tấn công từ chối dịch vụError!

Bookmark

not

defined.
2.4.4. Đánh giá chi phí tính toán của Hashcash.. Error! Bookmark not defined.
2.5. TimeStamp ......................................................... Error! Bookmark not defined.
2.6. Base 58 ............................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNGTIỀN ĐIỆN TỬ
NGANG HÀNG BITCOIN..................................... Error! Bookmark not defined.
3.1. Mô tả hoạt động của hệ thống tiền điện tử ngang hàng Bitcoin ................ Error!
Bookmark not defined.
3.1.1. Định nghĩa các thành phần của hệ thống .. Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Quy trình thực hiện thanh toán trong hệ thống tiền điện tử ngang hàng
Bitcoin ................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.2. Những giải pháp cho các vấn đề của tiền điện tử BitcoinError! Bookmark not
defined.
3.2.1. Vấn đề tạo ra đồng tiền điện tử Bitcoin .... Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Vấn đề xác định quyền sở hữu đồng tiền điện tử Bitcoin ................ Error!
Bookmark not defined.
3.2.3. Vấn đề chuyển quyền sở hữu đồng tiền điện tử BitcoinError! Bookmark
not defined.
3.2.4. Vấn đề chia nhỏ giá trị của một đồng tiền Bitcoin và một giao dịch sử
dụng nhiều đồng tiền Bitcoin ............................. Error! Bookmark not defined.
3.2.5. Vấn đề an toàn bảo mật của hệ thống tiền điện tử ngang hàng Bitcoin
............................................................................ Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN .............................................................. Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................10
2


PHỤ LỤC ................................................................. Error! Bookmark not defined.

3

MỞ ĐẦU
Tiền tệ ra đời đã giúpcho hoạt động trao đổi, sảnxuất và lưu thông hàng hoá
trong xã hội được phát triển. Tất cả các đồng tiền chính thức từ trước tới nay, dù là
tiền giấy hay tiền điện tửđều được nhà nước hoặc tổ chức uy tín phát hành và quản
lý. Lý do của vấn đề này là chỉ có nhà nước, chính phủvà tổ chức uy tín mới có thể
đứng ra đảm bảo giá trị cho những đồng tiền phát hành và tạo niềm tin cho người sử
dụng chúng. Tuy nhiên,quan điểmđã bị thay đổi hoàn toàn khi tiền điện tử Bitcoin
ra đời.
Bitcoin hoạt động dựa trên cơ sở lý thuyết mật mã và giao thức mạng ngang
hàng (Peer-to-Peer); tất cả các node mạng đều có thể tạo ra được đồng tiền mới
chứkhông có bất kỳ tổ chức, chính phủ hay nhà nước nàophát hành và quản lý; các
giao dịch sử dụng Bitcoin cũng không cần đến bên thứ ba tin cậy làm trung tâm xác
thực. Mặc dù vậy, Bitcoin vẫn mang đầy đủ tính chất quan trọng của tiền tệ: có thể
sử dụng để mua bán hàng hóa dịch vụ và thực hiện giao dịch thanh toán, không lưu
vếtthông tin định danh của sự sở hữu trên đồng tiền, có thể chuyển đổi giá trị dễ
dàng trong cộng đồng chấp nhận Bitcoin.
Trên thế giới, có một số quốc gia: Đức, Hy Lạp, Venezuela và một số tổ chức,
doanh nghiệpchấp nhận tiền điện tử Bitcoin làm phương tiện thanh toán bởi các đặc
điểm ưu việt của nó. Bên cạnh đó, cũng cómột số quốc gia như Việt Nam, Thái Lan,
Iceland…không chấp nhận Bitcoin là đồng tiền hợp pháp. Điều này cũng hoàn toàn
tự nhiên bởi cũng giống như các loại tiền tệ thông thường, Bitcoin chỉ được chấp
nhận và có giá trịđối với cộng đồng tin tưởng và sử dụng chúng. Tại các quốc gia
không chấp nhận Bitcoin, chính phủ đang dừng lại ở mức khuyến nghị người dân
không nên đầu cơ, nắm giữ và sử dụng Bitcoin chứ chưa đưa ra cơ sở khoa học làm
căn cứ cho những khuyến nghị này.
Cơ sởkhoa học đầu tiên của hệ thống tiền điện tử ngang hàng Bitcoin được
Satoshi (một hoặc một nhóm nhà phát triển ẩn danh)công bố vào năm 2009 trong
một tài liệu cùng tên, tuy nhiên tài liệu này chỉ đưa ra ý tưởnghoàn toàn cơ bản. Với

4


mong muốn nghiên cứulàm rõcơ sở khoa họchình thành nênđồng tiền điện tử
Bitcoin vànguyên lý hoạt động của hệ thống tiền điện tử ngang hàng Bitcoin, tôi đã
lựa chọn đề tài: “Về tiền điện tử, Cryptocurrency và Bitcoin” cho luận văn của
mình.
Bố cục của luận bao gồm phần mở đầu, ba chương chính, phần kết luận, phụ
lục và tài liệu tham khảo. Nội dung của ba chương được tổ chức như sau:
Chương I: Tổng quan về tiền điện tử, Cryptocurrency và Bitcoin.
Chương II: Cơ sở mật mã học của tiền điện tử Bitcoin.
Chương III: Nguyên lý hoạt động của hệ thống tiền điện tử ngang hàng
Bitcoin.
Sau đây là phần trình bày nội dung của từng chương.

5


CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ TIỀN ĐIỆN TỬ, CRYPTOCURRENCY VÀ
BITCOIN
1.1. Giới thiệuvề tiền điện tử, Cryptocurrency và Bitcoin
Theo quan điểm của chủ nghĩa Mác-Lênin, tiền tệ là hàng hoá đặc biệt, dùng
làm vật ngang giá chung thống nhất cho các hàng hoá khác, là sự thể hiện chung
của giá trị và thể hiện lao động xã hội; đồng thời tiền tệ biểu hiện quan hệ sản xuất
giữa những người sản xuất hàng hoá, do quá trình phát triển lâu dài của trao đổi
hàng hoá tạo ra. Còn theo các nhà kinh tế hiện đại: Tiền được định nghĩa là bất cứ
cái gì được chấp nhận chung trong việc thanh toán để nhận hàng hoá, dịch vụ hoặc
trong việc trả nợ.
Bản chất của tiền tệ được thể hiện rõ hơn qua hai thuộc tính của nó là giá trị và
giá trị sử dụng. Trong đó:

- Giá trị của tiền theo quan điểm triết học Mác-Lênin là công sức lao động tích
tụ tạo ra nó đã được kết tinh vào trong bản thân đồng tiền.
- Khác với vật chất thông thường, giá trị sử dụng của tiền nằm ở khả năng thỏa
mãn nhu cầu trao đổi hàng hóa của xã hội, nhu cầu sử dụng làm vật trung gian trong
trao đổi. Giá trị sử dụng của một loại tiền tệ là do xã hội quy định: chừng nào xã hội
còn thừa nhận vai trò làm vật trung gian trao đổi của loại tiền tệ đó thì chừng đó giá
trị sử dụng của nó với tư cách là tiền tệ còn tồn tại [1].
Tiền tệ đã trải qua rất nhiều hình thái đa dạng khác nhau trong lịch sử hình
thành và phát triển. Trước khi những đồng tiền kim loại và tiền giấy xuất hiện, con
người đã sử dụng nhiều thứ khác nhau với vai trò như một loại tiền để trao đổi hàng
hóa. Chẳng hạn, ở một số nơi trên thế giới, người ta sử dụng răng cá mập như là
tiền. Ở nhiều nơi khác, tiền có thể là những chiếc lông chim sặc sỡ và những chiếc
vỏ sò quý hiếm;có nơi người ta còn dùng cọng lông trên đuôi voi để làm tiền. Với
sự phát triển nhanh của xã hội hiện đại ngày nay cùng với sự bùng nổ mạnh mẽ của
lĩnh vực Công nghệ thông tin, tiền đã được sử dụng dưới dạng những giá trị số được
lưu trữ trên máy tính hoặc thiết bị điện tử. Người sử dụng có thể thực hiện các giao
6


dịch điện tử bằng cách truyền các giá trị số từ máy tính (hoặc thiết bị điện tử) này
tới máy tính (hoặc thiết bị điện tử) khác. Loại tiền như này được gọi là tiền điện tử.
Trong vài năm trở lại đây, loại tiền điện tử phát triển mạnh mẽ nổi bật nhất là
Cryptocurrency. Cho đến nay, chưa có một thuật ngữ tiếng Việt chính thống nào mô
tả chính xác và đầy đủ ý nghĩa của Cryptocurrency. Chúng ta tạm dịch
Cryptocurrency là tiền điện tử mật mã bởi đây là một hình thức tiền điện tử được
xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết mật mãnhằm đảm bảo an toàn cho các giao dịch
điện tử.Khác tiền tệ thông thường, tiền điện tửCyptocurrencykhông được phát hành
bởi bất kỳ tổ chức, chính phủ hay nhà nước. Tính đến tháng 5 năm 2014, đã có trên
275 loại Cryptocurrency được lưu hành trên thị trường,…Có thể kể đến điển hình
một số loại phổ biến như:

Bảng 1.1-Một số tiền điện tử Cryptocurrency điển hình

Têngọi

Viết tắt

Năm

Giá trị

xuất

thị trường

hiện

(tỷ USD)

Số lượng đã
phát hành

Thuật toán

/Tổng số

hình thành

(triệu)

Bitcoin

BTC/XBT

2009

~5.813-8.332

~12,63/21

SHA-256

Litecoin

LTC

2011

~266-310

~27.37/84

Scryt

Peercoin

PPC

2012

~30-48

~21,3/ ∞

SHA-256

Ripple

XRP

2013

~20-41

~100/100

ECDSA

Darkcoin

DRK

2014

~6-39

~4,37/22

X11

Dogecoin

DOGE/XDG

2013

~22-38

~69,131/100

Namecoin

NMC

2011

~16-10

~8,48/21

SHA-256

Mastercoin

MSC

2013

~9-21

~0,6/0,6

SHA-256

7

Scrypt


Têngọi

Viết tắt

Năm

Giá trị

xuất

thị trường

hiện

(tỷ USD)

Số lượng đã
phát hành

Thuật toán

/Tổng số

hình thành

(triệu)

Primecoin

XPM

2013

~2-4

~5,18/∞

ICC/2CC/TƯN

Vertcoin

VTC

2014

~2-4

~3,36/84

Scrypt

Aroracoin

AUR

2014

~0,2-0,7

~10,68/21

Scrypt

MazaCoin

MZC

2014

~0,1 ~226,98/2419

SHA-256

(Số liệu tính đến cuối năm 2014, Nguồn: Wikipedia)
Gần đây nhất, vào đầu năm 2015, một hình thức Cryptocurrency mới được ra
đời là Onecoin. Người sáng lập ra Onecoin là Tiến sĩ, luật sư Dr. Ruja Ignotava nổi
tiếng trong giới tài chính. Bà là người đã tư vấn chiến lược trong quá trình xây dựng
hệ thống tiền điện tử Bitcoin và nhiều tập đoàn tài chính khác ở châu Âu.
Trong tất cả các loại tiền Cryptocurrency, Bitcoin là loại điển hình nhất, ra đời
sớm nhấtvà cũng là loại tiền Cryptocurrency được sử dụng rộng rãi nhất.Bitcoin
mang những đặc điểm nổi bật như sau:
- Bitcoin không được phát hành và quản lý bởi bất kỳ một ngân hàng trung

ương nào, không một ai hay công ty nào điều hành Bitcoin, nó được vận hành bởi
tất cả những người dùng trong hệ thống.
- Người dùng Bitcoin cũng không cần phải đăng ký tài khoản, không cần
tớingân hàng, không cần thẻ tín dụng, không cần những thông tin định danh để nhận
hay gửi Bitcoin.
- Hệ thống tiền điện tử Bitcoin còn là một mạng lưới phân bốngang hàng, bất
kỳ ai đều có thể gửi Bitcoin trực tiếp cho một người khác mà không cần qua một
trung gian, bất kể thời gian, bất chấp không gian, với một lệ phí cực kì thấp, gần
8


như bằng 0 hoặc thậm chí bằng 0.Bởi vậy, các giao dịch của Bitcoin không phải
chịu những loại phí giao dịch trung gian.
- Người sở hữu Bitcoin có thể mua bán đồng tiền này và qui đổi ra một vài
đồng tiền khác trong cộng đồng chấp nhận.
1.2. Các vấn đề của tiền điện tử Bitcoin
Như đã đề cập ở trên, trong xã hội hiện đại ngày nay con người đã sử dụng
những giá trị số để thay thế cho đồng tiền truyền thống. Tuy nhiên để những giá trị
số ấy trở thành đồng tiền thì bản thân chúng phải thoải mãn những điều kiện cần và
điều kiện đủ. Điều kiện đủ ở đây đó chính là những giá trị số phải được một cộng
đồng chấp nhận và coi chúng như đồng tiền để thực hiện các giao dịch hoặc mua
bán hàng hóa, dịch vụ. Những giá trị số này muốn được cộng đồng chấp nhận thì
chúng phải có giá trị sử dụng và tạo được niềm tin đối với cộng đồng đó. Ngược lại,
đối với những người ngoài cộng đồng trên thì những giá trị số đó có thể không có
giá trị. Tuy nhiên, trong khuôn khổ luận văn này, chúng ta không bàn luận về điều
kiện đủ rằng liệu những giá trị số thay thế cho tiền tệ thông thường ấy có được cộng
đồng chấp nhận hay không mà chúng ta chỉ xem xét những điều kiện cần trên góc
nhìn về khía cạnh công nghệ để tiền điện tử CryptoCurrency mà cụ thể là Bitcoin có
thể trở thành một đồng tiền đúng nghĩa được sử dụng để giao dịch hoặc trao đổi
hàng hóa dịch vụ. Những điều kiện cần này bao gồm:

- Thứ nhất, cũng giống như đồng tiền truyền thống được phát hành và tạo ra
dựa trên chi phí tiêu tốn để tạo ra sản phẩm hàng hóa và dịch vụ, việc tạo ra tiền
điện tử Bitcoin phải gắn với việc tiêu tốn tài nguyên nhất định để sinh ra một giá trị
nào đó.
- Thứ hai, tiền điện tử Bitcoin được sử dụng trong các giao dịch phải xác định
được chủ sở hữu. Đối với tiền tệ thông thường, quy tắc sở hữu là bất kỳ ai nắm giữ
đồng tiền hợp pháp thì sẽ là người sở hữu đồng tiền đó. Điều này được xác định nhờ
tính duy nhất và tính khó làm giả mạocủa đồng tiền. Tuy nhiên, bản chất tiền điện
tử nói chung và Bitcoin nói riêng là các giá trị số vì thế chúng có thể dễ dàng bị sao
9


chép. Do đó, cần phải có cơ chế xác định ai là người chủ sở hữuđồng tiền điện tử
Bitcoin.
- Thứ ba, tiền điện tử Bitcoin phải phù hợp với đặc điểm nổi bật nhất của tiền
tệ thông thường là có thể dễ dàng chuyển nhượng quyền sở hữu. Đối với tiền tệ
thông thường, việc chuyển giao sở hữu bằng cách chuyển tiền hay mua bán trao đổi
hàng hóa dịch vụ được diễn ra rất đơn giản: tiền được chuyển “tay trao tay” hoặc
thông qua bên thứ ba tin cậy (Ngân hàng, tổ chức tín dụng,…) làm trung gian cho
các giao dịch. Với tiền điện tử Bitcoin, đồng tiền không thể được chuyển theo kiểu
“tay trao tay” và cũng không có một bên thứ ba đáng tin cậy nào làm trung gian cho
các giao dịch, vì vậy cũng cần cơ chế để chuyển giao quyền sở hữu và đảm bảo rằng
mỗi đồng tiền không thể bị sao chép để tiêu hai lần (double spending).
- Thứ tư, trong quá trình phát hành tiền tệ thông thường, ngân hàng trung ương
tính toán đưa ra các mệnh giá đồng tiền khác nhau để phù hợp với nhu cầu thực tế:
tiền có mệnh giá thấp để dễ dàng thực hiện các giao dịch có giá trị thấp hoặc sử
dụng để trả lại và một giao dịch có thể sử dụng nhiều đồng tiền khác nhau. Vì vậy
tiền điện tử Bitcoin cũng cần có khả năng chia nhỏ hoặc gộp giá trị lại để đáp ứng
yêu cầu này.
- Thứ năm, bản chất tiền điện tử là các giá trị số, các giao dịch được thực hiện

trên mạng công khai. Bên cạnh đó, tiền điện tử Bitcoin lại không do chính phủ hoặc
tổ chức nào phát hành và quản lý vì vậy cần đảm bảo các giao dịch sử dụng Bitcoin
được an toàn và thông tin người dùng được bảo mật.
Trong năm điều kiện cần kể trên, ba điều kiện đầu tiên được coi là quan trọng
nhất bởi chúng quyết định mức độ khả dụng của một đồng tiền bất kỳ. Chúng ta có
thể coi năm điều kiện ở trên là năm vấn đề mà Satoshi cần phải giải quyết để đưa
Bitcoin trở thành một đồng tiền khả dụng. Mục tiêu nghiên cứu chính của luận văn
là tập trung làm rõ cơ sở khoa học và các giải pháp mà Satoshi đưa ra để giải quyết
được năm vấn đề trên đối với đồng tiền điện tử Bitcoin.

10


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Văn Tiến (2011), Giáo trình Tiền tệ Ngân hàng, NXB Thống kê
2. Trịnh Nhật Tiến (2009), Giáo trình An toàn dữ liệu, NXB ĐHQGHN
Tiếng Anh
3. Adam Back (1997),Hashcash, />4. Adam Back (2002), Hashcash - A Denial of Service Counter-Measure,
www.hashcash.org/papers/hashcash.pdf
5. Bitcoin Wiki. 2015. “Base58Check_encoding”. Truy cập ngày 17/09
/>6. Bitcoin Wiki. 2015. “Controlled_supply”. Truy cập ngày 17/09
/>7. Bitcoin Wiki. 2015. “Technical background of version 1 Bitcoin addresses”. Truy
cập ngày 17/09
/>8. Bitcoin Wiki. 2015. “Transaction”. Truy cập ngày 17/09
/>9. Ralph Charles Merkle (1979), Secrecy, authentication and public key
systems,Technical Report No. 1979-1Stanford University
10. S. Haber, W.S. Stornetta (1991), How to time-stamp a digital document,
Journal of Cryptology, vol 3, no 2, pages 99-111.
11. Satoshi Nakamoto (2009), Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash

System, />12. Shahdad Naghshpour (2013), The fundamental of Money and Finance System,
Business Expert Press
11


13. Wei Dai (1998), b-money, />14. Wikipedia. 2015. “Base58”. Truy cập ngày 17/09
/>15. Wikipedia. 2015. “Hashcash”. Truy cập ngày 17/09
/>16. Wikipedia. 2015. “Proof-of-work system”. Truy cập ngày 17/09
/>17. Wikipedia. 2015. “TimeStamp”. Truy cập ngày 17/09
/>18. William Stallings (2011), Cryptography And Network Security 5th Edition,
Prentice Hall Pearson Education, Inc.

12