Từ “rác thải tính toán” đến “tính toán hữu ích”: Transformer-PoW định hình lại cơ chế đồng thuận như thế nào?

Tác giả gốc: Anastasia Matveeva , Gonka.ai

Đạt được sự đồng thuận thông qua "chất thải"

Bitcoin đã đạt được một thành tựu đáng chú ý: thông qua thực tiễn trên quy mô lớn, nó đã chứng minh rằng những người lạ không cần tin tưởng lẫn nhau có thể hợp tác mà không cần dựa vào ngân hàng, chính phủ hay bất kỳ cơ quan trung ương nào. Lần đầu tiên, mọi người có thể chuyển tiền cho nhau ở bên kia bán cầu mà không cần sự cho phép của bất kỳ ai. Mạng lưới không thể bị đóng cửa, tài sản không bị kiểm duyệt, và các giao dịch thực sự hiệu quả.

Bitcoin đề xuất Proof-of-Work (PoW) như một cơ chế đồng thuận giữa những người tham gia còn ngờ vực. Logic cốt lõi của nó rất đơn giản và rõ ràng: các thợ đào cạnh tranh để giải một "câu đố" - tìm một số ngẫu nhiên (Nonce), kết hợp nó với dữ liệu khối và nhập vào hàm băm SHA-256 sao cho đầu ra đáp ứng các điều kiện cụ thể, thường là "một giá trị băm bắt đầu bằng một số số 0 đứng đầu". Ví dụ: để tạo ra một giá trị băm với 70 bit đầu tiên là số 0 nhị phân, cần trung bình 2 mũ 70 lần thử. Không có lối tắt hay thuật toán thông minh nào để tránh việc thử các số ngẫu nhiên khác nhau; quá trình này chỉ có thể được hoàn thành thông qua tính toán liên tục cho đến khi đạt được "một cú đánh may mắn".

Ý nghĩa mang tính cách mạng của cơ chế này nằm ở việc chi phí tấn công blockchain tăng đáng kể - để thay đổi dữ liệu lịch sử, kẻ tấn công sẽ cần phải làm lại tất cả công việc tính toán. Nó cũng đạt được tính nhất quán về động cơ - phần thưởng của thợ đào tỷ lệ thuận với sản lượng tính toán của họ, thay vì phụ thuộc vào tài sản hiện có (mặc dù trên thực tế, chi phí tài chính, phần cứng và điện vẫn đóng một vai trò nhất định). Đây là lần đầu tiên một hệ thống phi tập trung thực sự được triển khai trên quy mô lớn.

Tuy nhiên, cái giá phải trả là bản thân những phép tính này không có giá trị nội tại. Điện năng tiêu thụ chỉ được sử dụng để tính toán "giá trị băm của các số 0 đứng đầu" và không có ứng dụng thực tế nào khác. Do đó, về cơ bản, Bitcoin đánh đổi lượng điện toán khổng lồ để lấy an ninh mạng. Trong hơn một thập kỷ, sự đánh đổi này đã "đủ tốt" trên thực tế, khiến Bitcoin trở thành một tài sản mạnh mẽ.

Kỷ nguyên mới của sự phân quyền

Hiện nay, trí tuệ nhân tạo đang trải qua quá trình chuyển đổi nhanh chóng. Các Mô hình Ngôn ngữ Lớn (LLM) đang trở thành cơ sở hạ tầng - một dịch vụ mà cả doanh nghiệp và người dùng đều dựa vào. Tuy nhiên, hiện tại, phần lớn các tác vụ suy luận LLM đều chạy trên các máy chủ tập trung do một vài công ty quản lý, điều này đặt ra một loạt vấn đề cấp bách:

• Rủi ro điểm kiểm soát đơn lẻ: Một công ty duy nhất quyết định loại mô hình có thể sử dụng và ai có quyền truy cập;
• Rủi ro kiểm duyệt: Chính phủ hoặc doanh nghiệp có thể gây sức ép buộc các nhà cung cấp dịch vụ tập trung kiểm duyệt hoặc hạn chế dịch vụ của họ.
• Khóa chặt nhà cung cấp: Người dùng và nhà phát triển không có lựa chọn nào khác ngoài việc phải dựa vào "người gác cổng" hiện tại.

Đây chính xác là những vấn đề cốt lõi mà Bitcoin ban đầu hướng đến. Điều này dẫn đến một câu hỏi quan trọng: Liệu chúng ta có thể xây dựng một mạng lưới LLM phi tập trung có thể giải quyết những vấn đề này mà vẫn tránh lặp lại sai lầm "lãng phí tài nguyên" của Bitcoin hay không?

Các giải pháp hiện có và những hạn chế của chúng

Bằng chứng cổ phần (PoS) cố gắng giải quyết vấn đề lãng phí tài nguyên máy tính bằng cách "thay thế sức mạnh tính toán bằng vốn": người xác thực cần khóa một số lượng mã thông báo nhất định làm tài sản thế chấp và khả năng được chọn để xác thực một khối tỷ lệ thuận với quy mô cổ phần thế chấp của họ, trong khi tiêu thụ rất ít năng lượng.

Tuy nhiên, cơ chế này có một nhược điểm cốt lõi: phân bổ vốn vốn dĩ không đồng đều. Lấy ví dụ về các mạng lưới như Bittensor, các trình xác thực với nguồn vốn lớn sẽ thu hút những người nắm giữ token nhỏ hơn ủy quyền cổ phần của họ cho họ, tạo ra một vòng phản hồi tích cực "người giàu càng giàu hơn" - vốn càng nhiều thì càng có nhiều sự ủy quyền, tạo ra nhiều phần thưởng hơn, và ngược lại, càng có nhiều sự ủy quyền hơn. Theo thời gian, quyền biểu quyết tập trung vào tay những người nắm giữ tài sản ban đầu. Ngay cả khi một mạng lưới con sở hữu GPU hiệu suất cao và khả năng suy luận chất lượng cao, ảnh hưởng của nó sẽ không đáng kể nếu các trình xác thực của nó nắm giữ vốn hạn chế.

Kết quả cuối cùng là quyền biểu quyết, vốn ban đầu thuộc về những người đóng góp sức mạnh tính toán thực sự, giờ đây bị độc quyền bởi các nhà đầu tư. Do đó, mặc dù PoS giải quyết được vấn đề lãng phí tài nguyên, nhưng nó lại làm nảy sinh vấn đề mới về tập trung của cải.

Một giải pháp thay thế

Do đó, cốt lõi của vấn đề trở thành: liệu chúng ta có thể hướng các nguồn lực tính toán tới các nhiệm vụ có giá trị thực trong khi vẫn bảo toàn được "tính công bằng" của bằng chứng công việc hay không?

Các nhóm nghiên cứu từ lâu đã nỗ lực giải quyết vấn đề lãng phí tài nguyên của Proof-of-Work (PoW) thông qua nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau. Khoảng năm 2017, các nhà nghiên cứu bắt đầu khám phá Proof of Useful Work—một cơ chế vẫn dựa trên khuôn khổ PoW, nhưng chuyển các tác vụ tính toán của thợ đào từ "các câu đố băm ngẫu nhiên" sang các tác vụ có giá trị kinh tế hoặc khoa học tiềm năng. Một số phương án gắn "độ khó" của PoW với các bài toán chi tiết, trong khi một số khác lại cố gắng kết hợp học liên bang, các tác vụ nhân ma trận hoặc tạo ra bằng chứng không kiến thức. Sức hấp dẫn của những phương án này rất rõ ràng: thợ đào có thể duy trì tính công bằng của PoW bằng cách hoàn thành "công việc thực sự hữu ích" đồng thời giảm thiểu lãng phí tài nguyên.

Tuy nhiên, cho đến gần đây, những nỗ lực này không nhắm vào các kịch bản suy luận LLM—chúng chủ yếu tập trung vào các vấn đề tính toán rời rạc hoặc học theo lô, thay vì "suy luận Transformer thời gian thực" hỗ trợ các dịch vụ AI hiện tại.

Trên thực tế, suy luận LLM là một phương tiện lý tưởng để vận chuyển "khối lượng công việc hữu ích": nó có chi phí tính toán cao, giá trị kinh tế cao và tầm quan trọng của nó ngày càng tăng. Nếu khối lượng công việc tính toán của các tác vụ suy luận có thể được sử dụng để đảm bảo an ninh mạng, thì sự kết hợp giữa "an ninh mạng và nhu cầu tính toán thực tế" có thể đạt được.

Tóm lại, thợ đào không còn cần phải tính toán giá trị băm nữa; thay vào đó, họ tham gia vào sự đồng thuận bằng cách hoàn thành các tác vụ suy luận Transformer. Đây là ý tưởng cốt lõi đằng sau bằng chứng công việc dựa trên Transformer. Tất nhiên, việc thiết kế cơ chế này vẫn cần giải quyết một loạt thách thức chính.

Cũng cần lưu ý rằng cơ chế này không chỉ giới hạn ở Transformer mà có thể được áp dụng cho bất kỳ kiến trúc mô hình thực tế và phổ biến nào trong tương lai.

Thách thức thiết kế

Thử thách 1: Đánh giá tài nguyên máy tính

Trong Bitcoin, "đào" là công việc toàn thời gian của thợ đào. Tuy nhiên, đối với các mạng LLM phi tập trung cần cung cấp dịch vụ cho người dùng, các nút dành phần lớn thời gian để xử lý các yêu cầu suy luận thay vì thực hiện các tác vụ bằng chứng công việc. Do đó, có hai lựa chọn khả thi:

Phương pháp đầu tiên khả thi về mặt lý thuyết nhưng đòi hỏi nghiên cứu chuyên sâu: nó ước tính tài nguyên tính toán của người tham gia bằng cách sử dụng tính toán suy luận thực tế của các mô hình đào tạo hiện có—thông qua việc chạy các tác vụ suy luận, đo lường chi phí tính toán và sau đó hiệu chỉnh trọng số nút. Cách tiếp cận này hiệu quả, nhưng cần giải quyết hai vấn đề chính: cách thích ứng với sự khác biệt trong dữ liệu đầu vào khác nhau và cách tránh các lỗ hổng trong cấu trúc mô hình đào tạo có thể bị khai thác. Do đó, nó đòi hỏi đầu tư đáng kể vào R&D.

Một phương án ràng buộc thời gian thứ hai, thực tế hơn, bao gồm việc thiết kế mỗi câu đố bằng chứng công việc như một nhiệm vụ "ngắn hạn, cố định, có thể dự đoán được" (ví dụ: chỉ mất vài phút), với việc mạng lưới cam kết duy trì cùng một nguồn lực tính toán khả dụng trong toàn bộ kỷ nguyên. Thiết kế này mang lại sự linh hoạt hơn trong việc xây dựng các câu đố đồng nhất.

Thử thách 2: Điều chỉnh nhiệm vụ phù hợp với tính toán LLM

Nếu áp dụng phương pháp "bằng chứng công việc bị giới hạn thời gian", một vấn đề mới sẽ phát sinh: nếu nhiệm vụ PoW là tùy ý, hướng tối ưu hóa phần cứng có thể đi chệch khỏi "công việc hữu ích".

Trường hợp của Bitcoin đã chứng minh hậu quả của "sự không phù hợp về động cơ": theo thời gian, ngành công nghiệp này đã phát triển phần cứng chuyên dụng (ASIC) chỉ được sử dụng để tính toán giá trị băm.

Transformer dựa trên Proof-of-Work (PoW) có thể đảo ngược logic khuyến khích này: nếu nhiệm vụ PoW thực chất là suy luận của Transformer, thì việc tối ưu hóa phần cứng cho PoW sẽ tự nhiên cải thiện hiệu suất suy luận của người dùng dịch vụ—hướng tối ưu hóa phần cứng sẽ tự nhiên phù hợp với "nhu cầu thực tế".

Để đạt được mục tiêu này, cần đảm bảo hai điều: Thứ nhất, nhiệm vụ PoW phải là "lý luận Transformer thực sự"; thứ hai, nhiệm vụ cần được cập nhật trong mỗi chu kỳ để ngăn người tham gia tính toán câu trả lời trước ngoài khung thời gian đã chỉ định.

Cụ thể, mỗi vòng PoW tạo ra một "Transformer mới, được khởi tạo ngẫu nhiên". Sau khi nhận được thử thách, người tham gia chỉ có một khoảng thời gian cố định để giải quyết, không có cách nào để phân tích hoặc tính toán trước—mỗi thử thách đều hoàn toàn mới, đảm bảo công việc phù hợp với suy luận thực tế. Theo thiết kế này, không có lối tắt, cũng như không thể phát triển phần cứng chuyên dụng cho các tác vụ cụ thể (vì các tác vụ được cập nhật mỗi vòng). Việc cải tiến phần cứng sẽ chỉ nâng cao hiệu suất suy luận của Transformer đa năng, chứ không phục vụ cho "các tối ưu hóa dành riêng cho khai thác".

Thách thức 3: Đảm bảo an ninh

Cuối cùng, vấn đề cốt lõi là "thiết kế độ khó": PoW có đủ an toàn không?

Logic bảo mật của Bitcoin rất đơn giản và rõ ràng: việc tạo ra giá trị băm với N số không đầu tiên đòi hỏi phải sử dụng phương pháp tấn công vũ phu và không có lối tắt toán học nào được biết đến cho thuật toán SHA-256; "độ khó" của nó rất đơn giản và có thể xác minh được.

Cơ chế của Bitcoin cũng rất đơn giản: bằng cách điều chỉnh số ngẫu nhiên, nó sẽ xác minh xem giá trị băm có đáp ứng điều kiện "N bit đầu tiên bằng 0" hay không.

Hãy cùng tìm hiểu logic ánh xạ trực tiếp của các tác vụ Bitcoin trong kịch bản Transformer. Bitcoin nonce sẽ được chuyển đổi thành một "chuỗi đầu vào"—có thể là một vectơ hoặc một chuỗi các token, có thể điều chỉnh động và vẫn được tạo ra từ các số nguyên dương như Bitcoin nonce. Yêu cầu về "số 0 đứng đầu" sau đó sẽ chuyển thành các ràng buộc cho đầu ra:

Vectơ đầu ra của một Transformer phải thỏa mãn một số thuộc tính cụ thể. Các ràng buộc có thể bao gồm: vectơ đầu ra gần bằng 0, khoảng cách đến vectơ đích nằm trong phạm vi ngưỡng, có độ lớn cụ thể, hoặc thỏa mãn các tiêu chí được xác định rõ ràng khác. Định nghĩa cụ thể của điều kiện này rất quan trọng vì các lối tắt có thể được khai thác cho một số cấu trúc toán học nhất định.

Điểm khác biệt chính so với Bitcoin nằm ở chi phí cao hơn để xác minh xem chuỗi đầu vào Transformer có đáp ứng các tiêu chí hay không. Trong khi phần cứng thông thường có thể tính toán hàng triệu băm mỗi giây cho Bitcoin Nonce, việc xác minh đầu vào Transformer đòi hỏi một phép tính lan truyền xuôi đầy đủ. Người tham gia không thể cố gắng thử nghiệm brute-force hàng tỷ chuỗi ứng viên; khả năng của họ bị giới hạn bởi tốc độ suy luận—và đây chính xác là "khối lượng công việc tính toán" mà chúng ta cần đo lường.

Để hệ thống này đạt được tính bảo mật tương đương với Bitcoin, cần phải phân tích kỹ thuật sâu hơn (sẽ được thảo luận trong một bài viết khác). Logic cốt lõi của nó là: bằng cách khởi tạo ngẫu nhiên các Transformer và kết hợp điều này với thiết kế bài toán nghiêm ngặt, một không gian tìm kiếm được xây dựng "chỉ có thể được giải quyết bằng cách hoàn thiện toàn bộ quá trình suy luận Transformer". Phân tích đầy đủ về tính bảo mật của nó sẽ được trình bày riêng.

Việc đảm bảo tính cạnh tranh của hệ thống này trên Bitcoin là một câu chuyện kỹ thuật phức tạp hơn—đó là một chủ đề khác. Logic cốt lõi là xây dựng một không gian tìm kiếm đòi hỏi phải có suy luận Transformer hoàn chỉnh để giải quyết, thông qua việc khởi tạo ngẫu nhiên các Transformer và thiết kế bài toán nghiêm ngặt. Một phân tích đầy đủ về tính bảo mật của nó cần được thảo luận riêng.

Cơ chế Proof-of-Work đã hoạt động ổn định trong 15 năm, nhưng thiết kế của Bitcoin cũng mang đến những vấn đề đáng kể: chúng ta tiêu tốn một lượng lớn tài nguyên tính toán để tạo ra các giá trị băm không có giá trị sử dụng thực tế; trong khi các giải pháp thay thế như PoS đã giải quyết được vấn đề lãng phí tài nguyên, chúng lại dẫn đến sự tập trung của cải vào tay những người nắm giữ vốn.

Proof-of-Work (PoW) dựa trên Transformers là một lựa chọn khác: nó vẫn giữ được tính bảo mật và công bằng của PoW, đồng thời hướng tài nguyên tính toán đến nơi thế giới thực sự cần. Là một cơ chế đồng thuận cho kỷ nguyên AI, nó kết hợp tính bảo mật của PoW, đáp ứng nhu cầu tính toán thực tế và mang lại "tính thực tiễn của chính công việc" - đặt nền tảng hoàn toàn mới cho các mạng lưới AI phi tập trung.

Liên kết gốc