Để làm được điều đó, thuật toán giúp giảm gần một nửa độ trễ, đồng thời không làm tăng đáng kể gánh nặng xử lý cho các thiết bị trong mạng blockchain - Internet vạn vật.
Bài toán độ trễ khi nhu cầu kết nối tăng cao
Trong các hệ thống sản xuất công nghiệp và đô thị, nhu cầu kết nối và chia sẻ dữ liệu giữa ngày càng nhiều thiết bị dẫn tới sự hình thành và phát triển của Internet vạn vật (IoT).
Theo thời gian, IoT đang dần biến ý tưởng về một thế giới, nơi tất cả các thiết bị - từ các cảm biến siêu nhỏ đến xe tự hành và máy móc công nghiệp - được kết nối với nhau để hỗ trợ con người quản lý, giám sát và vận hành mọi thứ thông minh, tiện lợi hơn, trở thành hiện thực.
Tuy nhiên, khi số lượng thiết bị thu thập và trao đổi dữ liệu qua mạng IoT tăng lên nhanh chóng và tạo ra và lượng dữ liệu khổng lồ, vấn đề bảo mật và độ tin cậy của dữ liệu trở thành mối quan tâm lớn.
Thách thức này khiến các kỹ sư ngày càng quan tâm đến blockchain – công nghệ nổi tiếng với khả năng bảo mật và đảm bảo tính toàn vẹn của thông tin. Dù thường được gắn liền với tiền mã hóa, trên thực tế blockchain có phạm vi ứng dụng rộng hơn rất nhiều.
Từ nhu cầu đó đã hình thành mạng blockchain-IoT, nơi các thiết bị IoT có thể kết nối với nhau theo mô hình ngang hàng (peer-to-peer) và sử dụng blockchain để lưu trữ, xác thực và chia sẻ dữ liệu một cách an toàn, minh bạch, mà không cần đến máy chủ trung tâm. Có thể hình dung blockchain như một cuốn sổ ghi chép công khai, được nhiều thiết bị cùng giữ bản sao; một khi thông tin đã được ghi vào cuốn sổ này thì gần như không thể bị thay đổi hay xóa bỏ.
Tuy có ưu thế về bảo mật, tốc độ xử lý của phần lớn các hệ thống blockchain hiện nay còn chưa đủ nhanh để đáp ứng những tình huống đòi hỏi phản hồi gần như tức thì trong môi trường IoT, nơi sự chậm trễ dù nhỏ cũng có thể dẫn đến rủi ro, sai lệch hoặc trải nghiệm kém.
Tốc độ phản hồi của mạng IoT thường nằm trong khoảng vài mili-giây đến vài giây, tùy thuộc vào công nghệ kết nối và yêu cầu của từng ứng dụng, trong đó các hệ thống thời gian thực đòi hỏi độ trễ rất thấp.
Nguyên nhân chính của độ trễ không nằm ở bản thân công nghệ blockchain, mà do trong mạng kết nối theo mô hình ngang hàng, mỗi thiết bị vừa gửi vừa nhận và xác minh dữ liệu, nên việc trao đổi thông tin mất nhiều thời gian hơn.
Dù blockchain thường được biết đến với tiền mã hóa, song công nghệ này có phạm vi ứng dụng rộng hơn rất nhiều. Ảnh minh họa: Freepik
Góp phần xây dựng các hạ tầng số an toàn hơn
Nhằm giải quyết vấn đề độ trễ, nhóm nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Kiên ở Viện Nghiên cứu Hàn lâm Cao cấp thuộc Trường Sau đại học về Tin học, Đại học Chiba (Nhật Bản), đã khảo sát các cách cải thiện hiệu quả của các mạng blockchain-IoT.
Trong bài báo mới công bố trên tạp chí IEEE Transactions on Network and Service Management, nhóm nghiên cứu đã phân tích cách các cấu trúc mạng khác nhau ảnh hưởng đến tốc độ của hệ thống, đồng thời giới thiệu một kỹ thuật mới nhằm giúp dòng dữ liệu được lưu thông trơn tru hơn.
"Chúng tôi muốn giúp các hệ thống IoT–blockchain từ ý tưởng trên giấy có thể hoạt động hiệu quả ngoài thực tế, bằng cách xác định nguyên nhân khiến chúng bị chậm và đưa ra một giải pháp phi tập trung đơn giản nhưng thực sự hiệu quả", PGS. TS Nguyễn Kiên cho biết.
Để xác định nguyên nhân gây chậm trễ, nhóm đã xây dựng các mô phỏng trong đó các blockchain "khách" được kết nối theo nhiều cấu trúc mạng khác nhau. Theo phân tích của nhóm, các mạng IoT phi tập trung thường xuyên truyền cùng một dữ liệu nhiều lần, dẫn tới sự gia tăng bùng nổ của các bản sao trùng lặp. Khi những bản sao này lan truyền qua các đường dẫn liên lạc chồng chéo, mạng sẽ bị tắc nghẽn và dữ liệu sẽ phải xếp hàng "chờ đợi", làm độ trễ tăng lên đáng kể.
Sau khi xác định được gốc rễ vấn đề, các nhà nghiên cứu đã phát triển một thuật toán phi tập trung và gọn nhẹ mang tên "Dual Perigee". Phương pháp này giúp cho mỗi thiết bị trong mạng tự đưa ra các quyết định thông minh hơn và lựa chọn các kết nối phù hợp nhất. Thay vì dựa vào các kết nối ngẫu nhiên, một thiết bị sử dụng Dual Perigee sẽ đánh giá các thiết bị lân cận dựa trên tốc độ truyền dữ liệu, tự động loại bỏ các kết nối chậm và thay thế bằng những kết nối hiệu quả hơn. Theo thời gian, toàn bộ mạng sẽ tự nhiên tái cấu trúc thành một cấu hình nhanh hơn mà không cần đến bất kỳ cơ quan điều phối trung tâm nào.
Thử nghiệm trong môi trường mô phỏng IoT gồm 50 thiết bị, Dual Perigee đã giúp giảm gần một nửa (48,54%) độ trễ so với phương pháp tiêu chuẩn đang được blockchain Ethereum sử dụng. Dual Perigee cũng cho hiệu quả tốt hơn 23% so với nhiều giải pháp tiên tiến khác.
Đáng chú ý, thuật toán không làm tăng gánh nặng xử lý cho các thiết bị IoT, bởi nó chỉ dựa trên việc theo dõi thụ động dữ liệu được truyền trong mạng, thay vì tạo thêm tính toán hay trao đổi dữ liệu mới, nên chỉ cần một mức xử lý tối thiểu.
Với những ưu điểm này, nhóm nghiên cứu cho rằng thuật toán mới sẽ có ý nghĩa với nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau, chẳng hạn như các dịch vụ liên quan đến đô thị thông minh, nhà thông minh, giám sát công nghiệp, hệ thống y tế và theo dõi chuỗi cung ứng, đặc biệt là các hệ thống đòi hỏi độ chính xác rất cao về mặt thời gian.
"Cơ chế mà chúng tôi đề xuất có thể trở thành tiền đề cho các nền tảng blockchain trong tương lai, hỗ trợ các dịch vụ IoT thời gian thực", PGS. TS Nguyễn Kiên cho biết. "Điều này sẽ góp phần xây dựng các hạ tầng số an toàn hơn, phản hồi nhanh hơn và đáng tin cậy hơn".
TS. Nguyễn Kiên tốt nghiệp Cử nhân Kỹ thuật ngành Điện tử và Viễn thông tại Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2004, và nhận bằng tiến sĩ tin học tại Đại học Sau đại học về Nghiên cứu Tiên tiến (Nhật Bản) năm 2012. Từ năm 2018, ông gia nhập Đại học Chiba và hiện là Phó Giáo sư tại trường này.
Lĩnh vực nghiên cứu của ông bao trùm nhiều chủ đề liên quan đến mạng máy tính và hệ thống phân tán, bao gồm Internet, công nghệ Internet vạn vật (IoT) và công nghệ sổ cái phân tán.
Trong quá trình nghiên cứu, ông đã có ba bằng sáng chế và hơn 160 công trình trên các tạp chí và hội nghị khoa học uy tín.
Mỹ Hạnh dịch
---
Nguồn tham khảo:
Koki Koshikawa, Yue Su, Jong-Deok Kim, Won-Joo Hwang, Zhetao Li, Kien Nguyen, Hiroo Sekiya. Impacts of Overlay Topologies and Peer Selection on Latencies in IoT Blockchain. IEEE Transactions on Network and Service Management, 2026; 23: 1630 DOI: 10.1109/TNSM.2025.3645139
Making Blockchain Fast Enough for IoT Networks, Chiba University, 2026. https://www.chiba-u.ac.jp/e/news/research/making_blockchain_fast_enough_for_iot_networks.html