راهکارهای حل مشکل مقیاس‌پذیری در بلاکچین

در مقاله “مشکل مقیاس‌پذیری” همه چیز را در مورد مشکل مقیاس‌پذیری بلاکچین بیان کردیم و در این مقاله می‌خواهیم به راه حل‌های مقیاس‌پذیری بلاکچین بپردازیم.

بلاکچین با اقتباس از دفتر‌کل‌توزیع شده، پایگاهی مستحکم در حوزه فناوری مدرن ایجاد کرده است. هدف فناوری دفتر‌کل غیرمتمرکز و توزیع شده، امکان مدیریت غیرمتمرکز تراکنش‌ها است. بنابراین، هر گره می‌تواند از امتیاز شروع تراکنش بر اساس قوانین خاص و بدون نیاز به شخص ثالث برای مدیریت تراکنش برخوردار باشد. پذیرش گسترده‌تر بلاکچین منجر به ورود برنامه‌های مبتنی بر بلاکچین در زندگی روزمره ما شده است. با افزایش تعداد کاربران در سیستم‌های بلاکچینی، مسائل مربوط به مقیاس‌پذیری بلاکچین نیز بیشتر نمایان می‌شود.

در ادامه، بیایید با برخی از بهترین راهکارهای مقیاس‌پذیری بلاکچین آشنا شویم.

 

چرا مقیاس‌پذیری برای بلاکچین مهم است؟

مقیاس‌پذیری یک نیاز مهم در شبکه‌های بلاکچین است، زیرا به توانایی شبکه برای پشتیبانی از تراکنش بیشتر کمک می‌کند. بنابراین، این مفهوم مقیاس‌پذیری برای رشد آینده بلاکچین بسیار ضروری است. علاوه بر این، مشکل سه گانه بلاکچین نیز نشان می‌دهد که دستیابی به مقیاس‌پذیری، به قیمت کاهش امنیت و تمرکززدایی تمام می‌شود. در عین حال، توجه به این نکته نیز مهم است که تنها معیاری که می‌تواند به شبکه‌های بلاکچین کمک کند تا به طور موثر با پلتفرم‌های مرسوم و متمرکز رقابت کنند، مقیاس‌پذیری است.

آیا می‌توان راه حل‌هایی برای مقیاس‌پذیری بلاکچین پیدا کرد که بر امنیت و تمرکززدایی تأثیر نگذارد؟ در ادامه این مقاله میخواهیم به صورت کامل به راه‌حل های امیدوار کننده برای بهبود مقیاس‌پذیری در بلاکچین بپردازیم.

 

راه حل‌های امیدوارکننده برای بهبود مقیاس‌پذیری بلاکچین

با توجه به اینکه مقیاس‌پذیری یکی از مهم‌ترین موانع برای پذیرش بلاکچین است، یافتن راه‌حل‌های کارآمد مقیاس‌پذیری بلاکچین اجتناب‌ناپذیر است. در حال حاضر، چندین نوع مختلف از راه حل‌های در دست توسعه برای رفع مشکل مقیاس‌پذیری بلاکچین وجود دارد و می‌توانید این راه‌حل‌ها را در چهار گروه مجزا دسته‌بندی کرد که هر دسته از آن‌ها پیشنهادات منحصر به فردی را ارائه می‌دهند.

 

راه حل‌های مقیاس‌پذیری لایه اول

راه حل‌های لایه اول که به آن راه حل‌های درون زنجیره‌ای (on-chain) نیز می‌گویند، نیازمند تغییراتی در پایگاه کد شبکه اصلی بلاکچین هستند. مهم‌ترین پاسخ برای «چگونه باید مشکل مقیاس‌پذیری در بلاکچین را برطرف کرد» راه‌حل‌های لایه ۱ می‌باشد. راه حل‌های لایه ۱ بر بهبود ویژگی‌های اصلی شبکه بلاکچین مانند افزایش اندازه بلوک یا کاهش زمان تأیید بلوک تمرکز دارند. راه حل‌های محبوب مقیاس‌پذیری بلاکچین لایه ۱ شامل شاردینگ (sharding)، سگویت (SEGWIT) و هارد فورک می‌باشد.

 

• شاردینگ (Sharding)

Sharding، یکی از بهترین راه حل‌های مهم مقیاس‌پذیری درون زنجیره‌ای است. تمرکز آن، تقسیم شبکه بلاکچین به بخش‌های کوچک‌تر و قابل مدیریت‌تر است که این قسمت‌ها به عنوان shard شناخته می‌شوند. سپس، شبکه این شاردها را به صورت موازی با یکدیگر اجرا می‌کند. تجزیه شبکه به بخش‌های کوچکتر، شبکه را قادر می‌سازد تا به عنوان مجموع بخش‌های خود عمل کند. در مقاله حل مشکل مقیاس پذیری با شاردینگ، سعی کردیم به صورت تخصصی این راهکار را بررسی کنیم.

 

• سگویت (SEGWIT)

 SEGWIT، یکی دیگر از راه حل‌های قابل توجه برای مقیاس‌پذیری بلاکچین در میان راه حل‌های لایه اول است. این روش اساساً یک پروتکل در شبکه بلاکچین بیت کوین است که بر اصلاح روش و ساختار ذخیره سازی داده‌ها متمرکز است. سگویت به حذف داده‌های امضای مرتبط با هر تراکنش کمک می‌کند که در نتیجه ظرفیت و فضای بیشتری برای ذخیره تراکنش‌ها باز می‌شود. توجه به این نکته ضروری است که امضای دیجیتال برای تأیید مالکیت و در دسترس بودن وجوه فرستنده، حدود ۷۰ درصد از کل فضای یک تراکنش را اشغال می‌کند. بنابراین، حذف امضای دیجیتال می‌تواند فضای بیشتری را برای افزودن تراکنش‌های بیشتر باز کند.

 

• هارد فورک (Hard fork)

Hard fork، فرآیندی است که بر ایجاد تغییرات ساختاری یا بنیادی در ویژگی‌های شبکه بلاکچین تمرکز دارد که می‌تواند شامل افزایش اندازه بلوک یا کاهش زمان لازم برای ایجاد یک بلوک باشد. این روش، یکی از بحث برانگیزترین روش‌ها می‌باشد که باعث شکاف در جامعه بلاکچین اصلی شده و به وجود آمدن یک زنجیره جدید می‌شود. با استفاده از مقاله هر آنچه درباره فورک باید بدانیم و همچنین ویدیو فورک، می‌توانید بیشتر با مفهوم فورک آشنا شوید.

 

راه حل‌های مقیاس‌پذیری لایه دوم

امکان‌پذیری راه‌حل‌های لایه اول یا راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری درون زنجیره‌ای بستگی زیادی به تغییرات و اصلاحات در شبکه اصلی بلاکچین دارد. با این حال، تحقیق در مورد یافتن پاسخ‌هایی برای چگونگی رفع مشکل مقیاس‌پذیری در شبکه بلاکچین منجر به تکامل راه حل‌های مقیاس‌پذیری خارج از زنجیره (off-chain scaling solutions) شده است. راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری خارج از زنجیره، راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری لایه دوم هستند که اساساً پروتکل‌های ثانویه‌ای می‌باشند که بر روی بلاکچین اصلی توسعه یافته‌اند.

در نتیجه، راه حل‌های لایه ۲ می‌تواند کمک قابل توجهی در پرداختن به مسائل فضا و تراکم شبکه داشته باشد که البته می‌توانید در این مقاله بیشتر با این نوع از راه‌حل‌ها آشنا شوید.

 

• کانال‌های وضعیت (State channels)

State channels، یکی از روش‌های رایج در میان راه حل‌های لایه دوم برای مقیاس‌پذیری بلاکچین هستند. کانال‌های وضعیت از طریق مکانیزم‌های مختلف یک ارتباط دو طرفه بین کانال‌های تراکنش خارج از زنجیره و شبکه‌های بلاکچین را ارائه می‌دهند. در نتیجه، می‌تواند افزایش قابل توجهی را در سرعت و ظرفیت تراکنش تضمین کند. توجه به این نکته ضروری است که این کانال‌ها نیازی به ماینرها برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها ندارند.

کانال‌های وضعیت به عنوان منابع نزدیک به شبکه عمل می‌کنند که با کمک یک قرارداد هوشمند یا مکانیزم چند امضایی یکپارچه شده‌اند. پس از تکمیل یک تراکنش یا گروهی از تراکنش‌ها در یک کانال وضعیت، بلاکچین مربوطه «وضعیت» نهایی «کانال» را در کنار تمام انتقال‌های مرتبط ثبت می‌کند. برخی از نمونه‌های قابل توجه این کانال‌ها به عنوان راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری بلاکچین عبارتند از:

Raiden Network of Ethereum

Liquid Network

Bitcoin Lightning

Celer Network

 

• زنجیره‌های جانبی (Sidechain)

زنجیره‌های جانبی نیز یکی از بهترین راه‌حل‌های لایه دوم برای یافتن چگونگی رفع مشکل مقیاس‌پذیری در بلاکچین هستند. Sidechain، در واقع به عنوان یک زنجیره تراکنش در مجاورت بلاکچین عمل می‌کند که از الگوریتم‌های اجماع مستقل در مقایسه با زنجیره اصلی استفاده می‌کنند. زنجیره‌های جانبی در مکانیزم‌های انتقال داده بین زنجیره جانبی و زنجیره اصلی، معمولاً از توکن‌های کاربردی (utility tokens) استفاده می‌کنند و توسط قراردادهای هوشمند به زنجیره اصلی متصل می‌شوند. در نظر داشته باشید که امنیت دارایی‌ها در زنجیره جانبی تماماً توسط خود زنجیره جانبی تامین می‌شود و هیچ ارتباطی با زنجیره اصلی ندارد. مقاله زنجیره جانبی؛ راه حل مقیاس‌پذیری بلاکچین، به شما در درک بهتر این مفهوم کمک خواهد کرد.

 

• پلاسما (Plasma)

Plasma نیز یکی از راه حل‌های مبتکرانه مقیاس‌پذیری بلاکچین در گروه راه حل‌های مقیاس‌بندی لایه‌دوم است که بر روی استفاده از بچه زنجیره‌ها که از بلاکچین اصلی ایجاد می‌شوند، تمرکز دارد و هر بچه زنجیره (child chain) به عنوان یک بلاکچین مستقل عمل می‌کند. این بچه زنجیره‌ها تراکنش‌های خود را پردازش می‌کنند و در عین حال از مزایای امنیت در زنجیره اصلی مرتبط بهره می‌برند. عملکرد مستقل هر بچه زنجیره به موازات یکدیگر، فرصت ایده آلی را برای بهینه سازی سرعت و کارایی آن فراهم می‌کند. علاوه بر این، این زنجیره‌ها می‌توانند مجموعه‌ای از ویژگی‌ها و قوانین خاص خود را داشته باشند.

 

• شبکه لایتنینگ (Lightning Network)

در میان راه حل‌های خارج از زنجیره برای مقیاس‌پذیری بلاکچین، Lightning Network یک روش قابل توجه می‌باشد. این روش بر روی استفاده از قابلیت‌های قرارداد هوشمند بر روی شبکه اصلی بلاکچین در کانال‌های خصوصی و خارج از زنجیره تمرکز دارد. کانال‌های خارج از زنجیره می‌توانند تراکنش‌های سریع تری را با کارمزدهای محدودتر ارائه دهند. مهم‌تر از همه، شبکه لایتنینگ با دور کردن تراکنش‌ها از زنجیره اصلی، بار بلاکچین اصلی را کاهش می‌دهد. در نتیجه، کاربران مجبور نیستند هزینه‌های ماینینگ را متحمل شوند یا منتظر زمان‌های طولانی‌تری برای تایید بلوک باشند.

 

مکانیزم‌های اجماع مقیاس‌پذیر

مکانیزم‌های اجماع مقیاس‌پذیر از روش‌هایی هستند که می‌توانند مقیاس‌پذیری و توان عملیاتی تراکنش را بهبود ببخشند. موارد زیر از نمونه‌های مهم این مکانیزم‌ها که می‌توانند به راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری بلاکچین کمک کنند:

 

• اثبات سهام نمایندگی شده (Delegated Proof-of-Stake)
  

DPOS به مکانیزم اجماعی اشاره دارد که مشابه فرآیند دموکراتیک اداره یک کشور است. در این حالت، دارندگان توکن می‌توانند برای تراکنش‌های شبکه اعتبار سنج‌ها را انتخاب کنند. بر اساس نوع سیستم، تعداد اعتبارسنج‌های انتخاب شده می‌تواند از ۱۰ تا ۱۰۰ متغیر باشد و به صورت دوره‌ای تغییر کند. این هولدرها به راحتی می‌توانند به اعتبارسنج‌هایی که عملکرد ضعیفی دارند و یا آن‌هایی که قصد مخربی علیه سیستم دارند رای دهند. در DPOS، نمایندگان مسئول همکاری با یکدیگر برای اطمینان از تولید بلوک هستند. شبکه‌های بلاکچین DPOS سرعت بهتری نسبت به شبکه‌های بلاکچین عمومی دارند.

 

• اثبات اعتبار (Proof-of-Authority)
  

این روش یک مکانیزم اجماع مقیاس پذیر است که در واقع یک الگوریتم اجماع مبتنی بر شهرت را ارائه می‌دهد. گره‌های انتخاب شده مسئولیت اعتبارسنجی تراکنش‌ها در شبکه را با مکانیزم اجماع اثبات اعتبار بر عهده می‌گیرند. گره‌ها به عنوان سرپرست‌های سیستم با قابلیت دیکته کردن وضعیت تراکنش‌ها در بلاکچین کار می‌کنند. شرکت کنندگان باید هویت خود را در مورد سیستم بلاکچین مبتنی بر اثبات اعتبار به اشتراک بگذارند. بنابراین، مکانیزم اثبات اعتبار مستلزم نیاز به یک فرآیند غربالگری جامع و دقیق برای انتخاب اعتباردهنده‌ها است.

 

• تحمل خطای بیزانس (Byzantine Fault Tolerance)
  

مکانیزم‌های اجماع تحمل خطای بیزانسی (BFT) یکی از ابزارهای قابل اعتماد و راه حل مفید برای افزایش مقیاس‌پذیری بلاکچین می‌باشد. سه نوع متمایز مکانیزم اجماع BFT شامل موارد زیر می‌باشد:

Practical Byzantine Fault Tolerance

Federated Byzantine Agreement

Delegated Byzantine Fault Tolerance

 

دفتر کل توزیع شده مقیاس پذیر

فناوری بلاکچین تنها یکی از زیرمجموعه‌های فناوری دفتر کل توزیع شده می‌باشد که البته انواع دیگری نیز دارد. یکی از دیگر نمونه‌های دفتر کل توزیع شده مقیاس پذیر، به عنوان راه حلی برای افزایش مقیاس‌پذیری بلاکچین، گراف جهت‌دار غیر مدور یا DAG می‌باشد. DAGها از یک ساختار داده خطی استفاده می‌کنند که اجازه جریان داده‌ها را از بخش‌های قبلی به بخش‌های بعدی می‌دهد.

 

جمع‌بندی

تقاضای مداوم و در حال رشد برای اپلیکیشن‌های بلاکچینی، منجر به مسائل مهم در مقیاس‌پذیری شده است. کاربران و تراکنش‌های بیشتر می‌توانند شبکه بلاکچین را شلوغ کنند و توانایی آن را برای پردازش تراکنش‌ها محدود کنند. لازم به ذکر است که عوامل بالقوه دیگری نیز وجود دارد که بر مقیاس‌پذیری بلاکچین تأثیر می‌گذارد.

برای حل مشکل solutions scalability یا همان راه‌حل های مقیاس پذیری، انواع مختلف راه‌حل‌ها در دسته‌های مختلف مانند: راه حل‌های لایه ۱، راه حل‌های لایه ۲، مکانیزم‌های اجماع مقیاس پذیر، و DAGها وجود دارند که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند.