اهمیت مقیاس پذیری در بلاک چین

بلاک‌ چین به عنوان شبکه‌ توسعه یافته است که تعامل بین شرکت کنندگان در زنجیره یا شبکه را بدون نظارت هیچ قدرت مرکزی برقرار می‌کند. همه گره‌های شرکت‌کننده در شبکه بلاک چین دارای حقوق برابر هستند و شبکه بدون هیچ مرجع حاکمیتی اجرا شده و فعالیت می‌کند. هر گره منفرد در شبکه توانایی مدیریت تراکنش‌ها را در شبکه بلاک چین دارد. 

می‌توان گفت که افزایش مداوم تعداد گره‌ها باعث ایجاد مشکل مقیاس پذیری در بلاک چین شده است و چشم‌انداز پذیرش بلاک چین را نامعلوم می‌کند. ما می‌خواهیم در این مقاله یک نمای کلی از چالش‌های مقیاس پذیری در بلاک چین با طرح راه حل های مرتبط با آن را ارائه ‌دهیم. 

مقیاس پذیری در بلاک چین چیست؟

مقیاس پذیری به توانایی یک سیستم کامپیوتری برای مدیریت بخش مهمی از فعالیت‌ها مثلا پایگاه داده یا موتور جستجو، اشاره دارد. یک شبکه بلاک چین تا حد خوب مقیاس نمی‌شود یا می‌توان گفت با حجم عظیمی از داده مقیاس پذیری کمی دارد. با این حال، اصطلاح مقیاس‌پذیری مفاهیم بسیار گسترده‌تری در زمینه بلاک چین دارد. 

متاسفانه کلمه بلاک چین به طور کامل به صورت آکادمیک تعریف نشده است، به عنوان مثال، در یکی از مهم‌ترین مقالات در مورد مقیاس پذیری در بلاک چین، هر گونه افزایش بیت کوین از نظر توان عملیاتی، تأخیر، زمان بوت استرپ یا هزینه هر تراکنش به عنوان مقیاس سازی و سیستم بلاک چین متعاقب آن به عنوان مقیاس پذیر شناخته شده است.

چندین سیستم بلاک چین را می توان مقیاس پذیر در نظر گرفت حتی اگر توان عملیاتی آن‌ها به طور قابل توجهی متفاوت باشد. توجه به این نکته ضروری است که اصطلاح مقیاس پذیر یک عبارت مقایسه‌ای در بلاک چین است. منظور از این عبارت که یک سیستم بلاک چین مقیاس پذیر است، این است که با تغییر روش اجماع و تنظیم ویژگی‌های خاص سیستم، نسبت به سایر سیستم‌های فعلی به سرعت انجام تراکنش بیشتری در ثانیه دست پیدا می‌کند.

مشکل مقیاس پذیری در بلاک چین چیست؟

ناتوانی بلاک چین‌های عمومی در مقیاس پذیری مانع این است که بتوان راه‌حل‌های مناسب برای شرکت‌ها و صنایع ارائه داد. اصولا یک سیستم تنظیم‌شده مرکزی، زیربنای بسیاری از تراکنش‌های اینترنتی بین افراد یا شرکت‌هاست، به عنوان مثال یک بانک یا یک ارائه‌دهنده کارت اعتباری می‌تواند به عنوان یک شخص ثالث در اجرای تراکنش پرداخت دیجیتال یا انتقال پول بین دو نهاد نظارت کند و برای هر تراکنش موفق کارمزدی دریافت کند.

این شخص ثالث برای تضمین امنیت تراکنش، اطلاعات شرکت‌کنندگان در تراکنش آنلاین را کنترل و مدیریت می‌کند. از طرفی بلاک چین یک دفتر کل توزیع شده تغییرناپذیر از تراکنش‌های امضا شده رمزنگاری شده است و توسط یک شبکه همتا به همتا (P2P) نگهداری می‌شود و نیازی به یک شخص ثالث برای مدیریت اطلاعات نیست و اعتماد بین کاربران شبکه وجود دارد.

مقیاس پذیری مهم‌ترین مانع ایجاد بلاک چین‌های عمومی در بسیاری از موقعیت‌های تجاری شناخته شده است. مشکل مقیاس پذیری در بلاک چین بیشتر زمانی به وجود می‌آید که تعداد گره‌ها و تراکنش‌ها افزایش می‌یابد که در حال حاضر در سیستم‌های بلاک چین عمومی مانند ارز بیت کوین و اتریوم وجود دارد، زیرا هر گره مستلزم ذخیره و اجرای یک فعالیت محاسباتی است تا بتواند هر تراکنش را تایید کند. 

بنابراین بلاک چین‌های عمومی همواره به قدرت پردازشی زیاد، اتصال به اینترنت پرسرعت و فضای ذخیره‌سازی گسترده نیاز دارند. ظرفیت تراکنش و سرعت دو معیار اصلی عملکرد بلاک چین هستند.

چرا مقیاس پذیری در بلاک چین مهم است؟

مقیاس پذیری عبارت است ظرفیت شبکه برای حفظ توان تراکنش‌های بیشتر و همان‌طور که اشاره کردیم معیار کلیدی در شبکه‌های بلاک چین است بنابراین مقیاس پذیری در بلاک چین در رشد آینده بلاک چین بسیار اهمیت دارد. افزایش تعداد موارد استفاده و پذیرش فناوری بلاک چین، عملکرد یک بلاک چین کاملاً مقیاس پذیر را مختل نمی‌کند. بلاک چین‌هایی که عملکردشان با افزایش استفاده کاهش می‌یابد در واقع مقیاس پذیر نیستند. 

علاوه بر این، معضل سه‌گانه بلاک چین نشان داده که افزایش مقیاس‌پذیری در بلاک چین منجر به کاهش امنیت و تمرکززدایی در آن می‌شود. با این حال این نکته مهم وجود دارد که تنها مقیاس پذیری است که باعث شده شبکه‌های بلاک چین قادر به رقابت موفقیت آمیز با پلتفرم‌های سنتی و متمرکز باشند. این سؤال مطرح می‌شود که آیا ایجاد راه‌حل‌های مقیاس‌ پذیری در بلاک چین که امنیت یا تمرکززدایی را تحت تاثیر قرار ندهند، امکان‌پذیر است؟

چالش سه گانه مقیاس پذیری در بلاک چین چیست؟

سه مورد مقیاس پذیری در بلاک چین، بزرگترین موانع برای صنعت ارزهای دیجیتال است و بیان‌کننده این است که شما به طور همزمان به دو مورد دست می‌یابید و هرگز به هر سه نمی‌توانید دست پیدا کنید. این سه گانه در ابتدا توسط ویتالیک بوترین، بنیانگذار اتریوم ابداع و معرفی شد.

ممکن است الگوریتمی وجود داشته باشد که بتواند این چالش سه‌گانه را حل کند، مگر اینکه کسی ثابت کند این کار غیرممکن است. در ادامه این سه مساله را شرح می‌دهیم.

تمرکززدایی

تمرکززدایی به میزان نفوذ، تنوع در مالکیت، و اعتبار یک بلاک چین اشاره دارد. رمزارزها عموماً غیرمتمرکز هستند، زیرا هیچ تشکل واحدی بر کل شبکه نظارت ندارد. سطوح مختلفی از تمرکززدایی در پروژه‌های مختلفی مانند بیت‌کوین، اتریوم، ریپل، ایاس و… قابل مشاهده است.

امنیت

امنیت عبارت است از قابلیت دفاعی بلاک چین در برابر حملات منابع خارجی و مقاومت سیستم در برابر دستکاری‌ها. احتمال حملات زیادی در یک سیستم بلاک چین وجود دارد مانند حملات دوگانه، sybil، DDoS و حملات 51٪. به طور کلی، آزادی بیشتر (یعنی ورود/خروج آزاد از شبکه) منجر به تمرکززدایی بالاتر اما امنیت کمتر خواهد شد، زیرا تأیید هویت شرکت‌کنندگان جدید در حالی که  برای آسیب زدن به شبکه تحت مالکیت یک نهاد مخرب واحد باشند یا با هم تبانی کرده باشند، دشوار است.

مقیاس پذیری

مقیاس پذیری تعیین‌کننده ظرفیت شبکه است مانند تعداد گره‌ها یا تعداد تراکنش‌هایی که شبکه قادر به پردازش آن است و سرعت تراکنش. اصطلاح مقیاس‌پذیری گاهی گیج‌کننده است مثلا بلاک‌ چین بیت‌کوین با پیوستن شرکت‌کنندگان جدید به شبکه، مقیاس‌پذیر است. سیستم PoW به طور خودکار سختی را تنظیم کرده و شبکه هر تعداد گره را که در آن وجود دارد، تحمل می‌کند.

این مساله که بیت کوین مقیاس پذیر نیست عمدتاً به دلیل توان عملیاتی آن است زیرا تنها می‌تواند هفت تراکنش در ثانیه (tps) را پردازش کند که برای استفاده واقعی کافی نیست (در مقایسه با VISA که طبق گزارش‌ها می‌تواند تا 24000 tps برسد). مسئله دیگر سرعت نهایی است زیرا کاربران نمی‌توانند مدت طولانی برای تأیید تراکنش خود منتظر باشند.

راه‌حل‌هایی مقیاس پذیری در بلاک چین

به منظور ارائه راه‌حل‌های مقیاس پذیری در بلاک چین و انجام تراکنش‌های سریع‌تر، راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری لایه دوم، این لایه را به شبکه بلاک چین اولیه اضافه می‌کنند. بلاک چین اصلی به یک بلاک چین کوچکتر به نام زنجیره جانبی متصل است. دارایی‌های زنجیره اصلی و زنجیره جانبی را می‌توان با قیمت ثابت معامله کرد. می‌توان با جابجایی برنامه‌های خاص روی زنجیره‌های جانبی، از آن‌ها برای تخلیه بار زنجیره اصلی استفاده کرد.

علاوه بر بلاک چین اصلی یک شبکه خارج از زنجیره وجود دارد که به عنوان کانال پرداخت شناخته می‌شود و هدف آن ایجاد یک مسیر ارتباطی بین طرفین یک معامله است. هر تراکنش در کانال خارج از زنجیره اتفاق می‌افتد و از این رو نیازی به اجماع جهانی نیست. در نتیجه این تراکنش‌ها با سرعت زیاد و کارمزدهای فوق العاده ارزان و با استفاده از قراردادهای هوشمند انجام می‌شوند.

راه‌حل‌های خارج از زنجیره

راه‌حل‌های مقیاس پذیری در بلاک چین لایه دوم یا راه‌حل‌های خارج از زنجیره عبارتند از روش‌هایی که جهت پرداختن به موضوع مقیاس پذیری در بلاک چین طراحی شده‌اند. افزایش تعداد تراکنش‌ها در یک شبکه بلاک چین منجر به شلوغ و کند شدن آن شده و تأیید تراکنش‌ها با تاخیر انجام خواهد شد. هدف این راه‌حل، کم کردن امکان بروز این مشکل با ایجاد یک لایه ثانویه در بالای شبکه اصلی بلاک چین است که از آن برای مدیریت حجم بالایی از تراکنش‌ها استفاده شود.

پروتکل‌های ثانویه در بالای بلاک چین اصلی ساخته می‌شوند و در آنجا تراکنش‌ها برای صرفه‌جویی در فضا و کاهش ازدحام شبکه، از بلاک‌ چین اصلی بارگذاری می‌شوند. این امر امکان استفاده موثرتر از منابع اصلی بلاک چین را ایجاد می‌کند به این دلیل که بیشتر تراکنش‌ها در این لایه ثانویه انجام خواهند شد و منجر به تأیید سریع‌تر تراکنش‌ها و افزایش راندمان شبکه کلی می‌شود.

این راه‌حل‌های خارج از زنجیره یک لایه امنیتی اضافه را نیز فراهم می‌کنند زیرا لایه ثانویه بیشتر تراکنش‌ها را انجام داده و بنابراین بلاک چین اصلی می‌تواند تراکنش‌های مهم یا پیچیده‌تر را پردازش کند. بعلاوه، این راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری در بلاک چین، حریم خصوصی بیشتری را نیز ایجاد می‌کنند زیرا ممکن است تراکنش‌های لایه ثانویه برای کل شبکه قابل مشاهده نباشند.

زنجیره‌های جانبی

سایدچین یا زنجیره جانبی، یک بلاک چین جداگانه است که به بلاک چین اصلی که به آن زنجیره اصلی نیز می گویند متصل می‌شود. دارایی‌های روی زنجیره اصلی و زنجیره جانبی با نرخ ثابت با استفاده از یک میخ دو طرفه قابل مبادله هستند. با انتقال برنامه‌های خاص به این زنجیره‌های جانبی می‌توان بار روی زنجیره اصلی را کم کرد. چنانچه ارتباطات بین بلاک چین کارآمدتر شوند، زنجیره‌های جانبی قادر خواهند بود راه‌حلی امیدوارکننده برای مشکلات مقیاس پذیری در بلاک چین باشند.

امکان این وجود دارد که چندین زنجیره جانبی به زنجیره اصلی متصل شده و هر کدام معماری خاص خود را داشته باشند. همچنین می‌تواند شبکه‌ای از زنجیره‌های جانبی و زنجیره اصلی ایجاد شود که در آن زنجیره اصلی به عنوان یک شبکه رله عمل کرده و زنجیره‌های جانبی یک شبکه بلاک چین را نشان ‌دهند. پلاسما (اتریوم) و پاراچین (پالکادات) راه‌حل‌های محبوبی برای مقیاس پذیری در بلاک چین هستند که از زنجیره‌های جانبی و رله استفاده می‌کنند.

 کانال‌های پرداخت

کانال پرداخت روشی است برای انجام تراکنش‌های خارج از بلاک چین اصلی و به موازات آن اجرا می‌شود و راه‌حلی برای مشکل مقیاس پذیری در بلاک چین هستند. این فرایند شامل ایجاد یک کانال بین دو طرفی است که قصد انجام معامله دارند. تراکنش‌هایی که در این کانال پردازش می‌شوند، خارج از زنجیره‌اند بنابراین نیازی به اجماع شبکه ندارند و به سرعت با استفاده از قراردادهای هوشمند، با کارمزد کمتر و سرعت بیشتر انجام می‌شوند. اصولا فرایند استفاده از کانال پرداخت سه مرحله دارد:

• ایجاد کانال با امضا و تامین مالی 
• انجام معاملات و تراکنش‌های همتا به همتا در کانال
• بستن کانال و ثبت وضعیت نهایی تراکنش در بلاک چین اصلی

طرح‌های متفاوتی از کانال‌های پرداخت وجود دارند که شبکه لایتنینگ (بیت‌کوین) و شبکه رایدن (اتریوم) نمونه‌های بارز اینچنین پیاده‌سازی‌هایی هستند.

جمع بندی و سوالات متداول

استقبال بی‌نظیر از برنامه‌های بلاک چین منجر به چالش قابل توجهی در مفهوم مقیاس پذیری در بلاک چین شده است. افزایش تعداد شرکت‌کنندگان و تراکنش‌ها ممکن است شبکه بلاک چین را مسدود کرده و توانایی آن برای انجام تراکنش‌ها را کاهش دهند. در حالی که عوامل مختلفی مقیاس پذیری در بلاک چین را مسدود می‌کنند، برخی راه‌حل‌ها مقیاس پذیری در بلاک چین را بهبود می‌بخشند. 

این راه‌حل‌های مقیاس‌ پذیری در بلاک ‌چین به شکال‌های مختلف مانند راه‌حل‌های لایه 1، راه‌حل‌های لایه 2، روش‌های اجماع مقیاس‌پذیر و DAGs، پاسخ‌های مؤثری برای مشکلات مقیاس ‌پذیری در بلاک چین ارائه می‌کنند.