مقیاس‌پذیری در بلاک چین چیست و چه راهکارهایی دارد؟

زمانی‌که وارد دنیای جدید و هیجان‌انگیز بلاک چین و ارزهای دیجیتال می‌شویم، یکی از اولین اصطلاحاتی که زیاد با آن برخورد می‌کنیم مشکل «مقیاس‌پذیری» در بلاک چین‌های مختلف است. مقیاس پذیری در بلاک چین تا حد زیادی به سرعت تراکنش‌ها اشاره دارد. توانایی فناوری بلاک چین برای مدیریت سریع حجم بالایی از تراکنش‌ها در آن واحد که به عنوان مقیاس‌پذیری شناخته می‌شود، چالشی بزرگ در صنعت ارزهای دیجیتال است. در این مقاله مفهوم مقیاس‌پذیری و اهمیت آن را توضیح داده و تازه‌ترین راهکارها و پیشرفت‌ها در این زمینه را بررسی می‌کنیم.

مقیاس‌پذیری چیست؟

مقیاس‌پذیری در بلاک چین به توانایی شبکه برای افزایش ظرفیت پردازش تراکنش‌ها در زمان شلوغی شبکه می‌گویند. در فناوری بلاک چین، حفظ کارایی و سرعت شبکه در مواجهه با افزایش تعداد کاربران و حجم تراکنش‌ها در قالب مقیاس‌پذیری مطرح می‌شود. هدف اصلی مقیاس‌پذیری این است که عملکرد شبکه بدون به خطر انداختن امنیت یا غیرمتمرکز بودن آن بهبود یابد.

در یک شبکه بلاک چین مقیاس‌پذیر، افزایش تعداد تراکنش‌ها نباید منجر به کندی قابل‌توجه در پردازش تراکنش‌ها یا افزایش چشمگیر در هزینه‌های آن شود. این شبکه باید قادر به حفظ سرعت تأیید تراکنش‌ها، مدیریت حجم بالای داده‌ها و حفظ هزینه‌های عملیاتی در سطحی معقول باشد.

بهبود مقیاس‌پذیری می‌تواند به گسترش کاربردهای بلاک چین در زمینه‌های مختلف و پذیرش گسترده‌تر این فناوری کمک کند. در حال حاضر، این واقعیت که بلاک چین‌ها هنوز آماده پذیرش عموم مردم نیستند و نمی‌توانند جایگزین سیستم‌های پرداخت سنتی و متمرکز شوند، چالشی بزرگ در دنیای ارزهای دیجیتال است.

بیشتر بخوانید: بلاک چین چیست

سه‌گانه بلاک چین چیست؟

مقیاس‌پذیری همان ویژگی است که برای کاربران بلاک چین یک تجربه عالی و بی‌نقص فراهم می‌کند، فارغ از اینکه تعداد کاربران ۱۰۰ نفر یا یک میلیارد نفر باشد. بنابراین پیش از آنکه عموم مردم آماده استفاده از بلاک چین و ارزهای دیجیتال برای امور مالی و پرداخت‌های روزمره خود شوند، مشکل مقیاس‌پذیری بلاک چین‌ها باید حل شود که خود بخش مهمی از مشکلی دیگر به‌نام «سه‌گانه بلاک چین» است.

معضل سه‌گانه بلاک چین یا همان «Blockchain Trilemma» سه ویژگی اصلی و بنیادین بلاک چین‌ها را در کنار یکدیگر در نظر می‌گیرد:

• مقیاس‌پذیری (Scalability)
• تمرکززدایی (Decentralization)
• امنیت (Security)

معضلی که سه‌گانه بلاک چین پیش روی ما می‌گذارد این است: بلاک چین‌ها تا کنون نتوانسته‌اند به هر سه ویژگی مقیاس‌پذیری، تمرکززدایی و امنیت در کنار هم دست یابند. مخصوصاً دستیابی به مقیاس‌پذیری بالا از همان ابتدا و از پیدایش اولین بلاک چین یعنی بیت کوین یک چالش بزرگ بوده و بلاک چین‌های بعد از آن که تلاش کردند این مشکل را برطرف کنند، مجبور شدند یا تمرکززدایی یا امنیت بلاک چین را قربانی مقیاس‌پذیری بیشتر کنند.

مقیاس‌پذیری بلاک چین در مقابل شبکه‌های پرداخت سنتی

در حالیکه شبکه‌های پرداخت سنتی مانند ویزا می‌توانند تا ۲۴٬۰۰۰ تراکنش در ثانیه (TPS) را پردازش کنند، بیت کوین به صورت میانگین می‌تواند تنها ۷ تراکنش در ثانیه را پردازش کند و اتریوم، نزدیک‌ترین رقیب بیت کوین، می‌تواند ۲۰ تا ۳۰ تراکنش بر ثانیه را اجرا کند. واضح است که این اعداد برای پذیرش عمومی و گسترده ارزهای دیجیتال اصلاً کافی نیست.

بیشتر بخوانید: آیا مشکلات سه‌گانه بلاک چین‌ها درنهایت رفع خواهند شد؟

در  سال‌های اخیر، متخصصان و مهندسان بلاک چین تلاش کرده‌اند با ایده‌پردازی و اجرای راهکارهای مختلف، مقیاس‌پذیری بلاک چین‌ها را بالا ببرند. مهم‌ترین راهکارهای مقیاس‌پذیری که تا به‌حال اجرا شده‌اند، راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه یک و لایه دو هستند. البته به جز این دو دسته راهکارهای دیگری هم وجود دارند که کمتر متداول‌اند. در ادامه اصلی‌ترین راهکارهای مقیاس‌پذیری در بلاک چین را بررسی می‌کنیم.

راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه یک یا درون‌زنجیره‌ای

راهکار‌های مقیاس‌پذیری لایه اول پایگاه کد بلاک چین را تغییر می‌دهند؛ به‌همین‌دلیل، به آنها راهکارهای درون‌زنجیره‌ای می‌گویند. به عبارت دیگر، این راهکارهای با تغییرات در سازوکار داخلی شبکه‌های بلاک چینی به‌دنبال بهینه‌سازی آن‌ها برای افزایش مقیاس‌پذیری هستند. راهکارهای لایه اول در سه بخش مهم بلاک چین، یعنی بخش اجرای تراکنش‌ها، بخش ذخیره‌سازی و مکانیسم اجماع اعمال می‌شوند.

انواع مقیاس‌پذیری لایه یک در بلاک چین

افزایش محبوبیت و کاربردهای بلاک چین حجم بالایی از تراکنش‌ها را به دنبال دارد که نیاز است در زمانی کوتاه پردازش شوند. مقیاس‌پذیری در بلاک چین به توانایی شبکه برای رشد و مدیریت افزایش تعداد تراکنش‌ها، کاربران و داده‌ها بدون از دست دادن کارایی یا امنیت آن کمک می‌کند.

برای درک بهتر مقیاس‌پذیری لایه اول، می‌توان آن را به سه ویژگی کلیدی تقسیم کرد: مقیاس‌پذیری اجرا، مقیاس‌پذیری ذخیره‌سازی و مقیاس‌پذیری اجماع. هر یک از این جنبه‌ها نقش مهمی در عملکرد کلی شبکه بلاک چین دارند و بهبود هر کدام می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر کارایی کل سیستم داشته باشد. در ادامه، به بررسی دقیق هر یک از این ویژگی‌ها، چالش‌های مربوط به آنها و راهکارهای موجود برای بهبود آنها می‌پردازیم.

مقیاس‌پذیری اجرا

مقیاس‌پذیری اجرا مربوط به توانایی شبکه بلاک چین در پردازش تعداد بیشتری از تراکنش‌ها در واحد زمان است. این جنبه از مقیاس‌پذیری به طور مستقیم با سرعت و کارایی شبکه در ارتباط است و نقش مهمی در تجربه کاربری و قابلیت استفاده از بلاک چین در کاربردهای مختلف دارد.

اجزای اصلی مقیاس‌پذیری اجرا

لایه اجرایی بلاک چین که مسئول پردازش تراکنش‌ها است، سه فرایند اصلی را بر عهده دارد: بررسی اعتبار تراکنش‌ها، اجرای منطق درون‌زنجیره و محاسبه تغییرات وضعیت. بررسی اعتبار تراکنش‌ها شامل تأیید امضاهای دیجیتال، بررسی موجودی کافی برای انجام تراکنش و اطمینان از صحت داده‌های تراکنش است. این مرحله برای جلوگیری از تقلب در تراکنش‌ها و حفظ یکپارچگی شبکه ضروری است.

در بلاک چین‌هایی که از قراردادهای هوشمند پشتیبانی می‌کنند، اجرای منطق درون‌زنجیره نقش مهمی ایفا می‌کند، چراکه مستلزم اجرای کد قراردادها و پردازش منطق کسب‌وکار است که می‌تواند بسیار پیچیده و نیازمند منابع گسترده باشد. سرعت و کارایی این بخش تأثیر مستقیمی بر عملکرد کلی شبکه دارد.

پس از اجرای تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند، شبکه باید وضعیت جدید را محاسبه و ذخیره کند؛ یعنی بلاک چین را به‌روزرسانی کند. این مرحله شامل به‌روزرسانی موجودی حساب‌ها، تغییر وضعیت قراردادها و ثبت نتایج تراکنش‌هاست که برای حفظ انسجام و قابلیت اطمینان شبکه حیاتی است.

چالش‌های مقیاس‌پذیری اجرا

مقیاس‌پذیری اجرا با چالش‌های جدی روبروست. یکی از مهم‌ترین این چالش‌ها، محدودیت‌های نودها در قدرت محاسباتی است. گره‌های شبکه بلاک چین باید توانایی پردازش تمام تراکنش‌ها را داشته باشند و با افزایش تعداد تراکنش‌ها، فشار بر روی منابع محاسباتی آنها افزایش می‌یابد. چنین وضعیتی می‌تواند به کندی شبکه یا حتی از کار افتادن گره‌های ضعیف‌تر منجو شود.

چالش دیگر، یافتن تعادل بین سرعت و امنیت است. افزایش سرعت پردازش تراکنش‌ها ممکن است باعث شود که امنیت شبکه کاهش یابد، زیرا زمان کمتری برای بررسی دقیق هر تراکنش وجود دارد. این تعادل ظریف بین کارایی و امنیت، یکی از پیچیده‌ترین جنبه‌های طراحی سیستم‌های بلاک چین است.

راهکارهای بهبود مقیاس‌پذیری اجرا

برای مقابله با این چالش‌ها، راهکارهای مختلفی پیشنهاد شده است. یکی از این راهکارها، مقیاس‌پذیری عمودی است که شامل افزایش قدرت پردازشی گره‌های شبکه می‌شود. اگرچه این روش می‌تواند به افزایش سرعت پردازش کمک کند، اما خطر تمرکزگرایی را به همراه دارد، زیرا ممکن است تنها گره‌های قدرتمند قادر به شرکت در شبکه باشند.

رویکرد دیگر، مقیاس‌پذیری افقی است که از تکنیک‌هایی مانند شاردینگ استفاده می‌کند. در این روش، شبکه به زیرمجموعه‌های کوچکتر تقسیم می‌شود و هر بخش مسئول پردازش بخشی از تراکنش‌هاست. این رویکرد می‌تواند به افزایش قابل توجه ظرفیت شبکه منجر شود، اما پیاده‌سازی آن پیچیده است و چالش‌های خاص خود را دارد.

بهینه‌سازی کد قراردادهای هوشمند نیز می‌تواند به بهبود مقیاس‌پذیری اجرا کمک کند. با نوشتن کدهای کارآمدتر و استفاده از تکنیک‌های بهینه‌سازی، می‌توان بار محاسباتی را کاهش داد و سرعت اجرا را افزایش داد.

مقیاس‌پذیری ذخیره‌سازی

مقیاس‌پذیری ذخیره‌سازی یکی دیگر از راهکارهای افزایش مقیاس‌پذیری بلاک چین است که تغییراتی را در لایه ذخیره‌سازی شبکه اعمال می‌کند. با افزایش مقیاس‌پذیری در لایه ذخیره‌سازی شبکه، توانایی آن در مدیریت و ذخیره‌سازی حجم روزافزون داده‌ها افزایش می‌یابد، بدون آنکه عملکرد یا امنیت شبکه به خطر بیفتد.

در شبکه‌های بلاک چین، دو نوع داده وجود دارد که باید ذخیره و مدیریت شوند. نوع اول، داده‌های تاریخی هستند که شامل تمام تراکنش‌ها و بلاک‌های قبلی می‌شوند. نوع دوم، وضعیت کلی شبکه است که وضعیت فعلی تمام آدرس‌ها و قراردادهای هوشمند در شبکه را نشان می‌دهد.

مدیریت این حجم عظیم از داده‌ها چالش بزرگی است، چراکه با گذشت زمان و افزایش تعداد تراکنش‌ها، حجم این داده‌ها مدام بیشتر و بیشتر می‌شود، تا جایی که حجم کل بلاک چین به صدها ترابایت افزایش می‌یابد. این رشد مداوم می‌تواند منجر به افزایش زمان همگام‌سازی برای گره‌های جدید و افزایش هزینه‌های ذخیره‌سازی برای تمام مشارکت‌کنندگان در شبکه شود.

راهکارهای بهبود مقیاس‌پذیری ذخیره‌سازی

برای مقابله با این چالش‌ها، راهکارهای مختلفی پیشنهاد شده است. یکی از این راهکارها، شاردینگ داده است. در این روش، داده‌های شبکه به بخش‌های کوچکتر (شاردها) تقسیم می‌شوند و هر گره تنها بخشی از کل داده‌ها را نگهداری می‌کند. این رویکرد می‌تواند بار ذخیره‌سازی را بین گره‌های مختلف توزیع کند. پرونینگ یا همان هرس‌کردن داده‌ها روش دیگری است که در آن داده‌های قدیمی و غیرضروری از نودها حذف می‌شوند. با این کار، حجم داده‌هایی که هر گره باید ذخیره کند، کاهش می‌یابد.

ذخیره‌سازی خارج از زنجیره نیز رویکرد دیگری است که در آن بخشی از داده‌ها در خارج از بلاک چین اصلی ذخیره می‌شوند. این روش می‌تواند بار ذخیره‌سازی روی بلاک چین اصلی را کاهش دهد، اما نیاز به مکانیزم‌های اضافی برای تضمین امنیت و دسترس‌پذیری داده‌های خارج از زنجیره دارد. فشرده‌سازی داده نیز می‌تواند به کاهش حجم داده‌های ذخیره شده کمک کند. تکنیک‌های پیشرفته فشرده‌سازی می‌توانند حجم داده‌ها را بدون از دست دادن اطلاعات مهم کاهش دهند.

مقیاس‌پذیری اجماع

مقیاس‌پذیری اجماع، سومین رکن اساسی در بحث مقیاس‌پذیری بلاک چین است که توانایی شبکه در رسیدن به توافق درباره وضعیت فعلی بلاک چین، در مقیاس بزرگ و با سرعت قابل قبول را در بر می‌گیرد. مکانیزم اجماع که بیشتر آن را با مکانیسم اثبات کار (PoW) در بیت کوین یا اثبات سهام (PoS) در اتریوم می‌شناسیم، نقشی حیاتی در حفظ امنیت و یکپارچگی شبکه ایفا می‌کند.

اجزای اصلی مقیاس‌پذیری اجماع

در مرکز مقیاس‌پذیری اجماع، مکانیزم‌های اجماع قرار دارند. دو نمونه معروف از این مکانیزم‌ها، اثبات کار و اثبات سهام هستند. اثبات کار که در شبکه بیت کوین استفاده می‌شود، بر حل مسائل پیچیده ریاضی تکیه دارد؛ در حالی که اثبات سهام که در شبکه جدید اتریوم یا همان اتریوم ۲ پیاده‌سازی شده است، بر مقدار ارز دیجیتالی که شرکت‌کنندگان در شبکه به عنوان وثیقه سپرده‌گذاری می‌کنند، متکی است.

زمان رسیدن به قطعیت، یکی دیگر از اجزای مهم مقیاس‌پذیری اجماع است. این مفهوم به مدت‌زمانی اشاره دارد که برای تأیید نهایی و قطعی یک تراکنش لازم است؛ یعنی وقتی که تراکنش دیگر قابل‌برگشت نیست. هر چه این زمان کوتاه‌تر باشد، شبکه می‌تواند تراکنش‌های بیشتری را در واحد زمان پردازش کند.

مقاومت در برابر حملات سیبیل نیز جزء حیاتی دیگری در مقیاس‌پذیری اجماع است که مربوط به جلوگیری از ایجاد هویت‌های جعلی متعدد توسط یک فرد است؛ یعنی یک نفر با هویت‌های مختلف نودهای متعددی را کنترل کند. حفظ این مقاومت در مقیاس بزرگ، چالشی جدی برای شبکه‌های بلاک چین است.

چالش‌های مقیاس‌پذیری اجماع

حفظ تعادل بین سرعت و امنیت مهم‌ترین چالش در مقیاس‌پذیری اجماع است. افزایش سرعت اجماع معمولاً به معنای کاهش تعداد گره‌های درگیر در فرایند تأیید است؛ اما چنین وضعیتی می‌تواند امنیت شبکه را به خطر بیندازد. از سوی دیگر، افزایش امنیت با درگیر کردن گره‌های بیشتر، می‌تواند منجر به کندی فرایند اجماع شود.

زمانی هم که تعداد نودها زیاد شود، مدیریت آن‌ها به چالش تبدیل می‌شود؛ چراکه هماهنگی بین آنها و رسیدن به اجماع در زمان مناسب دشوارتر می‌شود. این مسئله تأخیر در تأیید تراکنش‌ها و کاهش کارایی کلی شبکه را به دنبال دارد. چالش سوم حفظ تمرکززداییاست که شبکه‌های بلاک چین با آن مواجه هستند. افزایش مقیاس‌پذیری اغلب منجر به تمرکز بیشتر قدرت در دست تعداد کمی از مشارکت‌کنندگان می‌شود که با اصول اساسی بلاک چین در تضاد است.

راهکارهای بهبود مقیاس‌پذیری اجماع

یکی از این راهکارهای مقیاس‌پذیری اجماع بهبود الگوریتم‌های اجماع است. برای مثال، الگوریتم‌های جدیدی مانند اثبات سهام واگذارشده (DPoS) یا اثبات اقتدار (PoA) سرعت اجماع را افزایش می‌دهند و هم‌زمان، سطح قابل‌قبولی از امنیت را حفظ می‌کنند.

راهکار دیگر استفاده از زیرشبکه‌ها یا شبکه‌های فرعی است که می‌تواند به بهبود مقیاس‌پذیری اجماع کمک کند. در این روش، شبکه به چندین زیرشبکه تقسیم می‌شود که هر کدام مسئولیت رسیدن به اجماع درباره بخشی از تراکنش‌ها را بر عهده دارند. این رویکرد می‌تواند سرعت کلی شبکه را افزایش دهد.

اجماع غیرهمزمان نیز رویکردی نوآورانه است که در آن، گره‌ها نیازی به همگام‌سازی کامل با یکدیگر ندارند. این روش می‌تواند سرعت اجماع را افزایش دهد، اما پیاده‌سازی آن پیچیده‌تر است و چالش‌های خاص خود را دارد. افزایش بودجه امنیتی نیز می‌تواند به بهبود مقیاس‌پذیری اجماع کمک کند. با افزایش پاداش‌ها برای مشارکت‌کنندگان در فرایند اجماع، می‌توان انگیزه بیشتری برای مشارکت در شبکه ایجاد کرد و امنیت کلی را افزایش داد.

نمونه‌هایی از راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه اول

سگویت (SegWit) و شاردینگ (Sharding) دو نمونه از راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه یک هستند. «سگویت» تغییری در پایگاه کد بلاک چین است که کارایی و ظرفیت تراکنش‌ها را بهبود می‌بخشد. «شاردینگ» هم راهکاری است که بلاک چین را به زیرشبکه‌های کوچکتری به نام «شارد» تقسیم می‌کند. هر دوی این راهکارها مستلزم تغییرات ساختاری یا اساسی در بلاک چین هستند؛ ازاین‌رو، این راهکارها درون‌زنجیره‌ای یا لایه اول محسوب می‌شوند.

سگویت

سگویت (SegWit) مخفف عبارت «Segregated Witness» است و به‌روزرسانی پروتکل برای بلاک چین بیت کوین است که نحوه و ساختار ذخیره داده‌ها را تغییر می‌دهد. این راهکار از نظر فنی به این شکل کار می‌کند که حجم اطلاعات مربوط به امضای تراکنش‌ها از بلاک‌ها جدا می‌شود و در یک بخش جداگانه ذخیره می‌شود. با این کار، فضای بیشتری در هر بلاک برای ذخیره داده‌های واقعی تراکنش‌ها فراهم می‌شود. در نتیجه، تعداد تراکنش‌هایی که در هر بلاک قرار می‌گیرد، افزایش می‌یابد.

بنابراین، سگویت منجر به افزایش توان و ظرفیت بلاک چین بیت کوین می‌شود. سگویت در بلاک چین لایت کوین هم با موفقیت پیاده‌سازی شده که هارد فورکی از بیت کوین است و راهکار مقیاس‌پذیری خوبی برای این دو بلاک چین به شمار می‌رود.

با این‌حال، سگویت به دلایل متعددی نمی‌تواند راهکار مقیاس‌پذیری پایداری باشد. اولاً، سگویت راهکاری عمومی برای همه بلاک چین‌ها نیست و فقط می‌تواند برای بلاک چین‌های مبتنی بر بیت کوین اعمال شود. دوم اینکه سگویت راهکاری بلندمدت نیست و به تمام مسائل مقیاس‌پذیری در بلاک چین بیت کوین نمی‌پردازد.

دلیل سوم هم این است که به‌روزرسانی سگویت بیت کوین را قادر می‌سازد تا تراکنش‌های بیشتری را پردازش کند، اما زمان تأیید تراکنش‌ها را کاهش نمی‌دهد. بنابراین، اگرچه سگویت به افزایش توان عملیاتی و ظرفیت بلاک چین بیت کوین کمک می‌کند، اما راه‌حل کاملی برای حل مشکل مقیاس‌پذیری بلاک چین ارائه نمی‌دهد.

شاردینگ

شاردینگ (Sharding) روشی برای پارتیشن‌بندی پایگاه داده است که یک پایگاه داده بزرگ را به بخش‌های کوچکتر تقسیم می‌کند و مدیریت و عملکرد آن را بهبود و زمان پاسخ به درخواست‌ها را کاهش می‌دهد. این تکنیک می‌تواند در شبکه‌های بلاک چین اعمال شود؛ بدین صورت که شبکه به بخش‌های مختلفی تقسیم می‌شود که هر کدام توسط گروه خاصی از گره‌ها (Nodes) اداره می‌شوند.

با اعمال شاردینگ، می‌توان توان عملیاتی کلی بلاک چین را تا حد زیادی افزایش داد، زیرا گروه‌های متعددی از نودها می‌توانند تراکنش‌ها را به صورت موازی پردازش کنند. این روش به پارتیشن‌بندی افقی نیز معروف است.

در شاردینگ، یک شبکه بلاک چین به بخش‌های مختلفی تقسیم می‌شود که به آنها «شارد» گفته می‌شود و هر شارد توسط گره‌های خاصی که به آن تخصیص داده شده، اداره می‌شود. این کار باعث می‌شود شبکه بتواند چندین تراکنش را به‌طور همزمان پردازش کند و ظرفیت و توان کلی آن افزایش یابد.

این رویکرد می‌تواند در شرایطی مفید باشد که تعداد تراکنش‌ها در بلاک چین زیاد است و شبکه در تلاش است تا به تقاضای زیاد کاربران پاسخ دهد. همچنین می‌توان با رشد شبکه، شاردهای بیشتری به آن اضافه کرد. با این حال، شاردینگ نیز با چالش‌های خاص خود همراه است، از جمله حفظ امنیت، یکپارچگی شبکه و اطمینان از ارتباط کارآمد و ایمن بین شاردهای مختلف.

بیشتر بخوانید: دنک شاردینگ چیست؟‌ شاردینگ در اتریوم

زنجیره‌های جانبی

در فناوری زنجیره جانبی یا سایدچین (Sidechains)، یک بلاک چین ثانویه یا جانبی ایجاد می‌شود که به بلاک چین اصلی متصل است. مزیت اصلی زنجیره‌های جانبی این است که با استفاده از مکانیزمی به نام پیوند دوطرفه (Two-way Peg)، امکان انتقال دارایی‌ها بین زنجیره اصلی و زنجیره جانبی را با نرخ ثابتی فراهم می‌کند.

این باعث می‌شود بتوان برخی از تراکنش‌ها و برنامه‌های کاربردی را از زنجیره اصلی به زنجیره جانبی منتقل کرد تا ازدحام شبکه را کاهش داده و مقیاس‌پذیری بلاک چین را افزایش دهد.

در میان راهکار‌های مقیاس‌پذیری محبوبی که از فناوری زنجیره جانبی استفاده می‌کنند، می‌توان به پاراچین (Parachain) در بلاک چین پولکادات اشاره کرد. این راهکارها به دلیل توانایی خود در افزایش مقیاس‌پذیری و در عین حال حفظ سطح بالایی از امنیت و حریم خصوصی، مورد توجه قرار گرفته‌اند.

راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه دوم و انواع آن

راهکارهای خارج از زنجیره که به‌عنوان راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری لایه دو نیز شناخته می‌شوند، برای افزایش کارایی و سرعت تراکنش‌ها در شبکه بلاک چین به کار می‌روند. این راهکارها یک لایه ثانویه را روی شبکه اصلی بلاک چین اضافه می‌کنند که به طور خاص برای انجام حجم بالای تراکنش‌ها طراحی شده است.

لایه دوم تراکنش‌ها را با سرعت بالا و بدون نیاز به ارجاع آن‌ها به بلاک چین اصلی پردازش می‌کند و درنهایت، تراکنش‌ها را به‌صورت دسته‌ای روی بلاک چین اصلی تسویه می‌کند. به بیان ساده‌تر، پردازش اولیه تراکنش‌ها با سرعت بالاتری روی لایه دوم انجام و تسویه نهایی به شبکه اصلی ارجاع داده می‌شود. با این کار، بار بزرگی از دوش شبکه اصلی برداشته می‌شود و ازدحام و کندی شبکه از میان می‌رود.

راهکارهای لایه دو که با ظهور پروتکل‌های لایه دوم اتریوم محبوبیت فراوانی یافتند، به چند دسته اصلی تقسیم می‌شوند. در حال حاضر، صدها راهکار لایه دوم روی بیت کوین، اتریوم و دیگر بلاک چین‌ها ساخته شده است که هر یک کاربرد ویژه خود را دارد. در ادامه، مهم‌ترین این راهکارها را بررسی می‌کنیم.

رولاپ‌های اثبات دانش صفر

رولاپ‌های اثبات دانش صفر (ZK-Rollups) یا زی‌کی-رولاپ‌ها، بسته‌ای از داده‌ها را از زنجیره اصلی می‌گیرند و در ازای آن وثیقه‌ای روی زنجیره می‌گذارند. سپس، این داده‌ها برای پردازش و محاسبات به خارج از زنجیره منتقل می‌شوند. این راهکار می‌تواند یک بلاک در هر دقیقه تولید کند و قادر به پردازش ۲۰۰۰ تراکنش در ثانیه است. مفهوم «دانش صفر» به این معناست که تمام تأییدکنندگان می‌توانند بدون افشای اطلاعات واقعی، از یکسان بودن اطلاعات خود اطمینان حاصل کنند.

رولاپ‌های اثبات دانش صفر به دلیل ذخیره‌سازی داده‌ها در خارج از زنجیره، عملکرد بهتری نسبت به لایه یک دارند. در زی کی رولاپ‌ها درخواست‌های کمتری برای دسترسی به داده‌های مهم مربوط به قراردادهای هوشمند وجود دارد. این امر باعث صرفه‌جویی چشمگیر در توان پردازشی می‌شود و ظرفیت کمتری از بلاک چین برای تأیید تراکنش‌ها اشغال می‌شود. در نتیجه، کارمزدها کاهش می‌یابند و تراکنش‌ها سریع‌تر و ارزان‌تر می‌شوند.

رولاپ‌های آپتیمیستیک

رولاپ‌های آپتیمیستیک (Optimistic Rollups) روی لایه اول اجرا می‌شوند و امکان اجرای تعداد زیادی از قراردادهای هوشمند را بدون فشار بیش از حد به شبکه فراهم می‌کنند. این راهکارها از همان سطح امنیتی برخوردار هستند که زنجیره اصلی دارد. با این حال، توان عملیاتی آنها از پلاسما و رولاپ‌های اثبات دانش صفر کمتر است.

تفاوت اصلی این نوع رولاپ با رولاپ‌های اثبات دانش صفر در این است که تراکنش‌های لایه دوم زمان بیشتری می‌برند. رولاپ‌های آپتیمیستیک باید برای به‌روزرسانی وضعیت، به تأییدکنندگان خارجی برای بررسی ریشه‌های مرکل متکی باشند. اما مزیت آنها این است که می‌توانند از قراردادهای هوشمند به شیوه‌ای مشابه با بلاک چین اصلی پشتیبانی کنند.

پلاسما

پلاسما (Plasma) راهکار لایه دوم اتریوم است. این راهکار برای افزایش مقیاس‌پذیری از بلاک چین‌های فرزند یا ثانویه استفاده می‌کند که به زنجیره اصلی در تأیید تراکنش‌ها کمک می‌کنند. زنجیره‌های پلاسما شبیه پاراچین‌های (Parachains) پولکادات هستند؛ با این تفاوت که ساختار سلسله‌مراتبی آن‌ها طوری طراحی شده است که تراکنش‌ها را از زنجیره اصلی دریافت کنند و با آزادسازی منابع، مقیاس‌پذیری را بهبود بخشند.

کانال‌های پرداخت

کانال‌های پرداخت (Payment Channels) نیز راهی برای انجام تراکنش‌ها به‌صورت موازی با بلاک چین اصلی و خارج از آن است. این فرایند شامل ایجاد یک کانال بین دو طرف تراکنش است که می‌خواهند با یکدیگر معامله کنند. تراکنش‌هایی که در این کانال انجام می‌شود خارج از زنجیره هستند، به این معنی که نیازی به اجماع گره‌های بلاک چین ندارند و می‌توانند با استفاده از قراردادهای هوشمند، با کارمزد کمتر و با سرعت بیشتری انجام شوند.

شبکه لایتنینگ (Lightning) در بیت‌ کوین نمونه‌ی محبوبی از کانال پرداخت موفق است. کانال‌های پرداخت راهی برای انجام تعداد زیادی از تراکنش‌های خارج از زنجیره فراهم کرده، بار روی بلاک چین اصلی را کاهش داده و امکان پردازش تراکنش‌های سریع‌تر و ارزان‌تر را فراهم می‌کنند.

این راهکار چهار مزیت اصلی دارد: پرداخت‌های آنی در حد میلی‌ثانیه (در مقایسه با زمان متوسط ۱۰ دقیقه‌ای تراکنش‌های بیت کوین)، مقیاس‌پذیری بالا با قابلیت پردازش میلیون‌ها تا میلیاردها تراکنش در ثانیه، هزینه بسیار پایین که امکان پرداخت‌های خرد را فراهم می‌کند و امکان تبادلات بین زنجیره‌ای برای بلاک چین‌هایی که از توابع هش رمزنگاری یکسانی استفاده می‌کنند.

بیشتر بخوانید: شبکه لایتنینگ (Lightning Network) چگونه کار می‌کند؟

راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه دوم در اتریوم

شبکه اتریوم، بزرگ‌ترین بلاک چین قراردادهای هوشمند در دنیای ارزهای دیجیتال، تنوع گسترده‌ای از راهکارهای لایه دوم را دارد؛ طوری که می‌توان گفت بیشتر راهکارهای لایه دوم روی این شبکه بنا شده‌اند. گستردگی اتریوم و راهکارهای آن به حدی است که ارزش آن را دارد به تعدادی از مهم‌ترین آن‌ها بپردازیم.

بیشتر بخوانید: راهکارهای لایه دوم اتریوم چه هستند

استارک‌ور

استارک‌ور (Starkware) یکی از ارائه‌دهندگان راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه دوم برای اتریوم است که سه محصول اصلی دارد: استارک‌نت (StarkNet)، استارک‌اکس (StarkEx) و زبان کائیرو (Cairo). استارک‌نت یک رولاپ اثبات دانش صفر غیرمتمرکز است که به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد قراردادهای هوشمند خود را روی شبکه آزمایشی آن مستقر کنند. مزیت اصلی استارک‌نت این است مقیاس‌پذیری نامحدود را برای برنامه‌های غیرمتمرکز فراهم می‌کند و در عین امنیت و قابلیت ترکیب‌پذیری در اتریوم را برای آن حفظ می‌کند.

آپتیمیزم

آپتیمیزم (Optimism)، یک زنجیره رولاپ خوش‌بینانه سازگار با ماشین مجازی اتریوم (EVM) است. سرعت بالا، سادگی و امنیت از مزایای اصلی استفاده از این راهکار است. کاربران می‌توانند با استفاده از آپتیمیزم، دارایی‌های خود را به داخل و خارج از شبکه منتقل کنند. پروژه‌های مهمی مانند یونی‌سواپ نسخه ۳ (Uniswap V۳) از این راهکار استفاده می‌کنند.

بیشتر بخوانید: آپتیمیزم چیست؟

آربیتروم

آربیتروم (Arbitrum) راهکار لایه دوم دیگر در بلاک چین اتریوم است که برای افزایش سرعت و مقیاس‌پذیری قراردادهای هوشمند طراحی شده و ویژگی‌های حریم خصوصی بیشتر را نیز فراهم می‌کند. این پلتفرم به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد قراردادها و تراکنش‌های ماشین مجازی اتریوم (EVM) را بدون تغییر در لایه دوم اجرا کنند، بدون آنکه امنیت لایه یک به خطر بیفتد.

بیشتر بخوانید: آربیتروم چیست؟

پالیگان

پالیگان (Polygon) یکی از بزرگ‌ترین و مشهورین راهکارهای لایه دوم اتریوم است که از فناوری‌های مختلفی برای افزایش مقیاس‌پذیری استفاده می‌کند. این راهکارها شامل اثبات سهام پالیگان (PoS) به عنوان یک زنجیره جانبی سازگار با ماشین مجازی اتریوم، پالیگان میدن (Miden) به‌عنوان یک رولاپ اثبات دانش صفر مبتنی بر استارک‌ور، پالیگان هرمز (Hermez) به‌عنوان یک رولاپ اثبات دانش صفر متن‌باز و چندین راهکار دیگر است. پالیگان در سال ۲۰۲۲ نسخه اثبات دانش صفر ماشین مجازی اتریوم را معرفی کرد که هدف آن کاهش هزینه‌های تراکنش و بهبود مقیاس‌پذیری اتریوم است.

بیشتر بخوانید: پالیگان چیست؟

پرسش‌های متداول

جمع‌بندی

مقیاس‌پذیری در بلاک چین چالشی پیچیده و چندوجهی است. راهکارهای متنوعی که در این مقاله بررسی شد، از راه‌حل‌های درون زنجیره‌ای مانند سگویت و شاردینگ گرفته تا راهکارهای برون زنجیره‌ای، همگی تلاش‌هایی برای حل معضل سه‌گانه بلاک چین هستند. با پیشرفت فناوری و تکامل راهکارهای موجود، آینده مقیاس‌پذیری بلاک چین امیدوارکننده به نظر می‌رسد.

احتمالاً شاهد ظهور راه‌حل‌های ترکیبی و نوآورانه‌تری خواهیم بود که توازن بهتری بین سرعت، امنیت و تمرکززدایی برقرار می‌کنند. همچنین، توسعه پروتکل‌های بین زنجیره‌ای می‌تواند نقش مهمی در افزایش کارایی و انعطاف‌پذیری اکوسیستم بلاک چین ایفا کند. تجربه شما از مقیاس‌پذیری بلاک چین چیست؟ آیا تاکنون در تعاملات خود با شبکه‌های مختلف مانند بیت کوین، اتریوم یا شبکه تون (TON)، مشکلاتی داشته‌اید که اکنون احتمال می‌دهید به‌خاطر مقیاس‌پذیری باشد؟