محبوبیت بلاک‌چین و ارزهای دیجیتال روزبروز بیشتر می‌شود، همچنین تعداد کاربران و تراکنش‌های آنها. گرچه انقلابی بودن تکنولوژی بلاک‌چین کاملاً مشهود است اما مقیاس پذیری - یعنی قابلیت افزایش ظرفیت سیستم برای تطبیق یافتن با نیازهای روزافزون - همیشه برای بلاک‌چین یک چالش بوده است. شبکه‌های بلاک‌چین عمومی که به شدت غیرمتمرکز و امن هستند، معمولاً برای رسیدن به توان عملیاتی بالا دچار چالش هستند.

اغلب به این مشکل، سه گانه ناممکن بلاک‌چین گفته می‌شود که طبق آن یک سیستم غیرمتمرکز نمی‌تواند همزمان به سطح بالایی از تمرکززدایی، امنیت و مقیاس پذیری برسد. در واقع شبکه‌های بلاک‌چین در هر لحظه تنها می‌توانند دو مورد از این سه مورد را داشته باشند.

اما خوشبختانه هزاران علاقمند و کارشناس وجود دارند که در حال کار روی راهکارهای مقیاس پذیری هستند. بعضی از این راهکارها طوری طراحی شده اند که بلاک‌چین اصلی (لایه 1) را تغییر دهند و بعضی دیگر پروتکل‌های لایه 2 را هدف می‌گیرند که بر روی شبکه اصلی مستقر می‌شوند.

مقدمه

با توجه به تعداد بسیار زیاد بلاک‌چین‌ها و ارزهای دیجیتال موجود، ممکن است در جریان نباشید که در حال استفاده از یک زنجیره لایه 1 هستید یا لایه 2. مخفی کردن پیچیدگی‌های بلاک‌چین مزایای خاصی دارد اما خوب است که با سیستمی که در حال استفاده یا سرمایه گذاری بر روی آن هستید آشنا باشید. در این مقاله با تفاوت‌های بین بلاک‌چین‌های لایه 1 و 2 و همچنین با راهکارهای مقیاس پذیری مختلف آشنا می‌شوید.

بلاک‌چین لایه 1 و لایه 2 چیست؟

اصطلاح لایه 1 به لایه پایه یک معماری بلاک‌چینی گفته می‌شود. این لایه ساختار اصلی یک شبکه بلاک‌چین است. بیت‌کوین، اتریوم و زنجیره BNB نمونه‌هایی از بلاک‌چین‌های لایه 1 هستند. لایه 2 به شبکه‌هایی گفته می‌شود که بر روی سایر بلاک‌چین‌ها ساخته می‌شوند. بنابراین اگر مثلاً بیت‌کوین لایه 1 باشد، شبکه لایتنینگ که بر روی آن کار می‌کند، یک لایه 2 است.

روش‌های ارتقای مقیاس پذیری بلاک‌چین به دو گروه تقسیم می‌شوند یعنی راهکارهای لایه 1 و لایه 2. راهکار لایه 1 به صورت مستقیم قوانین و مکانیزم‌های بلاک‌چین اصلی را تغییر می‌دهد. راهکار لایه 2 از یک شبکه موازی خارجی برای تسهیل اجرای تراکنش خارج از زنجیره اصلی استفاده می‌کند.

چرا مقیاس پذیری بلاک‌چین مهم است؟

فرض کنید که یک بزرگراه جدید بین یک شهر بزرگ و یکی از حومه‌های آن که با سرعت در حال رشد است، ساخته می‌شود. همچنان که حجم ترافیک این بزرگراه افزایش یافته و تراکم شدیدی در آن ایجاد می‌شود - به خصوص در ساعات اوج ترافیک - میانگین زمان رسیدن از نقطه A به B به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش پیدا می‌کند. جای تعجب نیست که ظرفیت زیرساخت جاده محدود است و تقاضا دائماً رو به افزایش.

حالا، مقامات برای کمک به عبور افراد بیشتر با سرعت بالاتر از چنین مسیری چه کارهایی می‌توانند انجام دهند؟ یک راه حل، ارتقای خود بزرگراه، اضافه کردن خطوط اضافه به هر سمت از جاده است. اما این راهکار همیشه عملی نیست چون هزینه بسیار زیادی به همراه دارد و می‌تواند برای بزرگراهی که همین حالا هم به اندازه کافی شلوغ است، دردسر زیادی ایجاد کند. راه حل جایگزین، این است که خلاقیت به خرج داده و از روش‌های مختلفی که نیاز به ایجاد تغییرات چشمگیر در زیرساخت‌های اصلی جاده ندارند استفاده کنیم مثل ساختن جاده‌های کمکی یا حتی راه اندازی یک قطار شهری در کنار بزرگراه.

در دنیای تکنولوژی بلاک‌چین، این بزرگراه اصلی یک لایه 1 (شبکه اصلی) است و جاده‌های کمکی ساخته شده، راهکارهای لایه 2 (شبکه‌های جانبی برای ارتقای ظرفیت کلی شبکه) هستند.

بیت‌کوین، اتریوم و پولکادات همگی بلاک‌چین لایه 1 هستند. این بلاک چین‌ها تراکنش‌ها را برای اکوسیستم مربوطه پردازش و ثبت می‌کنند و یک ارز دیجیتال بومی دارند - که معمولاً از آن برای پرداخت کارمزد و کاربردهای گسترده تر استفاده می‌شود. پلی گان نمونه‌ای از یک راهکار مقیاس پذیری لایه 2 برای اتریوم است. شبکه پلی گان به صورت منظم یکسری چک پوینت به مین نت اتریوم ارسال می‌کند تا وضعیت آن را بروزرسانی کند.

توان عملیاتی یکی از خصوصیات مهم یک بلاک‌چین است. توان عملیاتی به سرعت و بهره وری گفته می‌شود که نشان می‌دهد در یک بازه زمانی مشخص چه تعداد تراکنش قابل پردازش و ثبت است. با افزایش تعداد کاربران و بیشتر شدن تعداد تراکنش‌هایی که به صورت همزمان اجرا می‌شوند، ممکن است بلاک‌چین لایه 1 کندتر شده و استفاده از آن پرهزینه تر شود. به ویژه این مسئله برای بلاک‌چین‌های لایه 1 که به جای مکانیزم اثبات سهام از اثبات کار استفاده می‌کنند، صدق می‌کند.

مشکلات فعلی لایه 1

بیت‌کوین و اتریوم نمونه‌های خوبی از شبکه‌های لایه 1 با مشکلات مقیاس پذیری هستند. هر دو شبکه از طریق یک مدل اجماع نظر توزیع شده ایمن سازی می‌شوند. این یعنی همه تراکنش‌ها برای ثبت و تأیید توسط چندین نود اعتبارسنجی می‌شوند. این نودها که به آنها نود ماینینگ گفته می‌شود همگی برای رقابت یک مسئله محاسباتی با هم در رقابت هستند و ماینرهای موفق ارز دیجیتال بومی شبکه را به عنوان پاداش دریافت می‌کنند.

به عبارت دیگر، همه تراکنش‌ها برای ثبت و نهایی شدن باید توسط چند نود تأیید شوند. این روش برای ثبت داده‌های تأیید شده و درست بر روی بلاک‌چین همزمان با کاهش خطر حمله توسط مهاجمان بسیار کارآمد است. اما وقتی شبکه‌ای به محبوبیت اتریوم یا بیت‌کوین داشته باشید، مشکل توان عملیاتی روزبروز جدی تر می‌شود. هنگام ایجاد ترافیک و تراکم در شبکه، کاربران با کند شدن زمان تأیید و افزایش کارمزد تراکنش‌ها روبرو می‌شوند.

راهکارهای مقیاس پذیری لایه 1 چگونه کار می‌کنند؟

چند گزینه برای افزایش توان عملیاتی و ظرفیت کلی شبکه‌های بلاک‌چین لایه 1 وجود دارد. در رابطه با بلاک‌چین‌هایی که از اثبات کار استفاده می‌کنند، حرکت به سمت اثبات سهام می‌تواند به افزایش تعداد تراکنش‌های قابل اجرا در هر ثانیه همزمان با کاهش کارمزد پردازش کمک کند. با این حال در جامعه ارزهای دیجیتال دیدگاه‌های مختلفی درباره مزایا و معایب طولانی مدت اثبات سهام وجود دارد.

معمولاً راهکارهای مقیاس پذیری روی شبکه‌های لایه 1 توسط تیم توسعه پروژه معرفی می‌شوند. بسته به نوع راهکار مورد نظر ممکن است پیاده سازی آن مستلزم اجرای یک ‌هاردفورک یا سافت فورک روی شبکه باشد. تغییرات کوچک سازگاری عقبگرد دارند مثل آپدیت سگویت بیت‌کوین.

تغییرات بزرگتر مثل افزایش اندازه بلاک‌های بیت‌کوین به 8 مگابایت نیاز به ‌هاردفورک دارند. این تغییر منجر به ایجاد دو نسخه از بلاک‌چین می‌شود که یکی با آپدیت و دیگری بدون آپدیت است. گزینه بعدی برای افزایش توان عملیاتی شبکه شاردینگ است. شاردینگ عملیات بلاک‌چین را به بخش‌های کوچکتر تقسیم می‌کند که می‌توانند داده‌ها را به جای حالت ترتیبی به صورت همزمان پردازش کنند.

راهکارهای مقیاس پذیری لایه 2 چگونه کار می‌کنند؟

همانطور که قبلاً اشاره شد، راهکارهای لایه 2 متکی بر شبکه‌های جانبی هستند که به صورت موازی یا مستقل از زنجیره اصلی کار می‌کنند.

رولاپ‌ها

رولاپ‌های دانش صفر (که رایج ترین راهکارهای لایه 2 هستند) تراکنش‌های لایه 2 برون زنجیره‌ای را به نوعی بسته بندی کرده و در قالب یک تراکنش به زنجیره اصلی ارسال می‌کنند. این سیستم‌ها برای بررسی جامعیت تراکنش‌ها از اثبات اعتبار استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها موجودی کاربران روی زنجیره اصلی ذخیره می‌شود و یک پل به قرارداد هوشمند وجود دارد که این قرارداد عملکرد درست رولاپ را تضمین می‌دهد. به این ترتیب امنیت شبکه اصلی را به همراه مزایای رولاپ مثل کم مصرف بودن با هم خواهیم داشت.

زنجیره‌های جانبی

زنجیره‌های جانبی بلاک‌چین‌هایی مستقل هستند که مجموعه اعتبارسنج‌های خودشان را دارند. این یعنی با پل زدن قراردادهای هوشمند به زنجیره اصلی نمی‌توان اعتبار شبکه جانبی را بررسی کرد. بنابراین باید به شبکه جانبی اعتماد کنید که عملکرد درستی دارد چون قابلیت کنترل موجودی روی زنجیره اصلی را دارد.

کانال‌های وضعیت

کانال وضعیت یک محیط ارتباطی دو طرفه بین افرادی است که در حال اجرای تراکنش هستند. این دو طرف بخشی از بلاک‌چین مربوطه را مهروموم کرده و آن را به یک کانال تراکنش برون زنجیره‌ای متصل می‌کنند. معمولاً این کار از طریق یک قرارداد هوشمند که از قبل بر سر آن توافق ایجاد شده یا روش چند امضایی انجام می‌شود. سپس این دو طرف یک تراکنش یا گروهی از تراکنش‌ها را خارج از زنجیره اجرا می‌کنند بدون اینکه داده‌های تراکنش را فوراً به دفترکل توزیع شده مربوطه (یعنی زنجیره اصلی) ارسال کنند. وقتی همه تراکنش‌ها تکمیل شوند، وضعیت نهایی کانال برای اعتبارسنجی به بلاک‌چین مخابره می‌شود. این مکانیزم امکان افزایش سرعت اجرای تراکنش و ظرفیت کلی شبکه را فراهم می‌کند. راهکارهایی مثل شبکه لایتنینگ بیت‌کوین و Raiden اتریوم بر اساس کانال‌های وضعیت کار می‌کنند.

بلاک‌چین‌های متداخل

این راهکار متکی بر یک مجموعه زنجیره جانبی است که بر روی بلاک‌چین پدر اصلی مستقر می‌شوند. بلاک‌چین‌های متداخل بر اساس قوانین و پارامترهای مشخص شده توسط زنجیره پدر کار می‌کنند. زنجیره اصلی در اجرای تراکنش‌ها مشارکت ندارد و نقش آن محدود به حل اختلافات در هنگام نیاز است. کارهای روزمره به زنجیره‌های فرزند موکول می‌شود که پس از تکمیل پردازش تراکنش‌ها خارج از زنجیره اصلی، آنها را به این زنجیره موکول می‌کنند. پروژه پلاسمای OmiseGO یک نمونه از یک راهکار بلاک‌چین متداخل لایه 2 است.

محدودیت‌های راهکارهای مقیاس پذیری لایه 1 و لایه 2

راهکارهای لایه 1 و لایه 2 هر کدام مزایا و معایب خاص خودشان را دارند. اما اعتبارسنج‌ها باید متقاعد شوند که تغییرات را در قالب یک ‌هاردفورک قبول کنند.

یک نمونه از مواقعی که ممکن است اعتبارسنج‌ها چنین حرکتی را انجام ندهند، حرکت از سمت اثبات کار به اثبات سهام است. ماینرها با این حرکت درآمدشان را از دست می‌دهند و همین مسئله انگیزه آنها را برای ارتقای مقیاس پذیری از بین می‌برد.

لایه 2 روش بسیار سریع تری برای ارتقای بهره وری ایجاد می‌کند اما بسته به روش مورد استفاده ممکن است بخش عمده‌ای از امنیت بلاک‌چین اصلی از دست برود. کاربران به امنیت و تاب آوری شبکه‌هایی مثل بیت‌کوین و اتریوم اعتماد می‌کنند. با کنار زدن این جنبه‌ها از لایه 1، معمولاً برای حفظ امنیت و بهره وری به شبکه و تیم راهکار لایه 2 مربوطه وابسته می‌شویم.

مرحله پس از لایه 1 و لایه 2 چیست؟

یک سوال کلیدی که در این زمینه مطرح می‌شود این است که آیا ممکن است در نهایت نیاز پیدا کنیم که راهکارهای لایه 2 هم مثل راهکارهای لایه 1 مقیاس پذیر شوند؟ بلاک‌چین‌های فعلی ارتقاء پیدا کرده و شبکه‌های جدیدی با مقیاس پذیری خوب ساخته شده اند اما زمان زیادی می‌برد که مقیاس پذیری سیستم‌های بزرگ ارتقاء پیدا کند و تضمینی هم برای این مسئله وجود ندارد. محتمل ترین گزینه این است که راهکارهای لایه 1 متمرکز بر امنیت شوند و به شبکه‌های لایه 2 اجازه بدهند که سرویس‌های خودشان را برای کاربردهایی خاص تنظیم کنند.

در آینده‌ای نزدیک به احتمال زیاد زنجیره‌های بزرگی مثل اتریوم همچنان به دلیل داشتن جامعه کاربران و توسعه دهندگان عظیم غالب خواهند بود. اما مجموعه اعتبارسنج‌های عظیم و غیرمتمرکز و اعتبار این شبکه آن را تبدیل به یک مبنای مستحکم برای راهکارهای لایه 2 کرده است.

صحبت‌های پایانی

از زمان شروع به کار ارزهای دیجیتال، تلاش برای ارتقای مقیاس پذیری منجر به ایجاد یک رویکرد 2 جنبه با ارتقای لایه 1 و راهکارهای لایه 2 شده است. اگر ارزهای دیجیتال متنوعی داشته باشید احتمالاً تا به امروز با هر دو شبکه لایه 1 و لایه 2 کار کرده اید. در این مطلب با تفاوت‌های بین این دو و همچنین رویکرد متفاوت آنها نسبت به موضوع مقیاس پذیری آشنا شدید.