در مقاله مقیاس پذیری رمزارزها و بلاکچین ، عمیقاً به پیشرفت‌های امیدوارکننده بلاک چین می پردازیم که ممکن است امکان دستیابی به سرعت تراکنش‌های تقریباً فوری در رمزارزها را فراهم کند.
نکات کلیدی:
- مقیاس پذیری بلاک چین به توانایی شبکه بلاک چین برای مدیریت حجم فزاینده ای از تراکنش ها و داده ها بدون به خطر انداختن عملکرد، امنیت یا عدم تمرکز اشاره دارد.
- توان عملیاتی، نهایی سازی تراکنش و زمان تایید سه گلوگاه اصلی برای مقیاس پذیری بلاک چین هستند. راه حل های پیشنهادی همگی در جهت مقابله با این موارد است.
- سه‌گانه مقیاس‌پذیری بلاکچین (مقیاس‌پذیری، تمرکززدایی، امنیت) ممکن است یک مشکل دشوار برای حل باشد، اما چیزی نیست که به طور کامل غیرقابل انجام باشد.
- سه جهتی که بلاک‌چین‌ها برای افزایش مقیاس‌پذیری به سمت آنها حرکت می‌کنند، شامل مکانیسم‌های اجماع جدید و راه‌حل‌های درون زنجیره‌ای و خارج از زنجیره است.
مقدمه مقیاس پذیری رمزارزها
مقیاس پذیری بلاک چین مسلما جام مقدس و گلوگاه دنیای ارزهای دیجیتال است.
این عمدتا به سرعت تراکنش اشاره دارد، زیرا زمان تراکنش های فعلی بسیاری از ارزهای دیجیتال با سایر روش های پرداخت قابل مقایسه نیست.
با این حال، جوامع کریپتو در حال کار با تئوری های مختلف در مورد بهترین روش برای غلبه بر این مانع هستند.
در این بخش، ما عمیقاً به پیشرفت‌های امیدوارکننده‌ای می‌پردازیم که ممکن است در نهایت سرعت تراکنش‌های آنی را به ارزهای دیجیتال بیاورند.
چرا مقیاس پذیری مهم است: سرعت تراکنش ارزهای دیجیتال
در حالی که روش پرداختی ویزا می تواند تا 24000 تراکنش در ثانیه (TPS) را پردازش کند، بیت کوین می تواند تنها هفت TPS را پردازش کند.
اتریوم، نزدیک ترین رقیب بیت کوین، می تواند 20 تا 30 TPS را تحمل کند. واضح است که ارزهای رمزنگاری شده حداقل باید به قابلیت‌های تراکنش‌های مالی سنتی نزدیک شوند تا بتوانند به پذیرش انبوه برسند.
اما چرا مقیاس پذیری در رمزارزها اینقدر دشوار است؟ کسانی که در این صنعت هستند چه دستورالعمل هایی را دارند؟ این مقاله به این سؤالات و موارد دیگر پاسخ می دهد.
تنگناها: توان عملیاتی، نهایی بودن و زمان تایید
TPS چه ارتباطی با سرعت پردازش دارد؟ وقتی از شما می پرسند که آیا یک ارز دیجیتال مقیاس پذیر است یا خیر، دقیقاً به چه معناست؟ برای پاسخ به این سوالات، ابتدا باید مفاهیم توان عملیاتی، نهایی بودن و زمان تایید را درک کنیم.
این داستان را در نظر بگیرید:
یک نفر منتظر اتوبوسی است که هر 10 دقیقه یکبار می آید. سپس 60 دقیقه طول می کشد تا اتوبوس آنها را به مقصد برساند. با این حال، این مسیر خاص محبوب است و همیشه افراد زیادی در تلاش برای سوار شدن به اتوبوس هستند.
دو دقیقه گذشت و اتوبوس رسید. متاسفانه افراد زیادی جلوتر از این فرد در صف هستند و اتوبوس پر شده است. آنها اکنون باید 10 دقیقه دیگر منتظر بمانند تا بتوانند سفر خود را آغاز کنند.
در داستان بالا ظرفیت اتوبوس 7 نفر در دقیقه میباشد که این همان توان عملیاتی میباشد.
زمان رسیدن به مقصد که 60 دقیقه میباشد همان نهایی بودن است و زمان سفر با احتساب 10 دقیقه انتظار 70 دقیقه میباشد که زمان تایید میباشد.
لازم به ذکر است که:
- اندازه گیری توان عملیاتی (TPS) کافی نیست – زمان تایید نیز باید در نظر گرفته شود. به بیان ساده، پروتکلی که می تواند تا 100000 TPS را پردازش کند عالی است.با این حال، اگر زمان تایید دو روزه داشته باشد، برای استفاده روزانه کافی نخواهد بود.
- وقتی ازدحام شبکه وجود دارد، توان عملیاتی کاهش نمی‌یابد (زیرا اتوبوس هنوز می‌تواند هفت مسافر را در دقیقه حمل کند)، اما زمان تأیید افزایش می‌یابد زیرا میانگین زمان انتظار بلوک اول بیشتر است.
- نهایی بودن ثابت است: برای اطمینان از عدم برگشت پذیری بلوک، یک «تایید شش بلوک» منتظر بمانید. میانگین زمان انتظار بلوک اول بسته به موقعیت متفاوت است.
سه راه مقیاس پذیری بلاک چین
سه راه مقیاس پذیری رمزارزها یکی از بزرگترین موانع برای ارزهای دیجیتال است. این بیان می‌کند که بلاک‌چین‌ها تنها می‌توانند به طور همزمان به دو مورد از عدم تمرکز، مقیاس‌پذیری یا امنیت دست یابند اما هرگز به هر سه دست نخواهند یافت!
مفهوم trilemma در اصل توسط ویتالیک بوترین، بنیانگذار اتریوم ابداع شد.
الف. عدم تمرکز
تمرکززدایی به درجه تنوع در مالکیت، نفوذ و ارزش روی یک بلاک چین اشاره دارد. رمزارزها عموماً غیرمتمرکز هستند زیرا هیچ حزب واحدی نمی تواند کل شبکه را اداره کند.
با این حال، تمرکززدایی یک طیف است تا یک «بله یا نه» دودویی، زیرا سطوح مختلفی از تمرکززدایی در پروژه‌های مختلف بلاک چین، از جمله بیت‌کوین و اتریوم وجود دارد.
ب. امنیت
امنیت سطحی از قابلیت دفاع و مقاومت در برابر دستکاری یک بلاک چین در برابر حملات منابع خارجی است. بردارهای حمله زیادی در یک سیستم بلاک چین وجود دارد، از جمله خرج دوباره (double-spending)، منع دسترسی به سرویس توزیع شده (DDoS) و حملات 51 درصد.
به طور کلی، آزادی بیشتر (یعنی ورود/خروج آزاد از شبکه) منجر به عدم تمرکز بیشتر اما امنیت کمتر می شود.
این به این دلیل است که تأیید هویت شرکت‌کنندگان جدید دشوار است، زیرا ممکن است به طور بالقوه متعلق به یک نهاد مخرب واحد باشند یا با هم تبانی کنند تا به یک شبکه آسیب برساند.
ج. مقیاس پذیری
مقیاس پذیری ظرفیت شبکه را تعیین می کند، از جمله تعداد گره هایی که دارد، تعداد تراکنش هایی که می تواند پردازش کند و سرعت پردازش آنها و سایر عوامل.
اصطلاح مقیاس‌پذیری گاهی گیج‌کننده است، زیرا بلاکچین بیت‌کوین با پیوستن شرکت‌کنندگان جدید به شبکه، مقیاس‌پذیر است.
سیستم اثبات کار (PoW) به طور خودکار دشواری استخراج را تنظیم می کند و شبکه می تواند هر تعداد گره را که در آن وجود دارد را تحمل کند.
ضرب المثل رایج که “بیت کوین مقیاس پذیر نیست” بر روی توان عملیاتی آن متمرکز است. به یاد داشته باشید، TPS آن تنها هفت است، که برای استفاده عملی به اندازه کافی بالا نیست.
سرعت نهایی بیت کوین مسئله دیگری است. 60 دقیقه منتظر ماندن برای تأیید معتبر بودن خرید، قطعاً با ایده آل فاصله زیادی دارد.
افزایش مقیاس پذیری رمزارزها
مقیاس بندی یک بلاک چین پیچیده است و تلاش های بسیاری از سوی محققان و کسب و کارها برای حل این سه گانه وجود دارد. به طور کلی، ما معتقدیم سه راه برای مقیاس پذیری بلاک چین وجود دارد:
- لایه 1 (روی زنجیره)
- لایه 2 (خارج از زنجیره)
- سایر مکانیسم های اجماع
راه حل های لایه 1 (روی زنجیره)
راه حل های لایه 1 نیاز به تغییر کد بیت کوین دارند. راه حل مقیاس پذیری روی زنجیره نشان دهنده یک تغییر ساختاری یا اساسی برای یک بلاک چین است. در اینجا، ما دو راه‌حل مقیاس‌گذاری روی زنجیره را مورد بحث قرار می‌دهیم: SegWit و Sharding.
SegWit:
SegWit یک ارتقاء پروتکل برای بیت کوین است که روش و ساختار نحوه ذخیره داده ها را تغییر می دهد.
هدف اولیه SegWit حل مشکل چکش‌خواری تراکنش بود، زیرا امضای دیجیتالی که مالکیت و در دسترس بودن وجوه فرستنده را تأیید می‌کند، فضای زیادی را در یک تراکنش اشغال می‌کند.
با SegWit، حذف داده‌های امضا برای هر تراکنش، فضای و ظرفیت بیشتری را برای تراکنش‌های موجود در بلوک‌های ذخیره‌سازی ۱ مگابایتی بیت کوین آزاد می‌کند و امکان گنجاندن تراکنش‌های بیشتری در یک بلوک را فراهم می‌کند.
SegWit قبلاً در Litecoin پیاده سازی شده است.
اگرچه SegWit توان عملیاتی را افزایش می دهد و به بیت کوین کمک می کند تا تراکنش های بیشتری را پردازش کند، اما این یک راه حل مقیاس پذیری پایدار نیست.
این یک راه حل مقیاس بندی عمومی نیست و فقط می تواند برای یک بلاک چین مبتنی بر بیت کوین که وجود دارد اعمال شود.
اگرچه SegWit بیت کوین را قادر می سازد تا تراکنش های بیشتری را پردازش کند، اما زمان تایید هر تراکنش را کاهش نمی دهد.
مطالعه بیشتر: انواع آدرس کیف پول بیت کوین
Sharding:
شاردینگ نوعی پارتیشن بندی پایگاه داده است که به عنوان پارتیشن بندی افقی نیز شناخته می شود.
این فرآیند تجزیه یک پایگاه داده وسیع به بخش های کوچکتر و قابل مدیریت تر است، با ایده بهبود عملکرد و کاهش زمان پاسخ پرس و جو.
بلاک چین یک پایگاه داده توزیع شده است و اگر شاردینگ را روی یک بلاک چین اعمال کنیم، شبکه به بخش های مختلفی تقسیم می شود.
هر بخش توسط گره های خاصی اداره می شود که به آنها اختصاص داده شده است.
به همین دلیل، توان عملیاتی سیستم بسیار بهبود یافته است زیرا، به طور دلخواه، بسیاری از خوشه های گره به طور موازی برای پردازش تراکنش ها در حال اجرا هستند.
راه حل های لایه 2 مقیاس پذیری رمزارزها (خارج از زنجیره)
راه حل های مقیاس پذیری لایه 2 یا راه حل های خارج از زنجیره، یک لایه دوم را به شبکه اصلی بلاک چین (همچنین به عنوان زنجیره اصلی) اضافه می کنند تا تراکنش های سریع تر را تسهیل کنند.
پروتکل‌های ثانویه در بالای زنجیره اصلی ساخته شده‌اند، جایی که تراکنش‌ها برای صرفه‌جویی در فضا و کاهش ازدحام شبکه «بارگذاری» می‌شوند.
زنجیره های جانبی:
یک زنجیره جانبی یک بلاک چین جداگانه است که به زنجیره اصلی متصل است، که در آن دارایی ها بین زنجیره اصلی و زنجیره جانبی با نرخ های از پیش تعیین شده با استفاده از یک میخ دو طرفه معامله می شود.
زنجیره های جانبی برای تخلیه از زنجیره اصلی با انتقال برنامه های کاربردی خاص به آنها استفاده می شود. اگر ارتباطات بین بلاک چین کارآمدتر شود، آنها یکی از امیدوارکننده ترین راه حل ها برای مشکل مقیاس پذیری هستند.
چندین زنجیره جانبی را می توان به زنجیره اصلی متصل کرد و هر زنجیره جانبی می تواند معماری خاص خود را داشته باشد.
می‌توان شبکه‌ای از زنجیره‌های جانبی با یک زنجیره اصلی ایجاد کرد که در آن زنجیره اصلی به عنوان یک شبکه رله عمل می‌کند و زنجیره‌های جانبی یک شبکه بلاک چین را نشان می‌دهند.
پلاسما (اتریوم) و پاراچین (پالکادوت) راه حل های رایج مقیاس بندی با استفاده از زنجیره های جانبی و رله هستند.
کانال های پرداخت:
کانال پرداخت یک شبکه خارج از زنجیره است که به موازات زنجیره اصلی اجرا می شود. ایده این است که یک کانال بین دو طرف ایجاد شود که می خواهند معامله کنند.
تمام تراکنش‌هایی که در کانال انجام می‌شوند خارج از زنجیره هستند و اجماع جهانی مورد نیاز نیست. در نتیجه، این تراکنش‌ها به‌سرعت از طریق یک قرارداد هوشمند، عموماً با کارمزد کمتر، اجرا می‌شوند.
یک کانال پرداخت معمولی شامل سه مرحله است:
فاز اول: ایجاد کانال با امضا و تامین مالی آن.
فاز دوم: تراکنش‌های همتا به همتا (P2P) که در کانال اتفاق می‌افتد.
فاز سوم: کانال بسته می شود و وضعیت نهایی زنجیره اصلی پخش می شود.
چندین طرح مختلف برای کانال های پرداخت وجود دارد. شبکه لایتنینگ (بیت کوین) و شبکه رایدن (اتریوم) پیاده سازی کانال های پرداخت محبوب هستند.
مکانیسم های اجماع و چرایی اهمیت آنها برای سرعت تراکنش و مقیاس پذیری رمزارزها
دشواری مقیاس‌پذیری یک بلاک چین عمدتاً به دلیل مکانیسم توافق آن است زیرا از همه شرکت‌کنندگان در شبکه می‌خواهد در مورد اینکه کدام تراکنش‌ها معتبر هستند توافق کنند.
در حالی که بیت کوین می تواند به تعداد زیادی از شرکت کنندگان (گره ها) مقیاس شود، نمی تواند به تعداد زیادی از تراکنش ها مقیاس شود.
بنابراین، برخی مکانیسم‌های اجماع جایگزین به عنوان تلاش‌هایی برای حل مشکل پدیدار شده‌اند. در زیر سه مورد را معرفی می کنیم: ناکاموتو، کلاسیک و بدون رهبر.
مکانیسم های اجماع ناکاموتو
مکانیسم اجماع PoW ساتوشی ناکاموتو مسیر جدیدی را برای حل مشکل ژنرال های بیزانسی در یک راه اندازی بدون مجوز باز کرد.
به دنبال توسعه مکانیسم اجماع PoW، بسیاری از الگوریتم‌های اجماع جدید ظهور کردند.
اینها عبارتند از: اثبات سهام (PoS)، اثبات اعتبار (PoA)، اثبات شهرت (PoR) و اثبات اهمیت (PoI).
به طور کلی، اینها به عنوان مکانیسم های اجماع ناکاموتو طبقه بندی می شوند.
مکانیسم های اجماع کلاسیک
مکانیسم های اجماع کلاسیک الگوریتم های سنتی هستند که قبل از اختراع بیت کوین مورد تحقیق قرار گرفته اند.
آنها بر روی مجموعه‌های همتا ثابت با دورهای متعدد رای‌گیری تمرکز می‌کنند تا به یک اجماع در کل شبکه برسند.
نمونه‌هایی از شبکه‌هایی که از مکانیسم‌های اجماع کلاسیک استفاده می‌کنند عبارتند از Paxos، Raft و pBFT.
پس از اختراع بیت کوین، مکانیسم های اجماع کلاسیک نیز با تغییرات جدیدی مانند BFT واگذار شده (dBFT)، BFT فدرال (fBFT)، Tendermint و موارد دیگر تکامل یافت.
این مکانیسم ها بیشتر با محیط بدون مجوز سازگار هستند.
مکانیسم های اجماع بدون رهبر
مکانیسم‌های اجماع سنتی (مانند BFT) و ناکاموتو (شبیه PoW) مبتنی بر رهبر هستند و کل شبکه را ملزم می‌کند تا یک رهبر را برای پیشنهادات بلوک، تراکنش‌ها،
وضعیت‌های دفتر کل و موارد دیگر انتخاب کند تا بقیه شبکه بتوانند در مورد اینکه آیا رای دهند یا خیر. یا عدم موافقت با پیشنهاد.
با این حال، یک جهت در حال ظهور با استفاده از مکانیسم‌های اجماع بدون رهبر وجود دارد، که در آن همه شرکت‌کنندگان در شبکه اجازه دارند تراکنش‌های اخیر را مطرح کنند،
که سپس مانند شایعات در سراسر شبکه پخش می‌شوند. در نهایت، بلاک چین درباره اینکه کدام تراکنش ها را شامل شود، به توافق می رسد.
نمونه هایی از پروژه هایی که از مکانیزم اجماع بدون رهبر استفاده می کنند عبارتند از Avalanche، IOTA و NKN.
در حالی که به نظر می‌رسد مکانیسم‌های اجماع بدون رهبر راهی را برای حل سه‌گانه مقیاس‌پذیری فراهم می‌کنند، اکثر آنها در حال حاضر آزمایشی هستند.
کلمات پایانی در مورد راه حل های مقیاس پذیری رمزارزها
علیرغم موانع بزرگی که بلاک چین همچنان در مسیر آن قرار دارد، یعنی سه‌گانه مقیاس‌پذیری، چندین راه‌حل بالقوه برای افزایش زمان تراکنش‌ها، از جمله شاردینگ و شبکه لایتنینگ، علاوه بر راه‌حل‌هایی که توسط جامعه پیشنهاد شده‌اند، وجود دارد
