مقیاس پذیری بلاک چین چیست؟

مقیاس‌پذیری بلاک چین را باید جزو جنجالی‌ترین موضوعات در دنیای بلاک چین و ارزهای دیجیتال بدانیم. این اصطلاح عمدتاً به سرعت تراکنش‌ها اشاره دارد. در حال حاضر، علی‌رغم تمام پیشرفت‌هایی که در زمینه انواع ارز دیجیتال و شبکه‌های بلاک‌چین به دست آمده، سرعت پردازش آن‌ها محدودیت‌های بیشتری را نسبت به شبکه‌های سنتی موجود تجربه می‌کند. البته، این کندی سرعت نباید باعث شود تصور کنیم شبکه‌های سنتی موجود مزیت و کارایی بیشتری دارند، زیرا در بسیاری از زمینه‌های دیگر، شبکه‌های بلاک‌چین عملکرد بهتری دارند. به هرحال، جوامع کریپتو به سختی در حال کار کردن روی این موضوع هستند و راهکارهای مختلفی را هم پیشنهاد کرده‌اند.

در این مقاله به بررسی مفهوم مقیاس‌پذیری در بلاک چین می‌پردازیم و انواع حواشی و راهکارهای ارائه شده برای آن را مرور خواهیم کرد. بنابراین، برای شروع، به بررسی مفاهیم و اصول اولیه مربوط به سرعت تراکنش می‌پردازیم.

سرعت تراکنش ارزهای دیجیتال

سرعت پردازش تراکنش‌ها در بلاک‌چین محدودیت‌های بیشتری نسبت به شبکه‌های سنتی فعلی دارد. همین موضوع را در اینفوگرافی زیر نیز مشاهده می‌کنید. در این اینفوگرافی، سرعت و توان پردازش انواع ارز دیجیتال را با شبکه‌های پرداخت معروفی مثل ویزا (Visa) و پی‌پال (PayPal) مقایسه کرده‌ایم. به عنوان مثال، در حالی که ویزا می‌تواند تا ۲۴ هزار تراکنش در ثانیه (TPS) را پردازش کند، بیت‌کوین تنها می‌تواند ۷ تراکنش در ثانیه و اتریوم (پیش از به روزرسانی اتریوم ۲) هم می‌تواند ۲۰ تراکنش در ثانیه را پردازش کند. این اختلاف واقعاً چشمگیر است.
بنابراین، در صورت اقبال همگانی به سمت این شبکه‌ها و افزایش تراکنش‌های آن‌ها، با مشکلات جدی مواجه خواهند شد. افزایش تراکنش به معنای افزایش مدت زمان پردازش خواهد بود و با افزایش شلوغی شبکه، کارمزدها هم افزایش پیدا خواهند کرد.

تنگناهای افزایش مقیاس‌پذیری: توان عملیاتی، نهایی شدن و زمان تایید

تعداد تراکنش در ثانیه چه ارتباطی با سرعت پردازش دارد؟ وقتی مردم می‌پرسند آیا این ارز دیجیتال مقیاس‌پذیر است، منظورشان دقیقاً چیست؟ برای پاسخ به این سوالات، ابتدا باید مفاهیم توان عملیاتی (Throughput)، نهایی شدن (Finality) و زمان تایید (Confirmation Time) را درک کنیم. 

برای فهم کامل و ساده مفهوم مقیاس‌پذیری، این مثال را در نظر بگیرید:

شما در یک ایستگاه اتوبوس منتظر اتوبوس هستید تا به خانه بروید. اتوبوس‌ها هر ۱۰ دقیقه وارد ایستگاه می‌شوند و ۶۰ دقیقه هم طول می‌کشد تا اتوبوس به مقصد شما برسد. این ایستگاه خیلی شلوغ است و همیشه هم صفی طولانی از مردم در انتظار اتوبوس هستند.

بعد از گذشت ۲ دقیقه، یک اتوبوس وارد ایستگاه می‌شود، ولی افراد زیادی جلوتر از شما در صف بوده و قبل از اینکه نوبت به شما برسد، اتوبوس پر می‌شود. اکنون باید ۱۰ دقیقه دیگر صبر کنید تا اتوبوس بعدی از راه برسد.

بنابراین، تمام اطلاعات را می‌توانیم به شکل زیر خلاصه کنیم:

بنابراین، می‌توان گفت هر ۱۰ دقیقه، ۷۰ نفر به مقصد می‌رسند. به صورت میانگین، هر دقیقه ۷ نفر به مقصد می‌رسد.

با استفاده از این مثال و اطلاعاتی که در جدول‌ها نوشتیم، مفاهیم توان عملیاتی، نهایی شدن و زمان تایید را خیلی بهتر درک خواهیم کرد:

• ظرفیت اتوبوس (۷ نفر در دقیقه) = توان عملیاتی
• زمان مسافت بین ایستگاه اتوبوس تا خانه (۶۰ دقیقه) = سرعت نهایی شدن
• مدت زمان انتظار برای رسیدن اتوبوس (میانگین ۱۰ دقیقه و شاید بیشتر) = متوسط زمان انتظار اولین بلاک
• کل زمان سفر برای هر فرد (۷۰ دقیقه) = زمان تایید

به زمان تایید تراکنش توجه کنید:

در نظر گرفتن توان عملیاتی (تراکنش در ثانیه) به تنهایی کافی نیست. ما باید زمان تایید را هم در نظر داشته باشیم. به عبارت ساده‌تر، تصور کنید یک پروتکل می‌تواند ۱۰۰ هزار تراکنش را در ثانیه پردازش کند و این تعداد بسیار عالی است. اما اگر مدت زمان تایید هر تراکنش ۲ روز باشد، این پروتکل برای استفاده روزمره مناسب نیست.

در زمان و شرایط ازدحام شبکه، توان عملیاتی کاهش پیدا نمی‌کند (زیرا اتوبوس همچنان می‌تواند همان ۷ مسافر در دقیقه را حمل کند)، اما زمان تایید بدتر می‌شود. زیرا میانگین زمان انتظار برای بلوک اول بیشتر می‌شود (شاید نتوانید در همان اولین اتوبوس وارد شوید و مجبور باشید بیشتر صبر کنید). مشکل مقیاس‌پذیری دقیقاً در جا است که بروز می‌کند.

با کمی دقت در این مثال ، احتمالاً درک بهتری از این اصطلاحات پیدا کرده باشید. بنابراین، به‌جای افراد منتظر در صف، تراکنش‌های یک شبکه را در نظر بگیرید و به جای سیستم حمل و نقل و اتوبوس، خود شبکه را جایگزین کنید.

محدودیت‌های بلاک‌چین برای افزایش مقیاس‌پذیری

اگر مثال قبل را به خوبی درک کرده باشید، توجه سازوکار بلاک‌چین و شرایط بروز مشکلات مقیاس‌پذیری خواهید شد. با این حال، اگر بخواهیم این مثال را خیلی خلاصه کنیم، باید بگوییم که مشکل مقیاس‌پذیری ممکن است ناشی از عوامل مختلفی مثل تراکم شبکه ، سرعت پایین تراکنش‌ها و کارمزدهای بالا باشد. به بیان بسیار ساده، مشکل مقیاس‌پذیری از کافی نبودن ظرفیت پردازش بلاک‌چین ناشی می‌شود. برای افزایش توان پردازش باید این ۳ مورد را تقویت کرده و بهبود ببخشیم:

• توان عملیاتی
• اندازه بلاک
• مکانیسم اجماع

ولی این کار به آسانی انجام نمی‌شود، چراکه برای حل کردن این مشکلات با دوراهی‌های مختلفی رو به رو خواهیم بود. یعنی حل محدودیت‌های بالا و افزایش مقیاس‌پذیری، به قیمت کاهش کیفیت و قربانی کردن برخی از ویژگی‌های مهم دیگر در بلاک‌چین امکان پذیر است. در بخش بعد به این موضوع می‌پردازیم.

مثلث مقیاس پذیری در بلاک چین

مثلث یا سه راهی مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین یکی از بزرگ‌ترین موانع برای ارزهای دیجیتال است. این ۳ راه شامل عدم تمرکز، مقیاس‌پذیری و امنیت می‌شود. ولی مشکل از آنجایی شروع می‌شود که شما تنها می‌توانید به ۲ مورد از آن‌ها دست پیدا کنید و هرگز نمی‌توان هر ۳ آ‌ن‌ها را در کنار یکدیگر تقویت کرد. بنابراین، برای تقویت یکی از موارد، باید مورد دیگری را قربانی کرد. به عنوان مثال، برای افزایش مقیاس‌پذیری و امنیت، باید کمی از تمرکززدایی شبکه کاهش داد. برای درک بیشتر شرایط، اجازه دهید هریک از ضلع‌های این مثلث را جداگانه بررسی کنیم.

تمرکززدایی

تمرکززدایی به درجه و سطحی از تنوع در مالکیت، نفوذ و ارزش روی یک بلاک‌چین اشاره می‌کند و جزو مهم‌ترین بخش‌های آموزش ارز دیجیتال است. شبکه‌های غیرمتمرکز دقیقاً برعکس شبکه‌های متمرکز هستند. در شبکه‌های متمرکز، یک فرد، نهاد یا مرجع واحد وجود دارد که بر شبکه نظارت داشته و آن را کنترل می‌کند. ولی در شبکه‌های غیرمتمرکز، چنین چیزی وجود ندارد و هیچکس قدرت برتر و بالاتری در شبکه ندارد. مالکیت و نفوذ تمام افراد شبکه به یک اندازه است. رمز ارزها عموماً‌ غیرمتمرکز هستند، زیرا هیچ نهاد، حکومت یا فرد خاصی شبکه آن‌ها را کنترل نمی‌کند. موضوع مهم این است که بدانیم تمرکززدایی یک طیف است  تنها نمی‌توان آن را به دو دسته «متمرکز» و «غیرمتمرکز» تقسیم کرد. حتی در انواع ارز دیجیتال، سطوح مختلفی از تمرکز‌زدایی را شاهد هستیم.

امنیت

منظور از امنیت، توانایی بلاک‌چین برای دفاع در برابر حملات منابع خارجی و مقاومت سیستم آن در برابر دستکاری‌ها است. شکل‌های مختلفی از حمله و خراب‌کاری ممکن است متوجه بلاک‌چین‌ها باشد؛ به عنوان مثال حملات دوگانه، DDoSها،‌ حملات sybil و حملات ۵۱ درصد جزو معروف‌ترین آن‌ها هستند. به‌طور کلی، هرچه تمرکززدایی بیشتر باشد، امنیت کاهش پیدا می‌کند. چراکه با افزایش ورود و خروج کاربران به شبکه، تایید هویت کاربران دشوارتر خواهد شد و بازیگران و گروه‌های مخرب راحت‌تر می‌توانند وارد شبکه شوند.

مقیاس پذیری

در مثال‌های ابتدایی مقاله در مورد مقیاس‌پذیری صحبت کردیم و بیان شد که مقیاس‌پذیری، ظرفیت شبکه بلاک‌چین را تعیین می‌کند. مقیاس‌پذیری جزو جنجالی‌ترین ویژگی‌های شبکه‌های بلاک‌چین است و همیشه در آموزش ارز دیجیتال به این نکته نیز اشاره می‌شود. عوامل مختلفی مانند تعداد گره‌ها‌ (nodes) در شبکه، تعداد تراکنش‌هایی که شبکه می‌تواند پردازش کند، سرعت پردازش در شبکه و… می‌توانند در مقیاس‌پذیری تاثیر داشته باشند.

اصطلاح مقیاس‌پذیری گاهی اوقات می‌تواند گیج‌کننده باشد. به عنوان مثال، عموماً بیان می‌شود که مقیاس‌پذیری یکی از اصلی‌ترین ضعف‌های بلاک‌چین بیت‌کوین است. با این حال، این شبکه در برابر پیوستن افراد جدید به شبکه کاملاً مقیاس‌پذیر است. مکانیزم گواه اثبات کار (PoW) این شبکه، سختی کار و دشواری هش‌ها را به صورت خودکار تنظیم می‌کند و می‌تواند حضور هر تعداد گره (node) در شبکه را تحمل کند. 

این اصطلاح در دنیای بلاک‌چین زیاد شنیده می‌شود که می‌گویند «بیت‌کوین مقیاس‌پذیر نیست». این اصطلاح عمدتاً روی توان عملیاتی این شبکه تمرکز دارد، چرا که این بلاک‌چین تنها می‌تواند ۷ تراکنش را در ثانیه پردازش کند. این رقم مشخصاً برای استفاده عادی و روزمره مناسب نیست.
سرعت نهایی هم موضوع بسیار مهمی است. طبیعی است که کسی حاضر نیست ۶۰ دقیقه منتظر بماند تا تراکنش او بابت خرید یک قهوه تایید شود.

پیش‌تر در مورد مثلث مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین صحبت کردیم و گفتیم که افزایش ۲ ضلع این مثلث به قیمت قربانی کردن یکی دیگر از اضلاع است. در جدول زیر چند سناریو مختلف را بررسی کرده و ارزهای دیجیتالی که از آن‌ها استفاده کرده‌اند را نیز به عنوان مثال معرفی می‌کنیم.

چرا مقیاس‌پذیری بلاک‌چین اهمیت زیادی دارد؟

همان‌طور که فهمیدید، مقیاس‌پذیری به توانایی شبکه برای انجام و پذیرش حجم بالایی از تراکنش‌ها و افزایش توان عملیاتی شبکه اشاره دارد. بنابراین، مقیاس‌پذیری عاملی کلیدی در شبکه‌های بلاک‌چین است و باید آن را عاملی ضروری برای رشد آینده بلاک‌چین بدانیم. افزایش استفاده و به‌کارگیری تکنولوژی بلاک‌چین مستلزم مقیاس‌پذیر بودن این شبکه‌ها است. در غیر این صورت، با عملکرد و بازدهی ناکارآمد آن‌ها مواجه خواهیم بود و این موضوع نارضایتی کاربران را به همراه خواهد داشت. 

از سوی دیگر، معضل مثلث بلاک‌چین بیان می‌کند که رسیدن به مقیاس‌پذیری بالاتر به معنای قربانی کردن یکی از ارکان دیگر، یعنی امنیت یا تمرکززدایی است. این در حالی است که باید بدانیم تنها مقیاس‌پذیری است که می‌تواند رقابت تکنولوژی بلاک‌چین با پلتفرم‌های سنتی و متمرکز قدیمی را امکان‌پذیر کند. بنابراین، کاملاً منطقی است که باید تمام تلاش خود را صرف پیدا کردن راهکارهایی کنیم که از طریق آن‌ها بتوانیم مقیاس‌پذیری شبکه را افزایش داده و در عین حال تمرکززدایی و امنیت شبکه را قربانی نکنیم.

چطور باید مقیاس‌پذیری بلاک‌چین را افزایش داد؟

همانطور‌ که گفتیم، مقیاس‌پذیری یکی از مشکلات و نقاط ضعف بلاک‌چین‌ها در حال حاضر است. در بخش‌های قبل به بررسی دلایل بروز این مشکل و چرایی دشوار بودن حل این مسئله هم پرداختیم.

به صورت بسیار اجمالی،‌ به منظور تقویت و افزایش مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاک‌چین، ۲ نوع رویکرد را می‌توانیم پیش بگیریم: رویکرد افقی و عمودی.

افزایش عمودی مقیاس‌پذیری: منظور از افزایش عمودی، افزایش ظرفیت و توانایی هر یک از نودها در شبکه بلاک‌چین است.
این کار را می‌توان از طریق ارتقاء سخت‌افزارهایی مانند توان‌پردازشی، رم یا فضای ذخیره‌سازی انجام داد. بنابراین، ظرفیت و قدرت هر گره (node) در این روش بیشتر می‌شود،‌ ولی تعداد آن‌ها یکسان باقی می‌ماند.

افزایش افقی مقیاس‌پذیری: بر خلاف روش قبل، در روش افزایش افقی تلاش می‌شود تا گره‌ها (node)‌های شبکه را افزایش داد. هرچه تعداد این nodeها بیشتر باشد، توان پردازش و تعداد تراکنش‌های قابل پردازش هم بیشتر خواهند شد. 

همان‌طور که گفتیم، موارد فوق تنها رویکردهایی نسبت به افزایش مقیاس‌پذیری شبکه بلاک‌چین هستند و آن‌ها را نمی‌توان یک راهکار قابل ارائه در نظر گرفت. به عبارت دیگر، اگر فردی بخواهد راهکاری برای حل این مشکل ارائه کند، این راهکار احتمالاً بر اساس یکی از این رویکردها باید کار کند. در حال حاضر روش‌های مختلفی بر اساس همین ۲ نوع رویکرد ارائه شده است که برخی کارایی و عملکرد بسیار خوبی دارند. در ادامه به مرور برخی از این روش‌ها می‌پردازیم.

دستورالعمل و راهکارهای جدید برای افزایش مقیاس‌پذیری در بلاک چین

افزایش مقیاس پذیری بلاک‌چین موضوع پیچیده‌ای است. همان‌طور که بیان شد، برای افزایش مقیاس‌پذیری یا باید رویکردی افقی داشته باشیم یا رویکردی عمودی؛ یعنی یا تلاش کنیم nodeها را تقویت کنیم یا اینکه تعداد آن‌ها را افزایش دهیم. تلاش‌های بسیار زیادی از سمت جوامع رمز‌ارزها و جوامع دانشگاهی در همین راستا انجام شده است. راهکارهای ارائه شده توسط آن‌ها به شکل‌های مختلفی به کار گرفته می‌شوند. برخی از آن‌ها شامل ایجاد تغییرات در بلاک‌چین می‌شود و برای به‌کارگیری برخی دیگر نیز نیاز به بلاک‌چین‌های جانبی داریم. به‌طور کلی،‌ به نظر می‌رسد ۳ راهکار برای حل مشکل مقیاس پذیری در بلاک چین وجود دارد:

• لایه اول (درون زنجیره‌ای)
• لایه دوم (بیرون زنجیره)
• سایر روش‌های اجماع

حال، بیایید بررسی کنیم هرکدام از این روش‌ها چطور سعی دارند به حل مشکل مقیاس‌پذیری بپردازند.

راهکارهای لایه اول (درون زنجیره‌ای)

به بیان بسیار ساده و خلاصه، این راهکارها قصد دارند از طریق ایجاد تغییرات در خود زنجیره و کدهای بلاک‌چین، این مشکل را حل کنند. بنابراین، ما شاهد برخی تغییرات ساختاری و اساسی در بلاک‌چین خواهیم بود. به عنوان مثال، راهکارهای لایه اول سعی دارند تغییری در اندازه بلاک‌ها انجام داده، مکانیسم اجماع شبکه را بهینه‌سازی کنند یا اینکه از مکانیسم‌هایی مانند شاردینگ استفاده کنند تا بتوانند تراکنش‌های بیشتری را پردازش کنند. انجام این کار منجر به ایجاد یک هارد فورک (Hard Fork) جدید خواهد شد؛ یعنی تمامی نودهای شبکه باید نرم‌افزار خود را به آخرین نسخه به‌روزرسانی کنند.

راهکارهای لایه اول شامل موارد و روش‌های مختلفی می‌شود. ولی در میان آن‌ها، روش‌های Segwit و Sharding اهمیت بیشتری دارند. بنابراین اجازه دهید این دو مورد را مختصراً مرور کنیم.

مکانیزم سگویت (Segregated Witness – SEGWIT)

مکانیزم سگویت از رویکرد عمودی برای حل مشکل مقیاس‌پذیری استفاده می‌کند، یعنی سعی دارد هر node را توانمندتر کند. سگویت یک به‌روزرسانی و ارتقاء برای بیت‌کوین است که روش و ساختار نحوه ذخیره داده‌ها در شبکه بیت‌کوین را تغییر می‌دهد. هدف اولیه سگویت، حل مشکل انعطاف‌پذیری تراکنش‌ها بود. امضای دیجیتال که مالکیت و در دسترس بودن وجوه فرستنده را تایید می‌کند، فضای زیادی را در یک تراکنش اشغال می‌کند. بنابراین، حذف امضای دیجیتال باعث می‌شود تراکنش‌های بیشتری در یک بلوک جای بگیرند.

بنابراین، مکانیزم سگویت توان عملیاتی بیت‌کوین را افزایش داده و باعث می‌شود تراکنش‌های بیشتری را پردازش کند. با این حال، این مکانیزم به ۳ دلیل گزینه خوبی برای افزایش مقیاس‌پذیری نیست:

۱) یک راهکار عمومی برای افزایش مقیاس‌پذیری نیست.

۲) تنها روی بلاک‌چین بیت‌کوین کاربرد دارد.

۳) سگویت باعث افزایش توان عملیاتی بیت‌کوین می‌شود، ولی زمان تایید تراکنش‌ها را کاهش نمی‌دهد.

مکانیزم شاردینگ (Sharding)

شاردینگ نوعی پارتیشن‌بندی پایگاه داده است که به عنوان پارتیشن‌بندی افقی نیز شناخته می‌شود، چراکه تلاش دارد تعداد nodeهای فعال را به نوعی افزایش دهد. این مکانیزم رویکردی افقی نسبت به حل مشکل مقیاس‌پذیری شبکه بلاک‌چین دارد. مکانیزم شاردینگ شامل تقسیم یک پایگاه داده بزرگ به بخش‌های کوچک‌تر می‌شود تا با این کار بتوان عملکرد و کاهش زمان تایید تراکنش را بهبود بخشید. 

همان‌طور که می‌دانیم، بلاک‌‌چین را می‌توان نوعی پایگاه داده توزیع شده دانست. بنابراین، اگر شاردینگ را روی بلاک‌چین اعمال کنیم، این شبکه هم به بخش‌های مختلفی تقسیم می‌شود و هر بخش نیز توسط گره‌های خاصی اداره می‌شود. با انجام این کار، می‌توان توان عملیاتی سیستم را افزایش داد.

راهکارهای لایه دوم (خارج زنجیره‌ای)

راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه دوم یا راه‌حل‌های خارج از زنجیره، سعی دارند مشکل مقیاس‌پذیری شبکه را از طریق اضافه کردن یک لایه جدید به بلاک‌چین حل کنند. در این روش، پروتکل‌های جدید و ثانویه‌ای در کنار بلاک‌چین اصلی ساخته می‌شوند تا بخشی از تراکنش‌ها در آنجا بارگذاری و پردازش شده و از این طریق در فضا و ازدحام شبکه صرفه‌جویی شود. دو مکانیزم زنجیره‌های جانبی (Sidechains) و کانال‌های پرداختی (Payment Channels) در این دسته قرار می‌گیرند.

زنجیره‌های جانبی (Sidechains)

زنجیره جانبی مکانیزم بسیار ساده‌ای دارد. یک بلاک‌چین جداگانه است که به بلاک‌چین اصلی متصل می‌شود. از زنجیره جانبی می‌توان برای تخلیه فشار و ازدحام از روی زنجیره اصلی استفاده کرد. اگر ارتباطات بین بلاک‌چین‌ها کارآمدتر شود، زنجیره جانبی می‌تواند یکی از بهترین و امیدوارکننده‌ترین روش‌ها برای حل مشکل مقیاس‌پذیری باشد. زنجیره‌های جانبی متعددی را می‌توان به زنجیره اصلی متصل کرد و هر کدام از آن‌ها نیز معماری خاص و ویژه خود را دارند. 

کانال‌های پرداختی (Payment Channels)

کانال پرداختی یک شبکه بیرون زنجیره‌ای است که در موازات بلاک‌‌چین اصلی اجرا می‌شود. ایده اصلی این است که یک شبکه را بین دو طرفی ایجاد کنیم که قصد اجرای تراکنش دارند. در این شبکه، معامله‌گران می‌توانند بیشتر کارهای مربوط به انجام تراکنش را انجام دهند و تنها لازم است شبکه‌ی اصلی تراکنش انجام شده را تایید کند. 

تمامی تراکنش‌هایی که در کانال انجام می‌شوند جدا از زنجیره بوده و دیگر نیازی به اجماع عمومی برای آن‌ها نیست. بنابراین، این تراکنش‌‌ها سریعاً از طریق یک قرارداد هوشمند، با کارمزدی بسیار کمتر و با سرعتی باورنکردنی انجام می‌شوند. این کار کاهش فشار کلی از روی بلاک‌چین می‌شود و به آن کمک می‌کند تراکنش‌های بیشتری را در هر ثانیه انجام دهد.

راهکارهای افزایش مقیاس‌پذیری بیت‌کوین و اتریوم

مقیاس‌پذیری بیت‌کوین و اتریوم موضوعی است که همواره باعث چالش این رمز‌ارزها می‌شود. در ادامه با دو راهکار لایه دوم برای افزایش مقیاس‌پذیری شبکه بلاک‌چین بیت‌کوین و اتریوم آشنا می‌شوید.

شبکه لایتنینگ (Lightning) برای بیت‌کوین:

همان‌طور که گفته شد، مقیاس‌پذیر نبودن یکی از اصلی‌ترین ضعف‌ها و مشکلات بیت‌کوین است. این مشکل باعث می‌شود بیت‌کوین نتواند به عنوان یک شبکه پرداختی موفق و همه‌گیر مورد استفاده قرار گیرد. شبکه لایتنینگ یکی از روش‌هایی است که ممکن است بتواند در رابطه با این موضوع به بیت‌کوین کمک کند. 

از لحاظ راهکارهای حل مشکل مقیاس‌پذیری، شبکه لایتنینگ را باید در دسته راهکارهای لایه دوم جای دهیم. به صورت تخصصی‌تر، Lightning نوعی کانال پرداختی است. لایتنینگ کاربران را قادر می‌سازد تا شبکه‌ای از کانال‌های پرداختی بین کاربران را در لایه دوم جداگانه‌ای ایجاد کنند. بنابراین، تراکنش‌ها در همین شبکه و بدون نیاز به ثبت و تایید شدن روی بلاک‌چین بیت‌کوین انجام می‌شوند. این کار باعث صرفه‌جویی زیادی در زمان و هزینه‌ها می‌شود و مقیاس‌پذیری را افزایش خواهد داد. زمانی که کاربر بخواهد کانال را بسته یا دارایی نهایی را تسویه کند، اطلاعات این کانال موازی به بلاک‌چین اصلی بیت‌کوین فرستاده می‌شود.

«رول‌آپ‌ها» (Rollups) برای شبکه اتریوم:

رول‌آپ‌ها یک راهکار مقیاس‌پذیری برای شبکه اتریوم هستند. ایده اصلی آن‌ها این است که چندین تراکنش را داخل یک تراکنش بزرگ‌تر جمع‌آوری و فشرده کنیم. با انجام این کار تعداد تراکنش‌ها کمتر شده و مقداری از فشار روی شبکه اتریوم را کاهش می‌دهیم تا تراکنش‌ها سریع‌تر و ارزان‌تر انجام شوند. در نهایت، این کار منجر به افزایش مقیاس‌پذیری شبکه اتریوم خواهد شد.

سایر مکانیسم‌های اجماع

مشکل اصلی مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین به خاطر وجود مکانیسم اجماع آن‌ها است. چراکه بر اساس این مکانیسم، تمام مشارکت‌کنندگان شبکه باید روی معتبر بودن یک تراکنش توافق داشته باشند. بنابراین، با افزایش تراکنش‌ها، کار برای بلاک‌چین دشوار خواهد شد. به عنوان مثال، بیت‌کوین در زمینه مشارکت‌کنندگان (ماینرها) انعطاف و مقیاس‌پذیر است، ولی در زمینه افزایش تراکنش‌ها مقیاس‌پذیر نیست. در همین راستا، برخی از مکانیسم‌های اجماع دیگری طراحی شده‌اند تا این مشکل را حل کنند. این مکانیسم‌ها را در ۳ گروه دسته‌بندی می‌کنیم:

مکانیسم‌های ناکاموتو:

این روش‌‌ها با الهام از روش اصلی گواه اثبات کار (PoW)‌ طراحی شده‌اند. مکانیسم‌های مختلفی مثل گواه اثبات سهام (PoS)، اثبات اعتبار (PoA)، اثبات شهرت (PoR) و اثبات اهمیت (PoI) در این دسته جای می‌گیرند. مکانیسم ناکاموتو همان پروتکل اجماعی است که توسط بیت‌کوین و برخی از ارزهای دیجیتال دیگر برای تایید تراکنش‌ها به کار گرفته می‌شود. به بیان ساده، در این روش تمام مشارکت‌کنندگان شبکه باید توافق کنند که کدام تراکنش‌ها معتبر و کدام غیر‌معتبر است.

زمانی که یک تراکنش در شبکه بیت‌کوین انجام می‌شود، باید تایید شده و به بلاک‌چین اضافه شود. این کار از طریق فرآیندی به نام استخراج یا همان ماینینگ (Mining) انجام شده و شامل حل مسئله‌های پیچیده ریاضی می‌شود. زمانی که ماینر توانست مسئله را حل کند، بلوک را می‌تواند به بلاک‌چین اضافه کند. سپس، سایر اعضا (nodeها) نیز این بلاک را تایید کرده و آن را به نسخه‌ای از بلاک‌چین که دارند اضافه می‌کنند. این فرآیند بارها و بارها تکرار می‌شود و زنجیره‌ای از بلاک‌ها را شکل می‌دهد.

مکانیسم ناکاموتو به نحوی طراحی شده که غیرمتمرکز و کاملاً قابل اعتماد باشد. هیچ عضوی در این فرآیند نمی‌تواند شبکه را تحت کنترل خود در بیاورد. در عوض، کاربرها تشویق می‌شوند تا به خواست شبکه فعالیت کنند و در عوض مقداری پاداش دریافت کنند. این کار باعث می‌شود هرگونه تقلب و نفوذ به شبکه بسیار دشوار گردد. چراکه هرگونه اقدام خرابکارانه مستلزم دسترسی به توان پردازشی فوق‌العاده بالایی است که دسترسی به آن امکان‌پذیر نیست. به‌صورت‌کلی، مکانیسم ناکاموتو سعی دارد امنیت، قابلیت اعتماد و ضد سانسور بودن شبکه را تضمین کند.

مکانیسم‌های کلاسیک:

این دسته‌، همان روش‌های قدیمی هستند که قبل از اختراع بیت‌کوین مورد استفاده قرار می‌گرفتند. این روش‌ها روی مجموعه‌های همتا (Peer) ثابت (Fixed) برای رسیدن به اجماع تمرکز دارند. از این روش‌ها برای رسیدن به اجماع و توافق میان بازیگران و کاربران مختلف یک شبکه استفاده می شود. به‌طورکلی می‌توان گفت این روش‌ها عموماً در شبکه‌های نیازمند مجوز استفاده می‌شوند، چراکه در این شبکه‌ها کاربران شناخته شده هستند و هرکدام نقشی از پیش تعریف شده دارند.

در روش اجماع کلاسیک، نودها (nodes) از طریق ارسال پیام با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند تا روی حالت خاصی از شبکه به توافق برسند. این فرایند عموماً شامل یک رهبر می‌شود که تراکنش را به شبکه معرفی می‌کند و سپس باقی کاربران آن را اعتبارسنجی می‌کنند. این فرایند برای ثبت و تایید تمام تراکنش‌ها استفاده می‌شود. نمونه‌هایی از اجماع کلاسیک عبارتند از Paxos، Raft، pBFT و غیره. پس از اختراع بیت‌کوین، اجماع کلاسیک نیز با تغییرات جدیدی همراه شد و نمونه‌های Delegated BFT (dBFT)، Federated BFT (fBFT)، Tendermint به کار گرفته شدند.

شاید تصور کنید که این روش شباهت زیادی با همان روش اجماع ناکاموتو دارد. ولی تفاوت
اصلی میان این دو روش،‌ در نحوه رسیدن به اجماع است. در روش کلاسیک، یک رهبر و مرجع مرکزی وجود دارد که مسئولیت رسیدن به اجماع را بر عهده دارد. بر انجام این کار از رای دادن یا سایر روش‌ها استفاده می‌شود. در عوض، روش اجماع ناکاموتو غیرمتمرکز است و بر اساس اصول رمزنگاری و نظریه بازی‌ها (ماینینگ) طراحی شده است.
همین تفاوت باعث می‌شود روش کلاسیک مصونیت کمتری در برابر سانسور شدن داشته باشد. 

اجماع بی‌رهبر:

هر دو روش‌های قبلی اجماع نیاز به رهبر دارند. سازوکار آن‌ها به شکلی است که کل شبکه باید تنها یک نفر را به‌عنوان مسئول بلوک معرفی کند و سپس تمام شبکه به پیشنهاد او رای می‌‌دهند. در یک مدل بی‌رهبر، تمام مشارکت‌کنندگان می‌توانند آخرین تراکنش‌ها را برای رای‌گیری معرفی و ارائه کنند. پروژه‌های Avalanche، IOTA و NKN را می‌توانیم به‌عنوان نمونه‌هایی از اجماع بی‌رهبر در نظر بگیریم.

در این روش که تحت عنوان اجماع غیرمتمرکز هم شناخته می‌شود، تمام گره‌ها در تایید تراکنش‌ها و ساخت بلاک‌ها نقشی یکسان را ایفا می‌کنند. برخلاف روش‌های قبلی که به یک رهبر نیاز داشتند،‌ در این روش کل فرآیند تایید و اعتبارسنجی توسط تمامی اعضای شبکه انجام می‌شود. بنابراین، هر گره (node) به‌تنهایی می‌تواند تراکنش‌ها را تایید کرده و آن‌ها را به بلاک‌چین اضافه کند. آن‌ها سپس با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و روی نسخه نهایی بلاک‌چین توافق می‌کند. برای انجام این توافق نهایی، آن‌ها ممکن است از همان پروتکل‌های قدیمی استفاده کنند. در مجموع، روش اجماع بی‌رهبر مزایای مختلفی مثل افزایش امنیت، افزایش مقیاس‌پذیری، امنیت بیشتر و تمرکززدایی بیشتر را به همراه دارد.

جمع‌بندی

به نظر می‌رسد آینده‌ی بلاک‌چین با افزایش کاربردها و استقبال صنایع مختلف از آن، کاملاً روشن باشد. با این حال، افزایش کاربردها به معنای افزایش تعداد کاربران است و بدیهی است نیاز به شبکه‌های بزرگ‌تر بیشتر احساس خواهد شد. این در‌حالی است که شبکه‌های بلاک‌چین در حال حاضر تا حدی با مشکل مقیاس‌پذیری گریبان‌گیر هستند. بنابراین به نظر می‌رسد عملکرد و مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین همچنان موضوعی جذاب برای آینده باقی بماند. در این مقاله به بررسی مشکل مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین، ریشه‌های مشکل و بررسی راهکارهای احتمالی پرداختیم. در انتها، خوب است بدانیم پیشرفت‌های بسیار چشم‌گیری در زمینه مقیاس‌پذیری را، در نسل‌های جدید بلاک‌چین شاهد هستیم و شبکه‌های امروزی بسیار توانمندتر از نمونه‌های اولیه هستند.