طبقات Blockchain 1 و 2: ما يجب أن تعرفه

في تقنية blockchain ، يعني مصطلح "التحجيم" زيادة إنتاجية النظام ، مقاسة بعدد المعاملات التي يتم إجراؤها في الثانية. نظرًا لاستخدام العملات المشفرة بشكل متزايد في الحياة اليومية ، أصبح من الضروري إنشاء طبقات blockchain لتحسين أمان الشبكة وحفظ السجلات وما إلى ذلك. الطبقة الأولى في النظام البيئي اللامركزي هي blockchain. الطبقة الثانية ، من ناحية أخرى ، هي تكامل مكونات الطرف الثالث مع الطبقة 2 لزيادة عدد العقد وبالتالي معدل نقل النظام. يتم حاليًا تنفيذ العديد من الحلول القائمة على blockchain من الطبقة الثانية. تستخدم هذه الحلول العقود الذكية لأتمتة المعاملات.

Blockchain من الطبقة XNUMX مقابل Layer XNUMX Blockchain

تتمتع تقنية Blockchain بالعديد من المزايا: فهي تزيد من مستوى الأمان ، وتسمح لك بإجراء المعاملات دون متاعب غير ضرورية والاحتفاظ بالسجلات. ومع ذلك ، مع انتشار استخدامه على نطاق واسع ، ينشأ عدد من المشاكل. إحدى هذه القضايا هي قابلية التوسع.

في blockchain ، يجب أن تمر كل معاملة في نظام لامركزي بعدة مراحل ، والتي تتطلب قوة حاسوبية كبيرة ووقتًا. من أجل تحسين قدرة blockchain على معالجة البيانات ، يطبق مطورو blockchain تحجيم المستوى الثاني في هيكلها. دعنا نتعرف على المزيد حول كيفية عملها.

لماذا تعد قابلية تطوير blockchain مهمة؟

يختلف تعريف كلمة "قابلية التوسع" من خبير إلى خبير. ومع ذلك ، فإن قابلية تطوير blockchain في جوهرها تعني قدرة النظام على تقديم تجربة غنية لكل مستخدم ، بغض النظر عن العدد الإجمالي للمستخدمين في أي وقت.

يشير مصطلح "الإنتاجية" إلى عدد المعاملات التي تتم معالجتها بواسطة النظام في الثانية. بينما تقوم الشركات / قنوات الدفع مثل Visa بمعالجة ما يقرب من 20 TPS باستخدام شبكة الدفع الإلكتروني VisaNet الرئيسية blockchain بيتكوين يمكن أن تفعل 3 إلى 7 TPS فقط.

قد يكون الاختلاف في الإنتاجية صادمًا ، ولكن هناك تفسير بسيط لذلك. تستخدم Bitcoin نظامًا لامركزيًا بينما تعمل VisaNet على نظام مركزي. يستخدم الأول مزيدًا من قوة الحوسبة والوقت لضمان خصوصية مستخدميه. يجب أن تمر كل معاملة بيانات بعدة مراحل ، بما في ذلك القبول ، تعدينوالتوزيع والتحقق من خلال الشبكة العقدية.

نظرًا لأنه من المتوقع أن تصبح العملة المشفرة قوة متكاملة في عالم الأعمال ، يحاول مطورو blockchain توسيع نطاق blockchain. من خلال إنشاء طبقات blockchain وتحسين مقياس الطبقة XNUMX ، فإنهم يريدون تسريع أوقات المعالجة وزيادة TPS.

صراع البيتكوين مع قابلية التوسع

بدأت Bitcoin كبلوكشين بسيط لإرسال واستقبال العملات الرقمية. ومع ذلك ، منذ إنشائها ، واجهت مشكلة قابلية التوسع ، مما أدى إلى طرح السؤال التالي: ماذا سيحدث إذا بدأ المزيد والمزيد من الناس في استخدام Bitcoin؟

يمكن اعتبار هذا السيناريو مشكلة في الشبكة. يحتوي كل نظام على قدر معين من الإنتاجية ويمكنه فقط معالجة عدد معين من المعاملات في الثانية (TPS). بالإضافة إلى ذلك ، يجب التحقق من كل معاملة في النظام اللامركزي ، لذلك يلزم توفير مساحة تخزين بيانات كافية.

تقدم سريعًا حتى عام 2021. مع نمو شعبية البيتكوين ، حدث ما هو متوقع: فاض البروتوكول. نتيجة لذلك ، انخفضت سرعة معالجة البيانات.

لماذا تتطلب blockchain الحالية تقنية الطبقة الثانية؟

الجواب بسيط: زيادة الطلب وزيادة تكلفة المعاملات. لنوضح هذا باستخدام Ethereum كمثال.

نظرًا لأن Ethereum لديها آلية إجماع ، فإنها تسمح للعديد من التطبيقات اللامركزية. في تقنية blockchain ، تعد آلية الإجماع نظامًا متسامحًا مع الأخطاء يسمح بإبرام اتفاقيات على حالة واحدة من الشبكة على العقد الموزعة. تضمن هذه البروتوكولات أن جميع العقد توافق على المعاملات وأنها متزامنة. هذا يجعل من الصعب للغاية الكتابة فوق أو الهجوم على blockchain Ethereum.

بفضل استقرار وأمن Ethereum ، بدأ جنون ICO ، ونتيجة لذلك بدأ الأفراد في إنشاء عملات معدنية على blockchain. نتيجة لذلك ، كان هناك تدفق للمستخدمين وزيادة في عدد المعاملات التي تتم في Ethereum. عندما أصبح النظام مسدودًا ، زادت رسوم المعاملات - أو "الغاز" - التي تدفعها الأطراف التي تعالج المعاملات على شبكة Ethereum.

عندما تصبح شبكة blockchain مسدودة ، تنتهي المعاملات المعلقة في تجمع الذاكرة وتستغرق وقتًا أطول للمعالجة. لحل هذه المشكلة ، بدأ عمال المناجم في إعطاء الأولوية للمعاملات بسعر غاز أعلى من أجل تأكيدها. يؤدي هذا إلى زيادة الحد الأدنى للقيمة المطلوبة لإكمال المعاملة.

تأتي دورة ارتفاع الأسعار إلى النقطة التي ترتفع فيها أسعار الغاز بشكل كبير ، مما يؤدي إلى تفاقم الوضع بالنسبة للجميع. يهدف مقياس المستوى الثاني إلى معالجة هذه المشكلة وتقليل تكاليف المعاملات.

مشكلة المستوى الأول

شبكة الطبقة الأولى هي blockchain في نظام لامركزي. مثالان على هذه الشبكات هما Bitcoin و Ethereum.

يغير مقياس الطبقة الأولى البروتوكول الأساسي لـ blockchain لضمان قابلية التوسع. باستخدام هذه الحلول ، يتم تغيير قواعد البروتوكول لزيادة الإنتاجية وسرعة المعاملات ، وبالتالي استيعاب المزيد من البيانات والمستخدمين.

يمكن أن يكون مقياس المستوى الأول كما يلي:

• زيادة سرعة تأكيد الحظر
• زيادة قدرة الكتلة التي تحتوي على البيانات.

تعمل حلول القياس هذه معًا على زيادة عرض النطاق الترددي للشبكة. ومع ذلك ، لا يبدو أن المستوى 1 قادر على مواكبة العدد المتزايد من مستخدمي blockchain. المدرجة أدناه هي بعض عيوب النظام.

بروتوكول إجماع غير فعال

لا تزال blockchain من الطبقة الأولى تستخدم آلية إجماع إثبات العمل القديمة والمربكة.

في حين أن هذه الآلية أكثر أمانًا من غيرها ، إلا أن سرعتها تحد من استخدامها. يُطلب من المعدنين استخدام قوة الحوسبة لحل خوارزميات التشفير. وبالتالي ، بشكل عام ، هناك حاجة إلى مزيد من قوة الحوسبة والوقت.

حل

الإجماع البديل هو إثبات صحة حصة، والتي سيتم استخدامها في Ethereum 2.0. تؤكد آلية الإجماع هذه على الكتل الجديدة لبيانات المعاملات وفقًا لتوفير المشاركين في الشبكة ، مما يجعل العملية أكثر كفاءة.

عبء العمل المفرط

مع زيادة عدد المستخدمين ، ازداد عبء العمل على blockchain الطبقة الأولى. وبسبب هذا ، انخفضت سرعة وأداء معالجة البيانات.

حل

حل واسع النطاق لهذه المشكلة هو التجزئة. ببساطة ، يقسم القص عمل التحقق والمصادقة على المعاملات إلى أجزاء صغيرة يمكن إدارتها. بهذه الطريقة ، يمكن توزيع عبء العمل عبر الشبكة من أجل الاستفادة من قوة المعالجة لعدد أكبر من العقد.

نظرًا لأن الشبكة تعالج هذه الأجزاء بالتوازي ، يمكن أن تحدث المعالجة التسلسلية للعديد من المعاملات في وقت واحد.

حلول تحجيم الطبقة الثانية

تعمل blockchain من الطبقة الثانية على المستوى "الأصلي" لزيادة كفاءتها. من خلال تفريغ المعاملات بشكل فعال ، تستحوذ الطبقة 2 على جزء من حمل المعاملات من بلوكشين الطبقة الأولى وتنقلها إلى بنية نظام أخرى.

ثم تقوم طبقة blockchain من الطبقة الثانية بمعالجة الحمل وتمرير البيانات إلى الطبقة الأولى للمعالجة النهائية للنتائج. نظرًا لأنه يتم نقل معظم حمل معالجة البيانات إلى بنية الدعم المجاورة هذه ، يتم تقليل ازدحام الشبكة: لا يصبح المستوى 2 blockchain أقل تحميلًا فحسب ، بل يصبح أيضًا أكثر قابلية للتوسع.

مثال على blockchain من المستوى الأول هو الشبكة شبكة البرق Bitcoin، قابلة للتطوير على المستوى الثاني، والتي تقبل في نفس الوقت الحمل من Bitcoin وتقدم تقاريرها إليها. ونتيجة لذلك، تعمل الشبكة المسرّعة على زيادة سرعة معالجة البيانات في blockchain الخاص بالبيتكوين. بالإضافة إلى ذلك، توفر شبكة Lightning Network عقودًا ذكية لـ Layer XNUMX Bitcoin blockchain.

فيما يلي بعض حلول قياس المستوى الثاني الأخرى:

متداخلة Blockchain (البلازما)

يتم تشغيل blockchain متداخلة من المستوى الثاني فوق blockchain آخر. في جوهرها ، يحدد المستوى الأول blockchain المعلمات ، ويقوم المستوى الثاني المتداخل blockchain بتنفيذ العمليات.

يمكن أن يكون هناك عدة طبقات blockchain على blockchain رئيسي واحد. فكر في الأمر على أنه هيكل شركة نموذجي. بدلاً من قيام شخص واحد (على سبيل المثال ، المدير) بجميع الأعمال ، يقوم المدير بتعيين المهام إلى المرؤوسين الذين يقدمون تقاريرهم إلى المدير بمجرد إكمالهم لمهامهم. وبالتالي ، يتم تقليل العبء على المدير وتحسين قابلية التوسع.

مثال على ذلك مشروع OMG Plasma ، الذي يعمل بمثابة طبقة XNUMX blockchain لبروتوكول الطبقة XNUMX Ethereum لتمكين المعاملات الأرخص والأسرع.

قنوات الدولة

تسمح قنوات الدولة بالاتصال ثنائي الاتجاه بين المشاركين في blockchain. في الوقت نفسه ، يمكن للمشاركين تقليل وقت الانتظار ، نظرًا لعدم مشاركة طرف ثالث في العملية - على سبيل المثال ، عامل منجم.

وإليك كيف يعمل:

• في إطار العقود الذكية ، يوافق المشاركون مسبقًا على حظر جزء من الطبقة الأساسية.
• يمكنهم بعد ذلك التفاعل مباشرة مع بعضهم البعض ، مما يلغي الحاجة إلى إشراك عمال المناجم.
• بعد إجراء مجموعة المعاملات بالكامل ، يضيفون الحالة النهائية للقناة إلى blockchain.

تعد كل من شبكة Raiden التابعة لـ Ethereum وشبكة Lightning Network الخاصة بـ Bitcoin أمثلة على قنوات الدولة. تسمح شبكة Lightning Network للمشاركين بإجراء العديد من المعاملات الدقيقة على مدار فترة زمنية. في الوقت نفسه ، يسمح Raiden للمشاركين بتشغيل العقود الذكية من خلال القنوات الشخصية.

تعد القنوات الحكومية مثل Lightning Network آمنة تمامًا أيضًا لأن المشاركين فقط هم على علم بالمعاملات. من ناحية أخرى ، تسجل سلسلة Ethereum layer XNUMX blockchain جميع المعاملات في دفتر أستاذ يمكن التحقق منه بشكل عام.

سلاسل جانبية

إلى جانب القنوات الحكومية مثل Lightning Network والعقود الذكية ، تعد السلسلة الجانبية أيضًا حلاً لتوسيع نطاق تقنية blockchain من الطبقة XNUMX. السلسلة الجانبية هي سلسلة معاملات تسهل عددًا كبيرًا من المعاملات. لديها آلية إجماع مستقلة عن الطبقة الأصلية. يمكن تحسين هذه الآلية لتحسين قابلية التوسع وسرعة المعالجة. في هذه الحالة ، يجب على mainchain تأكيد سجلات المعاملات والحفاظ على الأمان وحل النزاعات.

تختلف سلاسل Sidechains عن القنوات العامة من حيث أنها تسجل جميع المعاملات علنًا في دفتر الأستاذ. أيضًا ، إذا حدث خرق أمني على سلسلة جانبية ، فلن يؤثر ذلك على سلاسل جانبية أخرى أو سلسلة رئيسية أساسية نفسها.

التراكمية

Rollups هي حلول لتوسيع نطاق blockchain من الطبقة XNUMX والتي تنفذ معاملات خارج blockchain للطبقة XNUMX وبيانات المعاملات المضيفة عليها. نظرًا لأن البيانات موجودة في الطبقة الأساسية ، فإن هذا يسمح للطبقة الأولى بتأمين التجميعات.

التراكمية اثنين مختلفة نماذج الأمان:

تراكمي متفائل: في نفوسهم ، تعتبر المعاملات صالحة بشكل افتراضي. وبالتالي ، فهم يقومون فقط بحسابات الكشف عن الاحتيال عندما تكون هناك مشكلة.
التراكمية مع صفر المعرفة: تؤدي هذه القيم الإجمالية حسابات خارج السلسلة. بعد ذلك ، يقومون بتمرير إثبات الصلاحية إلى الطبقة الأساسية أو السلسلة الرئيسية.
تساعد المجموعات التراكمية على زيادة إنتاجية المعاملات والمشاركة المفتوحة وتقليل رسوم الغاز للمستخدمين.

قيود الطبقة 1 و 2

يحتوي blockchain متعدد المستويات على عدد من المزايا. على سبيل المثال ، الميزة الرئيسية لحلول المستوى 1 هي أن المطورين لا يضطرون إلى إضافة أي شيء إلى البنية الحالية مع تغير الطبقة الأساسية.

وفي الوقت نفسه ، لا تغير حلول الطبقة الثانية للقياس بروتوكول الطبقة الأساسية. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح هذه الحلول بتنفيذ العديد من المعاملات الدقيقة دون مطالبة المستخدمين بدفع مبالغ مبالغ فيها رسوم التحويل أو قضاء الوقت في التحقق من عمال المناجم.

ومع ذلك ، فإن كل من طبقات blockchain هذه لها قيودها الخاصة التي يجب أخذها في الاعتبار.

إضافة إلى البروتوكولات الموجودة

تكمن المشكلة الرئيسية في طبقات blockchain في إضافتها إلى البروتوكولات الحالية. رأس المال السوقي لبيتكوين وإيثريوم بالمليارات. يتداول المستخدمون ملايين الدولارات يوميًا. لذلك ، ليس من المنطقي تعقيد العملية من خلال الترميز غير الضروري والتجريب ، لأن هذا سيكون مكلفًا.

قابلية التوسع Trilemma

Vitalik Buterin ، مؤسس Ethereum ، صاغ مصطلح "Scalability trilemma" للإشارة إلى قدرة blockchain على التوفيق بين ثلاثة الخصائص العضوية:

• أمن
• التدرجية
• اللامركزية

تقول trilemma أن أي تقنية blockchain يمكن أن تحتوي على خاصيتين كحد أقصى ، ولكن لا تحتوي على جميع الخصائص الثلاثة في وقت واحد. وبالتالي ، فإن تقنية blockchain الحالية ستضطر دائمًا إلى التنازل عن إحدى الخصائص الأساسية. بيتكوين هو مثال رائع على ذلك. بينما تمكنت blockchain من تحسين اللامركزية والأمان ، فقد كان عليها التنازل عن قابلية التوسع دون أي خطأ من جانبها.

ما هو المستقبل بعد المستوى الأول والثاني؟

تعد قابلية التوسع أحد الأسباب التي تجعل الاعتماد الجماعي للعملات المشفرة في صناعة blockchain غير ممكن في الوقت الحالي. مع تزايد الطلب على العملات المشفرة ، سيزداد الضغط لتوسيع نطاق بروتوكولات blockchain. نظرًا لأن كلا الطبقتين من blockchain لهما قيود معينة ، فإن الحل في المستقبل سيكون إنشاء بروتوكول يمكنه حل قابلية التوسع trilemma.

مجموع

بخصوص عنق الزجاجة أعلاه ، هناك خياران: 1) التخفيف من مشكلة القياس ، أو 2) البحث عن بدائل قابلة للتطبيق. يختار مطورو Blockchain الخيار الأول أثناء انتقالهم إلى مقياس الطبقة الثانية في العمل باستخدام Ethereum 2.0.

في وقت النشر ، لا تزال أنظمة blockchain قيد التطوير. السؤال الملح في المستقبل هو ما إذا كانت طبقات blockchain وقياس الطبقة الثانية ستكون مؤقتة أم دائمة. في الوقت الحالي ، لا أحد يعرف على وجه اليقين.