ظهور فناوری بلاک چین باعث ایجاد طیف گستردهای از کاربردهای آن در بخشهای مختلف صنعت کریپتوکارنسی در سراسر جهان شدهاست. آنطور که از شواهد پیداست بلاک چین به رشد خود به طور تصاعدی ادامه میدهد و راهحلهای نوآورانه و زیادی ارائه میکند. رشد و گسترش بلاک چین بدون چالش نیست و این اتفاق باعث رشد بسیار زیاد کاربران میشود و مشکلات مقیاسپذیری نیز به همراه آن به وجود میآید.
حال این سوال برایتان پیش میآید که مقیاسپذیری بلاک چین چیست؟ مقیاسپذیری در بلاک چین تا حد زیادی به سرعت تراکنش اشاره دارد. توانایی فناوری بلاک چین برای مدیریت سریع حجم بالایی از تراکنشها، که به عنوان مقیاسپذیری شناخته میشود، یک چالش بزرگ در صنعت ارزهای دیجیتال است. در حال حاضر، سرعت تراکنشهای کریپتو به اندازه روشهای پرداخت سنتی نیست. با این حال، ایدهها و راهحلهای مختلفی برای بهبود این کار و افزایش سرعت تراکنشها در حال بررسی است.
ما در این مقاله به بررسی مقیاسپذیری در بلاک چین میپردازیم و مشکلات موجود در آن و راهحلهایی که برای بهبود مقیاسپذیری وجود دارد را بررسی میکنیم.
مقیاسپذیری چیست؟
این اصطلاح به سرعت پردازش تراکنش اشاره دارد. مقیاسپذیری بلاک چین به طور موثر، با ظرفیت شبکه بلاک چین برای مدیریت حجم فزاینده تراکنشها، ذخیره دادهها و افزایش تعداد گرههای در حال اجرا در شبکه بلاک چین ارتباط دارد؛ این کار را بدون به خطر انداختن ویژگیهای اصلی آن مانند امنیت و تمرکززدایی انجام میدهد. برای اینکه یک شبکه بلاکچین انتظارات خود را برآورده کند، باید بتواند تعداد دفعات تراکنش در ثانیه (TPS) را پردازش کند.
بعضی از عواملی که بر مقیاسپذیری بلاک چین تأثیر میگذارند عبارتند از:
شبکه، هزینه و ظرفیت، نهاییبودن، توان عملیاتی و زمان تأیید. یک شبکه بلاک چین زمانی میتواند به عنوان گزینهای مقیاسپذیر طبقهبندی شود که بتواند حجم بالایی از تراکنش ها در ثانیه (TPS) را به اندازه کافی انجام دهد.
چرا مقیاسپذیری در بلاکچین مهم است؟
اهمیت مقیاسپذیری را نمیتوان دست کم گرفت. مقیاسپذیری یک عامل مهم در شبکههای بلاک چین است، زیرا اندازه و پیچیدگی شبکه با هر تراکنش اضافه شده به بلاک چین افزایش مییابد. نکته مهم اینکه شبکههای بلاک چین قادر به پردازش تراکنش بسیار سریع و موثر برای پاسخگویی به تقاضاهای فزاینده باشند.
هنگامی که یک شبکه خاص قادر به رسیدگی به تقاضا یا الزامات تراکنش نباشد، باعث کندی زمان پردازش تراکنش، کارمزد بالا و تجربه کاربری ضعیف میشود. در نتیجه، انجام آهسته تراکنش و کارمزدهای بالای تراکنش قابلیت استفاده و کاربردی بودن شبکههای بلاک چین را کاهش میدهد؛ به ویژه برای برنامههایی مانند امور مالی غیرمتمرکز (DeFi) و مدیریت زنجیره تامین که به حجم تراکنشهای بالا نیاز دارند. بنابراین، مقیاسپذیری برای رشد آینده بلاک چین ضروری است.
چالشهای مقیاسپذیری
مشکلات مقیاسپذیری بلاکچین اساساً به چالشهای موجود در شبکه بلاک چین اشاره دارد. این چالشها عبارتند از:
- توان عملیاتی محدود
- هزینههای بالا
- زمان تایید طولانی
شبکههای بلاک چین با یک چالش اساسی به نام مقیاسپذیری یا سهگانه بلاک چین مواجه هستند. در نتیجه، دستیابی به سه ویژگی کلیدی یک سیستم بلاک چین به طور همزمان چالش برانگیز است. این ۳ ویژگی عبارتند از: تمرکززدایی، امنیت و مقیاس پذیری. بنابراین، نیاز به مبادله برای بهبود مقیاسپذیری دارند.
افزایش مقیاسپذیری به قیمت کاهش امنیت و تمرکززدایی تمام میشود. نکته بسیار مهم اینکه فقط مقیاسپذیری میتواند به طور موفقیتآمیزی شبکههای بلاک چین را با پلتفرمهای سنتی و متمرکز قادر به رقابت کند. این سهگانه نیاز به یافتن تعادل مناسب بین این سه جنبه حیاتی فناوری بلاک چین را برجسته میکند. محققان و توسعهدهندگان در حال بررسی راهحلهای مختلف برای افزایش مقیاسپذیری هستند تا بتوانند به هدف خود که ایجاد یک بلاک چین کاملاً غیرمتمرکز، ایمن و مقیاسپذیراست، برسند.
راهحلهای مشکلات مقیاسپذیری
هدف راهحلها افزایش توان و ظرفیت تراکنش شبکههای بلاکچین در عین حفظ امنیت و تمرکززدایی است که فناوری بلاکچین را بسیار ارزشمند میکند. پیشرفتهای مقیاسپذیری به طور مداوم در شبکههای مختلف بلاکچین انجام میشود. به طور کلی راهحلها را میتوان به چهار دسته طبقهبندی کرد:
- راهحلهای لایه 1 (روی زنجیره)
- راهحلهای لایه 2 (خارج از زنجیره)
- روشهای اجماع مقیاسپذیر
- راهحلهای ترکیبی
هر کدام از این رویکردها به طور متفاوتی مقیاسپذیری را بررسی میکنند و اجرای آنها بسته به معماری شبکه بلاک چین متفاوت است. علاوه بر این راهحلهای پیشنهادی، شبکههای بلاک چین در حال بررسی رویکردهای نوآورانه مختلف برای رسیدگی به مسائل مقیاسپذیری هستند.
راهحلهای مقیاسپذیری لایه 1 (روی زنجیره)
این راهحل رایجترین راهحل مقیاسپذیری بلاک چین است که به عنوان راهحلهای مقیاسبندی لایه اول یا روی زنجیره نیز شناخته و برای اصلاح ساختار اصلی بلاک چین استفاده میشود. هدف راهحلهای لایه 1 رفع چالشهای مقیاسپذیری با ایجاد تغییرات بهینهسازی در خود پروتکل زیربنایی، برای افزایش توان عملیاتی آن است. SEGWIT، شاردینگ و هارد فورک سه گزینه رایج مقیاسبندی بلاک چین لایه 1 هستند.
1. سگویت (SegWit)
سگویت (SegWit) یک راهحل ارتقاء پروتکل است که بر روی تغییر روش و ساختار ذخیرهسازی دادهها تمرکز دارد. این راهحل چگونه توان عملیاتی تراکنشها را در یک بلاک چین افزایش میدهد؟ با تغییر نحوه ذخیره دادهها، کوچکتر کردن بلاکهای شبکه و در نتیجه افزایش ظرفیت و فضای ذخیرهسازی برای تراکنشها در بلوکهای ذخیرهسازی 1 مگابایتی بیتکوین.
این فرآیند دادههای امضای تراکنش را از دادههای تراکنش جدا میکند و در نتیجه مقیاسپذیری را افزایش میدهد و شبکه را کارآمدتر میکند. حذف امضای دیجیتال ممکن است فضای بیشتری را برای افزودن تراکنشهای جدید آزاد کند و پردازش تراکنشهای بیشتری را در هر بلوک امکانپذیر میکند. در نتیجه، کارایی و ظرفیت تراکنش بیتکوین را بهبود میبخشد. اما با وجود اینکه توان و ظرفیت را افزایش می دهد، راه حل بلندمدت و جامعی برای مقیاسپذیری بلاک چین نیست.
2. شاردینگ
یکی دیگر از راهحلهای محبوب مقیاسپذیری روی زنجیره، شاردینگ است که توسط اتریوم برای بهبود مقیاسپذیری بلاک چین معرفی شدهاست. این فرآیند شامل تجزیه شبکه بلاک چین به مجموعه دادههای کوچکتر و قابل مدیریتتر است. با تقسیم تراکنشها به بخشهای کوچکتر، هر بخش قسمتی از پردازش تراکنش گروه را انجام میدهد.
Sharding نیازی به تکیهکردن بر عملکرد گرههای جداگانه برای دستیابی به تراکنش سریعتر و کارآمدتر را ندارد. هر بخش به طور مستقل عمل میکند و معاملات و قراردادهای هوشمند خود را پردازش میکند. بنابراین، هر بخش توسط گرههای خاصی مدیریت میشود و امکان انجام چندین تراکنش به طور همزمان را فراهم میکند. سپس شبکه قطعات را به صورت موازی با یکدیگر اجرا میکند.
بنابراین، شاردینگ به میزان قابل توجهی در فضای ذخیرهسازی و زمان تراکنشهای پردازش صرفهجویی میکند و در نتیجه توان عملیاتی و ظرفیت کل شبکه را افزایش دهد.
3. هارد فورک
هارد فورک فرآیندی است که بر ایجاد تغییرات ساختاری یا اساسی در ویژگیهای شبکه بلاک چین تمرکز دارد. هارد فورکینگ ممکن است اندازه بلوک را افزایش یا زمان لازم برای ایجاد آنرا کاهش دهد؛ هارد فورک نه تنها یک پیشنیاز برای راهحلهای مقیاسپذیری بلاک چین لایه 1 است، بلکه به عنوان سازندهترین گزینه هم شناخته میشود.
راهحلهای مقیاسپذیری لایه 2 (خارج از زنجیره)
دوام روشهای مقیاسپذیری لایه اول یا روی زنجیره به شدت به تغییرات شبکه اصلی بلاک چین بستگی دارد. طیف وسیعی از راهحلهای مقیاسپذیری لایه 2 وجود دارد که زمان تراکنش را به شدت کاهش میدهند. میتوان گفت هدف راهحلهای لایه 2 رفع چالشهای مقیاسپذیری با ایجاد لایههای اضافی (پروتکلهای تکمیلی) در بالای شبکه بلاک چین است؛ بدون اینکه تغییرات اساسی در پروتکل اساسی ایجاد کند.
این پروتکلهای ثانویه برای «تخلیه» تراکنشها از تراکنشهای فرآیند بلاک چین اولیه در خارج از زنجیره، تسویه دورهای آنها در زنجیره و افزایش ظرفیت استفاده میشوند. در نتیجه، میتواند تراکم را کاهش و توان عملیاتی آنرا افزایش دهد. این پروتوکلها شامل state channels یا زنجیرههای جانبی و پروتکلهایی مانند شبکه لایتنینگ و پلاسما هستند و امکان تراکنشهای آنی و کم هزینه را برای کاربران فراهم میکنند.
این راهحلها در بهبود مقیاسپذیری فناوری بلاک چین و در نتیجه افزایش قابلیت استفاده از آن در صنایع مختلف، موثر هستند.
1. زنجیرههای جانبی
زنجیرههای جانبی یک انتخاب محبوب در بین راهحلهای لایه 2 برای تعیین چگونگی حل مشکل مقیاسپذیری در بلاک چین هستند. درواقع، آنها زنجیرههای جداگانهای هستند که به بلاک چین اصلی متصل شده و به موازات آن اجرا میشوند و پردازش تراکنشهای خارج از زنجیره اصلی را به روشی کارآمدتر، امکانپذیر میکنند. زنجیرههای جانبی تأیید سریعتر تراکنشها را با کارمزدهای کمتری ارائه میدهند، زیرا با توان عملیاتی تراکنش زنجیره اصلی محدود نمیشوند.
این رویکرد تراکم شبکه را در زنجیره اصلی کاهش و مقیاسپذیری را افزایش میدهد. زنجیرههای جانبی در مقایسه با زنجیره اولیه، از تکنیکهای اجماع متمایز استفاده میکنند و میتوانند قوانین و عملکردهای مختلفی برای موارد استفاده خاص داشته باشند. پس از تکمیل تراکنشها در زنجیره جانبی، وضعیت نهایی را میتوان به طور ایمن در زنجیره اصلی از طریق مکانیزم دو طرفه حل کرد.
2. State Channels
کانالهای استیت باعث تعامل دو طرفه بین شبکههای بلاک چین و کانالهای تراکنش خارج از زنجیره، از طریق رویکردهای مختلف میشوند. آنها تراکنشهای خارج از زنجیره بین کاربران را بدون نیاز به تعامل با بلاک چین اصلی برای هر تراکنش فعال میکنند. از سوی دیگر، این کانالها به عنوان منابع نزدیک به شبکه عمل کرده، که با کمک یک قرارداد هوشمند یا روش چند امضایی یکپارچه شده اند.
آنها ممکن است تراکنشهای خارج از زنجیره متعددی را بدون ثبت هر تراکنش جداگانه در بلاک چین انجام دهند. بنابراین، نیازی به مشارکت فوری ماینرها برای اعتبارسنجی تراکنشها ندارند. هنگامی که یک تراکنش یا یک سری از تراکنشها در یک کانال کامل میشوند، بلاک چین مربوطه وضعیت نهایی کانال و هرگونه تراکنش مرتبط با وضعیت نهایی در بلاک چین لایه 1 را ثبت میکند.
کانالهای استیت این پتانسیل را دارند که ظرفیت و سرعت تراکنش را در سراسر شبکه بلاک چین تا حد زیادی بهبود ببخشند. به بیان دیگر، با ایجاد یک کانال امن، معاملهگران میتوانند در معاملات سریع و ارزان شرکت کنند. این تکنیک میتواند به طور قابل توجهی ازدحام را کاهش دهد و کارمزد تراکنشها را به حداقل برساند و آن را برای تراکنشهای با فرکانس بالا و کم ارزش، مانند تراکنشهای میکرو ایدهآل کند.
3. بلاکچینهای تو در تو
این راهحل به عنوان یک زیرساخت شبکه غیرمتمرکز عمل میکند؛ از بلاک چین اصلی برای ایجاد پارامترهایی برای یک شبکه بههمپیوسته و گستردهتر از زنجیرههای ثانویه استفاده میکند. این فرآیند اجرای تراکنشها را در شبکهای از زنجیرههای ثانویه به هم پیوسته، ضمانت میکند. بلاک چینهای تو در تو میتوانند مقیاسپذیری را بدون تأثیر بر امنیت یا تمرکززدایی بلاک چین اصلی بهبود ببخشند.
4. کانالهای پرداخت
کانالهای پرداخت، تراکنشهای خارج از زنجیره بین طرفین را که به موازات بلاکچین اصلی انجام میشود، تسهیل میکنند. کانالهای پرداخت امکان انجام تراکنشهای سریعتر، ارزانتر و کارآمدتر را فراهم میکنند. در نتیجه، با ایجاد کانال پرداخت مستقیم بین دو طرف، تراکنشها میتوانند به سرعت و با حداقل کارمزد انجام شوند. شبکه لایتنینگ (بیت کوین) و شبکه رایدن (اتریوم) از جمله این موارد هستند.
5. شبکه لایتینگ
یکی از راهحلهای محبوب لایه 2 شبکه لایتنینگ است که بر روی بلاک چین بیتکوین ساخته شدهاست. در واقع، شبکه لایتنینگ یک پروتکل خارج از زنجیره است که با ایجاد کانالهای پرداخت بین کاربران، تراکنشهای آنی و کمهزینه را امکانپذیر میکند. تراکنشها را میتوان از طریق این کانالها بدون نیاز به تایید در بلاکچین اصلی هدایت کرد. آنها میتوانند چندین تراکنش را خارج از زنجیره انجام دهند و سپس تراکنش نهایی را در بلاکچین اصلی تسویه کنند. بنابراین، شبکه از عملکرد قرارداد هوشمند از طریق این کانالهای خصوصی و خارج از زنجیره در شبکه اصلی بلاکچین، بهرهبرداری میکند.
راهحلهای لایه ۲، مانند شبکه لایتنینگ، پیشرفتهای امیدوارکنندهای را در سرعت و هزینه تراکنش ارائه میدهند. شبکه لایتنینگ با جابجایی تراکنشها از زنجیره اصلی، بار روی زنجیره اصلی را کاهش میدهد. از آنجایی که کانالهای ثانویه میتوانند تراکنشها را سریعتر از بلاکچین اصلی پردازش کنند، این فرآیند به کاهش تراکم شبکه و افزایش سرعت تراکنش برای تراکنشهای بیتکوین کمک میکند. در نتیجه، کاربران دیگر مجبور نیستند هزینه استخراج را بپردازند یا برای مدت طولانی برای تایید بلوک منتظر بمانند.
6. پلاسما
یکی دیگر از راهحلهای برجسته مقیاسپذیری لایه 2 بلاکچین، پلاسما است که یک چارچوب مقیاسپذیر برای اتریوم است. پلاسما در درجه اول بر استفاده از زنجیرههای کودک که از یک بلاکچین والد میآید، تمرکز دارد. هر یک از زنجیرههای کودک بهعنوان یک بلاکچین مجزا عمل میکنند و تراکنشها را خارج از زنجیره اصلی اتریوم انجام میدهند.
پلاسما ممکن است برای مواردی مانند پردازش نوع خاصی از تراکنش و در عین حال اطمینان از اجرا در یک محیط مشابه با امنیت بالا ایجاد شود. از زنجیرههای کودک میتوان برای برنامههای کاربردی و قراردادهای هوشمند مختلف استفاده کرد. تراکنشهای روی زنجیرههای کودک را میتوان در زنجیره اصلی اتریوم تسویه کرد و امکان انجام تراکنش بالاتر را فراهم کرد.
آینده مقیاسپذیری در بلاکچین
مقیاسپذیری بلاکچین عاملی حیاتی است که باید به آن توجه شود، تا فناوری بلاک چین به پتانسیل کامل خود برسد و به وعده خود مبنی بر تراکنشهای امن، غیرمتمرکز و کارآمد عمل کند. در نتیجه، ایجاد تعادل در مقیاسپذیری، تمرکززدایی و امنیت یک چالش حیاتی است. تلاش برای افزایش بیشتر و بهبود مقیاسپذیری ادامه دارد.
پیشبینی میشود که رسیدن به مقیاسپذیری در همه زمینهها به ترکیبی از راهحلهای مختلف نیاز دارد. تحقیقهای زیادی در حال انجام شدن است و راهحلهای مقیاسپذیری در حال مطالعه هستند. بنابراین، بهبودهای بیشتری در مقیاسپذیری بلاکچین در آینده نزدیک، به دست میآید. بنابراین، کسبوکارها و سازمانها باید از این پیشرفتها مطلع باشند و در مورد انطباق با چشمانداز در حال تغییر فناوری بلاک چین، فعال باشند.
جمعبندی
مقیاسپذیری یک مسئله نسبی است؛ یعنی نمیتوان گفت که یک شبکه، کاملا مقیاسپذیر است یا اصلا مقیاسپذیر نیست؛ زیرا پارامتر مقیاسپذیری بستگی به میزان تقاضا در شبکه دارد. درواقع مقیاسپذیری در طول زمان و به نسبت افزایش تقاضا در شبکه باید به روشهای مختلف افزایش پیدا کند. همچنین، افزایش مقیاسپذیری در بسترهای متمرکز، بسیار آسانتر است. زیرا در این سیستمها یک سرور مرکزی و افرادی که آن را کنترل میکنند، وجود دارد که میتوانند بهراحتی موانع را از سر راه سیستم بردارند و یک شبکه کاملاً مقیاسپذیر تشکیل دهند.
سوالات متداول
چرا مقیاس پذیری برای بلاکچین مهم است؟
اگر یک بلاکچین وسعت پیدا نکند، هر گرهای که در آن شرکت میکند باید تمام پیامها را دریافت کند. در نتیجه، توان عملیاتی سیستم، توسط کمترین توان گره در شبکه محدود میشود.
شاردینگ چگونه به بهبود مقیاسپذیری در بلاکچین کمک میکند؟
شاردینگ یک راهحل بسیار کاربردی برای بهبود مقیاسپذیری از طریق تقسیم زنجیره بلوکی به زنجیرههای کوچکتر است.
