مقیاس پذیری در بلاک چین چیست؟ – توضیح به زبان ساده

مقیاس پذیری در بلاک چین به حفظ کارآیی شبکه در زمان‌ شلوغی گفته می‌شود و یکی از اصلی‌ترین مفاهیمی است که کاربران شبکه‌های غیرمتمرکز باید به آن توجه کنند. بسترهای مختلف بلاکچینی برای پاسخ‌گویی بهینه به نیاز کاربران خود مجبور به افزایش مقیاس پذیری در شبکه هستند. بیت کوین به عنوان اولین رمزارز با مشکل سرعت پایین تراکنش‌ها در شبکه مواجه است. سرعت بالای تراکنش‌ها در شبکه یکی از مواردی است که شبکه‌های مقیاس‌پذیر دارند. البته مقیاس پذیری از دیدگاه‌های مختلف مورد توجه توسعه‌دهندگان این حوزه قرار گرفته است. برخی از آن‌ها راه‌کار‌های بیرون از زنجیره اصلی را پیشنهاد می‌دهند و برخی دیگر روش‌هایی مبتنی بر به‌‌روزرسانی را بهتر می‌دانند. این مطلب به توضیح مفهوم مقیاس پذیری بلاکچین و معرفی برخی از راه‌کار‌های آن پرداخته است.

مقیاس پذیری در بلاک چین چیست ؟

مقیاس پذیری در بلاک چین به توانایی سیستم و شبکه برای انجام امور به‌طور مطلوب و کارآمد در زمان شلوغی شبکه گفته می‌شود. بنابراین منظور از افزایش مقیاس پذیری در بلاک چین افزایش توانایی بلاک چین برای انجام تراکنش‌های بیشتر با سرعتی بالاتر است. البته لازم به ذکر است که مقیاس پذیری در بلاک چین تنها به افزایش «تعداد تراکنش‌ها در ثانیه» (Transactions Per Second |TPS) محدود نمی‌شود. بنابراین ممکن است بلاکچینی TPS بالایی داشته باشد ولی نهایی شدن تراکنش بسیار زمان‌بر باشد.

اهمیت مقیاس پذیری در بلاک چین

هر سیستمی برای پذیرش در میان کاربران و عموم جامعه، نیاز دارد تا کارایی و سرعت خوبی داشته باشد. نکته‌ مهمی که وجود دارد حفظ کارایی و راندمان شبکه در زمان شلوغی شبکه است. بلاکچین کاربرد‌های فراوانی در زندگی روزمره ما می‌تواند داشته باشد. کاربرد بلاک چین در تراکنش‌های مالی نمونه‌ای از این کاربردها است. بنابراین با توجه به کاربردهای مختلف بلاک چین در زندگی روزمره، کارایی این تکنولوژی از اهمیت بالایی برخوردار خواهد بود. تکنولوژی بلاک چین برای این‌که بتواند ماندگار باشد همانند دیگر تکنولوژی‌ها نیاز دارد تا مشکلات کاربران را حل کرده و برای کاربران استفاده راحت‌تری داشته باشد.

مشکل مقیاس پذیری در بلاک چین

افزایش مقیاس پذیری در بلاک چین موانعی دارد. برای درک بهتر این موانع در ابتدا باید به این نکته اشاره کنیم که بلاکچین نوعی دفتر کل توزیع شده است. بنابراین نودهای شبکه برای تأیید تراکنش مجبور هستند با هم به اجماع برسند. به عنوان مثال در بلاکچین بیت کوین نود‌های شبکه برای رسیدن به توافق و اجماع برای تأیید تراکنش‌ها از الگوریتم اجماع اثبات کار (PoW) استفاده می‌کنند. فرایند اجماع نودها در بلاکچین زمان‌بر است.

هر چه تعداد نودهای شبکه بیشتر باشد شبکه غیرمتمرکز‌تر و امن‌تر خواهد بود. اگر در شبکه‌ای تعداد نودها کم‌تر شوند احتمال مشارکت و هم‌دستی نودها برای خرابکاری و دستکاری بلاک چین بیش‌تر می‌شود. به عبارت دیگر ممکن است با کم شدن تعداد نودهای شبکه سرعت تأیید تراکنش‌ها بیشتر شود ولی غیرمتمرکز بودن آن کاهش پیدا می‌کند.

فیلم آموزش ارزهای دیجیتال و رمزارزها و اصول سرمایه گذاری در این بازار – مقدماتی در فرادرس

کلیک کنید

مشکل سه‌گانه مقیاس پذیری در بلاکچین چیست ؟

بنیان‌گذار شبکه اتریوم، «ویتالیک بوترین» (Vitalik Buterin) برای اولین بار به مشکل سه‌راهی مقیاس پذیری در بلاکچین اشاره کرد و بر این باور بود که در بلاکچین به‌طور هم‌زمان نمی‌توان مقیاس پذیری، غیرمتمرکز بودن و امنیت را با هم افزایش داد. به عبارت دیگر حداکثر می‌توان دو مورد را همزمان افزایش داد. البته لازم به یادآوری است که مشکل سه‌گانه مقیاس پذیری در بلاک چین تنها به‌طور تجربی مشاهده شده است و اثبات ریاضی رسمی ندارد. بنابراین ممکن است الگوریتمی تولید شود که این مشکل را حل کند. البته در متون دیگر، عبارت «Scalability Trilemma» به صورت «سه‌گانه مقیاس‌پذیری» ترجمه شده است اما استفاده از واژه «سه‌راهی» مفهوم بهتری را منتقل می‌کند.

غیر متمرکز بودن

بلاک چین به‌طور کلی شبکه‌ای غیرمتمرکز است. به این معنا که اطلاعات در بلاک چین بین نودهای شبکه توزیع می‌شوند. هر چه تعداد نودهای شبکه که کار پردازش و تایید تراکنش‌ها را انجام می‌دهند بیشتر باشد شبکه بلاک چین غیرمتمرکزتر خواهد بود. بنابراین میزان غیرمتمرکز بودن در بلاک چین به تعداد نودهای شبکه بستگی دارد و در بلاکچین‌های مختلف می‌تواند متفاوت باشد.

امنیت

میزان مقاوم بودن یک بلاک چین در برابر نفوذ و خرابکاری منابع خارجی و نیز دستکاری نودهای شبکه، امنیت بلاکچین را تعیین می‌کند. حمله‌هایی همانند «حمله ۵۱ درصدی» و مواردی از قبیل «دو بار خرج کردن» (Double-Spending) از مشکلاتی است که امنیت شبکه‌های بلاکچینی را تهدید می‌کند. حمله 51 درصدی زمانی رخ می‌دهد که عده‌ای از ماینرهای شبکه کنترل بیش از 50 درصد از هش ریت ماینینگ شبکه را در دست بگیرند. مشکل دوبار خرج کردن نیز زمانی پیش می‌آید که کاربری بخواهد با دستکاری در شبکه برای خود اعتبار ایجاد کند یا به عبارتی ساده‌تر یک کوین را بیش از یک بار خرج کند. بنابراین ورود و خروج آزادانه توسط کاربران به شبکه ممکن است غیرمتمرکز بودن شبکه را بالا ببرد اما از طرفی دیگر احتمال انجام اقدامات خراب‌کارانه در شبکه را نیز افزایش می‌دهد.

مقیاس پذیری در بلاک چین

مقیاس پذیری در بلاک چین به توانایی و ظرفیت شبکه در مدیریت موارد زیر گفته می‌شود:

• افزایش و کاهش تعداد نودهای شبکه
• افزایش تعداد تراکنش‌های شبکه
• میزان سرعت شبکه در پردازش اطلاعات

مقیاس پذیری ممکن است در برخی از موارد به اشتباه به‌کار رود. به عنوان مثال شبکه بیت کوین نسبت به افزایش یا کاهش نودهای شبکه بسیار مقیاس‌پذیر است. شبکه بیت کوین با تغییر سختی شبکه به‌طور خودکار قادر است خود را با تغییرات در تعداد نودهای شبکه سازگار کند. اما از نظر توان عملیاتی و سرعت پردازش تراکنش‌ها مقیاس‌پذیر نیست. شبکه بیت کوین در هر ثانیه تنها 7 تراکنش را می‌تواند تأیید کند. این مقدار در مقایسه با شبکه‌هایی همانند «ویزا» که حدودا قادر به پردازش 24000 تراکنش در ثانیه هستند بسیار ناچیز است.

مشکل مقیاس پذیری بیت کوین

بیت کوین به عنوان اولین رمزارز از تکنولوژی بلاک چین استفاده کرد. بیت کوین خود را به عنوان وسیله‌ای برای انتقال دارایی به‌صورت همتا به همتا و بدون نیاز به نهاد واسط معرفی کرد. بنابراین توانست در میان کاربران موقعیت ویژه‌ای بدست آورد. جالب است بدانید تکنولوژی بلاک چین قبل از بیت کوین نیز وجود داشت، اما بیت کوین توانست آن را برای عموم کاربردی کند. اما بیت کوین به عنوان اولین رمزارز که امکان پرداخت همتا به همتا را برای کاربران ایجاد می‌کرد مشکل مقیاس پذیری دارد. با مقایسه سرعت تراکنش‌ها در شبکه بیت کوین با شبکه‌ای دیگر مانند «شبکه پرداخت ویزا» (VISA) متوجه می‌شوید که سرعت تراکنش‌ها در شبکه بیت کوین بسیار پایین است.

روش های افزایش مقیاس پذیری در بلاک چین

تجربه‌های توسعه‌دهندگان شبکه‌های بلاکچینی نشان می‌دهد به‌صورت هم‌زمان نمی‌توان امنیت، غیرمتمرکز بودن و مقیاس پذیری را در بلاک چین افزایش داد. توسعه‌دهندگان مجبور به فدا کردن یکی از موارد ذکر شده برای افزایش دو مورد دیگر هستند. با توجه به این موضوع روش‌های مختلفی برای مقیاس‌پذیری بیشتر بلاک چین ارائه شده است. فهرست زیر سه روش افزایش مقیاس پذیری در بلاک چین را شامل می‌شود.

• راه‌کارهای درون شبکه (لایه یک)
• راه‌کارهای خارج از شبکه (لایه دو)
• استفاده از مکانیزم‌های اجماع برای افزایش مقیاس پذیری

راهکارهای لایه۱ مقیاس پذیری در بلاک چین

برخی از راهکارها برای افزایش مقیاس پذیری در بلاک چین وجود دارند که در کدنویسی شبکه بلاک چین تغییراتی ایجاد می‌کنند. این تغییرات معمولا به‌صورت ایجاد آپدیت در داخل شبکه بلاک چین انجام می‌شوند و به آن‌ها راه‌کارهای درون شبکه‌ای یا لایه 1 می‌گوییم. در فهرست زیر به دو نمونه از این روش‌ها اشاره شده است.

• «سگویت» (SEGWIT|Segregated Witness)
• «شاردینگ» (Sharding)

روش سگویت برای افزایش مقیاس پذیری بیت کوین چیست ؟

روش سگویت آپدیتی برای شبکه بیت کوین است که چگونگی و ساختار ذخیره اطلاعات در بلاکچین بیت کوین را تغییر می‌دهد. راهکار سگویت برای افزایش انعطاف‌پذیری تراکنش‌های بیت کوین انجام می‌شود. در بلاک چین بیت کوین امضای دیجیتال حجم زیادی از تراکنش را به خود اختصاص می‌دهد.

امضای دیجیتال حاوی اطلاعاتی از فرستنده کوین است و حذف آن در تراکنش باعث افزایش فضا در بلاک برای ذخیره تراکنش‌های دیگر می‌شود. لازم به ذکر است که راهکار سگویت عمومی نیست و مخصوص بلاکچین بیت کوین و بلاکچین‌هایی با ساختار شبیه بیت کوین است.

روش شاردینگ برای افزایش مقیاس پذیری بلاک چین

شاردینگ با تفکیک پایگاه داده به قسمت‌هایی کوچک‌تر باعث می‌شود این بخش‌های تفکیک شده را بهتر بتوان مدیریت کرد. بلاک چین را می‌توان همانند یک پایگاه‌ داده توزیع شده در نظر گرفت. شاردینگ این پایگاه‌داده را به بخش‌های کوچک‌تر تفکیک می‌کند. در هر یک از این بخش‌ها نودهایی وجود دارند که مدیریت و پردازش اطلاعات قسمت تفکیکی مربوطه را انجام می‌دهند، بنابراین شاردینگ باعث افزایش توان عملیاتی سیستم می‌شود. به عنوان مثال در فرایند به‌روز رسانی اتریوم ۲ از شاردینگ استفاده شده است.

راهکارهای لایه دو مقیاس پذیری در بلاک چین

را‌ه‌کارهای لایه ۲ با افزودن لایه‌ای به بیرون از شبکه اصلی باعث افزایش مقیاس پذیری شبکه می‌شوند. به دلیل این‌که در راهکار لایه ۲ تراکنش‌ها در بیرون از شبکه اصلی انجام می‌شوند بنابراین به آن راهکار خارج از شبکه نیز می‌گویند. پروتکل لایه ۲ بر روی شبکه اصلی قرار می‌گیرد و تراکنش‌ها را بیرون از شبکه اصلی پردازش می‌کند. با این روش از حجم تراکنش‌ها در لایه اول کم و باعث کاهش حجم ترافیک و افزایش سرعت تراکنش‌ها می‌شود. دو نمونه از راه کارهای لایه ۲ برای افزایش مقیاس پذیری شبکه بلاکچین در زیر آورده شده است.

• «رول‌آپ‌ها» (Rollups) برای شبکه اتریوم
• «شبکه لایتنینگ» (Lightning Network) برای بلاکچین بیت کوین

رول آپ در مقیاس پذیری اتریوم

رول‌آپ یکی از روش‌هایی است که برای افزایش مقیاس پذیری در شبکه اتریوم استفاده می‌شود. رول‌آپ‌ها تراکنش‌های بلاک چین اتریوم را در لایه ای جدا از شبکه اصلی اتریوم اجرا می‌کنند و اطلاعات مربوطه را به شبکه اصلی اتریوم ارسال می‌کنند. اطلاعات ارسال شده از رول‌آپ‌ها به اجماع نودهای شبکه اصلی اتریوم می‌رسند و داخل بلاک شبکه اصلی اتریوم ذخیره می‌شوند. بنابراین این فرایند باعث تضمین امنیت تراکنش‌های رول‌آپ‌ها توسط شبکه اصلی اتریوم خواهد شد.

شبکه لایتنینگ برای مقیاس پذیری بیت کوین

بیت کوین شبکه‌ای غیرمتمرکز برای پرداخت است که افراد بدون شناسایی و محدودیت جغرافیایی می‌توانند به‌وسیله آن به تبادلات مالی بپردازند. در ابتدا مشکل مقیاس پذیری در بیت کوین مطرح نبود. اما با افزایش کاربران به‌تدریج سرعت تراکنش شبکه بیت کوین کاهش پیدا کرد. شبکه لایتنینگ به عنوان راه‌کاری لایه ۲ برای افزایش مقیاس پذیری شبکه بیت کوین معرفی شده است.

شبکه لایتنینگ تراکنش‌ها را در بیرون از شبکه اصلی بیت کوین انجام می‌دهد. شبکه لایتنینگ با ایجاد کانال‌های پرداختی بین کاربران شبکه باعث می‌شود تا افراد بتوانند با استفاده از این کانال‌های پرداختی با سرعتی بالا به تبادل مالی اقدام کنند.

استفاده از مکانیزم های اجماع برای مقیاس پذیری بهتر

مکانیزم‌های اجماع در بلاک چین از مهم‌ترین مفاهیم شبکه هستند. نودهای بلاک چین با توجه به مکانیزم اجماع شبکه فعالیت می‌کنند. بنابراین بهینه بودن و قابلیت مقیاس پذیری در بلاکچین به این مکانیزم‌های اجماع بستگی دارد. البته لازم به یادآوری است که برخی از این الگوریتم‌ها در حال آزمایش بر روی بسترهای غیرمتمرکز هستند و مراحل بهینه‌سازی خود را طی می‌کنند.

با توجه به مشکل سه‌گانه‌ای که مقیاس پذیری با آن مواجه است، مکانیزم‌های اجماع مختلف با افزایش در برخی از معیارهای مقیاس پذیری، با ریسک کاهش غیرمتمرکز بودن و امنیت روبه‌رو خواهند بود. در ادامه به نمونه‌ای از مکانیزم اجماع که با محدود کردن تعداد نودها باعث افزایش سرعت تراکنش‌ها شده است می پردازیم.

مکانیزم اثبات سهام نیابتی چیست ؟

طرز کار «الگوریتم اجماع اثبات سهام نیابتی» (Delegated Proof of Stake | DPOS) شبیه اداره کشور به روشی دموکراتیک است. در اثبات سهام نیابتی افرادی که توکن‌های خود را استیک کرده‌اند می‌توانند به نمایندگان خود برای اعتبارسنجی شبکه و تأیید کردن تراکنش‌ها رأی دهند. این نمایندگان که در واقع ولیدیتورهای شبکه هستند از نظر تعداد محدودند و در زمان‌های مختلف با توجه به رای افراد استیک‌کننده به‌طور منظم تغییر می‌کنند. به عنوان مثال شبکه‌های «ترون» (TRON) و «ایاس» (EOS) از مکانیزم اثبات سهام نیابتی استفاده می‌کنند.