أفضل 10 حلول توسيع السعة لشبكات البلوك تشين

Dapp developers continue to push the boundaries of blockchain technology through the introduction of innovative scaling solutions. These ingenious creators leverage every possible method nowadays to ensure their networks can handle the pressure and congestion of today’s digital economy. Keeping your blockchain scalable is no easy task when you have billions of transactions occurring.

النهج المتنوعة

Methods to ensure sufficient scaling are varied in nature, from tweaking source codes to stacking one protocol atop another.  With that in mind, here are the top 10 scaling solutions for blockchain networks.

آليات الإجماع الجديدة

On the top of the list is the introduction of new consensus mechanisms. It’s rare to see proof-of-work blockchains like Bitcoin or Ethereum V1. These systems remain highly secure but often lack the performance of today’s most advanced blockchains. These options do away with PoW and miners and replace these tasks with staking protocols.

تتيح ميزات الستاكينغ للمستخدمين قفل رموزهم في محافظ الشبكة لتأمين الشبكة. هذه العملية بسيطة وتوفر دخلًا سلبيًا لمستخدمي الشبكة دون الحاجة لشراء معدات تعدين مكلفة أو تعلم مهارات تقنية جديدة مثل البرمجة. شبكات إثبات الحصة (PoS) أصبحت أكثر شعبية من أي وقت مضى لأنها غالبًا ما تقدم معاملات أسرع وتستهلك طاقة أقل بكثير.

تستمر شبكات PoS في التطور، واليوم تُعد شبكات إثبات الحصة المفوض (DPoS) خيارًا شائعًا للمتداولين. تقلل هذه الأنظمة متطلبات الستاكينغ من خلال تمكين المستخدمين من تفويض رموزهم إلى من يقومون بالستاكينغ. يحسن هذا النهج الأداء عن طريق تقليل عدد العقد اللازمة لإنهاء المعاملات. ومن الجدير بالذكر أن هذه الأنظمة غالبًا ما تستفيد من عقد مُعتمدة لتعويض انخفاض اللامركزية.

بروتوكولات الطبقة الثانية

تُعد حلول الطبقة الثانية من أفضل الطرق لتحسين أداء الشبكة دون تعديلها مباشرة. الفكرة الأساسية لفهم حلول الطبقة الثانية هي أنها شبكات منفصلة صُممت لتعزيز أداء سلاسل بلوك تشين أخرى. بروتوكولات مثل شبكة لايتننج (Lightning Network) على بيتكوين وFUEL على إيثيريوم ساعدت هذه العملاقة على البقاء خيارات قابلة للتطبيق.
تستفيد أفضل حلول الطبقة الثانية من الطبقة الأولى للأمان بينما تنقل الحسابات والمعاملات مؤقتًا خارج السلسلة. يقلل هذا الهيكل من ازدحام الشبكة الرئيسية. أكثر أنواع حلول الطبقة الثانية شيوعًا هي السلاسل الجانبية وقنوات الدفع.

تم تصميم السلاسل الجانبية لتعمل بالتوازي مع حل الطبقة الأولى. عادةً ما تتعامل مع مهام مثل تنفيذ العقود الذكية بينما تترك التحقق لعقد الطبقة الأولى. حلول قنوات الدفع على الطبقة الأولى مثل شبكة لايتننج تُدخل بوابات مباشرة تُوفر معاملات غير محدودة منخفضة التكلفة مع نشر البيانات إلى الشبكة الرئيسية بعد إغلاق القناة.
الجانب السلبي لبروتوكولات الطبقة الثانية هو أن الكثير منها يقلل اللامركزية بسبب هيكله. على سبيل المثال، شبكة لايتننج تقلل من لامركزية بيتكوين باستخدام مشغلي قنوات مركزيين. يمكن لمشغلي القنوات السماح بتدفق أموالك عبرهم، وهو ما يمثل مركزية أكبر بكثير مقارنة بشبكة بيتكوين الرئيسية.

التفرعات الصلبة

When a development community can’t decide how to improve performance it can sometimes lead to a hard fork. A hard fork is a complete change in the network programming which requires nodes to abandon the original network and download new software to begin communicating with a new network. The requirement to stop mining the old blockchain has made hard forks a controversial and often challenging process for a blockchain community.

قد تختار منصة ما إجراء تفرع صلب لأسباب متعددة تشمل الأداء أو الأمان أو الوظائف. ومن الجدير بالذكر أن أحد أشهر التفرعات الصلبة كان فشل بيتكوين كاش. دخل مجتمع بيتكوين في صراع حول تعديل حجم الكتلة إلى 1 ميغابايت. اشتد الجدل لدرجة أن المجتمع انقسم في النهاية؛ أولئك الذين يفضلون حجم كتلة أكبر أنشأوا بيتكوين كاش، بينما أولئك الذين عارضوا ذلك بقوا على بيتكوين كور.
أصبح هذا النوع من التفرعات الصلبة أقل شيوعًا مع إدخال المشاريع لمجموعة من الاستراتيجيات لمنع الانقسامات المثيرة للجدل. إحدى التقنيات الرئيسية المستخدمة اليوم لمنع ذلك هي المنظمات اللامركزية المستقلة (DAO). تسمح هذه البروتوكولات للمجتمع بطرح مقترحات والتصويت على التغييرات التي يجب تنفيذها.

تجميعات ZK

ZK technology enables users to verify ownership of certain assets or information without disclosing their identity or further details about the owned item or account. Zero Knowledge, the name of the protocol, references its added privacy controls. Whereas, the term roll up refers to how this protocol combines transaction data into a single block.

هذه الخطوة تقلل بشكل كبير من الازدحام على السلسلة الرئيسية. الميزة الرئيسية لتجميعات ZK-rollups هي توسيع السعة دون التضحية بالأمان أو اللامركزية. توفر حلول التوسيع المجهزة بتقنية ZK-roll-up كمية قليلة من البيانات إلى السلسلة الرئيسية فقط لضمان الصلاحية والأصالة.

تُكلف عقود ذكية خاصة بعملية تجميع البيانات. كانت شبكات ZK roll-up الأصلية تُرسل بيانات مضغوطة جدًا إلى السلسلة الرئيسية. يحافظ هذا النمط من التجميع على الحسابات في شبكة الطبقة الثانية مما يتيح أداءً أعلى دون التضحية بالأمان. كما أن هذا النهج أثبت أنه طريقة ممتازة لزيادة الإنتاجية باستخدام حلول الطبقة الثانية.

التجميع المتفائل

Another popular form of roll-up tech used today is optimistic roll-ups. These systems function like their predecessors except they roll up the data assuming that the information is correct. From there, there is a period where any node can challenge the data in the block.
Optimistic roll-ups offer some major advantages because of their faster scalability and capabilities. They can handle advanced smart contract computations as well. In comparison, traditional roll-ups are restricted to basic smart contract functionality. Currently, Optimism and Arbitrum are the two top scaling solutions leveraging this technology to great effect.

التقسيم

Sharding is a popular method of improving scalability on business databases and has recently found a home in the blockchain economy. The term sharding was created by Google to describe their Big Table product structure and features. The term sharding refers to breaking databases into smaller sizes and storing info in multiple locations.

أفضل تشبيه لشرح كيفية عمل ذلك هو التفكير في مرآة مكسورة إلى شظايا. تُخزن كل شظية على خادم منفصل مما يحسن القابلية للتوسع عبر تمكين الحسابات والبيانات من العمل والتوسع خطيًا. ساعد هذا الحل في حل مشكلة قواعد البيانات المتزايدة باستمرار والوقت الإضافي الذي تستغرقه في الانتظار.

يمكن للشبكات المقسمة حساب التطبيقات بشكل متوازي مما يجعلها أسرع بكثير من خيارات الحوسبة الفردية. تستخدم عدة سلاسل بلوك تشين هذه التقنية حاليًا. العيب الرئيسي للتقسيم هو الاعتماد على موارد خارج السلسلة إضافية للحفاظ على الشبكة.

الشاهد المفصول (SegWit)

The concept of using Segwit to scale Bitcoin entered the market in 2015. The scaling solution was introduced by Blockstream and saw heavy support from Bitcoin Core. Segwit (Segregated Witness) works by separating the signature data from the validation data of each transaction temporarily before adding it at the end of the transaction.

تتيح هذه الخطوة للبلوك تشين تركيز الجهود الحاسوبية بينما تظل البيانات المزالة منفصلة حتى الحاجة إليها مرة أخرى بعد الانتهاء من الحسابات. يساعد إزالة بيانات التوقيع أو الشاهد على زيادة كمية البيانات المعاملاتية التي يمكن إرسالها داخل كتل البلوك تشين.

صُممت ترقية Segwit لتحسين شبكات إثبات العمل مثل بيتكوين. مكنت الترقيّة أيضًا من دمج شبكة لايتننج، مما قلل من ازدحام بيتكوين أكثر. اليوم، يُعد Segwit بروتوكولًا أساسيًا لمستخدمي بيتكوين حول العالم. ومن المثير للاهتمام أن المساحة الإضافية التي أوجدتها الترقيّة أدت إلى وظائف جديدة لبيتكوين على شكل رموز BRC-20.

التصميم المعياري

The future of Blockchain could be modular. To understand why modular blockchains are so important you need to understand the difference between monolithic networks and modular. A monolithic blockchain is your traditional network that seeks to handle all the main tasks on a single network.
These tasks include validation, computations, data availability, smart contract execution, and consensus. This structure means that single nodes usually handle multiple tasks such as validation and smart contract executions. The requirement of each node to validate and execute hurts the performance of monolithic networks.

التوسيع المعياري

Modular blockchains improve performance by removing one of these computations from the main net. In most networks, it’s the smart contract executions or other advanced processes which can take up serious power and time. It can be said that Ethereum was the very first to attempt this structure as it does have a separate layer for smart contract executions called the Ethereum Virtual Machine (EVM).

من الجدير بالذكر أن هناك المزيد من سلاسل البلوك تشين المعيارية تدخل السوق حاليًا مقارنة بالخيارات الأحادية. تكسب هذه الشبكات السهلة الإنشاء والمفيدة جدًا شعبية بفضل عملية الانضمام المحسنة والأداء المتفوق. إحدى المزايا الرئيسية التي تستفيد منها سلاسل البلوك تشين المعيارية هي استخدام المعايير ومجموعات الأدوات المتاحة بسهولة.

في عام 2020، قدمت شبكة SKALE تصميمًا معياريًا لهياكل البلوك تشين. مكن الصيغة الجديدة من مزيد من التوافقية وتقليل العوائق أمام انضمام مطوري التطبيقات اللامركزية. حصل المطورون على القدرة لنشر إبداعاتهم على سلاسل متعددة أو حتى على شبكات فرعية تُسمى سلاسل SKALE ومراكزها. اليوم، لا تزال Skale هي السلسلة المعيارية الرئيسية من حيث حجم المستخدمين.

حجم الكتلة

There were many years before layer 2 solutions were available. During this time there was much debate on how a blockchain could improve performance. One of the most popular options was to increase the block size. The block size refers to the amount of data each block in the blockchain contains.

على سبيل المثال، يمتلك بيتكوين حجم كتلة 1 ميغابايت يتيح له معالجة حوالي 7 معاملات في الثانية. إذا تم مضاعفته، ستتمكن الشبكة من دعم 14 معاملة في الثانية دون الحاجة إلى ترقيات أو حلول طبقة ثانية. من المثير للاهتمام أن جدل حجم كتلة بيتكوين كان قضية في الماضي.

أدى مفهوم زيادة حجم الكتلة إلى نمو مستمر في هذه الميزات. حتى بيتكوين كاش، التي تشكلت من تفرع صلب من بيتكوين نتيجة جدل حجم الكتلة، شهدت تفرعًا صلبًا لشبكتها للحصول على كتل أكبر بعد أشهر قليلة من إنشائها. بالإضافة إلى ذلك، تقلل الأحجام الكبيرة للكتل عدد الأشخاص الذين يمتلكون الأجهزة اللازمة للمشاركة في الشبكة. هذه الأسباب هي التي دفعت الكثيرين للابتعاد عن زيادة حجم الكتل باستمرار.

الرسم البياني الموجه غير الدوري (DAG)

Another method to scale networks is using DAG (directed acyclic graph) technology. The term DAG refers to a database that instead of having the last transactions communicate with the final confirmed action, all transactions can communicate. This approach means that there are no cycles for validation. In this way, you can think of these networks more like trees than chains.

سبب قد يجعل البلوك تشين يستفيد من هذه التقنية هو تقليل عدد الكتل التي لا تصل إلى السلسلة. تُسمى هذه الكتل أوفيران (orphans)، ويمكنها تقليل الأداء عبر الازدحام. ومن الجدير بالذكر أنه كلما زادت حجم الكتلة والوقت، فإنك تتسبب عن غير قصد في إنشاء المزيد من الكتل اليتيمة.

يخلق DAG بيئة أكثر ملاءمة تقلل من إنشاء الكتل اليتيمة مع السماح بمزيد من القابلية للتوسع. بما أن جميع الكتل يمكنها الإشارة إلى رؤوس الرسم البياني، يمكن للمُعَدِّنِين الإشارة إلى السلسلة بأكملها بدلاً من الحاجة للانتقال من الكتلة الأخيرة إلى الخلف. هذا النهج يتعارض بشدة مع بنية إثبات العمل الأصلية لكنه يوفر أداءً أعلى.

شبكات هاشغراف

Hashgraph networks aren’t technically blockchains but offer the same decentralized network protections. Similar to DAG technology all network nodes communicate with each other freely rather than in a chronological order. In a hash graph network, nodes share their data with other random nodes as a way to ensure all participants gain access to the info.
The main advantage of this style of distributed ledger is the ability to create ordered transactions using verifiable timestamps without relying on third-party protocols. Additionally, these networks offer more privacy controls to users. Currently, Hedera is the main hash network operating in the blockchain sector.

البلوك تشين يحتاج إلى القابلية للتوسع للبقاء

Blockchain developers today understand the importance of scalability. These developers continually push the boundaries of this technology to provide better performance and features. The scaling solutions above are the most popular but not the only options. You can expect to see even more ingenious and creative solutions emerge as blockchain tech continues to go mainstream.