أفضل 10 حلول توسيع السعة لشبكات البلوك تشين

يوسّع مطورو التطبيقات اللامركزية إمكانات تقنية البلوك تشين من خلال حلول جديدة للتوسع. وهم يبحثون عن طرق لاستيعاب الطلب المتزايد وتخفيف ازدحام الاقتصاد الرقمي. وتتطلب معالجة أحجام ضخمة من المعاملات الموازنة بين السعة والأمان وإتاحة المشاركة في الشبكة.

النهج المتنوعة

تتنوع طرق التوسع من تعديل شيفرة البروتوكول إلى إضافة طبقات تعمل فوق الشبكة الأساسية. وفيما يلي أحد عشر نهجًا لتحسين سعة شبكات البلوك تشين.

آليات الإجماع الجديدة

أحد هذه الأساليب هو تغيير آلية الإجماع. فما زالت بيتكوين تستخدم إثبات العمل (PoW)، بينما انتقلت إيثيريوم منه إلى إثبات الحصة (PoS) في سبتمبر 2022. ويستبدل إثبات الحصة التعدين بمدققين يضعون أصولًا ضمانًا لمشاركتهم، ويخفض استهلاك الطاقة. لكن معدل معالجة المعاملات يعتمد أيضًا على بقية تصميم الشبكة.

يتيح رهن الرموز لتأمين الشبكة، أو الستاكينغ، للمشاركين الحصول على مكافآت دون شراء معدات تعدين. وبحسب البروتوكول، يمكن تشغيل مدقق مستقل أو استخدام خدمة أو تفويض المشاركة. ويتطلب تشغيل عقدة خاصة معرفة تقنية، كما تعتمد المكافآت على أداء المهام ومخاطر البروتوكول أو مقدم الخدمة.

إثبات الحصة المفوّض (DPoS) أحد أشكال إثبات الحصة. يختار حاملو الرموز ممثلين أو منتجي كتل، فلا يحتاج كل مشارك إلى تشغيل مدقق بنفسه. وقد تسهّل المجموعة الأصغر التنسيق وتحسّن الأداء، لكنها قد تركز النفوذ أيضًا. وتختلف إجراءات الاختيار وضمانات الأمان باختلاف الشبكة.

بروتوكولات الطبقة الثانية

تعالج حلول الطبقة الثانية المعاملات خارج السلسلة الأساسية، وتعتمد عليها للتسوية أو الأمان. ومن أمثلتها شبكة لايتننغ على بيتكوين وFuel V1، وهو رول أب أُطلق على إيثيريوم في عام 2020.
يخفف نقل العمليات الحسابية خارج الشبكة الرئيسية من الحمل عليها. وتُعد التجميعات وقنوات الدفع من حلول الطبقة الثانية. ويمكن للسلاسل الجانبية زيادة السعة أيضًا، لكنها تملك آليات إجماع وأمان خاصة بها ولا ترث تلقائيًا ضمانات السلسلة الأساسية.

تعمل السلسلة الجانبية بالتوازي مع السلسلة الأساسية، ويمكنها تنفيذ العقود الذكية بواسطة مدققيها. أما قنوات الدفع مثل لايتننغ فتتيح إجراء مدفوعات عديدة خارج السلسلة. ويُسوّى فتح القناة وإغلاقها على بيتكوين دون نشر كل دفعة وسيطة هناك. ويتوقف نجاح المدفوعات على سعة القنوات وسيولتها وتوافر مسار مناسب.
قد تنشأ مخاطر تمركز في حلول الطبقة الثانية حول عقد التوجيه الكبيرة أو مرتبي المعاملات أو خدمات الحفظ. لكن التوجيه غير الحاضن للأموال في لايتننغ يعتمد على شروط تشفيرية، ولا يتطلب نقل ملكية الأموال إلى العقد الوسيطة. وقد ترفض العقدة تمرير دفعة، لكنها لا تستطيع الاستيلاء عليها لمجرد أنها وسيط في المسار.

التفرعات الصلبة

يغيّر التفرع الصلب، أو hard fork، قواعد الإجماع بصورة غير متوافقة مع القواعد القديمة. وتحتاج العقد التي تتبع القواعد الجديدة إلى تحديث برامجها. وإذا واصل بعض المشاركين اتباع القواعد القديمة، فقد تستمر سلسلتان منفصلتان. وليس الجميع ملزمًا بترك الشبكة الأصلية أو إيقاف تعدينها. وقد تجعل الخلافات حول التغيير هذه العملية مثيرة للجدل.

يمكن أن يهدف التفرع الصلب إلى تحسين الأداء أو الأمان أو إضافة وظائف. ومن الأمثلة المعروفة انفصال بيتكوين كاش عن بيتكوين في أغسطس 2017 بعد الخلاف حول حد حجم الكتلة البالغ آنذاك ميغابايتًا واحدًا. أنشأ مؤيدو الكتل الأكبر بيتكوين كاش، بينما واصل الآخرون السلسلة وفق قواعد بيتكوين. أما Bitcoin Core فهو اسم أحد تطبيقات برنامج بيتكوين.
قد تستخدم المشاريع الحوكمة المجتمعية لمناقشة التغييرات وتقليل الخلافات. وتتيح المنظمات المستقلة اللامركزية (DAO) للأعضاء تقديم المقترحات والتصويت عليها. وتساعد هذه الإجراءات في اتخاذ القرارات، لكنها لا تضمن عدم انقسام السلسلة مطلقًا.

التجميعات المعتمدة على براهين المعرفة الصفرية

يمكن لبرهان المعرفة الصفرية إثبات صحة عبارة دون كشف جميع المعلومات التي تستند إليها. وفي تجميعات ZK، تثبت براهين الصلاحية أن دفعة من المعاملات نُفذت بصورة صحيحة خارج السلسلة. ويعني التجميع جمع المعاملات في دفعات، وليس بالضرورة وضعها في كتلة واحدة. ولا تجعل هذه التقنية كل المعاملات مجهولة الهوية تلقائيًا.

يخفف تنفيذ العمليات على الطبقة الثانية من حمل الشبكة الرئيسية. وتُرسل بيانات مضغوطة عن المعاملات أو الحالة، مع براهين الصلاحية، إلى السلسلة الأساسية. ويتطلب الأمان كذلك إتاحة البيانات اللازمة وتنفيذ البروتوكول بصورة صحيحة.

يجمع مشغلو الرول أب المعاملات ويُنتجون البراهين. وتتحقق العقود الذكية على السلسلة الأساسية منها وتقبل تحديثات الحالة. وفي عام 2023، كانت تجميعات إيثيريوم تنشر البيانات المطلوبة، مثلًا في صيغة calldata. وهكذا لا تحتاج الشبكة الرئيسية إلى إعادة تنفيذ كل معاملة بنفسها، مما يساعد على رفع السعة.

التجميع المتفائل

تفترض التجميعات المتفائلة في البداية صحة نتيجة دفعة المعاملات. وبعد ذلك توجد مهلة للاعتراض على تحديث خاطئ للحالة باستخدام برهان على الخطأ. وتعتمد قواعد الاعتراض وصلاحيات المشاركة فيه على التنفيذ المحدد.
تستطيع التجميعات المتفائلة تنفيذ عقود ذكية معقدة واستخدام أدوات متوافقة مع إيثيريوم. وكانت Optimism وArbitrum من الأمثلة المعروفة في عام 2023. وهذه الإمكانية ليست مقتصرة عليها؛ فقد أُطلقت أيضًا شبكات ZK متوافقة مع EVM، مثل Polygon zkEVM، في ذلك العام.

التجزئة أو Sharding

تقسم التجزئة قاعدة البيانات أو حالة الشبكة إلى أجزاء أصغر يمكن تخزينها ومعالجتها بالتوازي. وتُستخدم في قواعد البيانات الموزعة والبلوك تشين. ويُعد Bigtable من غوغل مثالًا على التخزين الموزع، وليس أصل جميع تقنيات التجزئة.

يمكن تشبيهها بمرآة مقسمة إلى شظايا، تتولى خوادم أو مجموعات عقد مختلفة مسؤولية كل جزء منها. وبذلك يتوزع التخزين والحساب بين المشاركين. لكن مقدار التحسن يعتمد على الاتصال بين الأجزاء وتصميم التطبيق، ولا تنمو السعة بصورة خطية بلا حدود.

تستطيع الشبكات المجزأة معالجة المهام المستقلة بالتوازي. ومن تحدياتها المعاملات بين الأجزاء وتوافر البيانات وتأمين كل جزء. ويمكن توزيع العمل داخل الشبكة نفسها دون الاعتماد بالضرورة على خدمات إضافية خارج السلسلة.

الشاهد المفصول (SegWit)

طُرح SegWit لبيتكوين في عام 2015 وفُعّل في عام 2017. وأسهم في تطويره بيتر وويلي (Pieter Wuille) ومطورون آخرون من Blockstream وBitcoin Core. ويفصل Segregated Witness بيانات الشاهد، مثل التوقيعات، عن البنية الأساسية للمعاملة، ويغير طريقة احتسابها في وزن الكتلة.

تبقى بيانات الشاهد ضمن البيانات الكاملة للكتلة، ولا تُحذف مؤقتًا أثناء الحسابات. ويمنح SegWit بايتات الشاهد وزنًا أقل من البيانات الأساسية. ويسمح حد الأربعة ملايين وحدة وزن بالتالي بسعة أكبر للمعاملات.

عالج SegWit كذلك مشكلات قابلية تغيير معرّفات المعاملات، مما سهّل بناء قنوات الدفع مثل لايتننغ. وترتبط رموز BRC-20 التي انتشرت في عام 2023 بنقوش Ordinals واستخدام بيانات الشاهد الذي أتاحه SegWit وتحديث Taproot اللاحق.

التصميم القائم على وحدات منفصلة

تحاول البلوك تشين الأحادية أداء وظائفها الأساسية داخل الشبكة الأساسية نفسها. أما التصميم القائم على وحدات فيوزع بعض هذه الوظائف بين أنظمة أو طبقات مختلفة.
تشمل الوظائف تنفيذ المعاملات والإجماع وإتاحة البيانات والتسوية النهائية. وفي الشبكة الأحادية، تكرر عقد كثيرة العمليات الحسابية نفسها. ويدعم ذلك التحقق، لكنه قد يحد من السعة.

التوسع بتوزيع الوظائف

يمكن للنظام القائم على وحدات أن ينقل تنفيذ العقود الذكية إلى طبقة منفصلة ويترك التسوية أو إتاحة البيانات لطبقات أخرى. لكن EVM في إيثيريوم هي بيئة تنفيذ الشبكة الأساسية نفسها وليست شبكة توسع منفصلة. وتوضح التجميعات كيف يمكن تنفيذ المعاملات في طبقة أخرى مع الاستناد إلى إيثيريوم.

تسمح الحلول القائمة على وحدات بتخصص المكونات في وظائف محددة. وقد تسهّل المعايير المشتركة وأدوات التطوير المتاحة إنشاء التطبيقات ونشرها. ويظل الأداء والأمان مرتبطين بطريقة التنفيذ الفعلية لكل شبكة.

أُطلقت شبكة SKALE الرئيسية في عام 2020. ويتيح تصميمها متعدد السلاسل للمطورين استخدام سلاسل مخصصة لتطبيقاتهم. ثم عززت SKALE V2 قابلية التشغيل البيني عبر السلاسل المتصلة والمراكز. وتمثل SKALE مثالًا على التوسع باستخدام عدة سلاسل وتوزيع الوظائف.

حجم الكتلة

قبل انتشار حلول الطبقة الثانية، كان تكبير الكتل أحد الأساليب المطروحة لزيادة السعة. ويشير حجم الكتلة إلى كمية البيانات الموجودة فيها.

كان الحد القديم لحجم كتلة بيتكوين ميغابايتًا واحدًا. وبعد SegWit، أصبحت السعة محكومة بحد أربعة ملايين وحدة وزن. ويعتمد عدد المعاملات في الثانية على حجم المعاملات وبنيتها، من بين عوامل أخرى. لذلك لا تضمن مضاعفة مساحة الكتل زيادة ثابتة من سبع إلى أربع عشرة معاملة في الثانية.

نشأت بيتكوين كاش من انفصال عن بيتكوين في عام 2017 بدعم مؤيدي الكتل الأكبر. وارتفع حد كتلها من ثمانية إلى 32 ميغابايت في مايو 2018. ويمكن للكتل الأكبر زيادة السعة، لكنها ترفع أيضًا متطلبات النطاق الترددي والتخزين والأجهزة لدى العقد. وقد يصعّب ذلك مشاركة المشغلين الصغار ويشجع التمركز.

الرسم البياني الموجّه الخالي من الدورات (DAG)

DAG بنية بيانية لا يمكن فيها العودة إلى نقطة البداية عبر اتباع الروابط الموجّهة. وقد تمثل عقدها معاملات أو كتلًا، مع وجود فروع متوازية متعددة. ولا تتصل كل المعاملات ببعضها مباشرة، كما أن الرسم ليس بالضرورة شجرة.

في السلاسل التقليدية، قد تبقى بعض الكتل الصحيحة المكتشفة في أوقات متقاربة خارج السلسلة المختارة. وقد يزداد ذلك مع الكتل الأكبر أو الفواصل الزمنية الأقصر إذا لم يستطع انتشار البيانات في الشبكة مواكبة الوتيرة.

يمكن لبنية blockDAG إدراج كتل أُنتجت بالتوازي وتحديد ترتيبها بقواعد الإجماع. وقد تشير الكتلة إلى عدة كتل سابقة. ويساعد ذلك على الاستفادة من العمل المتوازي وقد يزيد السعة. ويمكن أيضًا الجمع بين DAG وإثبات العمل؛ فبنية البيانات لا تستبدل آلية الإجماع تلقائيًا.

شبكات هاشغراف

يستخدم هاشغراف بنية أحداث قائمة على DAG بدل سلسلة خطية من الكتل. وتنشر العقد المعاملات ومعلومات عن اتصالاتها السابقة بأسلوب gossip about gossip. ومن هذا السجل تحسب أصواتًا افتراضية وتتفق على الترتيب النهائي للمعاملات.
يوفر هذا الأسلوب طوابع زمنية ناتجة عن الإجماع دون خدمة خارجية لترتيب المعاملات. وتعتمد خصائص الخصوصية على التطبيق وطريقة التنفيذ. وتُعد Hedera مثالًا معروفًا لشبكات هاشغراف. وفي عام 2023، كان أعضاء مجلس الحوكمة المعتمدون يشغلون عقد الإجماع فيها، مما جعل نموذج المشاركة والحوكمة مختلفًا عن تعدين بيتكوين المفتوح.

البلوك تشين يحتاج إلى القابلية للتوسع للبقاء

يواصل مطورو البلوك تشين تحسين سعة الشبكات ووظائفها. وتمثل الأساليب السابقة خيارات مهمة، لكنها ليست الوحيدة. وقد تظهر حلول أخرى مع اتساع الاستخدام. وينبغي تقييم الأداء إلى جانب الأمان واللامركزية وسهولة الاستخدام.