تحليل العمق لتوسيع خارج السلسلة

1. ضرورة التوسع

الرؤية المستقبلية للبلوكشين هي اللامركزية والأمان وقابلية التوسع، ولكن عادة ما يمكن تحقيق اثنين فقط منها، وهذا ما يسمى بمشكلة مثلث البلوكشين المستحيلة. على مدى السنوات، كان الناس يستكشفون كيفية تحسين سعة البلوكشين وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع، وهي واحدة من الموضوعات الساخنة الحالية في تطوير البلوكشين.

يمكن تعريف اللامركزية والأمان وقابلية التوسع في blockchain ببساطة على النحو التالي:

• اللامركزية: يمكن لأي شخص أن يصبح عقدة للمشاركة في نظام blockchain، كلما زاد عدد العقد، زادت درجة اللامركزية.
• الأمان: كلما زادت تكلفة السيطرة على نظام blockchain، زادت الأمان، مما يمكنه من مقاومة هجمات المشاركين بنسبة كبيرة.
• القابلية للتوسع: قدرة blockchain على معالجة عدد كبير من المعاملات.

أول انقسام كبير في شبكة البيتكوين نشأ من مشكلة توسيع السعة. مع زيادة عدد المستخدمين وحجم المعاملات، أدى الحد الأقصى البالغ 1 ميجابايت لكل كتلة إلى حدوث ازدحام في الشبكة. منذ عام 2015، كان هناك انقسام في مجتمع البيتكوين بشأن مشكلة توسيع السعة، مما أدى في النهاية إلى حدوث أول انقسام كبير في البيتكوين في 1 أغسطس 2017، والذي أدى إلى ولادة عملة جديدة هي BCH.

اختارت شبكة إيثيريوم أيضًا التضحية بجزء من القابلية للتوسع لضمان الأمان واللامركزية. على الرغم من عدم وجود قيود على حجم الكتلة مثل البيتكوين، إلا أنها تحد من حجم المعاملات بشكل غير مباشر من خلال تحديد رسوم الوقود لكل كتلة، والهدف من ذلك هو تحقيق توافق بدون ثقة وضمان توزيع واسع للعقد.

من CryptoKitties في عام 2017 إلى ظهور DeFi وGameFi وNFT فيما بعد، تزداد الحاجة في السوق إلى القدرة على المعالجة، لكن يمكن للإيثيريوم معالجة 15-45 معاملة فقط في الثانية. وهذا أدى إلى زيادة تكاليف المعاملات، وزيادة أوقات التسوية، مما جعل معظم التطبيقات اللامركزية صعبة الاحتمال من حيث تكاليف التشغيل، وأصبح الشبكة بأكملها بطيئة ومكلفة، مما يجعل مشكلة توسيع البلوكشين بحاجة ماسة للحل. الحل الأمثل للتوسع هو: زيادة سرعة المعاملات والقدرة على المعالجة قدر الإمكان دون التضحية باللامركزية والأمان.

2. أنواع حلول التوسع

وفقًا لمعيار "ما إذا كان سيتم تغيير طبقة الشبكة الرئيسية"، يمكننا تصنيف خطط التوسع إلى فئتين رئيسيتين: التوسع على السلسلة والتوسع خارج السلسلة.

2.1 التوسع على السلسلة

المفهوم الأساسي: حل يحقق تأثير التوسع من خلال تغيير بروتوكول الشبكة الرئيسية، والعملية الرئيسية الحالية هي التجزئة.

هناك العديد من الحلول لتوسيع السلسلة، وفيما يلي نذكر باختصار حلين:

• الخيار الأول هو توسيع مساحة الكتلة، وزيادة عدد المعاملات المعبأة في كل كتلة، لكن هذا سيزيد من متطلبات أجهزة العقد، ويقلل من درجة اللامركزية.

• الخيار الثاني هو التجزئة، حيث يتم تقسيم دفتر حسابات البلوكشين إلى عدة أجزاء، وكل عقدة مسؤولة عن تسجيل مختلف الحسابات، مما يسمح بالحسابات المتوازية لمعالجة عدة معاملات في نفس الوقت. هذا يمكن أن يقلل من ضغط الحساب على العقدة ومتطلبات الانضمام، ويزيد من سرعة معالجة المعاملات ودرجة اللامركزية، لكنه سيقلل من أمان الشبكة بأكملها.

قد يؤدي تغيير كود بروتوكول الشبكة الرئيسي إلى آثار سلبية يصعب التنبؤ بها، حيث إن أي ثغرة أمان في الطبقة الأساسية تهدد بشكل خطير أمان الشبكة بالكامل، مما قد يؤدي إلى انقسام أو انقطاع في الترقية. على سبيل المثال، حدث ثغرة التضخم في Zcash في عام 2018، حيث قضى الفريق 8 أشهر في إصلاحها سراً قبل أن يتم الإعلان عنها.

2.2 خارج السلسلة التوسع

المفهوم الأساسي: حل توسيع لا يغير بروتوكول الشبكة الرئيسية من الطبقة الأولى الحالي.

يمكن تقسيم حلول توسيع خارج السلسلة إلى Layer2 وحلول أخرى:

الطبقة 2:

• قنوات الدولة
• بلازما
• رول أبس
  • رول أب المتفائلة
  • زك رول أبس

أخرى:

• سلاسل جانبية
• فاليوم

3. خطة توسيع خارج السلسلة

3.1 قنوات الدولة

3.1.1 ملخص

تنص القنوات الحالة على أنه يجب على المستخدمين التفاعل مع الشبكة الرئيسية فقط عند فتح القناة أو إغلاقها أو حل النزاعات، مما يسمح بإجراء التفاعلات بين المستخدمين خارج السلسلة، وبالتالي تقليل وقت المعاملات والتكاليف، وتحقيق عدد غير محدود من المعاملات.

قناة الحالة هي بروتوكول P2P بسيط، مناسب "للتطبيقات القائمة على الأدوار"، مثل لعبة الشطرنج الدولية بين شخصين. تُدار كل قناة بواسطة عقد ذكي متعدد التوقيع على الشبكة الرئيسية، الذي يتحكم في الأصول المودعة، ويحقق في التحديثات الحالة، ويقوم بالتحكيم في النزاعات ( بناءً على إثبات الاحتيال الموقّع والمُؤرّخ ). يقوم المشاركون بإيداع الأموال وإغلاقها بعد نشر العقد على الشبكة، وبعد تأكيد التوقيع من كلا الطرفين، يتم فتح القناة رسميًا. تسمح القناة للمشاركين بإجراء عدد غير محدود من المعاملات المجانية خارج السلسلة ( طالما أن صافي تحويل الأموال لا يتجاوز المبلغ المودع الإجمالي ). يقوم المشاركون بتبادل تحديثات الحالة بالتناوب وينتظرون تأكيد التوقيع من الطرف الآخر. في الظروف العادية، فإن تحديثات الحالة التي يوافق عليها الطرفان لا تُرفع إلى الشبكة الرئيسية، وتعتمد فقط على تأكيد الشبكة الرئيسية في حالة النزاع أو إغلاق القناة. عند الإغلاق، يمكن لأي طرف تقديم طلب على الشبكة الرئيسية، وإذا تم الحصول على توقيع الجميع، يتم التنفيذ على الفور، وإلا يجب الانتظار حتى انتهاء "فترة التحدي" لاستلام الأموال.

يمكن لقنوات الحالة أن تقلل بشكل كبير من حجم الحسابات على الشبكة الرئيسية، وتعزز سرعة المعاملات، وتخفض تكاليف المعاملات.

3.1.2 الجدول الزمني

• 2015/02: نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا مسودة ورقة بيضاء لشبكة البرق
• 2015/11: قدم جيف كولمان أول تلخيص شامل لمفهوم قناة الدولة
• 2016/01: تم نشر ورقة بيضاء عن شبكة البرق رسميًا، مقترحًا خطة توسيع قناة الدفع بيتكوين
• 2017/11: تم تقديم أول معيار تصميم لقناة الحالة القائمة على قناة الدفع Sprites
• 2018/06: قدمت Counterfactual تصميمًا مفصلاً لقنوات الحالة العامة
• 2018/10: قدمت شبكات القنوات العامة مفهوم شبكات القنوات الحالة والقنوات الافتراضية
• 2019/02: تم تأسيس بروتوكول Nitro لأول مرة بناءً على قنوات N-Party
• 2019/10: توسع مفهوم Watchtowers في Pisa لحل مشكلة بقاء المشاركين على الإنترنت باستمرار
• 2020/03: هيدرا قدمت قنوات متشابهة سريعة

3.1.3 المبادئ التقنية

سير العمل التقليدي على السلسلة: يقوم المستخدم بتغيير حالة العقد الذكي من خلال إرسال معاملات إلى السلسلة، والعيب هو أنه سيؤدي إلى مشاكل في الوقت والتكلفة.

سير عمل قناة الحالة:

1. أليس وبوب يفتحان قناة الحالة من خلال إيداع الأموال في العقد على السلسلة
2. يمكن للطرفين إجراء معاملات غير محدودة مرات خارج السلسلة، من خلال رسائل موقعة للتواصل مع بعضهما البعض.
3. إذا أرادت أليس إغلاق القناة، فيجب عليها تقديم الحالة النهائية إلى العقد
4. إذا وافق Bob على التوقيع، يتم توزيع الأموال وفقًا للحالة النهائية.
5. إذا لم يستجب Bob، يتم توزيع الأموال بعد انتهاء فترة التحدي

سير العمل في حالة التشاؤم:

1. إذا لم يستجب بوب لتوقيع تحديث الحالة، يمكن لأليس تقديم الحالة الأخيرة الصالحة إلى العقد لبدء التحدي.
2. العقد يسمح لبوب بالاستجابة خلال فترة زمنية معينة
3. إذا استجاب بوب، يمكن متابعة الصفقة؛ إذا لم يستجب، سيتم إغلاق القناة تلقائيًا وإعادة الأموال.

3.1.4 المزايا والعيوب

الميزات:

• تأكيد المعاملة الفورية
• رسوم تداول منخفضة للغاية
• الخصوصية جيدة
• قابل للتوسع بشكل كبير

العيوب:

• تحتاج إلى مراقبة عبر الإنترنت بشكل مستمر
• التكلفة العالية للإعداد الأولي
• كفاءة رأس المال منخفضة
• من الصعب معالجة المعاملات متعددة الأطراف
• نقص في القابلية للتجميع

3.1.5 التطبيق

التطبيقات الرئيسية تشمل شبكة البرق بيتكوين، شبكة البرق إيثيريوم وشبكة سيلر.

شبكة البرق للبيتكوين:

• تم إصدار مسودة الورقة البيضاء في فبراير 2015
• تم إصدار أول إصدار للشبكة الرئيسية في مارس 2018
• في عام 2021، اعتمدت السلفادور البيتكوين كعملة قانونية، وأطلقت المحفظة القائمة على شبكة البرق Chivo
• في نوفمبر 2022، كان هناك 76,236 قناة دفع، ورأس المال في القنوات 5049 BTC

شبكة雷电 الإيثيريوم:

• تأسست في عام 2017، مشابهة لشبكة البرق
• في أكتوبر 2017 ، جمعت ICO أكثر من 30 مليون دولار
• تم إطلاق أول عميل خفيف على الشبكة الرئيسية في مايو 2020
• حاليًا، هناك عائق دخول مرتفع، وتطور النظام البيئي بطيء

شبكة سيلر:

• في جوهره هو زيادة طبقة الحوافز لشبكة البرق
• يمكن بناء تطبيقات Dapps عالية التفاعل بسرعة وبتكلفة منخفضة وأمان من خلال تقنيات التوسع خارج السلسلة ونماذج الحوافز الاقتصادية.
• تم الإطلاق على الشبكة الرئيسية للإيثريوم في يوليو 2019
• تم التحول حاليا إلى منصة تجميع لتوسيع L2 تدعم السلاسل المتعددة

3.1.6 مقارنة التطبيقات

شبكة البرق للبيتكوين:

• المزايا: تكاليف المعاملات منخفضة، خصوصية جيدة
• العيوب: تحتاج إلى قفل الأموال، التوجيه معقد

شبكة Lightning الخاصة بالإيثيريوم:

• المزايا: يدعم العقود الذكية
• العيوب: تقدم التطوير بطيء، عتبة الاستخدام مرتفعة

شبكة سيلر:

• المميزات: دعم عبر السلاسل، آلية التحفيز متكاملة
• العيوب: درجة عالية من المركزية

3.2 الجوانب الجانبية

3.2.1 الملخص

تم تقديم مفهوم السلسلة الجانبية لأول مرة في عام 2012 في دردشة مطوري البيتكوين، وفي عام 2014 كتب باحثو Blockstream أول مقال ذي صلة. السلسلة الجانبية هي شكل من أشكال blockchain تم تقديمه لتسريع معاملات البيتكوين، ويمكن استخدام عقود أكثر تعقيدًا أو تحسين آليات الإجماع. عندما يتم إرسال نتائج معاملات السلسلة الجانبية في النهاية إلى السلسلة الرئيسية، يتم تسجيلها في جانب المصدّقين. ليست هذه الطريقة في blockchain شكلًا جديدًا، بل هي بنية تحتية ملحقة بالسلسلة الرئيسية تساعد في حل المشكلات.

3.2.2 الجدول الزمني

• 2012/01: تم تقديم مفهوم سلسلة جانبية لبيتكوين في غرفة الدردشة
• 2014/10: تم نشر ورقة عمل حول سلسلة الكتل الجانبية للبيتكوين، حيث تم اقتراح الربط المتماثل والربط غير المتماثل.
• 2017/04: تم إطلاق شبكة POA على شبكة اختبار الجانبية المستندة إلى إجماع PoA على إيثيريوم
• 2017/10: تم إطلاق شبكة ماتيك
• 2017/12: تم إطلاق الشبكة الرئيسية لـ POA Network
• 2018/01: إطلاق شبكة اختبار Skale
• 2018/10: إطلاق شبكة اختبار xDai Chain
• 2020/06: إطلاق الشبكة الرئيسية لـ Skale
• 2020/06: شبكة الإيثيريوم الجانبية Matic PoS Chain تطلق على الشبكة الرئيسية
• 2021/02: غيرت Matic Network اسمها إلى Polygon Network
• 2021/02: تشغيل الشبكة الرئيسية لسلسلة Ronin الخاصة بلعبة Axie Infinity
• 2021/12: تم دمج سلسلة xDai مع Gnosis Dao لتصبح سلسلة Gnosis
• 2022/03: تم دمج شبكة POA في سلسلة Gnosis

3.2.3 المبادئ التقنية

تتواصل السلاسل الجانبية مع السلسلة الرئيسية بطريقتين رئيسيتين: التثبيت ثنائي الاتجاه والتثبيت غير المتناسق.

ثنائي الاتجاه المرتبط ( الربط المتناظر ):

• تتحقق الكيانات الرئيسية والجانبية من الحالة الحالية لبعضها البعض في الوقت الحقيقي
• استخدام تقنية SPV ثنائية الاتجاه لنقل المعلومات
• يتم إنشاء مخرجات SPV-Locked عند إرسال توكنات السلسلة الرئيسية إلى السلسلة الجانبية
• يتحقق متعهدو السلسلة الجانبية من فتح باستخدام إثبات SPV
• بعد فترة التأكيد وفترة المسابقة، يمكن للمستخدمين استخدام الأصول المغلفة الجديدة على السلسلة الجانبية

غير متناسق ربط ( مرجعية غير متناظرة ):

• تحقق المدققين من السلسلة الجانبية لمراقبة أنشطة السلسلة الرئيسية في الوقت الحقيقي
• يمكن تسجيل المعاملات من السلسلة الرئيسية إلى سلسلة الجانبية مباشرة
• يجب إدخال آلية الشهادات لعمليات النقل من سلسلة جانبية إلى السلسلة الرئيسية
• تسجل Certifiers المعلومات الرئيسية وتجمع التوقيعات
• يجب رهن الأصول لضمان عدم إتلاف النظام

تختار المزيد والمزيد من السلاسل الجانبية حالياً استخدام آلية PoA أو Relayers لتأكيد حالة كتل السلسلة الرئيسية.

ملخص آلية السلاسل الجانبية:

• السلسلة الرئيسية إلى سلسلة جانبية: السلسلة الرئيسية تقفل الأصول، والسلسلة الجانبية تولد الأصول المغلفة
• سلسلة جانبية إلى السلسلة الرئيسية: يتم تدمير الأصول المغلفة في السلسلة الجانبية، ويتم فتح الأصول في السلسلة الرئيسية

تعتمد أمان أصول السلاسل الجانبية على أمان آلية إجماع السلاسل الجانبية.

3.2.4 المزايا والعيوب

المميزات:

• مرونة عالية، وظائف مخصصة
• الأصول على السلسلة الرئيسية يمكن أن تتواصل
• تقليل الحمل على السلسلة الرئيسية
• خفض تكاليف المعاملات

العيوب:

• تعتمد الأمان على آلية الإجماع الخاصة بها
• تحتاج إلى جهة فدرالية أو سلطة موثوقة
• تداول عبر سلاسل معقدة
• قد يؤدي إلى انقطاع السيولة