مقیاس‌پذیری در بلاک چین به چه معناست؟
پیشرفته
با ظهور تکنولوژی بلاک چین، دیدگاه تمامی کاربران نسبت به سیستم مالی تغییر کرد است. این اکوسیستم با هدف رفع مشکلات سیستم‌های سنتی نظیر عدم شفافیت، تمرکزگرایی و امنیت به وجود آمده است. در این میان، برای پذیرش انبوه با مشکل بزرگی به نام مقیاس‌پذیری (Scalability) مواجه شده است. در حقیقت، برای آنکه یک شبکه بلاک چینی به‌راحتی مورداستفاده کاربران انبوهی قرار بگیرد، باید توانایی پشتیبانی از افزایش بار مداوم شبکه را داشته باشد و بتواند تعداد زیادی تراکنش را در ثانیه پردازش کند. اما سرعت انجام تراکنش‌ها که مربوط به مقیاس‌پذیری در بلاک چین است، همیشه مورد نقد و بررسی بوده است.
مقیاس‌پذیری یک رکن حائز اهمیت و تأثیرگذار در بلاک چین است که تا به امروز توسعه‌دهندگان نتوانسته‌اند موانع آن را از میان بردارند و همچنان کاربران با این مشکل روبرو هستند. در این مقاله به ارائه توضیح جامعی در مورد مقیاس‌پذیری در بلاک چین، عوامل ناسازگار بلاک چین و بررسی رویکردهای مختلف می‌پردازیم. با تبدیل همراه شوید.
سه عامل ناسازگار بلاک چین (Blockchain Scalability Trilemma)
یک بلاک چین فقط می‌تواند همزمان دو تا از ویژگی‌های امنیت، سرعت و عدم متمرکز را به صورت بهینه داشته باشد. تاکنون هیچ پلتفرمی موفق به دستیابی به هر سه این ویژگی‌ها به صورت کامل نشده است. هر یک از رمزارزهای مبتنی بر الگوریتم اثبات کار (PoW)، مقیاس‌پذیری را تا حد زیادی فدای ویژگی‌های دیگر می‌کنند. برای مثال، شبکه بلاک چین بیت کوین، تمرکززدایی و امنیت خود را حفظ کرده است و مقیاس‌پذیری را تا حد زیادی فدا کرده است. بیت‌کوین کاملاً غیرمتمرکز است و امنیت بسیار بالایی دارد، اما تراکنش‌ها در بلاک چین بیت‌کوین سرعت پایین و کارمزد بالایی دارند.
برخی از بلاک چین‌ها همانند ریپل مقیاس‌پذیری و امنیت را انتخاب کرده‌اند، بنابراین تمرکززدایی را قربانی می‌کنند. در این میان رمزارزهایی که از الگوریتم اثبات سهام (PoS) استفاده می‌کنند میزانی از تمرکززدایی را فدای امنیت بیشتر کرده‌اند و تلاش کرده‌اند مقیاس‌پذیری در بلاک چین‌های خود را افزایش دهند. به همین جهت این پلتفرم‌ها سرعت بالاتری نسبت به سیستم‌های مبتنی بر الگوریتم اثبات کار به کاربران ارائه می‌دهند. سه‌راهی مقیاس‌پذیری یک راه برای تعیین وضعیت بلاک چین است که توسط کارشناسان و صاحب‌نظران به رسمیت شناخته شده است.
معنای مقیاس‌پذیری بلاک چین
مقیاس‌پذیری (Scalability) توانایی یک سیستم برای مدیریت امور تراکنش‌ها در زمان افزایش تقاضا در شبکه‌ها محسوب می‌شود. شبکه‌های بلاک چینی اولیه یا در عمل اصلاً مقیاس‌پذیر نبودند یا برای حجم زیادی از داده‌ها مقیاس‌پذیری کم و نامطلوبی را ارائه می‌دهند. در حال حاضر سیستم‌های بلاک چینی مختلفی معرفی شده‌اند که توان عملیاتی متفاوتی دارند، اما برخی از آنها مقیاس‌پذیری بیشتری دارند. بهتر است بدانید اصطلاح “Scalable” یک عبارت مقایسه‌ای است، یعنی یک سیستم بلاک چین می‌تواند با تغییر روش اجماع و تعدیل ویژگی‌های خاص خود سرعت پردازش تراکنش یا تراکنش در هر ثانیه (TPS) بهتری را نسبت به سیستم فعلی به دست آورد.
در حال حاضر بیت‌کوین در هر ثانیه ۷ تراکنش را تأیید می‌کند. اتریوم که یک پله بالاتر قرار دارد تقریباً در هر ثانیه ۲۰ تراکنش را تأیید می‌کند. این اعداد در نگاه اول چندان بد هم به نظر نمی‌رسند؛ اما در مقایسه با توان پردازشی “Visa” که حدود ۱۷۰۰ تراکنش در هر ثانیه است، تقریباً هیچ هستند. همچنین در نظر بگیرید که توان عملیاتی با سرعت فرآیند یکسان نیست، بیت‌کوین ممکن است TPS 7 داشته باشد اما بین هر بلوک ۱۰ دقیقه زمان انتظار وجود دارد. این یک تاخیر ثابت برای اطمینان از برگشت‌ناپذیر بودن بلوک است. نرخ توان تراکنش‌ها هر چقدر که باشد، همیشه باید زمان انتظار را تحمل کنید.
پردازش تراکنش‌ها در بلاک چین بیت‌کوین به دلیل الزامات تأیید ماینرها می‌تواند تا ۹۰ دقیقه طول بکشد؛ بنابراین وقتی می‌گویند TPS 7 داشته باشد به این معنی نیست که می‌توانید رمزارز را برای ۷ نفر مختلف ارسال کنید و انتظار داشته باشید که در یک ثانیه انجام شود.
چرا مقیاس‌پذیری در بلاک چین مهم است؟
مقیاس‌پذیری یک ویژگی حیاتی برای رشد فناوری بلاک چین است، زیرا در ظرفیت شبکه برای حفظ توان عملیاتی بالاتر نقش مهمی را ایفا می‌کند. به‌طورکلی عملکرد بلاک چین‌هایی که مقیاس‌پذیری بالایی دارند، به دلیل افزایش کاربرد و پذیرش فناوری بلاک چین در معرض خطر قرار نمی‌گیرند. به عبارتی تضعیف عملکرد به دلیل افزایش استفاده، نشانه ضعیف‌بودن مقیاس‌پذیری بلاک چین است.
همچنین سه عامل ناسازگار بلاک چین (امنیت، تمرکززدایی و مقیاس‌پذیری) نشان می‌دهد که افزایش مقیاس‌پذیری به قیمت کاهش امنیت و تمرکززدایی تمام می‌شود. همچنین بهتر است به یاد داشته باشید که فقط مقیاس‌پذیری می‌تواند شبکه‌های بلاک چینی را در رقابت با سیستم‌های سنتی و متمرکز سربلند کند. بهتر است کارشناسان این حوزه تلاش بیشتری را به کار ببرند تا در کنار مقیاس‌پذیری، امنیت و تمرکززدایی به خطر نیفتند.
عوامل مؤثر در مقیاس‌پذیری بلاک چین
کارمزد تراکنش، محدودیت‌ها، اندازه بلاک و زمان انتظار چهار فاکتور مهمی هستند که بر مقیاس‌پذیری بلاک چین اثر مستقیمی می‌گذارند. در ادامه به طور مختصر به هر کدام از این موارد می‌پردازیم.
کارمزد تراکنش (Transaction Fees): بالابودن کارمزد تراکنش‌ها موجب ایجاد چالش‌های مقیاس‌پذیری در بلاک چین می‌شود. کاربران برای تأیید تراکنش‌های خود می‌بایست کارمزد پرداخت کنند و در برخی اوقات برای تسریع تأیید تراکنش باید کارمزد بالاتری را بپردازند.
محدودیت‌ها (Limitations): بسیاری از مسائل مربوط به مقیاس‌پذیری در بلاک چین ناشی از محدودیت‌های سخت‌افزاری هستند، زیرا با افزایش بار شبکه بلاک چین، راه‌اندازی و نگه‌داری سخت‌افزار موردنیاز برای نودهای اجراکننده دشوار می‌شود.
اندازه بلاک (Block Size):چنانچه تعداد تراکنش‌های شبکه بلاک چین افزایش پیدا کند؛ ولی اندازه بلاک‌ها ثابت بماند، تایید تراکنش‌ها زمان بیشتری طول می‌کشد.
زمان پاسخ به تقاضا (Response Time): تمامی تراکنش‌هایی که در شبکه انجام می‌شوند باید فرآیند اعتبارسنجی را بگذرانند. باتوجه‌به تعداد تراکنش‌هایی که در صف انتظار تأیید هستند، هر تراکنش می‌بایست مدت‌زمان طولانی را در انتظار اعتبارسنجی بماند.
راه کارهای افزایش مقیاس‌پذیری در بلاک چین
با اینکه مشکل مقیاس‌پذیری در مقابل پیشرفت صنعت بلاک چین قرار دارد، اما راه‌حل‌هایی برای بهبود آن در شبکه وجود دارد. برای افزایش مقیاس‌پذیری در بلاک چین ۳ روش وجود دارد که در ادامه به بررسی هر کدام از آنها می‌پردازیم.
１. راهکارهای لایه ۱ مقیاس‌پذیری در بلاک چین
برای افزایش مقیاس‌پذیری برخی راهکارها وجود دارند که در کدنویسی شبکه بلاک چین تغییرات ایجاد می‌کنند. این تغییرات به‌عنوان آپدیت در شبکه اجرا می‌شوند. سگویت و شاردینگ، دو نمونه از راهکارهای درون‌شبکه‌ای لایه ۱ هستند.
سگویت (SEGWIT | Segregated Witness): سگویت، آپدیتی برای بیت‌کوین است و ساختار ذخیره اطلاعات در بلاک چین را تغییر می‌دهد. این راهکار برای افزایش انعطاف‌پذیری تراکنش‌های بیت‌کوین ارائه شده است. در این بلاک چین امضای دیجیتال حجم زیادی از تراکنش را به خود اختصاص می‌دهد. امضای دیجیتال دارای اطلاعاتی از فرستنده کوین است و حذف آن در تراکنش موجب افزایش فضا در بلاک برای ذخیره تراکنش‌های دیگر می‌شود. لازم به ذکر است، راهکار سگویت عمومی نیست و مخصوص بلاک چین بیت‌کوین و شبکه‌هایی با ساختار مشابه این کوین است.
شاردینگ (Sharding): راهکار شاردینگ با تفکیک داده‌ها به قسمت‌های کوچک‌تر باعث می‌شود این بخش‌های تفکیک شده بهتر مدیریت شوند. می‌توان بلاک چین را مانند یک پایگاه‌داده توزیع شده در نظر گرفت، شاردینگ این پایگاه‌داده را به بخش‌های کوچک‌تری تفکیک می‌کند. در هر کدام از این بخش‌ها، نودهایی وجود دارند که مدیریت و پردازش اطلاعات تفکیکی مربوطه را انجام می‌دهند. به همین جهت شاردینگ موجب افزایش توان عملیاتی سیستم می‌شود. برای مثال، در فرآیند به‌روزرسانی اتریوم ۲.۰ از راه‌حل شاردینگ استفاده شده است.
２. راهکارهای لایه ۲ مقیاس‌پذیری در بلاک چین
راه کارهایی که در لایه ۲ ارائه شدند، با افزودن لایه‌ای به بیرون از شبکه اصلی موجب افزایش مقیاس‌پذیری شبکه می‌شوند. به دلیل اینکه در این راهکار تراکنش‌ها را در بیرون از شبکه اصلی انجام می‌شوند به آن راهکار خارج شبکه نیز گفته می‌شود. پروتکل لایه ۲ بر روی شبکه اصلی قرار می‌گیرد و تراکنش‌ها را بیرون از شبکه پردازش می‌کند. با استفاده از این روش حجم تراکنش‌ها در لایه اول کمتر می‌شوند و به‌موجب آن حجم ترافیک کم و سرعت تراکنش‌ها افزایش پیدا می‌کند. رول‌آپ‌ها و شبکه لایتنینگ، دو نمونه از راهکارهای لایه ۲ برای افزایش مقیاس‌پذیری در بلاک چین هستند.
رول‌آپ‌ها (Rollups): رول‌آپ‌ها تراکنش‌های بلاک چین اتریوم را در لایه‌ای جدا از شبکه اصلی اتریوم اجرا می‌کنند و اطلاعات را به شبکه اتریوم ارسال می‌کنند. این اطلاعات از رول‌آپ‌ها به اجماع نودهای شبکه اصلی اتریوم می‌رسند و در داخل بلاک چین اصلی اتریوم ذخیره می‌شوند. به همین جهت این فرآیند موجب تضمین امنیت تراکنش‌های رول‌آپ توسط شبکه اصلی اتریوم می‌شود.
شبکه لایتنینگ (Lightning Network): بیت‌کوین یک شبکه غیرمتمرکز برای پرداخت است که افراد به‌صورت ناشناس می‌توانند به‌وسیله آن نقل‌وانتقالات مالی انجام دهند. در ابتدای کار این کوین مشکل مقیاس‌پذیری اصلاً مطرح نبود، اما به‌تدریج با افزایش کاربران سرعت تراکنش‌های شبکه بیت‌کوین کاهش پیدا کرد. به همین جهت شبکه لایتنینگ برای افزایش مقیاس‌پذیری در شبکه بیت‌کوین معرفی شد. شبکه لایتنینگ تراکنش‌ها را بیرون از شبکه اصلی بیت‌کوین انجام می‌دهد و با ایجاد کانال‌های پرداختی بین کاربران شبکه باعث می‌شود تا کاربران بتوانند با سرعت بیشتری مبادلات رمز ارزی خود را انجام دهند.
３. استفاده از مکانیزم های اجماع برای مقیاس‌پذیری بهتر
مکانیزم‌های اجماع از مباحث مهم در بلاک چین هستند. نودهای بلاک چین باتوجه‌به مکانیزم اجماع شبکه فعالیت می‌کنند، بنابراین قابلیت مقیاس‌پذیری در بلاک چین به مکانیزم‌های اجماع بستگی دارد. باتوجه‌به مشکل ۳ گانه مقیاس‌پذیری که بلاک چین با آن مواجه است، مکانیزم‌های اجماع با افزایش در برخی از معیارها با ریسک کاهش غیرمتمرکز بودن و امنیت روبرو خواهند بود. در ادامه نمونه‌ای از مکانیزم اجماع که با محدودکردن تعداد نودها باعث افزایش سرعت تراکنش‌ها شده است می‌پردازیم.
مکانیزم اثبات سهام نیابتی (DPOS): طرز کار این الگوریتم شبیه اداره کشور به روش دموکراتیک است. در اثبات سهام نیابتی افرادی که توکن‌های خود را استیک کردند، می‌توانند برای اعتبارسنجی شبکه و تأییدکردن تراکنش‌ها به اعتبارسنج‌های خود رأی دهند. در واقع این نمایندگان، ولیدیتورهای شبکه هستند و از تعداد محدودند. این افراد در زمان‌های مختلف باتوجه‌به رای افراد استیک کنده به‌صورت منظم تغییر می‌کنند. برای مثال، شبکه‌های ترون (Tron) و ایاس (EOS) از مکانیسم اثبات سهام نیابتی استفاده می‌کنند. با افزایش مقیاس‌پذیری شبکه‌هایی که از DPOS استفاده می‌کنند، میزان غیرمتمرکز بودن شبکه کاهش پیدا می‌کند. در حقیقت بیشترین نقدی که به این الگوریتم می‌شود بابت متمرکز بودن نسبی آن است.
سخن پایانی
در این نوشتار از تبدیل به بررسی مقیاس‌پذیری در بلاک چین و معرفی راهکارها پرداختیم. اکوسیستم بلاک چین با هدف رفع کاستی‌های سیستم‌های سنتی طراحی و راه‌اندازی شد و مورد استقبال عموم گرفت. در این میان برای پذیرش انبوه این فناوری با چالش مقیاس‌پذیری مواجه شد. به همین دلیل بسیاری از توسعه‌دهندگان در تلاش‌اند که بلاک چینی را معرفی کنند که در کنار متمرکز بودن و امنیت بالا، مقیاس‌پذیری خوبی هم داشته باشد.
به نظر شما بلاک چین‌های محبوب بیت‌کوین و اتریوم با حل مشکل مقیاس‌پذیری در بلاک چین همچنان می‌توانند محبوبیت خود را حفظ کنند؟ یا پروژه‌های جدید گوی سبقت را از آنها خواهند گرفت؟ لطفاً نظرات خود را با دیگر کاربران به اشتراک بگذارید.
دیدگاه‌ها