یک بلاک چین می‌تواند تعداد محدودی تراکنش را در ثانیه پردازش کند. برای مثال شبکه بیت کوین در هر ثانیه حدود 7 تراکنش را پردازش می‌کند. اگر قرار باشد شاهد پذیرش جهانی تکنولوژی بلاک چین باشیم، شبکه‌ها باید بتوانند داده‌های بیشتری را با سرعت بیشتری پردازش کنند، تا افراد بیشتری بتوانند بدون آهسته شدن یا گران شدن شبکه از آن استفاده کنند. با این حال طراحی اکثر شبکههای غیر متمرکز باعث به وجود آمدن معضل سه‌گانه بلاک چین (Blockchain Trilemma) می‌شود.
منظور از این معضل آن است که با افزایش مقیاس‌پذیری در شبکه معمولاً امنیت و غیرمتمرکزسازی شبکه کاهش پیدا می‌کند. توسعه‌دهندگان برای رفع این مشکل در حال آزمایش مکانسیم‌های اجماع مختلف و راهکارهای مقیاس‌پذیری مانند شاردینگ (Sharding) و زنجیره‌های جانبی و کانال‌های پرداختی هستند. در این مقاله از فکت کوینز قصد داریم به بررسی کامل معضل سه‌گانه بلاک چین و همچنین راهکارهای ارائه شده برای رفع آن بپردازیم.
بلاک چین تریلما یا معضلات سه‌گانه بلاک چین چیست؟
بلاک چین یک پایگاه اطلاعات (دیتا بیس) توزیع شده است. بلاک‌های حاوی اطلاعات به ترتیب زمانی سازمان‌دهی شده‌اند. این بلاک‌ها توسط گواهی‌های رمزنگاری به یکدیگر متصل و ایمن شده‌اند. باید اشاره داشت که استفاده از این تکنولوژی در صنعت‌های مختلف نحوه زندگی و کار بسیاری از مردم را متحول کرده است.
ایده اصلی آن است که بلاک چین‌های غیرمتمرکز و امن دنیایی را ایجاد می‌کنند که در آن برای دسترسی و استفاده از بازارها یا شبکه‌ها نیازی به واسطه و شخص ثالث نداشته باشیم. با این حال، اکثر توسعه‌دهندگان و کارشناسان معتقدند که اگر قرار باشد شاهد رشد و پذیرش گسترده این تکنولوژی در سطح جهان باشیم، باید یک مشکل مهم و اساسی به نام معضل سه‌گانه بلاک چین را حل کنیم.
این عبارت اولین بار توسط ویتالیک بوترین، خالق اتریوم رایج شد. برای آنکه بهتر مفهوم این عبارت را درک کنید باید با سه المان مختلف در شبکههای بلاکچینی به نام غیرمتمرکز بودن، امنیت و مقیاس‌پذیری آشنایی داشته باشید. منظور از این معضل آن است که برای بلاکچین‌ها بسیار سخت است که همزمان هر سه ویژگی عنوان شده را در سطح قابل قبول و بالایی داشته باشد. معمولا در شبکه‌ها، افزایش یکی از سه مورد اشاره شده منجر به تضعیف دو شاخصه دیگر می‌شود.
این مقاله توضیح کاملی در رابطه با المان‌های معضل سه‌گانه خواهد داد و هر یک را به صورت جداگانه بررسی خواهد کرد. بررسی عمیق این موارد و کارکرد آنها در کنار یکدیگر می‌تواند به درک بهتر ما از چرایی وجود چنین معضلی کمک کند. علاوه بر آن و همان طور که اشاره شد، در این مطلب به راهکارهای ارائه شده توسط توسعه‌دهندگان نیز خواهیم پرداخت.
بیشتر بخوانید: راهنمای جامع لایه‌‌های شبکه بلاکچین
غیرمتمرکزسازی چیست؟
بیت کوین و شبکههای بلاک چینی مشابه آن از نظر طراحی غیرمتمرکز هستند. ساختار این شبکه‌ها به گونه‌ای است که هیچ فرد یا سازمانی کنترل را در اختیار ندارد و در عوض شبکه غیرمتمرکز است.
لایه شبکه برای همه باز است و هرکسی می‌تواند در آن مشارکت و فعالیت داشته باشد. در نتیجه، کنترل شبکه میان تمامی اعضا توزیع شده و توسط یک سازمان مشخص کنترل نمی‌شود. تمامی افراد به داده‌های یکسان دسترسی دارند و اگر کسی قصد تقلب و تغییر داده‌ها را به نفع خود داشته باشد، دیگر افراد شبکه با وی مقابله خواهند کرد.
در بررسی فنی آن، از شبکه بیت کوین به عنوان مثال استفاده می‌کنیم. برخلاف بانک‌ها در سیستم مالی، هیچ واسطه‌ای در شبکه بیت کوین کنترل کامل ندارد.
در سیستم مالی سنتی، بانک‌ها اعتماد را بین افرادی که در حال معامله هستند، ایجاد می‌کنند و اطمینان حاصل می‌کنند که تمام سوابق تراکنش به درستی نگه‌داری شوند. در بیت کوین اما، شبکه داده‌ها را با تمامی افراد به اشتراک می‌گذارد تا قبل از اضافه شدن به پایگاه داده توسط آنها بررسی و تایید شود. نتیجه آن سیستمی است که بدون نیاز به واسطه کار می‌کند.
مطلب مفید: شبکههای متمرکز (Centralized)، غیرمتمرکز (Decentralized) و توزیع‌شده (Distributed)!
غیرمتمرکزسازی در بلاکچین، عبارتی که آن را با نام وب 3 می‌شناسیم را به اعضای جامعه عرضه می‌کند. در حال حاضر در عصر وب 2 یا اینترنت کنونی قرار داریم. این اینترنت مملو از وبسایت‌ها و برنامه‌هایی است که توسط شرکت‌ها کنترل می‌شوند اما محتوای آن توسط کاربران ایجاد شده است. وب 3 گام بعدی است. اینترنت به عنوان فضایی که در آن، بلاکچین غرمتمرکز به افراد اجازه کنترل داده‌های خود و نسخه آنلاینی از زندگی را می‌دهد.
یک نکته قابل توجه در این باره آن است که چون سیستم‌های توزیعی اشاره شده نیازمند مشارکت افراد زیاد و تایید اعتبار داده‌ها توسط آنهاست، معمولا زمان تراکنش‌ها به دلیل اشتراک اطلاعات میان کاربران و پردازش آنها، آهسته می‌شود. در این قسمت مقیاس‌پذیری بلاکچین وارد کار می‌شود که وظیفه آن کمک به شبکه برای پردازش داده‌های بیشتر با سرعت بالاتری است.
در نهایت نیز باید اشاره داشت که غیرمتمرکز بودن شبکه زمانی به وقوع می‌پیوندد که بلاکچین امنیت کامل داشته باشد. اگر شبکه با مشکل امنیت مواجه باشد، مهاجمین سایبری می‌توانند کنترل را به دست گرفته و داده‌ها را به نفع خود تغییر دهند. در ادامه به بررسی دومین فاکتور معضل سه‌گانه بلاک چین خواهیم پرداخت.
امنیت در بلاک چین
اگر یک شبکه دارای ضعف امنیتی باشد، مهم نیست که آن بلاکچین تا چه حد غیرمتمرکز است. یک شبکه خوب باید در برابر حملات هکرها و مهاجمان مقاوم باشد. سیستم‌های متمرکز با بسته نکه‌داشتن سیستم خود امنیت را بالا می‌برند . در این سیستم‌ها فرد یا سازمان کنترل کننده می‌تواند تضمین کند که داده‌ها از دسترس دیگران خارج است. اما در یک سیستم غیرمتمرکز که تمامی افراد به داده‌ها و سیستم دسترسی دارند، چگونه امنیت برقرار می‌شوند.
برای توضیح این مورد نسبتا پیچیده نیز از شبکه بیت کوین به عنوان مثال استفاده می‌کنیم. شبکه بیت کوین از ترکیب رمزنگاری و مکانیسم اجماعی با نام گواه اثبات کار (PoW) استفاده می‌کند. در زمینه رمزنگاری باید اشاره داشت که هر بلاک در شبکه یک امضای دیجیتال یا هش دارد. بلاک‌ها در شبکه به نحوی متصل شده‌اند که نمی‌توان آنها را دستکاری کرد، چرا که هر تغییری در آن به هش بلاک هشدار ارسال می‌کند. تلاش برای تغییر داده‌ها به سرعت توسط دیگر اعضای شبکه شناسایی می‌شود.
مطلب مفید: آیا بلاک چین امن است؟ – بررسی امنیت بلاک چین
مکانیسم اجماع گواهی کار بخش دیگر این پازل را تکمیل می‌کند. وظیفه این مکانسیم امن نگه‌داشتن دفترکل (ledger) ارز دیجیتال است. به واسطه این مکانسیم، شبکه تنها از طریق فرایندی به نام استخراج می‌تواند تراکنش‌های جدید را تایید و آنها را به دفترکل اضافه کند.
چنین چیزی نیازمند قدرت محاسباتی برای حل مسائل ریاضی است. بخشی از این فرایند نیازمند کامپیوترهای قدرتمند برای اجرای قابلیت‌های هش به تعداد فراوان است. در این قسمت شبکه با مسئله مقیاس پذیری در معضل سه‌گانه بلاک چین مواجه می‌شود، چرا که مکانسیم اثبات کار امن است اما سرعت بسیار پایینی دارد.
باید اشاره داشت که هرچه تعداد فعالان شبکه (نودها) بیشتر باشند، امنیت شبکه نیز بیشتر است. هرچه تعداد بیشتر باشد کار مجرمان برای کنترل سیستم دشوارتر می‌شود. چنین حمله‌ای از سمت مهاجمان حمله 51 درصدی نام دارد.
اگر یک فرد یا سازمانی بیش از 50% قدرت هش شبکه را کنترل کند، این قدرت را خواهد داشت که با تغییر اجماع و داده‌ها به نفع خود از شبکه سود ببرد. امنیت یک نیاز بنیادی برای عملکرد موفقیت آمیز بلاکچین است، چرا که بدون آن مهاجمین می‌توانند کنترل شبکه و داده‌ها را در اختیار بگیرند.
بیشتر بخوانید: حمله 51 درصدی چیست و چه خطری برای بلاکچین دارد؟
مقیاس‌پذیری چیست؟
منظور از مقیاس‌پذیری، تلاش برای ایجاد بلاکچینی است که بتواند در یک ثانیه از تراکنش‌های بسیار زیادی پشتیبانی کند. اگر بلاکچینی قصد دارد به جامعه بزرگ و برای مثال میلیاردها کاربر خدمت کند، مقیاس‌پذیری باید عضو جدانشدنی آن باشد. با این حال، بسیاری از شبکه‌ها در این زمینه با مشکل مواجه هستند.
دلیل وجود مشکل آن است که دو عضو دیگر معضل سه‌گانه بلاک چین یعنی غیرمتمرکز بودن و امنیت بسیار حائز اهمیت هستند و ابتدا باید روی آن دو مورد تمرکز کرد. غیرمتمرکزسازی از اهداف اصلی بلاک چین‌ها محسوب می‌شود و تقریبا تمامی شبکههای شناخته شده تمرکز خود را روی این موضوع گذاشته‌اند. امنیت نیز همان طور که توضیح داده شد یک نیاز ضروری برای موفقیت و کارامد بودن شبکه است.
گفتنی است که با اولویت‌بندی و تمرکز بیشتر روی غیرمتمرکزسازی و امنیت، مقیاس‌پذیری در بلاک چین به چالشی مهم تبدیل می‌شود. بدین ترتیب با نبود چنین قابلیتی، تعداد تراکنش‌های پردازش شده در شبکه محدود می‌شود. در همین راستا باید اشاره داشت که ویزا، سیستم پرداخت متمرکز و مطرح در سطح جهان می‌گوید که توانایی پشتیبانی از 24 هزار تراکنش در ثانیه را دارد. دلیل آن بسته بودن شبکه و رها بودن از مواردی مانند نودهای عمومی و اجماع‌ها است.
بنابر داده‌های بلومبرگ در سال جاری، تا ماه سپتامبر بیت کوین تنها قادر به پردازش 7 تراکنش در ثانیه و اتریوم، دومین شبکه مطرح بلاک چینی نیز قادر به پردازش 15 تراکنش در ثانیه هستند. همان طور که اشاره شد، سرعت تراکنش در بلاکچین پایین است چون داده‌ها توسط فعالان مختلف پردازش می‌شوند. اگر به تعداد افراد استفاده کننده از شبکه‌ها افزوده شود به دلیل تعداد محدود تراکنش مورد پردازش معمولا با شلوغی و اختلال در شبکه مواجه می‌شویم.
چرا معضل سه‌گانه بلاک چین ایجاد شده است؟
ابتدایی‌ترین و احتمالا واضح‌ترین راهکار برای رفع مشکل مقیاس‌پذیری، کاهش تعداد مشارکت‌کنندگان شبکه است که داده‌ها را تایید می‌کنند و باعث افزایش آنها می‌شوند. از این طریق می‌توان سرعت شبکه را افزایش داد. اما همانطور که اشاره شد، چنین اقدامی باعث کاهش غیرمتمرکزسازی شبکه می‌شود چرا که کنترل بلاکچین در اختیار افراد کمتری قرار می‌گیرد. از سویی دیگر با کاهش تعداد فعالان در شبکه، امنیت نیز کمتر می‌شود.
در نتیجه و با توجه به توضیحات ارائه شده، شاهد معضل سه‌گانه بلاک چین خواهیم بود. با توجه به ارتباط نزدیک غیرمتمرکزسازی و امنیت که از پایه‌های اصلی بلاکچین محسوب می‌شوند، مقیاس‌پذیری با چالش مواجه می‌شود. با افزایش یکی از سه مورد، دیگری ضعیف خواهد شد. اما توسعه‌دهندگان چگونه با این معضل برخورد می‌کنند و سعی در رفع آن دارند؟
مطلب مفید: کاربرد بلاک چین در حوزه‌های مختلف
راهکارهای رفع معضل سه‌گانه بلاک چین
هیچ راه‌حل طلایی برای معضل سه‌گانه بلاک چین وجود ندارد، اما با توجه به اهمیت این موضوع، اعضای جامعه ارزهای دیجیتال رویکردهای مختلفی را برای حل آن امتحان کرده و به نتایج جالبی نیز دست یافته‌اند. در ادامه به بررسی بهترین راهکارهایی خواهیم پرداخت که جامعه کریپتو برای مقابله با این مشکل ارائه کرده‌اند.
شاردینگ (Sharding)
منظور از شاردینگ، تقسیم کردن بلاک چین یا دیگر پایگاه‌های داده به بخش‌های کوچک‌تر و پارتیشن بندی شده است که هر بخش قسمت‌های خاصی از داده‌ها را مدیریت می‌کند. این روش فشار تمامی تراکنش‌ها و تعاملات در شبکه را از روی یک زنجیره بر می‌دارد. هر پارتیشن بلاک چین با نام شارد شناخته می‌شود و دفترکل اختصاصی دارد. هر یک از این شاردها می‌توانند تراکنش‌های خود را پردازش کنند اما شبکه بیکن یا زنجیره اصلی تعاملات میان شاردها را مدیریت می‌کند.
چنین چیزی شاردینگ را به ارتقا در مقیاس‌پذیری شبکه لایه 1 تبدیل می‌کند چرا که تغیرات صورت گرفته در شبکه اصلی بلاکچین صورت می‌گیرند.
بیشتر بخوانید: شاردیوم (Shardeum) چیست؟
مکانیسم‌های اجماع مختلف
یکی از دلایل وجود معضل سه‌گانه بلاک چین در بیت کوین، نحوه عملکرد مکانسیم اثبات کار (گواهی کار) برای تضمین امنیت شبکه است. نیاز به ماینرها، الگوریتم‌های رمزنگاری شده و حجم زیاد قدرت محاسباتی غیرمتمرکز امنیت شبکه را تامین می‌کند اما در عین حال شبکه را کند می‌کند. باید اشاره داشت که یکی از دلایل مهاجرت اتریوم از گواه اثبات کار به گواه سپرده (PoS) همین موضوع بود.
در بلاکچین‌های PoS یا اثبات سهام (گواهی سپرده) فعالان شبکه که در اعتبارسنجی تراکنش‌ها نقش دارند باید توکن‌های خود را در شبکه استیک یا قفل کنند. در این شبکه‌ها نیازی به ماشین و ابزارآلات سنگین استخراج نیست و اضافه کردن اعتبارسنج بیشتر به شبکه کفایت می‌کند. باید اشاره داشت که گواهی سپرده تنها یکی از چندین مکانسیم اجماعی است که می‌تواند مشکل مقیاس‌پذیری در شبکه را حل کند.
بیشتر بخوانید: الگوریتم اجماع (Consensus Algorithm) چیست؟
راهکارهای لایه 2
شاردینگ و مکانیسم‌های اجماع مختلف از راهکارهای لایه 1 به حساب می‌آیند. هدف آنها تغییر در طراحی بنیادی شبکه است. اما برخی از توسعه‌دهندگانی که به دنبال رفع معضل سه‌گانه بلاک چین هستند، راهکارهایی مانند زنجیره جانبی را ارائه داده‌اند که بر بستر ساختار موجود شبکه ایجاد می‌شوند. به عبارتی ساده‌تر، از نظر آنها پاسخ این مشکل در لایه 2 شبکه نهفته است.
زنجیره جانبی(Sidechain) به طور کلی یک شبکه بلاکچینی جداگانه است که به شبکه اصلی متصل است. این زنجیره به طوری تنظیم شده که اجازه انتقال دارایی‌ها میان هر دو شبکه را صادر می‌کند. نکته مهم درمورد آن نیز فعالیت تحت قوانین مختلف است که باعث افزایش سرعت و مقیاس‌پذیری در شبکه می‌شود.
یکی دیگر از راهکارهای لایه 2 نیز کانال‌های پرداختی (State Channels) هستند که تراکنش‌ها را از بلاک چین پایه (لایه 1) خارج کرده تا فشار از روی آن برداشته شود. این کانال‌ها در عوض یک زنجیره جداگانه از قراردادهای هوشمند استفاده می‌کنند و به کاربران اجازه می‌دهند بدون انتشار تراکنش دربلاک چین با یکدیگر تعامل داشته باشند. در این روش بلاک چین تنها ابتدا و پایان عملیات در یک کانال را ثبت می‌کند.
بیشتر بخوانید: معرفی بهترین پل‌های بلاک چین (Blockchain Bridges) و نحوه کار آنها
سخن پایانی
معضل سه‌گانه بلاک چین به این تکنولوژی اجازه نمی‌دهد که پتانسیل کامل خود را به دنیا نشان دهد. اگر یک بلاک چین تنها بتواند تعداد محدودی تراکنش را در ثانیه پردازش کند تا امنیت و غیرمتمرکزسازی خود را محقق سازد، به احتمال فراوان هیچگاه به هدف پذیرش گسترده خود نرسد.
با این حال، راهکارهایی که از سمت توسعه‌دهندگان ارائه شده بیانگر آن است که پییشرفت‌های فنی زیادی در رابطه با رفع این معضل ایجاد شده و به نظر باید انتظار داشت با ادامه یافتن تلاش توسعه‌دهندگان به زودی شاهد پردازش و مدیریت داده‌های بسیار بیشتری در شبکههای بلاک چینی و رفع گسترده معضل سه‌گانه بلاک چین باشیم.
سوالات متداول
به دلیل ماهیت فناوری بلاکچین، این شبکه تنها می‌توانند به دو مورد از سه ویژگی غیر متمرکز بودن، امنیت و مقیاس‌پذیری (ظرفیت پردازش) دست یابد. به همین دلیل پروژه‌های بلاک چین چاره‌ای ندارند جز اینکه یک ویژگی را فدای دو ویژگی دیگر کنند.
اگرچه معضل سه گانه بلاک چین چالش‌های مهمی را برای پذیرش فناوری بلاک چین ایجاد کرده، راه حل های در حال ظهور است که می‌تواند این معما را حل کنند. هدف یافتن یک تعادل موثر بین امنیت شبکه، عدم تمرکز و مقیاس پذیری است.
