منظور از مدل مرجع بلاک چین بررسی معماری و فناوری های تشکیل آن است.گرچه بلاک چین تأثیرات قابل توجهی در زمینه رمزارزها ،مالی و حتی فعالیت های اقتصادی-اجتماعی گذاشته است ، اما این یک فناوری جدید نیست.
بلاکچین را می توان نوآوری جمعی دانست که گروهی از فناوری های موجود در زمینه رمزنگاری ، اقتصاد و علوم رایانه را با هم ترکیب می کند.
در ادامه به بررسی مدل مرجع شش لایه برای توصیف و استاندارد سازی معماری و اجزای اصلی سیستم های بلاک چین می پردازیم. در مورد تکنیک های کلیدی در هر لایه بحث خواهیم کرد.
همانند مدل مرجع OSI (open system interconnection reference model) در اینترنت،یک سیستم Blockchain می تواند به شش لایه تقسیم شود که در شکل نشان داده شده است.
لایه داده (Data Layer):
این لایه تکنیک های برای دستکاری انواع داده های جمع آوری شده از فضای سایبری ، فیزیکی و اجتماعی را فراهم می کند. این داده ها به صورت زنجیروار بسته بندی می شوند و در تمام گره های کامل (full node) شبکه بلاکچین با استفاده از ساختار داده های درختان مرکل که به صورت نامتقارن رمزگذاری و هش شده و دارای برچسب زمان (timestamp) هستند، ذخیره می شوند.
به طور خاص ، هر گره ، پس از برنده شدن در رقابت، قادر به بسته بندی تمام داده های تولید شده در زمان مشخص ( به عنوان مثال ،هر 10دقیقه در سیستم بیت کوین)در یک بلاک جدید با یک برچسب زمان است.
اگر داده های متناقضی وجود داشته باشد ، فقط یک نسخه توافق شده برای همه یا اکثر گره ها انتخاب و به بلاک اضافه می شود. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است . یک بلاک معمولی بیت کوین شامل یک هدر و بدنه است. هدر شامل اطلاعات متا است در حالی که بدنه ،درخت مرکل داده های تأیید شده و هش شده را ذخیره می کند
بلاک ها به ترتیب زمانی یکی یکی به زنجیربلوکی اضافه می شوند .زنجیره بلاکها از بلاک پیدایش (genesis) تا بلاک تازه ایجاد شده را تشکیل می دهند. در این لایه ، درخت مرکل و برچسب زمان می توانند به عنوان دو جز مهم برای دفتر کل بلاکچین در نظر گرفته شوند.
درخت مرکل به تحقق سریع ، کارآمد و صحت و یکپارچگی داده های بلاکچین کمک می کند.مهر زمان (timestamp) امکان ردیابی و موقعیت دقیق داده های بلاکچین را فراهم می کند. انتظار می رود که بلاکچین به طور گسترده ای در برنامه های کاربردی حساس به زمان (time-sensitive)مورد استفاده قرار گیرد.از همه مهمتر، timestamp به داده ها یک بعد زمانی (dimension) می دهد،و بنابراین امکان تکرار تاریخ را فراهم می کند.
لایه شبکه ( Network Layer) :
این لایه مدل های ارتباطی غیرمتمرکز و مکانیسم های مربوط به شبکه توزیع شده ، انتقال داده (forwarding data) و اعتبار سنجی را مشخص می کند.تمرکز بلاکچین بر محیط های غیرمتمرکز است.
همه گره های مشارکت کننده در شبکه بدون نیاز به واحد مرکزی از امتیاز مساوی برخوردار هستند. این گره ها به به شبکه گوش می دهند،داده ها یا بلاک های پخش شده را مطابق معیارهای از پیش تعریف شده تأیید می کنند.
بلاک های نامعتبر کنار گذاشته می شوند و بلاک های معتبر به گره های همسایه ارسال می شوند. به این ترتیب،فقط یک بلاک پذیرفته شده توسط اکثریت به زنجیره بلاک اضافه می شود.
این شبکه غیرمتمرکز مبتنی بر P2P،بلاکچین را به یک معماری بالقوه برای نسل بعدی رایانش ابری تبدیل می کند.
لایه اجماع یا توافق (Consensus Layer):
بلاکچین از الگوریتم های اجماع گوناگونی برای تضمین سازگاری داده ها و توانایی تحمل خطای دفتر کل،استفاده می کند. PoW پرکاربردترین الگوریتم است که از گره ها می خواهد برای انجام یک محاسبه ریاضی دشوار برای اعتبار سنجی داده ها به طور مکرر با یکدیگر رقابت کنند.
گره برنده مجاز است بلاک خود را به دفتر اضافه کند. اثبات سهام (PoS) برای ایجاد بلاک جدید به بیشترین میزان سهام نسبت به سایرین نیاز دارد.
لایه پاداش یا انگیزه (Incentive Layer):
این لایه پاداش و انگیزه لازم در سیستم های بلاکچین رامشخص می کند. در حقیقت ، تأیید داده ها و فرآیند ایجاد بلاک توسط رقابت های اجماع ایجاد می شود .این فرآیند می تواند به عنوان یک کار گروهی(crowd sourcing) در میان گره های شرکت کننده ،در نظر گرفته شود.
این گره ها منفعت طلب هستند.بنابراین مکانیزم های مبتنی بر انگیزه باید به گونه ای طراحی شوندکه یک درآمد فردی با هدف ایجاد سیستم امن و قابل اعتماد را تضمین کنند.
رمزارزهایی مانند بیت کوین و ETH سازوکار صدور پاداش ساده ای دارند:
به محض ایجاد بلاک جدید،مقدار مشخصی از این رمز ارزها به عنوان پاداش صادر و به گره برنده اختصاص می یابد. تا به این صورت کل شبکه به تلاش خود برای تأیید داده ها و ایجاد بلاک ادامه دهد. این لایه تشویقی یک مولفه اصلی و نیروی محرکه اصلی بلاکچین است.
این لایه برای برخی از برنامه های بلاکچین که تا حدی متمرکز هستند، اختیاری است . به این برنامه ها زنجیره بلوکی خصوصی و زنجیره بلوک می گویند .
لایه قرارداد (Contract Layer):
در این لایه، قراردادهای هوشمند، مکانیزم ها و الگوریتم های مختلف بسته بندی شده است. و به عنوان منطق کسب و کار برای داده های ثابت،پول یا دارایی های ذخیره شده در بلاکچین عمل میکند.
قراردادهای هوشمند را می توان به عنوان مجموعه ای از قوانین که به صورت خودکار در بلاک چین اجرا می شود ، تعریف کرد.
هنگامی که یک گروه ، با مجموعه ای از شرایط یا قوانین از پیش تعیین شده موافقت می کنند ، می توانند آن را به عنوان یک قرارداد هوشمند کد کرده ، به صورت رمزنگاری امضا کنند و برای تأیید به شبکه P2P پخش کنند. قرارداد تأیید شده در یک بلاک از دفتر کل بسته بندی می شود.
پس از محقق شدن یک یا چند بند از قرارداد،قوانین مربوطه بدون دخالت انسانی فعال و اجرا می شوند .همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.
ویژگی خود اجرای (self-executed) قراردادهای هوشمند می تواند دارایی های فیزیکی یا دیجیتال را به دارایی های هوشمند تبدیل کند.و به صورت خودکار و قابل برنامه ریزی کنترل و مدیریت شود .بنابراین به طور قابل توجهی پیچیدگی ها را کاهش می دهد. به عبارتی اسکریپت ها می توانند به عنوان قوانین تصمیم گیری پویا (به جای قوانین ثابت در قراردادها) عمل کنند. و به عنوان قراردادهای هوشمند روی دفترکل نوشته شوند . در نتیجه باعث بهبود استقلال و قابلیت برنامه ریزی می شود.
لایه کاربرد (Application Layer):
این لایه شامل تمام سناریو های مختلف برنامه های کاربردی در زمینه بلاک چین می باشد.مانند کاربرد بلاکچین در امور مالی، بهداشت و سلامت ، حمل و نقل ، آموزش و ….
همچنین در این لایه در رابطه با نحوه ارتباط لایه های پایین با کاربران و محیط بحث می شود.
