راه حل های لایه 1 و لایه 2 بلاکچین چیست؟ تفاوت بلاکچین لایه 1 و لایه 2 چیست؟ راه حل مقیاس پذیری چیست؟ این ها همه سوالاتی هستند که تا پایان این مقاله به آنها خواهیم پرداخت. فناوری های بلاک چینی قابلیت های فراوانی دارند که از آن جمله می توان به تمرکز زدایی، سطح بالای امنیت، ثبت سوابق و تعاملات بدون واسطه اشاره کرد.
با این حال، شبکه های بلاچین با وجود مزیت های فراوان، مشکلاتی نیز دارند که مقیاس پذیری یکی از آنها است. زمانی که حجم داده های بلاک چین به دلیل کافی نبودن ظرفیت با محدودیت مواجه شود، مقیاس پذیری یکی از راه حل ها برای رفع این مشکل است. برای حل این مشکل راه حل هایی ارائه شده که به نام لایه 1 و لایه 2 شناخته می شوند. هر کدام از راهکارهای لایه 1 و لایه 2 ویژگی ها، مزایا و معایبی دارند که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت. با فکت کوینز همراه باشید.
بلاکچین لایه 1 و لایه 2 چیست؟
در فناوری بلاکچین، منظور از اصطلاح “مقیاس پذیر” کردن بلاکچین ، افزایش نرخ توان عملیاتی سیستم است که با تعداد تراکنش های انجام شده در هر ثانیه اندازه گیری می شود. با رواج رو به رشد کریپتوکارنسی ها در زندگی روزمره، ایجاد لایه های متفاوت در بلاک چین برای امنیت بهتر شبکه، ثبت سوابق، و سایر موارد ضروری به نظر می رسد.
در یک اکوسیستم غیر متمرکز، لایه 1 همان بلاک چین است. به عبارت دیگر، لایه 2 طرف سومی است که برای افزایش تعداد نودها و متعاقبا افزایش توان عملیاتی سیستم با لایه 1 ترکیب می شود. در حال حاضر، بسیاری از راه حل های لایه 2 بلاکچین در حال پیاده سازی و اجرا هستند. این راه حل ها برای به کار گرفتن قراردادهای هوشمند جهت اتوماتیک کردن هرچه بیشتر تراکنش ها استفاده میشوند.
مطلب مفید: راه حل مقیاس پذیری لایه 2 اتریوم
بلاکچین لایه 1 و لایه 2 چه تفاوتهایی دارند؟
تکنولوژی بلاک چین مزیت های فراوانی دارد که عبارتند از؛ افزایش سطح امنیت، انجام بدون زحمت تراکنش ها و امکان ثبت سوابق داده ها. به هر حال، با ترویج استفاده از بلاکچین، مشکلاتی هم پیدا می شوند. یکی از این مشکلات، مقیاس پذیری است.
در یک بلاک چین، هر تراکنش برای اجرا شدن مراحل خاصی را طی میکند که زمان و انرژی قابل توجهی هم صرفشان میشود. توسعه دهندگان بلاکچین برای بهبود حجم بلاکچین، مقیاس پذیری لایه 2 را معرفی کرده اند. با ما همراه باشید تا اطلاعات بیشتری در مورد لایه 2 و راه حل مقیاس پذیری به دست آوریم.
چرا مقیاس پذیری بلاک چین اهمیت دارد؟
متخصصان تعاریف متفاوتی برای کلمه “مقیاس پذیری” دارند. به هر حال، مقیاس پذیری بلاک چین، یعنی توانایی سیستم برای پاسخگو بودن به همه کاربران، صرفنظر از اینکه تعداد کاربران آن بلاک چین چند نفر است ، بلاک چین مقیاس پذیر باید در هر زمان بتواند پاسخگوی نیاز همه کاربرانش باشد.
منظور از مفهوم “توان عملیاتی” تعداد تراکنش هایی است که سیستم در ثانیه انجام می دهد. در حالی که، شرکت ها و کانال های پرداختی مثل Visa، در شبکه پرداخت الکترونیک VisaNet حدود 20000 تراکنش در هر ثانیهرا پردازش میکنند، زنجیره اصلی بیت کوین می تواند 3 تا 7 تراکنش را در هر ثانیه انجام دهد.
ممکن است این حجم از تفاوت تعجب برانگیز باشد، اما توضیح ساده ای دارد. بیت کوین یک سیستم غیرمتمرکز دارد و VisaNet با یک سیستم متمرکز کار می کند. سیستم بیت کوین از قدرت پردازش و زمان بیشتری استفاده می کند تا امنیت کاربران حفظ شود. همه اطلاعات تراکنش ها باید چندین مرحله از جمله؛ پذیرش، ماینینگ، توزیع و تائید اعتبار توسط نودهای شبکه را طی کنند.
با توجه به اینکه انتظار می رود ارزهای دیجیتال به ضرورتی در دنیای دیجیتال تبدیل شوند، توسعه دهندگان بلاکچین در تلاش هستند تا دامنه مدیریت بلاکچین را افزایش دهند. توسعه دهندگان می خواهند با ایجاد لایه های بلاکچین و بهبود مقیاس پذیری در لایه 2، علاوه بر بالا بردن سرعت پردازشها، تعداد تراکنش ی انجام شده در هر ثانیه را هم افزایش دهند.
مطلب مفید: بلاک چین چیست | با عملکرد آن بیشتر آشنا شوید
تلاش بیت کوین برای مقیاس پذیری
بیت کوین به عنوان یک بلاکچین ساده که قابلیت ارسال و دریافت ارزهای دیجیتال را دارد شروع به کار کرد. به هر حال، بیت کوین از زمان تولد با مشکل مقیاس پذیری مواجه بوده است. سوال اینجاست که اگر هر روز بر تعداد کاربران بیت کوین اضافه شود آنوقت چه اتفاقی خواهد افتاد؟
این سناریو را می توان یک مشکل شبکه سازی دانست. هر سیستمی پهنای باند مشخصی دارد و می تواند تعداد مشخصی تراکنش را در هر ثانیه انجام دهد. به علاوه، هر تراکنش در سیستم غیر متمرکز باید بررسی شود و از این رو به فضای ذخیره سازی زیادی نیاز است. به سرعت باد به سال 2021 رسیدیم و با محبوب تر شدن بیت کوین میان مردم آنچه انتظار می رفت اتفاق افتاد: فضای پروتکل پر شد و در نتیجه سرعت پردازش کاهش یافت.
چرا بلاکچین فعلی به تکنولوژی لایه 2 نیاز دارد؟
پاسخ ساده است. افزایش تقاضا و هزینه بالای تراکنش ها. اجازه دهید موضوع را با مثالی از اتریوم روشن تر کنیم. از آنجا که اتریوم از مکانیسم اجماع استفاده می کند،و چندین برنامه های غیرمتمرکز میتوانند بر بستر ان قرار بگیرند. در تکنولوژی بلاکچین یک مکانیسم اجماع، سیستمی خطا پذیر است که فرآیند اجماع یا توافق بر روی یک شبکه واحد به وسیله نودهایی که در سراسر آن توزیع شده اند انجام میشود. این پروتکل ها وظیفه بررسی، توافق نودها روی تراکنش ها و تطابق زمانی را بر عهده دارند. همین مسئله موجب می شود بازنویسی یا حمله به زنجیره اتریوم بسیار سخت شود.
به دلیل ثبات و امنیت اتریوم، همگان جذب ان شدند. افراد برای ایجاد کوین روی بلاک چین اتریوم دست به کار شدند. نتیجه این استقبال، افزایش تعداد تراکنش ها در شبکه اتریوم شد. با افزایش حجم کاربران سیستم، هزینه تراکنش ها یا همان هزینه گس که باید بابت پردازش تراکنش ها در شبکه اتریوم پرداخت می شد، افزایش یافت.
زمانی که شبکه بلاکچین پر شود، تراکنش های معلق (Pending Transaction) در ممپول (Memory Pool) قرار می گیرند و باید زمان بیشتری منتظر پردازش بمانند. برای رفع این مشکل، ماینرها تراکنش ها را اولویت بندی می کنند و در نتیجه کاربر برای تائید قیمت گس، باید هزینه بیشتری را بپردازد.
همین مسئله موجب می شود حداقل هزینه لازم برای انجام تراکنش ها نیز افزایش پیدا کند. چرخه افزایش قیمت ها به جایی می رسد که هزینه گس بسیار بالا می رود و شرایط برای کاربران وخیم تر می شود. مقیاس پذیری لایه 2 می خواهد راه حلی برای این مشکل پیدا کند و هزینه تراکنش ها را کاهش دهد.
مطلب مفید: بنیانگذار اتریوم امیدوار است که دوج کوین به مدل اجماع اثبات سهام (PoS) روی آورد
لایه 1 و مشکلاتش
شبکه لایه 1، بلاکچینی در سیستم غیرمتمرکز است. دو نمونه بارز، بیت کوین و اتریوم هستند. . این راه کارهای لایه 1، قوانین پروتکل را تغییر میدهند تا از این طریق بتوانند حجم و سرعت تراکنش ها را افزایش دهند. بنابراین میتوانند اطلاعات و نیاز کاربران بیشتری را مدیریت کنند.
ویژگی های راهکارهای لایه 1 عبارتند از؛
- افزایش سرعت تائید بلاک
- افزایش حجم بلاک برای ذخیره اطلاعات
راه حل های مقیاس پذیری به کمک هم، توان عملیاتی شبکه را افزایش می دهند. به هر حال، به نظر می رسد لایه 1 نتوانسته اقدام مفیدی برای افزایش تعداد کاربران بلاک چین انجام دهد. در ادامه به برخی معایب سیستم اشاره می شود:
پروتکل اجماع ناکارآمد لایه 1:
بلاکچین لایه 1، هنوز از مکانسیم اجماع اثبات کار قدیمی استفاده می کند. گرچه این مکانسیم نسبت به سایر مکانسیم ها امنیت بالاتری دارد اما سرعت انجام تراکنش ها یکی از معایب آن به شمار می رود. ماینرها باید از قدرت محاسبه برای حل الگوریتم های رمزنگاری استفاده کنند. بنابراین، قدرت پردازش و زمان بیشتری لازم است.
- راهکار اجماع ناکارآمد لایه 1:
جایگزین بهتر برای حل این مشکل، اجماع از طریق اثبات سهام است. یعنی همان روش اجماعی که اتریوم 2.0 از آن استفاده می کند.در این مکانیسم اجماع، ولیدیتورها که بر اساس وثیقه استیک شده انتخاب میشوند، بلاک های اطلاعات تراکنش جدید را اعتبار سنجی می کنند. از این طریق پروسه کارآمدتر و سریعتر می شود.
مطلب مفید: ویتالیک بوترین از نقشه راه اتریوم 2.0 رونمایی کرد
حجم بار اضافه:
با افزایش تعداد کاربران، حجم بار در لایه 1 نیز بیشتر می شود. به همین علت، سرعت پردازش و ظرفیت کاهش می یابد.
- راهکار حجم بار اضافه در لایه 1:
راه حل مقیاس پذیری برای حل این مشکل، شاردینگ “Sharding” است. به طور خلاصه می توان گفت؛ شاردینگ، بخش اعتبار سنجی و احراز هویت تراکنش ها را به بیت های کوچکتر و قابل مدیریت تقسیم می کند. بنابراین، حجم بار در سراسر شبکه پخش می شود تا قدرت پردازش در تمام نودها تقسیم شود.
از آنجا که شبکه، این شاردها را به طور همزمان و موازی پردازش می کند، امکان پردازش های چندگانه به طور همزمان فراهم می شود.
بلاک چین لایه 2، بارِ پردازش را مدیریت می کند و سپس گزارش ها را برای نهایی شدن، به لایه 1 ارسال می کند. از آنجا که بیشترِ بار پردازش شده به شبکه کمکی مجاور انتقال داده می شود، ازدحام شبکه کمتر می شود. از این رو نه تنها ازدحام لایه 1 کمتر می شود بلکه مقیاس پذیری نیز بیشتر می شود.
نمونه بارز بلاکچین لایه 1، شبکه لایتنینگ (Lightning) است، یک راه حل مقیاس پذیر لایه 2 که به طور همزمان بار را از بیت کوین می گیرد اما نتیجه را به بلاکچین اصلی بیت کوین گزارش می دهد. در نتیجه، شبکه لایتنینگ سرعت پردازش در بلاکچین بیت کوین را افزایش می دهد. به علاوه، شبکه لایتنینگ، قراردادهای هوشمند را به لایه1 بلاکچین بیت کوین می آورد.
مطلب مفید: شاردینگ در اتریوم 2
راه حل های لایه 2 :
بلاکچین شبکه ای (Plasma)
یک بلاکچین لایه 2، بر روی یک بلاکچین دیگر اجرا می شود. اساسا، لایه 1پارامترها را تنظیم می کند در حالی که بلاکچین لایه 2، پروسه ها را عملی میکند.
ممکن است در یک زنجیره اصلی، چندین سطح بلاکچین وجود داشته باشد، درست مثل ساختار یک شرکت عادی. به جای اینکه یک نفر (مثلا مدیر) همه کارها را انجام دهد کارها را به اشخاص دیگر می سپارد. این افراد موظف هستند پس از انجام کار به مدیر گزارش کار ارائه دهند.
به این ترتیب، حجم وظایف مدیر کمتر می شود و در عین حال مقیاس پذیری بهبود پیدا میکند. پروژه OMG Plasmsa مثالی در این خصوص است. این پروژه به عنوان بلاکچین سطح 2 برای بلاکچین سطح 1 اتریوم عمل می کند تا تراکنش ها با سرعت بالاتر و ارزان تر انجام شوند.
کانال های وضعیت (State Channels)
کانال های وضعیت (State Channel) ارتباط های دوطرفه میان کاربران بلاکچین را ممکن می سازند. از این طریق، شرکت کنندگان می توانند زمان انتظار را کاهش دهند زیرا اشخاص ثالثی مثل ماینرها در پروسه حضور ندارند.
بررسی عملکرد کانال های وضعیت:
- طبق قراردادهای هوشمند، شرکت کنندگان از قبل توافق خود را نسبت به بخشی از اساس لایه 1 اعلام میکنند.
- سپس می توانند مستقیما با یکدیگر تعامل داشته باشند و نیاز به ماینرها را حذف کنند.
- پس از انجام کل مجموعه تراکنش ها، وضعیت نهایی کانال به بلاک چین اضافه می شود.
شبکه Raiden اتریوم و شبکه Lightning بیت کوین، هر دو مثال هایی از کانال های وضعیت هستند. لایتنینگ امکان پردازش چندین تراکنش کوچک را در یک مدت زمان مشخص برای شرکت کنندگان فراهم می کند. شبکه Raiden نیز به شرکت کنندگان اجازه می دهد از طریق کانال های شخصی قراردادهای هوشمند را اجرا کنند.
کانال های وضعیت مثل شبکه لایتنینگ کاملا امن هستند. فقط شرکت کنندگان اطلاعات تراکنش ها را در اختیار دارند. در آن روی سکه، بلاکچین سطح 1 اتریوم، همه تراکنش ها را در یک دفتر عمومی (Ledger) ثبت می کند.
ساید چین (Sidechain)
در کنار کانال های وضعیت از قبیل؛ شبکه لایتنینگ و قراردادهای هوشمند، ساید چین (Sidechain) راه حل مقیاس پذیر دیگری برای تکنولوژی بلاکچین لایه 2 است. ساید چین، یک زنجیره تراکنش است که انجام تعداد بالایی از تراکنش ها را آسان می کند. ساید چین دارای مکانیزم اجماعی مستقل از لایه اصلی است. برای افزایش مقیاس پذیری و سرعت پردازش می توان مکانیزم را بهینه سازی کرد. در چنین وضعیتی، مکانیزم باید ثبت تراکنش ها را تائید کند، امنیت را حفظ کند و موارد دارای اختلاف را برطرف کند.
سایدچین ها به این دلیل که همه تراکنش ها را به صورت عمومی در دفتر کل ثبت می کنند عملکردی متفاوت با کانال های وضعیت دارند. همچنین، اگر یک ساید چین دچار نقص امنیتی شود، اثری بر سایر ساید چین ها یا لایه پایه زنجیره اصلی نخواهد داشت.
رول آپ ها (Rollup)
رول آپ ها راه حل های مقیاس پذیر بلاکچین لایه 2 هستند که تراکنش ها را خارج از بلاکچین لایه 1 انجام می دهند و اطلاعات تراکنش ها را روی آن ارسال می کنند. از آنجا که داده ها روی لایۀ پایه هستند، لایه 1 امنیت رول آپ ها را حفظ می کند.
رول آپ ها دارای دو مدل امنیت مختلف هستند:
- رول آپ های خوشبینانه (Optimistic Rollups): این رول آپ ها به طور پیش فرض تراکنش ها را معتبر می دانند. بنابراین، فقط در صورت وجود چالش، برای تشخیص تقلب محاسبات را انجام می دهند.
- رول آپ های دانش صفر (Zero-Knowledge Rollups ) رول آپ های دانش صفر محاسبات را خارج از زنجیره انجام می دهند. سپس، اثبات اعتبار را به لایه پایه یا زنجیره اصلی ارسال می کنند.
رول آپ ها به افزایش توان عملیاتی تراکنش ها، مشارکت آزاد و کاهش هزینه گس کمک می کنند.
مطلب مفید: رول آپ ها؛ برترین راه‌حل لایه ۲ جهت رفع مشکل مقیاس‌پذیری اتریوم
محدودیت های لایه 1 و لایه 2
لایه بندی بلاک چین ها چندین مزیت دارد. به طور مثال، مهم ترین مزیت راه حل لایه 1 این است که نیازی نیست توسعه دهندگان چیزی به معماری موجود اضافه کنند.
در عین حال، راه حل های مقیاس پذیر لایه 2، پروتکل لایه پایه را دستکاری نمی کنند. به علاوه، این راه حل ها امکان انجام چندین تراکنش کوچک بدون نیاز به پرداخت هزینه گس بالا توسط کاربر، اتلاف زمان یا تائید ماینرها را ممکن می سازد. به هر حال، هر دو لایه بلاک چین محدودیت هایی دارند که باید مورد توجه قرار گیرند.
اضافه کردن لایه به پروتکل های موجود:
مهم ترین مشکل لایه های بلاکچین، اضافه کردن آنها به پروتکل های موجود است. هر دو ارز دیجیتال بیت کوین و اتریوم ارزش بازار میلیارد دلاری دارند. کاربران هر روز میلیون ها دلار معامله می کنند. بنابراین، پیچیده کردن فرایند از طریق کدنویسی و آزمایش غیرضروری منطقی نیست زیرا مستلزم هزینه زیاد است.
سه گانگی مقیاس پذیری
ویتالیک بوترین، بنیانگذار اتریوم، اصلاح سه گانگی مقیاس پذیری ” Scalability trilemma” را درمورد توانایی بلاکچین برای دستکاری سه ویژگی ارگانیک زیر به کار برد:
- امنیت
- مقیاس پذیری
- غیرمتمرکز شدن
این سه گانگی بر آن است که هر فناوری بلاکچین می تواند حداکثر از دو ویژگی بهره مند شود و یکباره نمی تواند هر سه ویژگی را شامل شود. بنابراین، فناوری بلاکچین فعلی باید همیشه در مورد نادیده گرفتن یکی از ویژگی های بنیادی به توافق برسد. نمونه بارز، بیت کوین است. در حالی که برای بهینه سازی تمرکز زدایی و امنیت برنامه هایی دارد اما باید مقیاس پذیری را کنار بگذارد.
بعد از لایه 1 و لایه 2 چه اتفاقی می افتد؟
مسئله مقیاس پذیری، یکی از مشکلاتی است که فعلا پذیرش انبوه کریپتو در صنعت بلاکچین را ممکن نمی سازد. با افزایش تقاضا برای ارزهای دیجیتال، فشار برای مقیاس بندی پروتکل ها نیز افزایش می یابد. از آنجا که هر دو لایه بلاک چین محدودیتهای مشخصی دارند، راه حل های آتی باید راهکاری برای حل سه گانگی مقیاس پذیری داشته باشند.
با توجه به معایبی که در بالا عنوان شد، دو راه وجود دارد: کاهش مشکل مقیاس پذیری یا استفاده از جایگزین های مناسب. توسعه دهندگان بلاکچین راه اول را انتخاب می کنند و در عمل با مقیاس پذیری لایه 2 به سمت اتریوم 2.0 حرکت می کنند. سوال اساسی این است که آیا لایه های بلاکچین و مقیاس پذیری لایه 2 موقت‌اند یا دائمی خواهند بود؟
