مقیاس پذیری در بلاکچین چیست؟ | چالش‌های مقیاس‌پذیری و راه حل‌های آن

یکی از چالش‌های بزرگ صنعت ارزهای دیجیتال به‌ویژه در بخش خدمات مالی غیر متمرکز، مساله مقیاس‌پذیری است. اهمیت معیار مقیاس‌پذیری در زمان تراکنش‌هایی با حجم بالا روشن می‌شود؛ زیرا شبکه‌هایی که مقیاس‌پذیری بالایی دارند می‌توانند این تراکنش‌ها را با سرعت بیشتری مدیریت و پردازش کنند و در نتیجه این تراکنش‌ها با سرعت بیشتری انجام می‌شوند. برای افزایش سرعت تراکنش‌ها و میزان مقیاس‌پذیری، راهکارها و فناوری‌های مختلفی ایجاد شده‌اند؛ اما همچنان چالش‌هایی نیز در این زمینه وجود دارد. برای آن‌که بدانید مقیاس پذیری در بلاکچین چیست و چه راهکارهایی برای آن وجود دارد با ما در این مطلب از هیتوبیت همراه باشید.

مقیاس پذیری در بلاکچین چیست؟

به‌طور کلی مقیاس‌پذیری (Scalability) به‌معنای توانایی یک شبکه کامپیوتری در مدیریت و پردازش مقدار زیادی از کار است. برای مثال مقیاس‌پذیری را می‌توان در مورد یک دیتا سنتر یا یک موتور جستجو نیز بررسی کرد؛ اما در زمینه فناوری بلاکچین، مقیاس‌پذیری معنی گسترده‌تری دارد. از یک سو باید بدانید که بلاکچین به‌دلیل استفاده از کدنویسی‌های پیچیده و همچنین ارتباطات بلوکی، در برابر تغییرات برای افزایش سرعت یا تغییرات در فرآیندها مقاومت می‌کند و این مساله به‌خودی خود یکی از دشواری‌های افزایش میزان مقیاس‌پذیری در بلاکچین است.

از سوی دیگر مفهوم مقیاس‌پذیری در بلاکچین علاوه‌بر افزایش سرعت در مدیریت کارها به موضوعات دیگری مانند افزایش توان عملیاتی، کاهش تاخیر، زمان بوت استرپ (Bootstrap Time) و کاهش هزینه‌های تراکنش نیز ارتباط دارد. بنابراین بر اساس همه این ویژگی‌ها از بعضی از شبکه‌های بلاکچین با نام شبکه‌های بلاکچین مقیاس‌پذیر یاد می‌کنیم.

اهمیت مقیاس پذیری در بلاکچین چیست؟

توان عملیاتی شبکه بلاکچین در زمان مدیریت تراکنش‌هایی با حجم بالا از این نظر دارای اهمیت است که هر شبکه ممکن است در آینده با استقبال کاربران بیشتری روبه‌رو شود. بنابراین مقیاس‌پذیری به یکی از مهم‌ترین معیارها برای تعیین چشم‌انداز شبکه و رشد آینده آن تبدیل می‌شود. این یعنی یک شبکه مقیاس‌پذیر با افزایش پذیرش از سوی کاربران در آینده نیز به‌خوبی کار می‌کند. اگرچه مقیاس‌پذیری بالا می‌تواند دو معیار دیگر یعنی امنیت و تمرکززدایی را به خطر بیندازد اما مقیاس‌پذیری مهم‌ترین وجه تمایز و عاملی اساسی برای رقابت بین شبکه‌های بلاکچینی و پلتفرم‌های سنتی است.

مثلث مقیاس پذیری در بلاکچین چیست؟

تصور کنید در مقابل یک سه‌راهی قرار گرفته‌اید که فقط می‌توانید دو راه را از میان آن‌ها انتخاب کنید. مثلث بلاکچین یا مثلث مقیاس پذیری (Scalability Trilemma) نیز تقریبا چنین حالتی دارد. این مثلث دارای سه ضلع است که عبارتند از: تمرکززدایی (Decentralization)، مقیاس‌پذیری (Scalability) و امنیت (Security). کارشناسان فناوری معتقد هستند شبکه‌های بلاکچینی تنها می‌توانند دو مورد از این سه مورد را در حد مطلوب ایجاد کنند.

مثلث یا Trilemma (سه‌راهی) بلاکچین اصطلاحی بود که اولین بار توسط ویتالیک بوترین، خالق اتریوم، به کار رفت. این اصطلاح دارای اثبات ریاضی نیست بلکه تنها به تجربیات و مشاهدات حوزه بلاکچین اشاره دارد. در واقع این مثلث اشاره به یک چالش عملیاتی دارد که ممکن است روزی با ابداع یک الگوریتم یا راهکار فناورانه جدید، حل شود. در ادامه با سه ضلع این مثلث آشنا می‌شویم.

تمرکززدایی در بلاکچین

تمرکززدایی (Decentralization) انواع گوناگونی دارد اما ایده اساسی در تمامی آن‌ها بی‌نیازی از یک مدیریت یا سیستم مرکزی است که به مرکز تصمیم‌گیری، نظارت و توزیع وظائف و… تبدیل شود. بنابراین بلاکچین برای دستیابی به این هدف از یک مکانیسم اجماع به‌منظور تصمیم‌گیری استفاده می‌کند. مزیت این مکانیسم در این است که عامل “نیاز به اعتماد” از بین می‌رود. یعنی هیچ نیازی وجود ندارد که شما به اعضای شبکه اعتماد داشته باشید. زیرا شبکه دارای ساختاری است که از بروز مشکلات مرتبط با مساله اعتماد مانند کلاهبرداری و عدم شفافیت جلوگیری می‌کند. بنابراین هیچ نهادی نمی‌تواند تمامی شبکه بلاکچین را کنترل کند و دخالت‌های نهادی نیز از بین می‌رود.

برخی از انواع تمرکززدایی بلاکچین عبارتند از:

• تمرکززدایی تجاری
• تمرکززدایی فیزیکی
• تمرکززدایی معاملاتی
• تمرکززدایی ساختاری یا معماری
• تمرکززدایی سیاسی
• تمرکززدایی منطقی

امنیت در بلاکچین

امنیت، نیاز همه شبکه‌های اطلاعاتی و مالی است و در فناوری بلاکچین، شبکه ایمن، شبکه‌ای است که از مقاومت بالایی در برابر نفوذ منابع خارجی برخوردار باشد. برخی از چالش‌های بلاکچین در این زمینه حملاتی از قبیل Double Spending یا دوبار خرج کردن، سیبیل (Sybil)، DDoS و حملات 51 درصدی است.

مقیاس پذیری در بلاکچین

مقیاس پذیری یکی معیارهای نشان‌دهنده میزان ظرفیت شبکه (Networks Capacity) است. برخی از عوامل موثر بر این عامل عبارتند از: تعداد گره‌های شبکه، میزان تراکنش‌هایی که شبکه می‌تواند انجام دهد و سرعت انجام تراکنش‌ها. نکته جالب توجه این است که الگوریتم POW طوری طراحی شده است که ممکن است شبکه بتواند از هر مقدار گره پشتیبانی کند. زیرا این الگوریتم سطح دشواری را بر اساس تعداد نودها تغییر می‌دهد.

چالش‌های مقیاس پذیری در بلاکچین

تصور کنید که مقابل یک خودپرداز ایستاده‌اید و می‌خواهید مقداری پول دریافت کنید و دستگاه از شما یک ساعت برای محاسبات، زمان بخواهد!! قطعا این شرایط برای شما قابل پذیرش نیست. شاید به همین دلیل است که در بازار ارزهای دیجیتالی، می‌گویند “بیت کوین مقیاس پذیر نیست.” زیرا شبکه بلاکچین این ارز دیجیتالی تنها از 7 تراکنش در ثانیه پشتیبانی می‌کند. این درحالی‌است که یک شبکه غیر بلاکچینی مالی مانند ویزا (VISA) می‌تواند از 24 هزار تراکنش در ثانیه پشتیبانی کند. بنابراین چالش اساسی این است که در دنیای واقعی هنوز نمی‌توان از بسیاری از شبکه‌های بلاکچینی برای خریدهای روزمره و موارد مشابه استفاده کرد.

سه ویژگی اساسی برای مقیاس پذیری در بلاکچین

مقیاس پذیری بلاکچین با سه ویژگی کلیدی نیز در ارتباط است که عبارتند از: اجرای بلاکچین، ذخیره‌سازی بلاکچین و اجماع بلاکچین. اجرای زنجیره بلوکی به معنای محاسبات و اقداماتی است که برای مدیریت و پردازش تراکنش‌ها انجام می‌شوند. اقداماتی مانند: بررسی اعتبار امضاها، میزان موجودی توکن و… ذخیره‌سازی بلاکچین عبارت است از ایجاد سابقه‌ای برای نودهای کامل و اطلاعات دفتر کل که داده‌های تاریخی و وضعیت کلی را دربرمی‌گیرد. منظور مکانیسم اجماع نیز همان توافق در مورد وضعیت فعلی بلاکچین است.

راه حل مقیاس پذیری در بلاکچین چیست؟

یک راه حل اساسی برای حل چالش مقیاس پذیری در بلاکچین، استفاده از زنجیره جانبی یا لایه دوم بلاکچین است. برای درک بهتر می‌توانیم یک مثال ترافیکی بزنیم. وقتی بار ترافیک در داخل یک شهر زیاد باشد، با احداث جاده کمربندی می‌توان بخشی از این ترافیک را هدایت کرد تا میزان ترافیک درون شهری کاهش یابد.

لایه دوم بلاکچین نیز دقیقا همین کار را می‌کند. از یک سو قیمت دارایی‌ها روی لایه اصلی و لایه دوم بلاکچین با هم تفاوتی ندارند و از سوی دیگر می‌توان برخی از برنامه‌ها را در زمان ترافیک بالای تراکنش‌ها در شبکه به لایه دوم که کوچکتر است منتقل کرد. بنابراین سرعت تراکنش‌ها افزایش می‌یابد. این ویژگی باعث شده است از این لایه با نام کانال پرداخت نیز یاد شود. مسیری که پل جداگانه‌ای برای ایجاد ارتباط بین طرفین تراکنش‌ها است. البته باید بدانید که این تراکنش‌ها چون در لایه دوم هستند به اجماع جهانی نیازی ندارند. در ادامه با برخی از راه حل‌های مساله مقیاس پذیری در بلاکچین آشنا می‌شویم.

راهکارهای خارج از زنجیره اصلی

وقتی تعداد تراکنش‌ها زیاد باشد، تایید جهانی تراکنش‌ها فشار زیادی بر روی شبکه می‌آورد و در نتیجه سرعت کار کاهش می‌یابد. بنابراین همانطور که پیشتر گفتیم در این مواقع می‌توان از راهکارهای لایه دوم استفاده کرد. این راهکارها در حقیقت پروتکل‌هایی هستند که روی بلاکچین اصلی (لایه اول) قرار می‌گیرند و علاوه‌بر مقیاس‌پذیری در حفظ حریم خصوصی کاربران نیز کاربرد دارند.

برخی از ویژگی‌ها و مزایای دیگر این پروتکل‌ها عبارتند از:

• کاهش ازدحام در بلاکچین اصلی
• صرفه‌جویی در فضا
• استفاده بهینه از توانایی شبکه
• افزایش کارایی شبکه
• استفاده از ظرفیت بلاکچین اصلی برای تراکنش‌های مهم‌تر یا پیچیده‌تر

زنجیره جانبی به‌عنوان راه حلی برای مقیاس‌پذیری در بلاکچین

زنجیره جانبی (Sidechain) در واقع یک بلاکچین دیگر است. البته این زنجیره می‌تواند از بلاکچین اصلی سرچشمه بگیرد یا این که کلا به موازات آن کار کند. هرچند که در حالت موازی نیز این دو زنجیره به هم متصل می‌شوند. زنجیره جانبی امکان تبادل انواع دارایی‌های دیجیتالی را بین زنجیره بلوکی اصلی و زنجیره جانبی فراهم می‌کند و این یعنی این ارتباط بین زنجیره‌ای، شرایطی را ایجاد می‌کند که بتوانیم بخشی از ترافیک پردازش تراکنش‌ها را به زنجیره جانبی منتقل کنیم.

برخی از انواع این زنجیره‌ها عبارتند از:

• زنجیره جانبی Polygon
• زنجیره جانبی Skale
• زنجیره جانبی Gnosis Chain
• زنجیره جانبی CrossBell

کانال‌های پرداخت

کانال‌های پرداخت (Payment channels) از دیگر راهکارهای افزایش مقیاس‌پذیری در بلاکچین هستند. این کانال‌ها نیز به موازات شبکه اصلی کار می‌کنند و واسطه‌ای بین طرفین معاملات هستند. البته تراکنش‌هایی به این کانال‌ها هدایت می‌شوند که نیازی به تایید از سوی تمامی گره‌ها ندارند. استفاده از این کانال‌ها 3 مرحله دارد که عبارتند از:

• ایجاد کانال پرداخت و تامین مالی برای آن
• انجام معاملات همتابه‌همتا
• بستن کانال ثبت اطلاعات وضعیت نهایی در شبکه اصلی

مقیاس پذیری در بلاکچین با استفاده از هارد فورک

هارد فورک، راهکاری برای ایجاد تغییرات ساختاری در یک شبکه بلاکچینی است. یکی از معروف‌ترین راهکارها در این زمینه بیت کوین کش است که به‌عنوان یکی از هاردفورک‌های بیت کوین، توانسته است سرعت تراکنش‌ها را افزایش دهد.

مقیاس پذیری در بلاکچین با استفاده از شاردینگ

شاردینگ (Sharding) راهکاری برای پارتیشن‌بندی در پایگاه‌های داده‌ است که هر کدام از آن‌ها را بتوان به طور جداگانه مدیریت کرد. این مکانیسم عملکردها را بهبود می‌بخشد و امکان استفاده از آن در بلاکچین‌ها نیز وجود دارد. در این حالت، شبکه بلاکچین به بخش‌های متعددی تقسیم می‌شود که هر کدام توسط گروهی از گره‌ها اداره می‌شوند. در این حالت خوشه‌هایی از گره‌ها ایجاد می‌شوند که می‌توانند به‌طور موازی و مستقل کار کنند و در نهایت تمامی این اقدامات یکپارچه می‌شوند. این یک روش لایه‌بندی یا پارتیشن‌بندی افقی برای مقیاس‌پذیری است.

سرعت تراکنش؛ مهم‌ترین معیار برای اندازه‌گیری مقیاس پذیری در بلاکچین

توان عملیاتی شبکه بلاکچین تنها معیار برای اندازه‌گیری مقیاس پذیری در بلاکچین نیست. زیرا به‌عنوان مثال، یک پروتکل یا زنجیره جانبی ممکن است سرعت پردازش اطلاعات بالایی داشته باشد اما به زمان زیادی برای تایید تراکنش‌ها نیاز داشته باشد. در این اینجا است که معیار سرعت تراکنش اهمیت می‌یابد. در واقع معمولا با ازدحام شبکه، این زمان تایید تراکنش است که کاهش می‌یابد نه توان عملیاتی. سرعت تراکنش ارزهای دیجیتالی نیز به نوع فناوری بلاکچین این ارزها ارتباط دارد. با این حال برخی از ارزهای دیجیتالی که دارای سرعت تراکنش بیشتر از بیت کوین هستند عبارتند از:

• اتریوم
• تتر
• لایت کوین
• سولانا
• فانتوم

راهکارهای افزایش مقیاس پذیری در بلاکچین

با رشد فناوری‌های مالی دیفای یا غیر متمرکز و دیگر فناوری‌های بلاکچینی، انتظار می‌رود که پذیرش جهانی شبکه‌های بلاکچینی نیز افزایش یابد. اما کاربردی‌ بودن این فناوری‌ها در گرو افزایش مقیاس پذیری در شبکه بلاکچین است. در حال حاضر راهکارهای متنوعی برای مقیاس پذیری شبکه‌های بلاکچین ارائه شده‌اند و برخی از شرکت‌ها نیز در حال توسعه راهکارهای فناورانه خود هستند. در ادامه با برخی از این راهکارها آشنا می‌شویم.

راهکار پالیگان؛ یک زنجیره جانبی برای مقیاس پذیری

پالیگان (Polygon) چارچوبی برای همکاری‌های مقیاس پذیر بلاکچینی جهت ساخت بلاکچین‌های سازگار با شبکه اتریوم است. در واقع پالیگان به‌دنبال رفع برخی از نواقص شبکه اتریوم مانند محدودیت توان عملیاتی، تاخیر در تراکنش‌ها و موارد دیگر با استفاده از یک زنجیره جانبی است.

پالیگان قبلا به نام ماتیک شهرت داشت. ماتیک یک راهکار ساده برای مقیاس پذیری بود اما پالیگان روشی ترکیبی دارد و از فناوری پلاسما برای مدیریت تراکنش‌ها، بیرون از زنجیره اصلی استفاده می‌کند. بنابراین توسعه‌دهندگان دنیای ارزهای دیجیتالی و فناوری‌های بلاکچین می‌توانند با استفاده از پالیگان، مقیاس پذیری را در شبکه‌های خود افزایش دهند. پالیگان برای هر بلاکچین چهار لایه ایجاد می‌کند که آن‌ها را با هم مرور می‌کنیم:

• لایه اتریوم
• لایه امنیتی
• لایه شبکه‌ پالیگان
• لایه اجرا

شبکه Skale برای ایجاد زنجیره جانبی

شبکه Skale نیز یکی دیگر از راهکارهای مقیاس پذیری برای شبکه اتریوم است. این راهکار شرایطی را ایجاد می‌کند تا توسعه‌دهندگان در خارج از زنجیره اصلی اتریوم، تراکم این زنجیره را دور بزنند و در یک زنجیره جانبی تحت مدیریت Skale تراکنش‌ها را مدیریت کنند. بنابراین برنامه‌های غیر متمرکز می‌توانند به راحتی در محیط قابل اطمینان این شبکه مستقر و اجرا شوند. هزینه‌های درون این شبکه نیز با استفاده از توکن بومی آن یعنی SKL قابل پرداخت هستند.

زنجیره‌های جانبی این شبکه اگرچه دارای استقلال هستند اما با زنجیره اصلی نیز یکپارچه می‌شوند. این یعنی برنامه‌ای که روی زنجیره جانبی Skale اجرا می‌شود به زنجیره اصلی نیز دسترسی دارد و برعکس. از مزایای این شبکه می‌توان موارد زیر را نام برد:

• امکان تست نرم‌افزارهای غیر متمرکز روی این زنجیره جانبی
• افزایش توان عملیاتی شبکه اتریوم
• کاهش هزینه‌های تراکنش‌ها
• افزایش امنیت

اکوسیستم پولکادات

یکی از برترین پروژه‌های قابل همکاری در دنیای بلاکچین، پولکادات (Polkadot) است. این پروژه توسط دکتر گوین وود (Gavin Wood) راه‌اندازی شده است که یکی از بنیانگذاران شبکه اتریوم نیز بوده است. ویژگی خاص پولکادات در این است که با استفاده از 4 بلاکچین مختلف طراحی شده است. این ویژگی در کنار برخی از امکانات دیگر این شبکه، باعث شده است که بتوان از پولکادات برای انتقال داده‌ها بین بلاکچین‌های مختلف استفاده کرد. در واقع مقیاس پذیری تنها یکی از مزایای این پلتفرم است و از دیگر مزایای آن می‌توان به این موارد اشاره کرد:

• شاردینگ (sharding) ناهمگن
• قابلیت ارتقا
• مدیریت شفاف
• سازگاری بین زنجیره‌ای

یکی دیگر از ویژگی‌های پولکادات این است که علاوه‌بر امکان ایجاد یک زنجیره جانبی، می‌تواند مجموعه‌ای از زنجیره‌ها را ایجاد کند که ارتباطات بین بلاکچین‌ها را ممکن می‌کنند و همین افزایش ارتباطات، عاملی برای انتقال داده‌ها و نیز انجام تراکنش‌ها  بیرون از بلاکچین‌ اصلی می‌شود. در ضمن خود پولکادات با مدیریت این زنجیره‌ها، امنیت آن‌ها را نیز تامین و تضمین می‌کند.

بیت کوین کش

بیت کوین اولین ارز دیجیتالی جهان و رهبر بازار ارزهای دیجیتالی است. با این حال یکی از بزرگ‌ترین مشکلات بلاکچین بیت کوین، عدم مقیاس پذیری و زمان بالای انجام تراکنش‌ها است. بیت کوین کش راهکاری برای حل این مشکل بود که نخستین بار در سال 2017 معرفی شد. بیت کوین کش همچنین یک هارد فورک از بلاکچین بیت کوین است. اگرچه سرعت تراکنش‌های در شبکه بیت کوین کش افزایش یافته است اما هنوز هم با سرعت تراکنش در بسیاری از شبکه‌ها قابل مقایسه نیست.

شبکه Lightning؛ راهکاری برای مقیاس پذیری بلاکچین بیت کوین

آیا می‌دانستید محبوبیت بیت کوین یکی از دلایل کاهش سرعت آن است؟ دلیل این امر مشکل مقیاس پذیری بیت کوین است که با افزایش پذیرش جهانی، بیشتر نمود پیدا می‌کند. شبکه لایتنینگ یک راه حل امیدوارکننده برای بهبود این مشکل اساسی بیت کوین است.

شبکه لایتنینگ بیت کوین نرم‌افزاری غیر متمرکز است که در واقع به شکل یک راهکار لایه دوم روی شبکه اصلی بیت کوین نصب می‌شود و می‌توان از آن برای فعال کردن تراکنش‌ها در بیرون از زنجیره اصلی بیت کوین استفاده کرد. کاهش هزینه‌های انرژی و افزایش سرعت پردازش تراکنش‌ها از مزایای شبکه لایتنینگ بیت کوین هستند.

راهکار شبکه bloXroute

شرکت bloXroute یک شرکت پیشرو در ارائه خدمات بلوک استریم، خدمات دیفای و خدمات mempool است و ابزارهای معاملاتی دیفای را نیز برای افزایش سرعت تراکنش‌ها منتشر می‌کند. برای مثال mempool در واقع راهکاری است که تراکنش‌ها را قبل از پردازش در یک صف سازماندهی می‌کند تا سرعت پردازش افزایش یابد.

شبکه bloXroute هنوز تکمیل نشده است و توسعه آن برای کل صنعت فناوری‌های بلاکچینی به تامین مالی و اقدامات بسیاری نیاز دارد. با این حال bloXroute یک راهکار بلاکچینی است که مقیاس پذیری را برای همه بلاکچین‌ها ایجاد می‌کند. برای حل مشکلات مقیاس‌پذیری، bloXroute پیشنهاد می‌کند که یک شبکه تحویل محتوا (CDN) به شبکه‌های بلاکچین منتقل شود.

پروتکل Mantle

پروتکل Mantle یکی از راهکارهای مقیاس پذیری لایه 2 برای شبکه اتریوم است. این پروتکل توسط یکی از سازمان‌های مستقل غیر متمرکز راه‌اندازی شده است و توکن‌های حاکمیتی آن بیت و بیت دائو هستند. ساختار ماژولار Mantle به‌گونه‌ای است که تراکنش‌ها و اقدامات مختلف را در لایه‌های جداگانه پردازش می‌کند. همچنین هر برنامه‌ای که بر روی این پروتکل ساخته شود، هزینه‌های کمتری برای تراکنش‌ها خواهد داشت. از دیگر مزایای این پروتکل می‌توان به امنیت بالای آن اشاره کرد.

استفاده از شبکه‌های مقیاس‌پذیر هزینه تراکنش را کاهش می‌دهد

یکی از نیازهای توسعه‌دهندگان نرم‌افزارهای بلاکچینی و همچنین سرمایه‌گذاران و معامله‌گران بازار ارزهای دیجیتالی این است که از پلتفرم‌ها، ارزها و برنامه‌هایی استفاده کنند که هم هزینه تراکنش‌های کمتری داشته باشند و هم سرعت انجام تراکنش‌ها در آن‌ها بالا باشد. به‌همین دلیل آشنایی با انواع راهکارهای مقیاس پذیری در بلاکچین اهمیت بالایی دارد.

در صورتی که به خدمات معاملات ایمن ارزهای دیجیتالی با بالاترین سرعت و کمترین هزینه علاقه دارید ما در صرافی هیتوبیت این امکان را برای شما ایجاد کرده‌ایم. برای استفاده از خدمات متعدد هیتوبیت، کافی است در صرافی ما حساب باز کنید تا بتوانید معاملاتی سودآور را در بازار ارزهای دیجیتالی آغاز کنید.