از لایه صفر تا لایه سه، مقایسه لایه‌های مختلف بلاکچین

در سال‌های اخیر، ارزهای دیجیتال و فناوری بلاکچین به سرعت رشد کرده‌اند. با این حال علی‌رغم این رشد، معضلاتی هم وجود دارد که قبل از حرکت جهان به سمت بلاکچین باید مورد توجه قرار گیرد. یکی از مهم‌ترین نگرانی‌ها در خصوص فناوری بلاکچین، مساله مقیاس‌پذیری است. لایه‌های بلاکچین راه‌کارهای پیشنهادی برای معضل مقیاس‌پذیری و تعامل بلاکچین‌ها هستند که در این مطلب از آکادمی مزدکس به بررسی لایه‌های مختلف بلاکچین خواهیم پرداخت.

بلاکچین چیست؟

فناوری بلاکچین ترکیبی منحصر به فرد از چندین فناوری است که به صورت پشت سر هم عمل می‌کنند. محاسبات ریاضی، فرایند رمزنگاری، شبکه‌های همتا به همتا و پروتکل‌های اعتبارسنجی، همگی برای پشتیبانی از عملیات بلاکچین با هم کار می‌کنند.

به بیان ساده، بلاکچین یک پایگاه داده است که مجموعه‌ای از اطلاعات را به صورت الکترونیکی در یک سیستم کامپیوتری ذخیره می‌کند. اما اصلی‌ترین وجه تمایز بلاکچین با سایر پایگاه‌های داده، در نحوه ذخیره اطلاعات است. یک بلاکچین اطلاعات را در بسته‌هایی به نام بلاک ذخیره می‌کند. این بلاک‌ها ظرفیت محدودی دارند و هنگامی که ظرفیت آنها تکمیل شد به بلاک پر شده قبلی اضافه می‌شوند و به این شکل زنجیره‌ای از بلاک‌های حاوی اطلاعات به نام بلاکچین ایجاد می‌شود.

اجزای بلاکچین

برای آشنایی بیشتر با مفهوم بلاکچین بهتر است اجزای اصلی این شبکه غیرمتمرکز را مرور کنیم:

• نود: کاربران یا رایانه‌هایی که همگی دارای یک نسخه از بلاکچین هستند.
• تراکنش: کوچکترین ساختار بلاک در سیستم بلاکچین است.
• بلاک: به ساختاری متشکل از داده‌ها برای نگه‌داری از تراکنش‌ها گفته می‌شود.
• زنجیره: ساختاری متشکل از چندین بلاک با ترتیب خاص است.
• ماینر: کاربر یا رایانه‌ای که پروسه‌ی اعتبارسنجی هر بلاک را تایید می‌کند.
• توافق نامه بلاکچین: مجموعه‌ای از ضوابط عملیات‌های بلاکچین است.

انواع بلاکچین

۱. بلاکچین عمومی: یک دفتر کل توزیع شده بدون نیاز به اجازه (Permission-less)  و محدودیت است. افراد فقط با داشتن اینترنت در این شبکه می‌توانند به یک نود مجاز تبدیل شوند. ابتدایی‌ترین کاربرد بلاکچین‌های عمومی استخراج و معامله ارزهای دیجیتال است. از رایج‌ترین بلاکچین‌های عمومی می‌توان به شبکه بیت کوین اشاره کرد.

۲. بلاکچین خصوصی: یکی دیگر از انواع بلاکچین است که تنها در یک شبکه بسته کار می‌کند. نوع خصوصی این شبکه‌ها عموما در سازمان‌ها یا شرکت‌هایی که تعداد محدودی از اعضا اجازه دسترسی به آن را دارند استفاده می‌شود. از شناخته شده‌ترین بلاکچین‌های خصوصی می‌توان به Hyperledger Fabric IBM اشاره کرد.

۳. بلاک چین کنسرسیوم: یک شبکه نیمه غیر متمرکز است که بیش از یک سازمان آن را مدیریت می‌کند. در بلاکچین کنسرسیومی بیش از یک سازمان به عنوان نود عمل کرده و وظیفه تبادل اطلاعات یا استخراج را انجام می‌دهد. این بلاکچین‌ها عموما توسط بانک‌ها و نهادهای دولتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اهمیت مقیاس‌پذیری در بلاکچین

کارشناسان تعاریف مختلفی را برای اصطلاح «مقیاس‌پذیری» دارند. با این حال، مقیاس پذیری بلاکچین در ذات خود به توانایی سیستم برای ارائه یک تجربه غنی به هر کاربر، صرف نظر از تعداد کل کاربران در هر زمان معین اشاره دارد. هر شبکه دارای یک توان عملیاتی مشخص است که به تعداد تراکنش‌های پردازش شده توسط سیستم در هر ثانیه اشاره دارد. به عنوان مثال شبکه پرداخت ویزا (Visa) می‌تواند بیش از ۲۰ هزار تراکنش در ثانیه را پردازش کند. در حالی که این برای بیت کوین تنها ۳ تا ۷ تراکنش در ثانیه است!

این تفاوت تعجب آور است، اما توضیح ساده‌ای برای آن وجود دارد. بیت کوین بر خلاف ویزا  یک سیستم غیرمتمرکز است که برای حفظ حریم خصوصی کاربران خود، نیاز به قدرت پردازش و زمان بیشتری دارد. هر تراکنش داده در شبکه بیت کوین باید چندین مرحله از جمله پذیرش شبکه نود، استخراج، انتشار و اعتبارسنجی را طی کند. با توجه به اینکه رمزارزها در حال ورود به بدنه اصلی اقتصاد هستند، توسعه دهندگان بلاکچین در تلاشند تا دامنه مدیریت بلاکچین را گسترش دهند. آنها با ایجاد لایه‌های مختلف بلاکچین و افزایش مقیاس‌پذیری، قصد دارند زمان پردازش تراکنش‌ها را کاهش دهند.

لایه‌های مختلف بلاکچین

لایه صفر

این لایه شامل اجزای اصلی بلاکچین است که هر شبکه برای حیات خود به آنها نیازمند است. این دقیقا همان چیزی است که به بیت کوین، اتریوم و سایر شبکه‌های بلاکچینی اجازه فعالیت می‌دهد. اینها شامل اینترنت، سخت‌افزار و اتصالاتی است که به لایه اول اجازه می‌دهد به طور موثر کار کند.

لایه یک

امنیت در بلاکچین توسط لایه اول تامین می‌شود. پروسه‌های اجماع، زبان برنامه‌نویسی، زمان بلاک و … پارامترهایی هستند که عملکرد اصلی شبکه‌های بلاکچین را حفظ می‌کنند. بیت کوین، اتریوم و بایننس اسمارت چین نمونه‌هایی از بلاکچین‌های لایه یک هستند.

مشکل لایه اول و راهکارآن

با افزایش تعداد کاربران بلاکچین، توان عملیاتی لایه یک هم در حال کاهش است. فرآیند اجماع قدیمی اثبات کار که هنوز در بلاکچین‌های لایه اول استفاده می‌شود، یک روش کند و هزینه‌بر است. در این روش ماینرها برای حل الگوریتم‌های رمزنگاری، باید از قدرت محاسباتی استفاده کنند. در نتیجه قدرت پردازش و زمان بیشتری در دراز مدت مورد نیاز است. علاوه بر این، با افزایش تعداد کاربران، حجم کار بر روی بلاکچین‌های لایه یک نیز افزایش یافت و این موجب کاهش نرخ و ظرفیت پردازش این شبکه‌ها شد.

شاردینگ یکی از  تکنیک‌هایی است که برای بهبود مقیاس پذیری بلاکچین لایه اول ارائه شد. به بیان ساده، شاردینگ فرایند اعتبارسنجی و احراز هویت تراکنش‌ها را به اجزای کوچکتری تقسیم می‌کند. در نتیجه بار روی شبکه توزیع و از قابلیت محاسباتی اکثر نودها استفاده می‌شود. با کمک شاردینگ بسیاری از تراکنش‌ها را می‌توان به صورت موازی و همزمان پردازش کرد.

برخی بلاکچین های لایه اول:

• الروند (Elrond)

یک شبکه بلاکچینی لایه اول که در سال ۲۰۱۸ راه‌اندازی شد و برای بهبود عملکرد و مقیاس پذیری خود از فناوری شاردینگ استفاده می‌کند.

• هارمونی (Harmony)

یک بلاکچین لایه اول است که از مدل اجماع اثبات سهام موثر (EPoS) و فناوری شاردینگ استفاده می‌کند. این بلاک چین دارای ۴ شارد است که هر یک به طور جداگانه بلاک‌های جدیدی را ساخته و تایید می‌کنند.

• سلو (Celo)

بلاکچین لایه اول سلو با فورکی از Go Ethereum در سال ۲۰۱۷ راه‌اندازی شد. از قابلیت‌های این شبکه میتوان به امکان اجرای PoS و سیستم آدرس منحصر بفرد اشاره کرد.

لایه دوم

با توسعه هر چه بیشتر شبکه‌های بلاکچینی، راهکارهای لایه اول و شاردینگ هم آنچنان جوابگوی معضل مقیاس‌پذیری و افزایش هزینه تراکنش‌ها نشدند. بنابراین توسعه‌دهندگان به فکر ارائه لایه دوم افتادند. لایه دوم، یک شبکه بر بالای لایه اول است که با جدا کردن برخی داده‌ها از لایه اول و انتقال آنها به لایه دوم موجب بهبود مقیاس‌پذیری می‌شود. در نتیجه، قراردادهای هوشمند در پروتکل اصلی بلاکچین تنها به سپرده‌ها و برداشت‌ها رسیدگی می‌کنند. 

از آنجایی که راهکارهای لایه دوم، تراکنش‌ها و عملیات بلاکچین را خارج از زنجیره اصلی (لایه ۱) انجام می‌دهند، به آنها راهکارهای بیرون زنجیره‌ای (off-chain) نیز گفته می‌شود. دو نمونه از مهمترین راهکارهای لایه دوم عبارتند از شبکه لایتنینگ بیت کوین (Bitcoin Lightning Network) و پلاسما اتریوم (Ethereum Plasma).

مشکل لایه دوم و راهکار آن

مفاهیم تمرکززدایی (لایه صفر)، امنیت (لایه یک) و مقیاس‌پذیری (لایه دوم)، سه رکن اساسی شبکه های بلاکچینی هستند. اما با افزایش پذیرش بلاکچین خصوصاً در یک سال اخیر، مفهوم جدیدی به نام تعامل پذیری یا همان قابلیت همکاری در بلاکچین‌ها ظهور کرد.

این مفهوم به توانایی دسترسی و تبادل اطلاعات بین شبکه های مختلف اشاره دارد که تا ظهور لایه سوم حل نشده باقی ماند.

مهمترین پروژه‌های لایه دوم:

• ساید‌چین‌ها (SideChains)

ساید‌چین‌ها یا زنجیره‌های جانبی یکی از راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه ۲ هستند. زنجیره جانبی امکان پردازش همزمان تعداد زیادی تراکنش را فراهم می‌کند.

• رول آپ (Rollup‌s)

رول آپ‌ها، تراکنش‌ها را خارج از زنجیره اصلی انجام می‌دهند و سپس داده‌های تراکنش را در لایه دوم آپلود می‌کنند. این پروژه به دو دسته: رول آپ آپتیمیستیک و رول آپ با دانش صفر تقسیم می‌شوند.

• پلاسما (Plasma)

پلاسما روشی برای بهبود مقیاس‌پذیری اتریوم و افزایش قدرت محاسباتی این شبکه است. ساختار پلاسما به گونه‌ای طراحی شده که با ایجاد زنجیره‌های جانبی زیاد در بستر شبکه اصلی، ظرفیت بلاکچین را افزایش می‌دهد.

لایه سوم

در جهان کریپتو قابلیت همکاری به این معناست که دو بلاکچین با اکوسیستم‌های مجزا (مثل بیت کوین و اتریوم)، بتوانند بدون هیچ واسطه‌ متمرکزی با هم ارتباط برقرار کنند. به عبارتی دیگر در اصل انتقال بیت کوین به اتریوم و استفاده از آن در چندین برنامه مالی غیرمتمرکز (DeFi) یا بالعکس غیرممکن است. در حالی که برخی پروژه‌ها پل‌هایی را بین بیت کوین و اتریوم در لایه اول ایجاد کرده‌اند تا کاربران بتوانند از دارایی دیجیتال در برنامه‌های غیرمتمرکز استفاده کنند، اما عموما دارای واسطه‌های قابل اعتماد خودشان یا میزانی از تمرکز هستند.

لایه سوم که گاهی اوقات با نام لایه اپلیکیشن شناخته می‌شود به عنوان یک رابط کاربری عمل می‌کند. همانطور که در ساختار لایه‌ای معماری بلاکچین ذکر شد، اپلیکیشن‌های لایه سوم همان چیزی هستند که به بلاکچین ها قابلیت کاربرد در دنیای واقعی را می‌دهند.

معرفی برخی بلاکچین‌های لایه سوم

• کاردانو (Cardano)

یکی دیگر از پروژه‌های موجود در نسل سوم بلاکچین، کاردانو است. این شبکه علاوه بر ویژگی‌های بسیاری که دارد، متمرکز بر بهبود و تسهیل ایجاد قراردادهای هوشمند است.

• ایاس (EOS)

بلاکچین ایاس یکی دیگر از بلاکچین‌های نسل سوم است که هدف آن رفع معضل مقیاس‌پذیریست. ایاس با ایجاد اکوسیستمی برای شبکه‌های مبتنی بر بلاکچین، قصد دارد امکان ادغام شبکه‌های مختلف را در کنار حفظ حریم خصوصی میسر کند.

• آیکون (Icon)

آیکون یکی دیگر از پروژه‌های فعال در زمینۀ نسل سوم بلاکچینه‌ا است. این پروژه متعلق به کره جنوبی است و قصد دارد سراسر دنیا را از طریق بلاکچین به یکدیگر مرتبط کند. کاربران می‌توانند با توجه به نوع نیاز خود در زمینه‌هایی همچون بانکداری، آموزش، تجارت الکترونیک و غیره از این پلتفرم استفاده نمایند.

تفاوت بین لایه‌های بلاکچین در چیست؟

لایه‌های مختلف بلاکچین اهداف و کاربردهای متفاوتی با یکدیگر دارند. پروتکل‌های لایه صفر، ابزارهای لازم برای توسعه بلاکچین‌های لایه یک سازگار با یکدیگر را در اختیار توسعه‌دهندگان قرار می‌دهند. 

شبکه‌های لایه دوم هم اساساً به منظور افزایش مقیاس‌پذیری بلاکچین‌های لایه یک طراحی می‌شوند.

و در نهایت شبکه‌های لایه سوم قرار دارند که به منظور بهبود تعامل و همکاری بین شبکه‌های مختلف بلاکچینی ارائه شده‌اند.

جمع بندی

مقیاس‌پذیری یکی از معضلات پذیرش رمزارزها از سوی جریان اصلی است. با افزایش تقاضا برای ارزهای دیجیتال، تمایل به توسعه پروتکل‌های بلاکچینی هم افزایش یافته است. اما از آنجا که هر بلاکچین با مجموعه‌ای از محدودیت‌های خاص خود روبروست، راهکارهایی در لایه‌های مختلف در بلاکچین ارایه شده که موجب افزایش مقیاس‌پذیری آنها می‌شود. در این مقاله، لایه‌های مختلف بلاکچین به همراه اهمیت وجود هر کدام را بررسی کردیم. در پایان اگر پرسشی در خصوص لایه‌های بلاکچین دارید، لطفاً در بخش کامنت‌ها با ما در میان بگذارید.