فناوری بلاک چین قابلیت های فوق العاده ای را ارائه می دهد از جمله: تمرکززدایی، تعاملات بدون دخالت واسطه یا شخص ثالث، سطح بالای امنیت و ثبت بی وقفه سوابق. این امر باعث توسعه اکوسیستم ارزهای دیجیتال شده و از نوآوری های تکنولوژیکی پشتیبانی می کند. با این حال، یکی از مشکلات اصلی بسیاری از شبکه های بلاک چین، مقیاس پذیری آنها است. مشکلات مقیاس بندی زمانی مطرح می شوند که حجم داده های منتقل شده از طریق بلاک چین به دلیل ظرفیت های ناکافی بلاک چین محدودیتی پیدا کند. به این منظور، تاکنون راه حل های گوناگونی ارائه شده است که بعضی از آنها به بلاک چین لایه 1 و لایه 2 موسوم هستند. 

در یک حالت ایده آل، یک بلاک چین می تواند تعداد نامحدودی از تراکنش ها را در ثانیه انجام دهد. با این حال، زنجیره اصلی بیت کوین تنها می تواند حدود 3 تا 7 تراکنش در ثانیه را اداره کند. برای مقایسه، "Visa" می تواند حدود 20,000 تراکنش در ثانیه را با استفاده از شبکه پرداخت الکترونیکی متمرکز VisaNet پردازش کند. تفاوت در سطح عدم تمرکز و حفظ حریم خصوصی است که بیت کوین و سایر بلاک چین ها قصد دارند آن را ارائه دهند. برای جایگزینی یک سیستم متمرکز ساده به زمان و قدرت پردازشی زیادی نیاز است. هر تراکنش باید توسط شبکه جهانی گره ها پذیرفته، استخراج، توزیع و تأیید شود.

برای حل این مشکلات، توسعه دهندگان بلاک چین در تلاش هستند تا دامنه آنچه را که یک بلاک چین می تواند انجام دهد، بهبود بخشند. این بدان معناست که امکان تعداد بیشتری تراکنش در ثانیه و زمان پردازش سریعتر وجود دارد. این امر هدف مشترک جامعه بلاک چین را به واقعیت تبدیل می کند: ایجاد ارزهای دیجیتال و سیستم های مبتنی بر بلاک چین در دسترس همگان به روشی مناسب، ایمن و کارآمد. در این مقاله به طور خلاصه به بحث درباره ی بعضی از این راه حل ها پرداخته شده است.

چرا بلاک چین لایه 1 و لایه 2 مقیاس بندی ضروری است؟

بلاک چین لایه 1 و لایه 2، می توانند با ارائه راه حل هایی برای بلاک چین بدون نیاز به افزایش اندازه بلاک یا ارائه اقدامات دیگری که بر توانایی فناوری برای عدم تمرکز و سطوح بالای امنیت تأثیر می گذارد، با مشکلات ذکر شده مقابله کنند. 

راه حل های مقیاس بندی لایه 1

 لایه 1، نوعی از بلاک چین لایه 1 و لایه 2 است که با تغییر نحوه عملکرد آنها در پردازش داده ها، به بهبود پروتکل های پایه (به عنوان مثال اثبات کار بیت کوین) کمک می کنند. به عنوان مثال، شبکه اتریوم اکنون به سمت الگوریتم اجماع اثبات سهام حرکت می کند. این روش جدید استخراج از سرعت معاملات سریعتر و استفاده از انرژی به صورت کارآمدتر در فرآیند استخراج پشتیبانی می کند. 

با این حال، راه حل های لایه 1 تنها راه موجود برای مقیاس بندی بلاک چین نیستند. راه حل های لایه دوم برای مقیاس بندی، یک پروتکل اضافی ایجاد می کنند که روی بلاک چین هایی مانند اتریوم و بیت کوین ساخته شده است. راه حل های مقیاس بندی لایه 2 بدون دستکاری در هیچ یک از ویژگی های تمرکززدایی یا ویژگی های امنیتی که جزء جدایی ناپذیر بلاک چین اصلی است، کارایی آن را افزایش می دهند. 

شاردینگ

شاردینگ یکی از راه حل های مقیاس بندی لایه 1 است که برای تایید اعتبار تراکنش ها، شبکه را به قطعات کوچکتر تقسیم می کند. این امر، بار کار را بهتر در شبکه همتا به همتا پخش می کند تا قدرت محاسبات بیشتری را از گره های بیشتر به ارمغان بیاورد. همه اینها باعث می شود بلوک ها سریعتر تکمیل شوند. در حال حاضر برخی از ارزهای دیجیتال مانند زیلیکا از شاردینگ برای بلاک چین خود استفاده می کنند. با این حال، این فرآیند بدون عیب و نقص نیست. به عنوان مثال، در یک بلاک چین تقسیم شده، برقراری امنیت تا حدی مشکل ساز است چرا که با تقسیم بلاک چین به واحدهای کوچکتر، فعالیت هکرها نیز راحت تر خواهد بود.

سایدچین (sidechain) چیست؟

سایدچین در واقع ترکیبی از بلاک چین لایه 1 و لایه 2 برای مقیاس بندی است. سایدچین بلاک چین دیگری است که به یک زنجیره اصلی مانند بیت کوین متصل است. آنها با یک اتصال دو طرفه با یکدیگر لینک هستند که در واقع یک پروتکل است که امکان انتقال باز رمز ارز از زنجیره اصلی به یک زنجیره لایه دو را فراهم می کند. یکی از نمونه های sidechain شبکه Liquid است که به زنجیره اصلی بیت کوین متصل شده است. مانند سایر راه حل های مقیاس بندی لایه 2، هدف آن این است که مشکلات مقیاس پذیری را با تخلیه برخی از فرآیندهای اعتبارسنجی و پردازش تراکنش ها در بلاک چین دیگر حل کند. این امر فضای زنجیره اصلی را برای انجام تعداد بیشتری تراکنش آزاد می کند.

پاراچین (Parachain) چیست؟

واژه ی پاراچین مخفف عبارت "زنجیره موازی" است. همانطور که می توانید تصور کنید، این زنجیره ها در یک سیستم بلاک چین به هم پیوسته، موازی یکدیگر هستند. همه آنها در یک چارچوب یکسان ایجاد می شوند که به آنها امکان می دهد ویژگی های امنیتی یکسانی داشته باشند و همه آنها به زنجیره مرکزی متصل هستند. با این حال، همه آنها همچنین می توانند به طور مستقل برای رسیدگی به برنامه های خاص خود عمل کنند. این ایده اصلی پشت Polkadot است. پاراچین امکان انجام معاملات بسیار سریع را دارد زیرا توزیع به طور موثری برای مدیریت حجم کار گسترش می یابد.

هش گراف ها (Hashgraphs) 

هش گراف ها قلمرو بلاک چین را ترک می کنند و در کل یک فناوری متفاوت تلقی می شوند. با این حال، آنها تا آنجا که بحث فناوری دفتر کل توزیع شده باشد، بسیار شبیه به هم هستند. علاوه بر این، برخلاف بلاک چین، هش گراف ثبت شده است و تنها دفتری که از آن استفاده می کند Hedera Hashgraph است. Hedera خود را بعنوان نسل سوم فناوری دفتر کل، پس از بیت کوین و اتریوم معرفی می کند و از مقیاس پذیری باورنکردنی با 10,000 تراکنش در ثانیه، هزینه کمتر، مصرف کمتر انرژی و زمان پردازش کمتر پشتیبانی می کند. 

اتریوم 2.0 چیست؟

اتریوم 2.0 به تغییر شبکه اتریوم به یک سیستم مبتنی بر اثبات سهام پایدارتر اشاره می کند. الگوریتم اثبات سهام امکان انجام معاملات سریعتر و هزینه های کمتر را در مقایسه با مدل اثبات کار فراهم می کند. اتریوم 2.0 از روش شاردینگ نیز استفاده می کند که سرعت معاملات را بسیار افزایش می دهد و به طور بالقوه توانایی خود را به 100,000 تراکنش در ثانیه یا بیشتر افزایش می دهد.

در نتیجه ی این پیشرفتها مقیاس پذیری اتریوم افزایش یافته و آن را برابر با دیگر بلاک چین های پیشرو در زمینه توان عملیاتی می کند. همچنین هزینه فعلی تراکنش ها در شبکه اتریوم بسیار زیاد است و مانع استفاده بسیاری از آن می شود. در صورت موفقیت آمیز بودن این به روزرسانی، هزینه های کاهش یافته، استفاده از شبکه را برای کاربران عادی شبکه عملی تر می کند. نکته دیگر این است که در صورت استفاده از مدل اثبات سهام، دارندگان اتریوم می توانند دارایی خود را استیک کرده و در ازای مشارکت در فرآیندهای اعتبارسنجی پاداش دریافت کنند.

راه حل های مقیاس بندی لایه 2

راه حل های مقیاس بندی لایه 2 باید امنیت زنجیره اصلی را داشته باشند. در حالی که سایدچین ها ممکن است از شبکه های دیگر یا اعتبارسنج ها برای ایمن سازی زنجیره استفاده کنند، لایه 2 با گرفتن امنیت خود به طور مستقیم از زنجیره اصلی، خود را متمایز می کند. راه حل های اصلی لایه 2، شامل zero-knowledge rollups و optimistic rollups می باشد.

موتورهای مقیاس پذیری لایه 2 و راه حل هایی مانند Starkware، Optimism و Arbitrum و BEL مقیاس پذیری بلاک چین ها را فراهم می کنند تا تعداد فزاینده ای از صرافی ها و پلتفرم ها بتوانند از شبکه هایی مانند اتریوم استفاده کنند.

جمع آوری اطلاعات صفر یا zero-knowledge rollups

"جمع آوری اطلاعات صفر" معروف به ZK-Rollups مجموعه ای از داده ها هستند که توسط یک قرارداد هوشمند در زنجیره اصلی وثیقه گذاری می شوند در حالی که برای پردازش و محاسبات به خارج از زنجیره منتقل می شوند. آنها قادر به تولید یک بلوک در عرض یک دقیقه با قابلیت پردازش 2000 تراکنش در ثانیه هستند. "دانش صفر" به این معنی است که همه تأییدکنندگان می توانند بدانند که اطلاعات یکسانی در اختیار دارند بدون اینکه نیاز به افشای آن باشد.

جمع آوری های خوش بینانه یا optimistic rollups

راه اندازی های خوش بینانه بر روی لایه اصلی اتریوم اجرا می شوند تا تعداد زیادی از قراردادهای هوشمند بدون وارد کردن بار اضافی به شبکه اجرا شوند. آنها هنوز از همان سطح امنیت زنجیره اصلی اتریوم بهره مند هستند. گردآورنده های داده ها، ریشه های مرکل را برای دستیابی به سرعت بیشتر تراکنش محاسبه می کنند.

با این حال، آنها عملکرد کمتری نسبت به Plasma و ZK Rollups ارائه می دهند. (ریشه مرکل یک روش ریاضی ساده برای تأیید داده های درخت مرکل است. درخت مرکل یک ساختار داده است که در برنامه های علوم رایانه استفاده می شود. در بیت کوین و سایر ارزهای رمزنگاری شده، درختان مرکل به رمزگذاری کارآمدتر و ایمن تر داده های بلاک چین کمک می کنند.)

پلاسما یا Plasma

راه حل لایه 2 پلاسما اتریوم که در سال 2017 توسط بنیانگذار اتریوم، ویتالیک بوترین و جوزف پون به عنوان راه حلی برای مقیاس بندی بلاک چین اتریوم پیشنهاد شد، از یک بلاک چین ثانویه استفاده می کند که به زنجیره اصلی در تأیید تراکنش ها کمک می کند. زنجیره های پلاسما شبیه قراردادهای هوشمند یا Parachains از Polkadot هستند. با این حال، آنها از نظر سلسله مراتب ساختار متفاوتی دارند تا تراکنش های زنجیره اصلی را برای آزادسازی فضا و بهبود مقیاس پذیری انجام دهند. 

شبکه لایتنینگ بیت کوین یا Bitcoin Lightning Network

شبکه لایتنینگ بیت کوین یکی از شناخته شده ترین راه حل های لایه 2 برای بیت کوین است. مانند سایر راه حل های لایه 2، بسته های معاملاتی از شبکه اصلی، خارج از شبکه مورد بررسی قرار می گیرد. شبکه لایتنینگ همچنین قراردادهای هوشمندی را برای بیت کوین به ارمغان می آورد که به طور کلی پیشرفت بزرگی در شبکه است. همینطور انجام تراکنش ها در این شبکه بسیار سریع و با کارمزدی اندک انجام می شود، بنابراین برای انجام تراکنش های بیت کوین با حجم کم، بسیار مناسب می باشد.

هم اکنون نیز بعضی از کیف پول های بیت کوین مانند کیف پول بلو ولت، از این شبکه پشتیبانی می کنند. البته لازم به ذکر است که این فناوری هنوز در ابتدای راه قرار دارد و قطعا امنیت فعلی آن با امنیت شبکه ی اصلی بیت کوین قابل مقایسه نیست و از آن نباید برای نگهداری یا تراکنش مقادیر قابل توجه ارز دیجیتال بیت کوین استفاده کرد.

جمع بندی

در این مقاله با راه حل های مقیاس بندی در بلاک چین و ضرورت وجود آنها آشنا شدیم. به منظور رقابت با سیستم های قدیمی پردازش پرداخت، شبکه های بلاک چین باید بسیار مقیاس پذیر و قادر به نگهداری تعداد فزاینده ای از کاربران، تراکنش ها و سایر داده ها شوند و تنها با گنجاندن مقیاس پذیری کافی در ساختار خود، شبکه های بلاک چین می توانند بر سایر سیستم های قدیمی غلبه کنند. بدین منظور بلاک چین لایه 1 و لایه 2 به کار برده می شوند. به طور خلاصه، راه حل های لایه 1 برای بهینه سازی عملکرد بلاک چین بومی، کاربردی را اضافه می کنند و راه حل های لایه 2 پروتکل هایی هستند که با بلاک چین اصلی ادغام شده و توان انجام تراکنش ها را افزایش می دهند که در این مقاله با نمونه هایی از هر دو بلاک چین لایه 1 و لایه 2 آشنا شدیم.