خارج السلسلة توسيع العمق تحليل

المؤلفون: إيلاين شو، هاتي جيانغ، يونيو وانغ، والون لين، ييليو لين

1. ضرورة التوسع

مشكلة الثلاثي المستحيل التي تواجه blockchain: من الصعب تلبية اللامركزية والأمان وقابلية التوسع في نفس الوقت. واحدة من الموضوعات الساخنة الحالية في تطوير blockchain هي كيفية تحسين سعة blockchain وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع.

تعريف اللامركزية والأمان وقابلية التوسع في البلوكشين:

• اللامركزية: كلما زاد عدد العقد، زادت درجة اللامركزية، والشبكة ليست تحت سيطرة مجموعة صغيرة.
• الأمان: كلما زادت تكلفة السيطرة على نظام blockchain، زادت الأمان، مما يجعله مقاومًا لهجمات نسبة أكبر من المشاركين.
• قابلية التوسع: قدرة blockchain على معالجة عدد كبير من المعاملات.

كانت أول عملية انقسام كبيرة في شبكة البيتكوين ناتجة عن مشكلة توسيع الشبكة. في 1 أغسطس 2017، بدأ نظام عميل Bitcoin ABC الذي طوره بمفرده بحجم كتلة 8MB في العمل، مما أدى إلى أول انقسام كبير في تاريخ البيتكوين، وولادة عملة جديدة BCH.

تحدد شبكة إيثريوم حجم المعاملات من خلال تقييد الرسوم الوقودية التي يمكن أن تحتويها كتلة واحدة، لتحقيق توافق موثوق وضمان توزيع واسع للنقاط. مع ظهور التطبيقات على السلسلة، ازدادت حاجة السوق إلى القدرة على المعالجة، ولكن إيثريوم يمكنه معالجة 15 إلى 45 معاملة فقط في الثانية، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف المعاملات، وطول فترة التسوية، مما يجعل معظم التطبيقات اللامركزية تواجه صعوبة في تحمل تكاليف التشغيل، ويصبح الشبكة بطيئة ومكلفة، وتحتاج مشكلة توسيع السلسلة إلى حل.

2. أنواع خطط التوسع

حسب معيار “هل يتم تغيير طبقة الشبكة الرئيسية”، يتم تقسيم خطط التوسع إلى نوعين رئيسيين: التوسع على السلسلة والتوسع خارج السلسلة.

2.1 توسيع السلسلة

المفهوم الأساسي: حل لتحقيق تأثير توسيع عن طريق تغيير طبقة بروتوكول الشبكة الرئيسية، الحل الرئيسي الحالي هو التقسيم.

توجد العديد من الحلول لتوسيع السلسلة، وهذه المقالة لا تتناولها بالتفصيل، وفيما يلي عرض مختصر لحلّين:

• الخيار الأول هو توسيع مساحة الكتلة، أي زيادة عدد المعاملات المعبأة في كل كتلة، ولكن هذا سيزيد من متطلبات الأجهزة الخاصة بالعقد عالية الأداء، مما يزيد من عتبة الانضمام للعقد، ويقلل من درجة “اللامركزية”.
• الخيار الثاني هو التجزئة، حيث يتم تقسيم دفتر حسابات blockchain إلى عدة أجزاء، وليس كل عقدة تشارك في جميع عمليات التسجيل، بل يتم مسؤولية تسجيل مختلف من قبل تجزئات مختلفة أي عقد مختلفة، يمكن أن تعالج الحسابات المتوازية عدة معاملات في نفس الوقت؛ وهذا يمكن أن يقلل من ضغط الحساب على العقدة وحاجز الدخول، وزيادة سرعة معالجة المعاملات ودرجة اللامركزية؛ ولكن هذا يعني أن قوة الحساب على الشبكة بأكملها تتشتت، مما سيقلل من “الأمان” العام للشبكة.

قد يتسبب تغيير رمز بروتوكول الشبكة الرئيسية في طبقة واحدة في آثار سلبية يصعب التنبؤ بها، لأن أي ثغرات أمنية طفيفة في الطبقة الأساسية تهدد سلامة الشبكة بأكملها بشكل خطير، وقد تضطر الشبكة إلى إجراء انقسام أو انقطاع لتحديث الإصلاح.

2.2 خارج السلسلة توسعة

المفهوم الأساسي: حل لتوسيع نطاق الشبكة لا يغير بروتوكول الشبكة الرئيسية من الطبقة الأولى الحالي.

خارج السلسلة حلول التوسع يمكن تقسيمها إلى Layer2 وحلول أخرى:

• Layer2: قنوات الحالة، بلازما، رول أب( رول أب المتفائلين، رول أب ZK)
• خيارات أخرى: سلاسل جانبية، فالديم

3. حلول توسيع خارج السلسلة

3.1 قنوات الدولة

3.1.1 ملخص

تنص قناة الحالة على أنه يتعين على المستخدمين التفاعل مع الشبكة الرئيسية فقط عند فتح القناة أو إغلاقها أو حل النزاعات، ويتم إجراء التفاعل بين المستخدمين خارج السلسلة، وذلك لتقليل الوقت وتكاليف المعاملات للمستخدمين، وتحقيق عدد غير محدود من المعاملات.

قناة الحالة هي بروتوكول P2P بسيط، مناسب “للتطبيقات المستندة إلى الدور”، مثل، لعبة الشطرنج بين شخصين. تُدار كل قناة بواسطة عقد ذكي متعدد التوقيع يعمل على الشبكة الرئيسية، حيث يتحكم هذا العقد في الأصول المودعة في القناة، ويحقق في تحديثات الحالة، ويفصل النزاعات بين المشاركين ( بناءً على دليل الاحتيال المرفق بالتوقيع ووقت الطابع ).

3.1.2 خط الزمن

• 2015/02، نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا مسودة ورقة بيضاء لشبكة البرق.
• 2015/11, جف كولمان قام بتلخيص مفهوم قناة الدولة بشكل منهجي لأول مرة، مقترحًا أن قناة الدفع في البيتكوين هي حالة فرعية من مفهوم قناة الدولة.
• 2016/01، قدم جوزيف بون وثاديوس دريجا الورقة البيضاء الرسمية “شبكة بيتكوين الضوئية: مدفوعات فورية قابلة للتوسع خارج السلسلة” التي اقترحت خطة توسيع شبكة بيتكوين الضوئية Payment Channel( قناة الدفع)، والتي تُستخدم فقط لمعالجة مدفوعات التحويل على شبكة بيتكوين.
• 2017/11، تم تقديم أول مواصفات تصميم لـ State Channel المعتمدة على إطار Payment Channel والمعروفة باسم Sprites.
• 2018/06، قدمت Counterfactual تصميماً مفصلاً للغاية لقنوات الحالة العامة، وهو أول تصميم مرتبط تماماً بقنوات الحالة.
• 2018/10، قدمت مقالة Generalised State Channel Networks مفهوم شبكات قنوات الحالة وقنوات افتراضية.
• 2019/02، تم توسيع مفهوم قناة الحالة إلى قنوات N-Party، Nitro هو البروتوكول الأول الذي تم إنشاؤه بناءً على هذه الفكرة.
• 2019/10، قامت Pisa بتوسيع مفهوم Watchtowers لحل مشكلة حاجة جميع المشاركين للبقاء متصلين باستمرار.
• 2020/03، قدمت Hydra قنوات غير متساوية سريعة.

3.1.3 المبادئ التقنية

سير العمل لقنوات الحالة:

1. يقوم المستخدم بإيداع الأموال في العقد على السلسلة وإغلاقها، وفتح القناة.
2. يقوم المستخدم بإجراء المعاملات خارج السلسلة، من خلال تأكيد كل معاملة بتوقيع.
3. عند الحاجة إلى إغلاق القناة، يجب تقديم الحالة النهائية إلى العقد على السلسلة.
4. إذا كانت هناك نزاعات، يمكن الدخول في فترة التحدي، وتقديم الأدلة.
5. تعيد العقد الأموال إلى المستخدم بناءً على الحالة النهائية أو نتيجة التحدي.

3.1.4 المزايا والعيوب

المميزات:

• تأكيد فوري
• رسوم منخفضة
• خصوصية عالية
• عالٍ من خلال التحميل

العيوب:

• تحتاج إلى مراقبة مستمرة عبر الإنترنت
• غير قادر على التعامل مع عمليات الخروج على نطاق واسع
• سعة القناة محدودة
• السيولة منخفضة
• نقص في العمق

3.1.5 التطبيق

شبكة البرق بيتكوين:

• هي قناة مدفوعات صغيرة لشبكة بيتكوين
• من خلال قنوات الدفع الصغيرة خارج السلسلة والوسطاء، يتم تشكيل شبكة المعاملات، مما يحل مشكلة توسيع شبكة البيتكوين.
• نظريًا، يمكن معالجة مليون معاملة في الثانية
• النظام الإيكولوجي يتطور باستمرار، وتغطي التطبيقات عدة فئات مثل الدفع، والمحفظة، وإدارة العقد.

شبكة الإيثريوم雷电

• قناة الدفع الصغيرة المستندة إلى الإيثيريوم
• هذه التقنية لم تُعتمد على نطاق واسع بعد
• الفريق يقوم بإعادة تشكيل شبكة Raiden لتعمل على شبكة الإيثيريوم Layer2 Rollup

شبكة سيلر:

• في جوهره هو شبكة البرق التي أضيفت إليها طبقة من الحوافز
• يمكن بناء تطبيقات Dapps على blockchain ذات التفاعل عالي التردد بسرعة وسهولة وتكلفة منخفضة وأمان من خلال تقنيات توسيع خارج السلسلة ونماذج اقتصادية تحفيزية.
• تم إطلاق منتجات جسر الأصول عبر السلسلة cBridge وغيرها

3.2 سلاسل جانبية

3.2.1 ملخص

تعد السلاسل الجانبية شكلًا من أشكال blockchain التي ظهرت لتسريع معاملات البيتكوين، حيث يمكن استخدامها لعقود أكثر تعقيدًا، أو من خلال تحسين آلية الإجماع ( مثل PoS )، أو من خلال معلمات الكتلة لجعل السلاسل الجانبية تلبي وظائف محددة. يتم تسجيل نتائج معاملات السلسلة الجانبية في النهاية على جانب المدقق عند إرسالها مرة أخرى إلى السلسلة الرئيسية. هذه النموذج من blockchain ليست شكلًا جديدًا من blockchain، بل هي بنية أساسية ملحقة بالسلسلة الرئيسية وتساعد السلسلة الرئيسية على حل المشاكل.

3.2.2 الجدول الزمني

• 2012/01، تم طرح مفهوم سلسلة الجانبية للبيتكوين في غرف الدردشة
• 2014/10، تم نشر ورقة عمل حول سلاسل الجانبية للبيتكوين لأول مرة: Symmetric Pegged and Asymmetric Pegged
• 2017/04، تم إطلاق شبكة POA كشبكة اختبار لجهة خارج السلسلة تعتمد على إجماع إثبات المصادقة على إيثريوم
• 2017/10، تم إطلاق شبكة ماتيك
• 2017/12, إطلاق الشبكة الرئيسية لـ POA Network
• 2018/01، إطلاق شبكة اختبار Skales
• 2018/10، إطلاق شبكة اختبار xDai Chain
• 2020/06, إطلاق شبكة Skale الرئيسية
• 2020/06، تم إطلاق الشبكة الرئيسية لسلسلة Matic PoS الجانبية على إيثيريوم
• 2021/02، تم تغيير اسم علامة Matic Network إلى Polygon Network
• 2021/02، بدأ تشغيل الشبكة الرئيسية لجهة Ronin الخاصة بلعبة Axie Infinity
• 2021/12 ، اندمجت xDai Chain مع Gnosis Dao لتشكيل Gnosis Chain
• 2022/03 ، اندمجت شبكة POA في Gnosis Chain

3.2.3 المبادئ التقنية

آليتان رئيسيتان لسلسلة جانبية:

1. الربط الثنائي ( الربط المتماثل ): ي记录 المدققون في السلسلة الرئيسية والجانبية حالة بعضهم البعض في الوقت الفعلي. عند تحويل توكن السلسلة الرئيسية إلى السلسلة الجانبية، يتم إنشاء مخرجات خاصة، لا يمكن فتحها إلا من قبل المدققين في السلسلة الجانبية.

2. عدم توافق ربط ( ربط غير متماثل ): تراقب مدققات السلاسل الجانبية نشاط السلسلة الرئيسية، ويمكنها تسجيل المعاملات من السلسلة الرئيسية إلى السلسلة الجانبية بشكل نشط. لكن عند الانتقال من السلسلة الجانبية إلى السلسلة الرئيسية، لا تستطيع السلسلة الرئيسية تأكيد حالة السلسلة الجانبية، ويتطلب الأمر إدخال آلية المدققين.

ببساطة، آلية السلسلة الجانبية:

• من السلسلة الرئيسية إلى السلسلة الجانبية: السلسلة الرئيسية تقفل الأصول، والسلسلة الجانبية تولد الأصول المغلفة
• الجوانب الجانبية إلى السلسلة الرئيسية: يتم تدمير الأصول المغلفة في الجوانب الجانبية ، ويتم فتح الأصول في السلسلة الرئيسية.

تعتمد أمان أصول السلسلة الجانبية على آلية توافق السلسلة الجانبية.

3.2.4 المزايا والعيوب

المزايا:

• قابل للتخصيص بدرجة عالية
• يمكن استخدام أصول السلسلة الرئيسية
• لا يؤثر على السلسلة الرئيسية
• يمكن تحقيق وظائف معقدة

العيوب:

• الأمان منخفض
• درجة اللامركزية منخفضة
• توزيع السيولة
• نقص الأصول الأصلية

3.2.5 التطبيق

xDai (الآن سلسلة جينوسيس ):

• توكن $xDai مرتبط بـ $Dai بنسبة 1:1
• استخدام آلية إجماع PoSDAO
• تم الاندماج مع Gnosis

بوليجون:

• مجمع حلول توسيع إيثيريوم
• توفر سلسلة Polygon PoS الجانبية والعديد من حلول Rollup
• التنمية البيئية سريعة، ولديها العديد من Dapp والمستخدمين

رونين:

• سلسلة جانبية للعبة Axie Infinity
• استخدام آلية توافق PoA
• تعرضت لهجوم قرصنة خطير

3.3 بلازما

3.3.1 ملخص

Plasma هو إطار لبناء تطبيقات Dapp القابلة للتوسع. ظهر كحل لتطور السلاسل الجانبية، بهدف تقليل ثقة المستخدمين في مشغل السلسلة الجانبية إلى الحد الأدنى.