التقسيم: هو حل لمشكلة قابلية توسيع البلوكشين

الشرذمة تمثل واحدة من أكثر الأساليب الواعدة لزيادة قدرة المعاملات في سجلات البيانات الموزعة. التقنية تتضمن تقسيم الشبكة إلى عدة أنظمة فرعية مستقلة (شراذم)، كل منها ينفذ معالجة المعاملات بشكل متوازي. هذا يسمح بزيادة كبيرة في سرعة معالجة البيانات وعدد العمليات في وحدة الزمن، دون تقليل مستوى اللامركزية.

آلية العمل والمبادئ الأساسية

من نظرية قواعد البيانات إلى تطبيقات البلوكشين

مفهوم تقسيم التخزين الكبير إلى أجزاء قابلة للإدارة بدأ في أنظمة إدارة البيانات التقليدية. في سياق السجلات الموزعة، تحولت هذه الفكرة إلى تقنية تتيح لكل عقدة في الشبكة معالجة جزء معين من البيانات، بدلاً من كل البيانات كاملة.

الشرذمة هي طريقة يتم فيها تقسيم شبكة البلوكشين إلى عدة قطاعات تعمل بشكل متوازي. كل قطاع يحتوي على مجموعة فرعية من البيانات حول الأرصدة والمعاملات، وعقده تعمل بشكل مستقل عن القطاعات الأخرى. النتيجة — زيادة ملحوظة في الأداء الكلي دون الحاجة إلى أن يحتفظ جميع المشاركين بكامل المعلومات.

المعالجة المتسلسلة والمتوازية

الهندسة المعمارية التقليدية للأنظمة الموزعة تتطلب من كل عقدة تحقق وتتبع جميع العمليات بشكل كامل. هذا يضمن الأمان، لكنه يخلق نقطة اختناق: مع نمو الشبكة، تنخفض سرعة المعالجة. العقد تصبح أكثر عبئًا، ومتطلبات الأجهزة تزداد بشكل أسي.

المعالجة المتوازية تحل هذه المشكلة بشكل جذري. بدلاً من أن يعالج كل عقدة جميع المعاملات بشكل متسلسل، يتم توزيع الحمل أفقياً: البيانات تُقسم إلى مجموعات مستقلة، وكل قطاع يعمل في وقت واحد مع الآخرين. هذا يخلق تأثير قابلية التوسع: انضمام عقد جديدة إلى شرذمة واحدة لا يبطئ عمل الشبكة بأكملها.

التقسيم الأفقي: لماذا هو بالذات؟

هناك نهجان لتجزئة قواعد البيانات. في النهج الأفقي، يتم تقسيم المعلومات حسب الصفوف — كل قطاع يحتوي على مجموعة كاملة من الحقول لمجموعة معينة من السجلات. في النهج الرأسي، يتم التقسيم حسب الأعمدة — تخزن عقد مختلفة سمات مختلفة لنفس الكائنات.

بالنسبة لشبكات البلوكشين، كان التقسيم الأفقي هو الحل الأمثل لثلاثة أسباب:

القابلية للتوسع بدون تنازلات. كل شرذمة تعمل كنظام مستقل، قادر على معالجة العمليات بالتوازي مع غيرها من الشراذم. هذا يسمح بزيادة القدرة على المعالجة بشكل خطي.

الحفاظ على اللامركزية. بما أن العقدة لا تحتاج إلى تخزين كامل تاريخ البلوكشين، تنخفض متطلبات الموارد الحاسوبية. المزيد من المشاركين يمكنهم الانضمام إلى الشبكة كمحققين، دون الحاجة إلى معدات مكلفة.

سلامة البيانات والتحقق منها. كل شرذمة تحتوي على معلومات كاملة عن معاملاتها، مما يسمح للعقد بالتحقق بشكل مستقل من بيانات قطاعها والحفاظ على الإجماع دون الحاجة إلى مزامنة مع الشبكة بأكملها.

فوائد الشرذمة للنظام البيئي

تسريع معالجة العمليات

الميزة الأساسية هي السرعة. عندما تعالج عدة شراذم المعاملات بشكل متزامن، تزداد القدرة الإجمالية على المعالجة بعدة مرات. المشاريع التي تستخدم هذه التقنية تظهر نتائج مذهلة: على سبيل المثال، تصل Zilliqa باستخدام الشرذمة إلى معالجة آلاف العمليات في الثانية. هذا يفتح الأبواب لاعتماد واسع للبلوكشين من قبل المستخدمين العاديين.

تحسين استهلاك الموارد

في النموذج التقليدي، يعني زيادة الشبكة زيادة متطلبات الأجهزة. كل عقدة جديدة يجب أن تتزامن مع كامل التاريخ، وتخزن نسخة كاملة من السجل. هذا يؤدي حتمًا إلى المركزية: فقط المؤسسات ذات الخوادم القوية يمكنها المشاركة في التحقق.

الشرذمة تكسر هذه الحلقة. بما أن كل عقدة مسؤولة فقط عن جزء من البيانات، تنخفض متطلبات الذاكرة والطاقة الحاسوبية بشكل كبير. هذا ي democratizes المشاركة في الشبكة ويساهم في اللامركزية الحقيقية.

توسيع القدرة الإجمالية على المعالجة

في البلوكشينات التقليدية، إضافة عقد جديدة غالبًا ما يقلل من الأداء: يزداد حجم التواصل بين المشاركين، ويصبح التزامن أكثر تعقيدًا. الشرذمة تعمل بشكل معاكس: كل عقدة جديدة تنضم إلى الشرذمة، تزيد من قدرتها المحلية على المعالجة، دون إبطاء الشبكة بأكملها. هكذا، تتوسع النظام بشكل موضوعي: كلما زاد عدد المشاركين، زادت الأداء.

الثغرات والتحديات الحرجة

هجمات على الشراذم الفردية

تقليل متطلبات الحوسبة لإدارة الشرذمة يخلق خطرًا جديدًا. المهاجم يحتاج إلى موارد أقل بكثير لسيطرة على قطاع واحد مقارنة بسيطرة على الشبكة بأكملها. هذه الهجمات تسمى “هجمات بنسبة 1%”: يمكن للمهاجم السيطرة على شرذمة، من خلال السيطرة على نسبة صغيرة من قدرة الشبكة الكلية. الشرذمة المخترقة يمكن أن تولد معاملات مزيفة أو تعطل العمليات القانونية.

تعقيد العمليات عبر الشراذم

العمليات بين الشراذم تمثل كابوسًا تقنيًا. إذا أرسل المستخدم أموالاً من شرذمة إلى أخرى، يجب على النظام ضمان أن الإرسال من الشرذمة الأولى يحدث فقط بعد تأكيد الاستلام في الثانية. خطأ في هذه المنطق قد يؤدي إلى الإنفاق المزدوج: حيث توجد الأموال في كلا الشراذم في آن واحد. حل هذه المشكلة بدون تأخيرات كبيرة في المعالجة أمر صعب.

التوفر والمرونة في مواجهة الأعطال

إذا توقفت شراذم معينة مؤقتًا (نتيجة أعطال تقنية أو هجمات DDoS)، ستفقد النظام الوصول إلى البيانات المخزنة هناك. هذا قد يؤدي إلى فقدان سلامة السجل أو عدم القدرة على التحقق من معاملات معينة. الحفاظ على مستوى مناسب من النسخ الاحتياطي للبيانات يتطلب موارد إضافية كبيرة.

توازن الحمل والمزامنة

التوزيع غير الصحيح للبيانات بين الشراذم قد يؤدي إلى تحميل زائد عليها. بعض الشراذم قد تتعامل مع عدد أكبر بكثير من المعاملات مقارنة بأخرى، مما يخلق عنق زجاجة. بالإضافة إلى ذلك، المزامنة بين العقد في ظروف اتصال شبكي ضعيف قد تبطئ العملية بأكملها، خاصة إذا كان المشاركون يستخدمون معدات ذات قدرات حوسبة محدودة.

ضمان الإجماع في الشبكة

بدون بروتوكول موثوق لتوزيع الحمل، يصبح النظام غير مستقر. هناك خطر من توزيع غير متوازن للموارد، مما قد يؤدي إلى فقدان التزامن بين الشراذم وانتهاك سلامة السلسلة بأكملها.

التنفيذ في إيثيريوم

تطوّر منصة إيثيريوم خطة شاملة لتطبيق الشرذمة كجزء من تحديث إيثيريوم 2.0 الموسع. هذا انتقال متعدد المراحل، يتضمن عدة مراحل حاسمة.

في المراحل النهائية، يخطط مطورو إيثيريوم لتنفيذ كامل للهندسة المعمارية مع الشراذم، حيث ستتكون الشبكة من عدة قطاعات تعمل بشكل متوازي. هذا سيمكن إيثيريوم من زيادة القدرة على المعالجة بشكل كبير وتقليل رسوم المعاملات — وهما من أكبر مشكلات الشبكة الحالية.

لكن الطريق إلى ذلك ليس سهلاً. يواجه المطورون تحديات أساسية: كيف نضمن أمان كل شرذمة؟ كيف نضمن التواصل الصحيح بين القطاعات؟ كيف نتجنب المركزية مع العلم أن بعض الشراذم تتطلب موارد أقل للإدارة؟

يقوم فريق إيثيريوم باختبار كل مرحلة بدقة، من خلال نمذجة سيناريوهات مختلفة للهجمات والأعطال. كل مكون يخضع لفحوصات صارمة قبل دمجه في الشبكة الرئيسية.

الآفاق والتفكير الختامي

الشرذمة ليست مجرد حيلة تقنية، بل نهج أساسي لحل ما يُعرف بمشكلة الثلاثية في البلوكشين: تحقيق التوازن بين التوسع، والأمان، واللامركزية في آن واحد. لفترة طويلة، كانت هذه الثلاثية تبدو غير متوافقة. الشرذمة قدمت طريقًا جديدًا.

التقنية تحمل إمكانات هائلة، لكنها تأتي أيضًا مع مخاطر حقيقية. من ناحية، تفتح آفاقًا لتوسيع نطاق البلوكشين دون التضحية بقيمه. ومن ناحية أخرى، تخلق فئات جديدة من الثغرات التي تتطلب حلولًا مبتكرة.

مشاريع مختلفة في النظام البيئي تعتبر الشرذمة مستقبلًا محتملًا. بالنسبة لإيثيريوم، فإن تطبيق هذه التقنية يمثل نقطة تحول حاسمة في سبيل أن تكون المنصة قادرة على المنافسة مع الأنظمة المركزية من حيث السرعة والتكلفة، مع الحفاظ على خصائص اللامركزية والأمان الحقيقية.

نجاحها يعتمد على استمرار الأبحاث، والتجارب على الشبكات التجريبية، وخاصة على قدرة مجتمع المطورين على توقع ومعالجة المشاكل غير المتوقعة. هذا ليس مسألة الأشهر القادمة، بل عملية تطور طويلة الأمد للتقنية.