دنكشاردينج: كيف تحل إيثريوم تحدي التوسع الخاص بها

المشكلة الأساسية: لماذا يحتاج إيثريوم إلى Danksharding

قبل الخوض في التفاصيل التقنية، من المهم فهم المشكلة التي يحلها danksharding فعليًا. مع استمرار اعتماد إيثريوم، أصبح ازدحام الشبكة مشكلة مستمرة. يجب أن يتم التحقق من كل معاملة بواسطة آلاف العقد، ويتطلب تنفيذ كل عقد ذكي أن يعالج الشبكة بأكملها نفس البيانات. هذا يخلق عنق زجاجة: كلما زاد عدد المستخدمين الراغبين في استخدام إيثريوم، أصبح أبطأ وأكثر تكلفة.

التحجيم التقليدي للبلوكتشين يصل إلى سقف صلب. في نظام قياسي حيث يجب على جميع العقد التحقق من جميع المعاملات، فإن إضافة المزيد من المعاملات تعني إضافة عمل متناسب لكل عقدة. لهذا السبب، يعمل مطورو إيثريوم على حل تقسيم الشبكة (sharding)—طريقة لتمكين الشبكة من أداء مهام متعددة بالتوازي بدلاً من إجبار كل شيء على المرور عبر خط معالجة واحد.

فهم التقسيم: المفهوم الأساسي

التقسيم بسيط من حيث المبدأ: بدلاً من أن تتحقق كل عقدة من كل معاملة، قسم الشبكة إلى أجزاء أصغر، تعمل بشكل متوازي. تخيل شبكة إيثريوم تقليدية تحتوي على 1000 عقدة. حالياً، يتعين على جميع الـ1000 عقدة التحقق بشكل مستقل، ومعالجة وتخزين كل معاملة. هذا آمن لكنه غير فعال بشكل كبير.

مع التقسيم، يمكن تقسيم الشبكة إلى 64 شريحة مستقلة. تعالج كل شريحة مجموعة فرعية من المعاملات—واحدة قد تتعامل مع جميع الحسابات التي تبدأ بـ ‘A’ إلى ‘E’، وأخرى تتعامل مع ‘F’ إلى ‘J’، وهكذا. كل شريحة تحتاج فقط إلى التحقق الجزئي من الشبكة، مما يزيد بشكل كبير من الإنتاجية المتوازية. كما تستفيد العقد الفردية: فهي لم تعد بحاجة إلى تنزيل والتحقق من كامل سلسلة الكتل، فقط الشريحة المخصصة لها.

هذه الهندسة المعمارية تعالج مباشرة سبب كون التقسيم التقليدي حجر الزاوية في مناقشات قابلية توسع البلوكتشين. المكاسب في الإنتاجية هائلة: بدلاً من معالجة المعاملات بشكل متسلسل، يمكن للشبكة تنفيذ العديد من المعاملات عبر الشرائح في وقت واحد.

Danksharding: ما يتجاوز التقسيم التقليدي

فما الذي يجعل danksharding مختلفًا عن مفاهيم التقسيم التقليدية؟ الابتكار يأتي من تصميمه المعماري، الذي سُمي على اسم باحث إيثريوم Dankrad Feist.

الفرق الرئيسي يكمن في كيفية عمل اقتراح الكتلة والتزام البيانات. تتطلب الطرق التقليدية للتقسيم وجود عدة مقترحين للكتل—واحد لكل شريحة أو نظام أكثر تعقيدًا متعدد المقترحين. هذا يضيف تعقيدًا في التنسيق ومخاطر أمنية محتملة. danksharding يبسط هذا بشكل كبير باستخدام مقترح كتلة واحد للشبكة بأكملها.

هذا النهج المبسط يعني:

• معالجة معاملات موحدة: بدلاً من التنسيق بين مقترحين منفصلين، تتدفق جميع البيانات عبر مقترح واحد، مما يقلل من سطح الهجوم وعبء التنسيق
• سوق رسوم موحد: تتنافس جميع المعاملات في سوق رسوم واحد بدلاً من أسواق مجزأة عبر الشرائح، مما يحسن اكتشاف السعر
• معاملات تحمل Blob: يقدم danksharding نوع معاملة جديد مصمم خصيصًا لنقل بيانات Blob—تخزين مؤقت وأرخص لبيانات Layer 2 التي لا تحتاج إلى تخزين دائم

الأناقة المعمارية لـ danksharding تجعلها حجر الزاوية لاستراتيجية التوسع الحالية لإيثريوم. بدلاً من إضافة التقسيم إلى أنظمة موجودة، يعيد danksharding بناء الأساس خصيصًا لهذا الاستخدام.

Proto-Danksharding: تقنية الجسر

قبل وصول danksharding الكامل، تقوم إيثريوم بتنفيذ proto-danksharding—نسخة نموذجية توفر راحة فورية دون الحاجة إلى إعادة هيكلة معمارية كاملة.

تم تقديم proto-danksharding عبر EIP-4844 خلال ترقية إيثريوم Cancun، وتسمح للـ rollups بإضافة بيانات Blob في الكتل بتكاليف مخفضة بشكل كبير. إليك كيف يقارن بالتنفيذ الكامل:

قدرات Proto-Danksharding:

• يقلل من تكاليف البيانات لـ Layer 2 rollups بمقدار 100-1000 مرة مقارنة بأسعار البيانات الحالية
• من المتوقع أن يتيح 100-10,000 معاملة في الثانية على أنظمة الـ rollup
• يوفر تخزين مؤقت للبيانات (الـ blobs لا تستمر بشكل دائم)
• يمكن تنفيذه بدون إعادة هيكلة رئيسية للبروتوكول

أهداف Danksharding الكامل:

• يهدف إلى أكثر من 100,000 معاملة في الثانية عبر كامل نظام إيثريوم
• يوفر مساحة مخصصة للـ shard لبيانات Layer 2
• يتطلب ترقيات بروتوكول متعددة تتجاوز EIP-4844
• يقدم معالجة بيانات متوازية حقيقية عبر 64 شريحة

يعمل proto-danksharding كخطوة حاسمة، حيث يوفر تحسينات قابلة للتنفيذ على المدى القصير بينما يتطور الهيكل الكامل ويختبر.

الهندسة التقنية: 64 شريحة في إيثريوم 2.0

في تنفيذ إيثريوم 2.0، ستنقسم الشبكة إلى 64 شريحة بالضبط، كل واحدة تعمل كسلسلة مستقلة قادرة على معالجة المعاملات والعقود الذكية. هذه الشرائح لا تعمل بمعزل—بل تحافظ على اتصال دائم مع Beacon Chain، طبقة تنسيق إثبات الحصة لإيثريوم.

تنسق Beacon Chain Validators عبر جميع الشرائح، وتعينهم عشوائيًا إلى لجان الشريحة للتحقق، وتضمن أن تتبع جميع الشرائح نفس قواعد الإجماع. يشارك Validators برهان ETH للفوز بالمكافآت ويخضعون للعقوبات (السحب) في حال سوء السلوك. يجمع هذا الهيكل المختلط بين كفاءة التوازي في التقسيم وضمانات الأمان من خلال الإجماع المنسق.

كل شريحة تحتفظ بحالتها الخاصة وتاريخ معاملاتها. التواصل بين الشرائح يضيف تعقيدًا—المعاملات التي تؤثر على بيانات على شرائح متعددة تتطلب معالجة خاصة. ومع ذلك، صمم مطورو إيثريوم النظام بحيث يمكن لمعظم التطبيقات أن تعمل بالكامل ضمن شريحة واحدة، مما يقلل الحاجة إلى التواصل بين الشرائح.

الآثار على الأداء: من النظرية إلى الأرقام

التحسينات في الأداء الناتجة عن danksharding هائلة:

معدل المعاملات:

• إيثريوم الحالي: حوالي 15 معاملة في الثانية
• مرحلة proto-danksharding: 100-10,000 معاملة في الثانية (مفيدة بشكل رئيسي لـ Layer 2 rollups)
• danksharding الكامل: أكثر من 100,000 معاملة في الثانية

متطلبات الأجهزة:

• اليوم: يتطلب تشغيل عقدة تنزيل والتحقق من حوالي 1 تيرابايت من البيانات
• مع التقسيم: يمكن للعقد أن تتزامن مع فقط 1/64 من بيانات الشريحة (~15-20 جيجابايت)، مما يجعل المشاركة أسهل بكثير

النهائية والكمون:

• كتل الشرائح تُنهي بشكل مستقل، مما يسمح للتطبيقات بتأكيد المعاملات بشكل أسرع
• المعاملات عبر الشرائح لا تزال تتطلب تنسيقًا إضافيًا

اعتبارات الأمان: الحفاظ على دفاعات إيثريوم

لا يلغى إدخال التقسيم مخاوف الأمان—بل يحولها. تشمل المخاطر الرئيسية:

سيناريوهات هجوم 51%: البلوكتشين التقليدي يقلق بشأن السيطرة على 51% من قوة التعدين. مع التقسيم، قد يهاجم عدد أقل من Validators شريحة واحدة إذا لم تكن محمية بشكل صحيح. يعالج إيثريوم هذا من خلال التوزيع العشوائي للمقترحين وSampling cryptographique—حيث يتم تعيين اللجان عشوائيًا باستخدام عشوائية يصعب التنبؤ بها مسبقًا.

الأخطاء الناتجة عن التعقيد: أنظمة أكثر تطورًا تقدم أماكن أكثر لحدوث أخطاء. يتبع إيثريوم نهج تصميم بروتوكولي دقيق، واختبار مكثف، وإطلاق تدريجي بدلاً من التنفيذ الكامل بسرعة.

تأخير التواصل بين الشرائح: المعاملات التي تتطلب بيانات من شرائح متعددة تواجه تأخيرات في الاتصال. يقلل البروتوكول من مثل هذه المعاملات عمدًا، مع إبقاء معظم أنشطة المستخدم ضمن شريحة واحدة.

التصميم يحافظ على ضمانات أمان إيثريوم مع توزيع عمل التحقق عبر شرائح متوازية.

العقود الذكية وتجربة المطور

كيف يؤثر danksharding على العقود الذكية؟ من الناحية النظرية، يمكن لعقد أن يستدعي عقدًا آخر على شريحة مختلفة، لكن في الممارسة، سيكون ذلك بطيئًا ومكلفًا. من المحتمل أن يصمم المطورون العقود للبقاء ضمن حالة شريحة واحدة عند الإمكان.

بالنسبة لمعظم التطبيقات—مثل DEXs، بروتوكولات الإقراض، أسواق NFT—يمكن أن يقيم كل الحالة على شريحة واحدة. سيناريوهات عبر الشرائح ستحدث بشكل رئيسي عند الحدود المعمارية، وتُعالج بواسطة عقود جسر متخصصة أو حلول Layer 2.

يعمل مطورو إيثريوم على أدوات لجعل هذا الأمر شفافًا للمطورين، بحيث يبقى تعقيد danksharding مخفيًا في طبقة البروتوكول بدلاً من التأثير على تجربة المطور.

خارطة طريق إيثريوم 2.0: أين يتناسب Danksharding

تطورت خطة ترقية إيثريوم مع مرور الوقت. الانتقال إلى الـ Merge (سبتمبر 2022) حول الإجماع إلى إثبات الحصة. التحديثات التالية مثل Shanghai حسنت من عملية الستاكينج. ترقية Cancun أدخلت proto-danksharding عبر EIP-4844.

يمثل danksharding الكامل المرحلة التالية الكبرى—إكمال الرؤية الأصلية لإيثريوم 2.0 المتمثلة في دمج إجماع إثبات الحصة مع معالجة البيانات المقسمة. بعد danksharding، من المحتمل أن تركز الترقيات المستقبلية على:

• أشجار Verkle لتقليل حجم الحالة
• عدم الحاجة إلى الحالة (Statelessness) لتبسيط تنفيذ العملاء
• التشفير المتقدم لمزيد من التحسينات

تعكس الخطة النهج العملي: تقديم تحسينات تدريجية (proto-danksharding) مع تطوير الحل الكامل في الوقت ذاته.

لماذا كان من الضروري الانتقال إلى إثبات الحصة من أجل التقسيم

متطلب أساسي لـ danksharding هو الانتقال إلى إجماع إثبات الحصة. في أنظمة إثبات العمل مثل بيتكوين، يتنافس المعدنون على حقوق اقتراح الكتل من خلال العمل الحسابي. هذا يجعل تنسيق مخططات التقسيم المعقدة جدًا.

مع إثبات الحصة، يتم اختيار Validators عبر اختيار cryptographique بدلاً من المنافسة الحسابية. هذا يتيح:

• تعيين Validators متوقع: يمكن للبروتوكول تعيين Validators إلى الشرائح بشكل حتمي
• آليات العقاب: يمكن معاقبة Validators (السحب) في حال سوء السلوك، مما يخلق حوافز قوية للمشاركة الصادقة
• كفاءة الطاقة: PoS يتطلب طاقة أقل بكثير من PoW، مما يسمح بمشاركة أكبر

انتقال إثبات الحصة كان إذن شرطًا مسبقًا، وليس مسألة منفصلة. danksharding كان دائمًا مقصودًا أن يعمل على أساس شبكة إيثريوم المبنية على PoS.

اللامركزية الشبكية: فائدة مفاجئة للتقسيم

مخاوف شائعة حول التقسيم هي ما إذا كان يهدد اللامركزية. العكس هو الصحيح: من خلال تقليل متطلبات الأجهزة لكل عقدة، يحسن التقسيم في الواقع من اللامركزية.

مع التقسيم الكامل، تحتاج العقدة فقط إلى تخزين والتحقق من 1/64 من بيانات السلسلة. هذا يعني أن:

• يمكن لأجهزة الكمبيوتر المكتبية تشغيل عقد تحقق كاملة (بدلاً من الحاجة إلى أجهزة متخصصة)
• تقل حواجز المشاركة العالمية (مهم للمناطق ذات النطاق الترددي المحدود)
• يمكن أن يظل مجموعة Validators كبيرة ومتوزعة جغرافيًا

صممت إيثريوم التقسيم بشكل صريح للحفاظ على أو تحسين اللامركزية مع التوسع.

التكامل مع Layer 2: المستفيد الفوري

بينما يركز الرؤية الكاملة لـ danksharding على إيثريوم مباشرة، فإن المستفيد الأكثر فورية من proto-danksharding هو أنظمة Layer 2 مثل Arbitrum، Optimism، وPolygon.

تواجه Layer 2 حاليًا عنق زجاجة واحد: نشر بيانات المعاملات على إيثريوم من أجل الأمان. يقلل proto-danksharding بشكل كبير من تكلفة هذا النشر عبر بيانات Blob، حيث تنخفض الأسعار من عدة دولارات إلى أجزاء من السنت لكل معاملة. هذا يترجم مباشرة إلى رسوم أقل للمستخدمين النهائيين.

سيعمل danksharding الكامل على تحسين ذلك أكثر، مما يمكّن Layer 2 من نشر البيانات في مساحة شرائح مخصصة مصممة لهذا الغرض بدلاً من التنافس على مساحة الكتلة مع معاملات أخرى.

الجدول الزمني وحالة التطوير

حتى الآن:

• Proto-danksharding (EIP-4844): تم تنفيذه بالفعل في ترقية إيثريوم Cancun
• Danksharding الكامل: لا يزال في مرحلة التطوير النشط، مع تحديد تفاصيل التنفيذ
• الجدول الزمني المتوقع: بعد عدة سنوات، مع بدء الاختبارات في 2024-2025

سيعتمد الإصدار الدقيق على تقدم التطوير ومدى إمكانية اختبار التغييرات بشكل شامل. تفضل إيثريوم الدقة على السرعة—من الأفضل التنفيذ ببطء بدلاً من دفع نظام معيب إلى الإنتاج بسرعة.

الخلاصة: حل مشكلة توسع إيثريوم

يمثل danksharding إعادة تفكير أساسية في كيفية توسع البلوكتشين. بدلاً من محاولة تمرير المزيد من المعاملات عبر عنق الزجاجة نفسه، يوزع المعاملات عبر مسارات معالجة متوازية مع الحفاظ على ضمانات الأمان الموحدة.

رحلة إيثريوم من حالتها الحالية كسلسلة واحدة إلى نظام مقسم بالكامل تمتد من proto-danksharding (الموجود حاليًا) إلى التنفيذ الكامل المستقبلي. يتيح هذا النهج المرحلي لإيثريوم تقديم تحسينات تدريجية مع تطوير الحل الكامل.

بالنسبة للمستخدمين، يعني danksharding رسومًا أقل ومعاملات أسرع. للمطورين، يفتح إمكانيات لتطبيقات كانت سابقًا غير اقتصادية. ولصناعة البلوكتشين، يوضح مسارًا عمليًا لتحقيق توسع ذي معنى دون التضحية بالأمان أو اللامركزية.

إدخال danksharding في إيثريوم 2.0 يجسد التزام الشبكة بحل المشكلات الحقيقية مع الحفاظ على قيمها الأساسية. إنه إنجاز تقني يعيد تشكيل إمكانيات تطبيقات البلوكتشين.