ما هي شبكات الطبقة الأولى؟

على الرغم من إطلاق عملة البيتكوين في أوائل عام 2009، إلا أن الأمر استغرق حتى عام 2017 حتى تصبح تقنية blockchain سائدة. وفقط في نوفمبر 2021 – بعد ما يقرب من 12 عامًا من إطلاق البيتكوين – بلغت القيمة السوقية للعملات المشفرة ذروتها عند 2.9 تريليون دولار.

لقد أدى نمو عملة البيتكوين إلى خلق ثروات لا حصر لها وغيرت الطريقة التي ينظر بها المجتمع إلى المال ــ ومن يتحكم في إصداره. ولكن على طول الطريق، أصبحت تقنية blockchain ضحية لنجاحها. لم يتمكنوا من التعامل مع كل حركة المرور، مما أدى إلى فترات طويلة من المعاملات وارتفاع الرسوم.

لفهم سبب ذلك، يجب أن نفهم لماذا تسمى شبكات blockchain أيضًا بشبكات الطبقة الأولى، وما الذي يجعل blockchains مختلفة عن شبكات الكمبيوتر العادية.

Blockchains مقابل شبكات الكمبيوتر

على المستوى الأساسي، جميع سلاسل الكتل هي شبكات كمبيوتر. تتكون شبكات الكمبيوتر من مجموعات من المشاركين في الشبكة، تُعرف باسم العقد، والتي تقوم بنقل البيانات ومشاركة موارد الحوسبة. يمكن لهذه العقد الاتصال ببعضها البعض بطرق مختلفة جدًا. هناك أربعة أنواع رئيسية من شبكات الكمبيوتر: 

• شبكة – تتصل العقدة بكل عقدة أخرى
• الحلقة - تتصل العقدة بعقدتين أخريين، مما يؤدي إلى إنشاء حلقة ثنائية الاتجاه
• الناقل - تتصل العقدة بعقدة أخرى فقط
• النجمة - تتصل عقدة الخادم بعقد العميل

Star هي شبكة الكمبيوتر الأكثر شيوعًا لأنها سريعة ورخيصة. في الشبكات النجمية، تقوم عقدة الخادم المركزية بتغذية البيانات مباشرة إلى العقد الأخرى، لذلك لا يلزم أن تمر البيانات عبر كل عقدة في طريقها إلى العقد الأخرى. 

وهذا يوفر عرض النطاق الترددي للشبكة، ولأن عقدة الخادم توفر موارد الحوسبة مباشرة إلى عقد العميل، فهي فعالة للغاية. ومع ذلك، فإن ثمن هذا الأداء هو المركزية العالية، سواء من حيث التحكم أو نقاط الفشل الفردية (SPoF).

في المقابل، لا تستخدم شبكات نظير إلى نظير (P2P) عقد الخادم لتنسيق الشبكة. وبدلاً من ذلك، تعمل كل عقدة كعميل وخادم، حيث تتقاسم موارد الحوسبة عبر الشبكة. تحل هذه الشبكات مشكلة التحكم المركزي وSPoF، مما يجعلها مثالية لأموال P2P مثل Bitcoin.

تكلفة اللامركزية هي أن شبكات نظير إلى نظير تميل إلى أن تكون أقل قابلية للتوسع. تنطبق هذه المشكلة على شبكات blockchain لأنها مؤمنة بواسطة آليات إجماع شبكة P2P. أطلق فيتاليك بوتيرين، المؤسس المشارك لشركة إيثريوم، على عملية الموازنة هذه اسم "ثلاثية قابلية التوسع" (المعروفة أيضًا باسم ثلاثية بلوكتشين). 

كانت سلاسل الكتل المبكرة مقتصرة على تقديم ميزتين فقط في وقت واحد، مما يعني أنه يتعين عليها التضحية إما بقابلية التوسع أو الأمان أو اللامركزية.

ما هي البلوكشين Layer-1؟

ولمعالجة معضلة قابلية التوسع الثلاثية، بدأت شبكات البلوكشين في اعتماد أساليب مختلفة. تسمى هذه الأساليب بالطبقة الأولى – الطبقة الأساسية لشبكة blockchain. تعتبر Bitcoin وEthereum وSolana كلها أمثلة على سلاسل الكتل من الطبقة الأولى. 

إحدى الطرق الواضحة التي حاولت بها الطبقة الأولى المبكرة معالجة ثلاثية قابلية التوسع كانت عن طريق زيادة حجم الكتلة. وبهذه الطريقة، يمكن لتقنية blockchain معالجة المزيد من المعاملات داخل كل كتلة بيانات، مما يزيد من عدد المعاملات التي يمكنها معالجتها في الثانية. 

ومع ذلك، فإن زيادة حجم الكتلة سيتطلب أيضًا من مشغلي العقد صيانة أجهزة كمبيوتر أكثر قوة. كان عدد أقل من الناس قادرين على تحمل تكاليفها، مما أدى إلى قدر أكبر من المركزية. 

عندما اقترح الملياردير إيلون ماسك زيادة حجم كتلة دوجكوين بنسبة ٩٠٠٪، قال المؤسس المشارك لإيثريوم فيتاليك بوتيرين وأشار من الواضح أن blockchain لن يكون لا مركزيًا إذا لم يتمكن المستخدمون العاديون الذين لديهم أجهزة كمبيوتر من فئة المستهلك من تشغيل عقدة.

من الناحية المثالية ، يقوم Doge بتسريع وقت الكتلة 10 مرات ، ويزيد من حجم الكتلة 10 مرات ويسقط الرسوم 100X. ثم تربح الأيدي.

- إلون موسك (elonmusk) 16 مايو 2021

تتناول الطبقة 1 الحديثة معضلة قابلية التوسع الثلاثية من خلال آليات الإجماع والتقسيم.

بروتوكولات الإجماع

تدعم خوارزميات الإجماع تقنية blockchain. لكي تحظى عملة البيتكوين والعملات المشفرة الأخرى بقيمة، يتعين على شبكة P2P أن تحل مشكلتين رئيسيتين: الإنفاق المزدوج والتحفيز.

الإنفاق المزدوج هو عندما يستخدم شخص ما نفس المورد النادر مرتين (مثل المال). إنها مشكلة متأصلة في التكنولوجيا الرقمية لأن الملفات الرقمية قابلة للتكرار بشكل لا نهائي. لحل هذه المشكلة، تجعل سلاسل الكتل كل معاملة فريدة من نوعها من خلال الطوابع الزمنية والتجزئة، ومن خلال إضافتها إلى مجموعات من المعاملات تسمى الكتل. لتزييف معاملة ما، يجب على العقدة تزوير كتلة بأكملها.

هذا هو المكان الذي تأتي فيه خوارزميات الإجماع. فهي تقوم بتنسيق جميع عقد الشبكة بطريقة لا مركزية. لكي يتم تمرير الكتلة، يجب أن توافق الشبكة على صحة البيانات الموجودة بداخلها. والأهم من ذلك، إذا أرسلت بعض عقد الشبكة بيانات زائفة، فلا يزال بإمكان الشبكة العمل طالما أن غالبية العقد الصالحة تتحكم في قوة معالجة الشبكة (معدل التجزئة).

"طالما يتم التحكم في غالبية طاقة وحدة المعالجة المركزية بواسطة العقد التي لا تتعاون لمهاجمة الشبكة، فإنها ستولد أطول سلسلة وتتفوق على المهاجمين."

- ساتوشي ناكاموتو، مخترع البيتكوين

يُطلق على هذا التكرار في الشبكة اسم التسامح مع الأخطاء البيزنطية (BFT). في الشبكة اللامركزية، من المهم للغاية أن تكون الشبكة جاهزة للعمل حتى لو كانت بعض عقدها لا تعمل بشكل صحيح. وإلا فإنه سوف يتوقف.

بالإضافة إلى معالجة مشكلة الإنفاق المزدوج، توفر بروتوكولات الإجماع حوافز للعقد لمواصلة معالجة المعاملات. وهذا لا يقل أهمية: لماذا يضحي أي شخص بقدرته الحاسوبية ويدفع فاتورة كهرباء ضخمة مجانا؟

في حالة البيتكوين، يقوم مشغلو العقد الذين يطلق عليهم عمال المناجم بإنفاق الموارد الحسابية. مقابل مشاكلهم، يحصلون على مكافآت جماعية مثل BTC. يُعرف هذا باسم إثبات العمل (PoW). 

تستخدم سلاسل الكتل الأخرى، مثل إثبات الملكية (PoS)، أدوات التحقق من الصحة كمشغلي العقد. بدلاً من استهلاك قوة الحوسبة المتعطشة للطاقة، يعتمد المدققون على موارد الحصة (الحجز) - العملات المعدنية - لتحقيق نفس هدف التنسيق المتفق عليه. على سبيل المثال، يتطلب Ethereum حصة بقيمة 32 ETH ليصبح مدققًا. بعد أن يقوم المدققون بإيداع الأموال، يحصلون على خصم من كل رسوم معاملة.

الجهات الفاعلة الخبيثة لديها عقبات مختلفة للتغلب عليها. مع Bitcoin، يجب أن يكون لديهم طاقة وحدة المعالجة المركزية أكبر من 51٪ من الشبكة، وهو أمر مستحيل تقريبًا تحقيقه نظرًا لحجمها. 

يعادل استهلاك الطاقة السنوي لشبكة البيتكوين استهلاك تايلاند، عند 204.5 تيراواط في الساعة. وسيتعين على المهاجمين تجميع أكثر من نصف تلك القوة للالتزام بعملية اختراق منسقة. مصدر الصورة: digiconomist.net

مع إيثريوم، سيحتاجون إلى الحصول على أكبر حصة في إيثريوم - أي ثراء هائل، بمعنى آخر. ومع ذلك، يجب على المهاجم أن يكون مستعدًا لخسارة تلك الثروة؛ ستفقد الشبكة بأكملها قيمتها بمجرد معالجة معاملة احتيالية.

في حين أن معظم لغات L1 الجديدة تستخدم إثبات الحصة (PoS)، إلا أنها ليست دائمًا أفضل في قابلية التوسع. عانت Solana، وهي عبارة عن blockchain PoS، من انقطاعات متعددة بعد زيادة حمل حركة المرور خلال الأشهر الـ 12 الماضية. كان بروتوكول التوقيع المساحي الخاص به قليل الفائدة عندما تمت استضافة ما يقرب من نصف عقده في خمسة مراكز بيانات فقط. 

توزيع العقدة (التوقيع المساحي) لشبكة سولانا (الشبكة الرئيسية). حقوق الصورة: validators.app

تقدم Solana إنتاجية شبكة نظرية تصل إلى 50,000 معاملة في الثانية (TPS). وهذا أكثر بكثير من حوالي 5 TPS للبيتكوين - ولكن ما الفائدة إذا لم تكن لامركزية؟

عملية التجزئة

هناك حل آخر لقابلية التوسع في الطبقة الأولى وهو التقسيم، والذي يقسم الشبكة إلى قواعد بيانات صغيرة تسمى الأجزاء. يدير كل جزء معاملاته الخاصة ويضيف كتلًا بعقده الخاصة. من خلال توزيع المعالجة عبر الكثير من الأجزاء الصغيرة، يتم إزالة الحمل من آلية الإجماع الرئيسية، مما يؤدي إلى ارتفاع TPS.

ومع ذلك، نظرًا لأن كل جزء أصغر، فمن الأسهل على المهاجم جمع الأموال أو القوة الحسابية اللازمة للتغلب عليه. لهذا السبب، لم يتم إثبات عملية التجزئة بعد على سلسلة الكتل الكبيرة. 

تقود إيثريوم الطريق وتخطط لتنفيذ التقسيم بعد انتقالها من إجماع إثبات العمل (PoW) إلى إثبات الحصة (PoS) في عام 2022. سيؤدي تقسيم إيثريوم، المقرر إجراؤه في عام 2023، إلى تقسيم إيثريوم إلى 64 جزءًا.

ستحاول الشبكة معالجة المخاوف الأمنية المتعلقة بالتقسيم عن طريق تعيين العقد عشوائيًا إلى الأجزاء، بما في ذلك إعادة تعيين العقد عشوائيًا إلى الأجزاء الأخرى. 

تهدف تجارب التقسيم الأخرى إلى حل ثلاثية قابلية التوسع بشكل كامل. أطلقت مؤسسة أبحاث التكنولوجيا الموزعة (DTR)، ومقرها سويسرا، والتي تتألف من سبع جامعات، المشروع مشروع الوحدة الإلكترونية في عام 2019 كشبكة دفع عالمية قابلة للتطوير. مشروع آخر، الأصل، يقوم بطلب القطع جزئيًا بدلاً من وضعها في إطار زمني واحد، كما يفعل Ethereum.

هل حلول قابلية التوسع من الطبقة الأولى في الطريق؟

يعد العبث بشبكة blockchain أمرًا حساسًا. معظم الناس يشتبهون بالفعل في العملات المشفرة. تمكنت Bitcoin من تهدئة هذه المخاوف على مدار عقد من الزمن، لذا فإن ترقيات الطبقة الأولى الخاصة بها أكثر تحفظًا.

قدمت أحدث ترقية للبيتكوين، Taproot، توقيعات Schnorr الرقمية. فهي تسمح للشبكة بتجميع المعاملات المتعددة معًا لخفض الرسوم وزيادة قابلية التوسع. ومع ذلك، لا تزال Bitcoin تعطي الأولوية لحلول الطبقة الثانية من أجل قابلية التوسع الحقيقية من خلال الشبكة المسرّعة.

وينطبق الشيء نفسه على إيثريوم، مع العشرات من شبكات الطبقة الثانية المبنية فوق الطبقة الأولى.

أفضل 10 حلول للمستوى الثاني للإيثريوم. مصدر الصورة: L2beat.com

في كلتا الحالتين، تقوم بروتوكولات L2 بإزالة عبء العمل عن سلسلة L1 الرئيسية، ومعالجته في مكان آخر، وتغذية البيانات مرة أخرى إلى L1 بطريقة أكثر كفاءة بكثير. تستخدم لغات L2 مجموعة متنوعة من تقنيات قابلية التوسع لتحقيق ذلك، كما هو موضح في الجدول أعلاه.

ومع ذلك، فإن النظام البيئي لشبكات L1 وL2 معقد. يجب أن يتم نقل الرموز عبر جسور blockchain، ويجب دمج كل dApp في كل L2. وعلى النقيض من ذلك، فإن التعامل مع شبكات L1 فقط من شأنه أن يجعل الحياة أسهل للمطورين والمستخدمين.

لقد حاولت كل من L1s مثل Cardano وAlgorand وElrond وFantom وAvalanche وHarmony إصلاح Scalability Trilemma، لكن لم يكن لأي منها البصمة التي تقترب من Bitcoin أو Ethereum. لا يزال من السابق لأوانه استنتاج ما إذا كانت سلاسل الكتل ذات الشبكات الرئيسية التشغيلية قد تحسنت بشكل كبير على BTC أو ETH. 

اقرأ المنشور الأصلي على المتحدي

• كوينسمارت. أفضل بورصة للبيتكوين والعملات المشفرة في أوروبا.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. دخول مجاني.
• كريبتوهوك. الرادار. تجربة مجانية.
• المصدر: https://thedefiant.io/what-are-layer-1-networks/