بلوكتشين وحدات: حلول قابلة للتوصيل لعوائق أداء البلوكتشين

تواجه تقنية البلوكتشين منذ نشأتها تحديات في قابلية التوسع. تشتهر البلوكتشين الأحادية بشموليتها، حيث تتحمل وحدها جميع جوانب الشبكة، من تخزين البيانات إلى التحقق من المعاملات وغيرها. ومع ذلك، فإن هذا التصميم يجلب أيضًا اختناقات في الأداء. يوفر البلوكتشين وحدات من خلال فصل الوظائف المختلفة للبلوكتشين إلى وحدات مستقلة، مما يقدم دعمًا أفضل للأداء وتجربة مستخدم في وظائف محددة، مما يحل إلى حد ما مشكلة "المثلث المستحيل".

إيثريوم كأول منصة بلوكتشين تدعم العقود الذكية، وفرت تربة خصبة للتصميم الوحدات. مع تطور التكنولوجيا، بدأ نظام بيتكوين البيئي أيضًا في استكشاف إمكانية الوحدات، من خلال إضافة وحدات جديدة لتحقيق ميزات متقدمة، مثل تحسين حماية الخصوصية، ومعالجة المعاملات بشكل أكثر كفاءة، أو تعزيز وظائف العقود الذكية.

تمثل تقنية الوحدات مفهوم منتج "مرن" أكثر قابلية للإدخال. قد تظهر في المستقبل حلول بلوكتشين أكثر مرونة وقابلة للتخصيص، حيث يمكن إدخال وإخراج خدمات ووظائف مختلفة بسهولة مثل قطع الليغو. تتيح هذه المرونة للمطورين بناء ونشر حلول بلوكتشين بسرعة وفقًا لاحتياجات سيناريوهات التطبيقات المحددة.

بلوكتشين أحادي و بلوكتشين وحدات

عندما نستكشف البلوكتشين وحدات، يجب أن نفهم أولاً مفهوم البلوكتشين الأحادي. تعتبر الشبكات الأحادية، مثل البيتكوين والإيثيريوم، معروفة بشمولها، حيث تتحمل بشكل مستقل جميع جوانب الشبكة، من تخزين البيانات إلى التحقق من المعاملات، وصولاً إلى تنفيذ العقود الذكية. في هذه العملية، تلعب الشبكات الأحادية دوراً متعدد الجوانب، حيث تشارك في جميع المراحل.

خذ الإيثيريوم كمثال، يمكن تقسيم سلسلة الكتل الفردية الناضجة عمومًا إلى أربعة هياكل.

• طبقة التنفيذ (Execution Layer)
• طبقة التسوية (Settlement Layer )
• طبقة توفر البيانات / طبقة DA (Data Availability Layer)
• طبقة الإجماع (Consensus Layer)

بلوكتشين وحدات هو هيكل جديد، يقوم بتفكيك نظام البلوكتشين إلى مكونات أو طبقات متخصصة متعددة، حيث يتولى كل مكون معالجة مهام محددة، مثل الإجماع، وتوافر البيانات، والتنفيذ، والتسوية.

البلوكتشين وحدات مثل مجموعة من الخبراء، تركز على التنقيب العميق والابتكار التكنولوجي في مجالاتها الخاصة. هذه التركيز يجعل البلوكتشين وحدات قادرة على تقديم أداء وتجربة مستخدم ممتازة في وظائف معينة، على سبيل المثال، يمكنها تقديم سرعة معالجة معاملات أسرع بتكلفة أقل.

فيما يتعلق بهندسة العقد، تعتمد السلسلة الأحادية على العقد الكاملة، والتي يجب عليها تنزيل ومعالجة نسخة كاملة من بيانات البلوكتشين. هذا لا يفرض فقط متطلبات عالية على التخزين وموارد الحوسبة، بل يحد أيضًا من سرعة توسع الشبكة. بالمقارنة، تعتمد بلوكتشين وحدات على تصميم العقد الخفيفة، حيث تحتاج فقط إلى معالجة معلومات رأس الكتلة، مما يعزز بشكل كبير من سرعة المعاملات وكفاءة الشبكة.

تتمثل إحدى المزايا البارزة لبلوكتشين وحدات في مرونتها وتعاونها. يمكنها إسناد الوظائف غير الأساسية إلى خبراء آخرين، مما يؤدي إلى تأثير تآزري وتحقيق تحسين ملحوظ في الأداء الكلي. تشبه هذه الفلسفة التصميمية قطع الليغو، مما يسمح للمطورين بدمج وحدات مختلفة بحرية حسب احتياجات المشروع، مما يخلق حلولاً متنوعة.

على الرغم من أن سلاسل الكتل الوحيدة تتمتع بمزايا في التحكم العالمي والأمان والاستقرار، إلا أنها تواجه تحديات في قابلية التوسع وصعوبة الترقية والتكيف مع الاحتياجات الجديدة. أما بلوكتشين وحدات فتبرز بمرونتها العالية وقابليتها للتخصيص، مما يبسط عملية إنشاء وتحسين الكتل الجديدة.

ومع ذلك، فإن بلوكتشين وحدات يواجه أيضًا تحدياته الخاصة. إن هيكله المعقد يزيد من عبء العمل على المطورين في تصميم وتطوير وصيانة النظام. باعتبارها تقنية ناشئة، لم يخضع بلوكتشين وحدات بعد لاختبارات أمان شاملة أو اختبارات تقلبات السوق، ولا تزال استقراره وأمانه على المدى الطويل بحاجة إلى مزيد من التحقق.

بلوكتشين وحدات حل "مثلث المستحيل"

تشير "مثلث الاستحالة" في البلوكتشين إلى صعوبة شبكة البلوكتشين في تحقيق حالة مثلى في نفس الوقت من الأمان، واللامركزية، وقابلية التوسع في هذه الخصائص الأساسية الثلاث.

• تركز القابلية للتوسع على قدرة الشبكة على معالجة عدد كبير من المعاملات، وقدرتها على الحفاظ على الكفاءة والتكلفة المنخفضة عند زيادة عدد المستخدمين وحجم المعاملات. يتم قياس ذلك عادة من خلال TPS (عدد المعاملات في الثانية) والزر (الوقت المستغرق لتأكيد المعاملة).

• تتعلق الأمانة بتكاليف وصعوبة حماية شبكة البلوكتشين من الهجمات. على سبيل المثال، تتطلب آلية POW الخاصة بالبيتكوين أن يتحكم المهاجم في أكثر من 51% من قوة الحوسبة في الشبكة، بينما تتطلب آلية POS الخاصة بالإيثريوم أن تتآمر أكثر من ثلث العقد.

• يصف اللامركزية أن تشغيل الشبكة لا يعتمد على عقدة مركزية واحدة، بل يتم توزيعه على العديد من العقد، كلما زادت العقد، وزادت التوزيع الجغرافي، زادت درجة اللامركزية في الشبكة.

وجهة نظر "مثلث المستحيل" الأساسية هي أنه من الصعب جداً على نظام البلوكتشين تحقيق الأمثلية في هذه الخصائص الثلاث. على سبيل المثال: من بين العديد من سلاسل الكتل العامة، تبرز بيتكوين وإيثيريوم بسبب توزيع العقد الواسع وعدد العقد الكافي، مما يظهر تميزها في اللامركزية والأمان.

ومع ذلك، فإنها تضحي ببعض القابلية للتوسع، مما يؤدي إلى بطء سرعة المعاملات وارتفاع تكاليف المعاملات: زمن إصدار الكتلة لبيتكوين حوالي 10 دقائق، وTPS للإيثريوم حوالي 13، وعند زيادة حجم المعاملات بشكل كبير، قد تصل تكاليف معاملات الإيثريوم إلى مئات الدولارات.

في هذا السياق، ظهرت تقنية بلوكتشين وحدات، حيث تحل تحديات قابلية التوسع وتكاليف المعاملات في سلاسل الكتل العامة التقليدية من خلال تخصيص وظائف مختلفة لوحدات متخصصة. على سبيل المثال، تعتبر شبكة البرق الخاصة ببيتكوين وتقنية Rollup في إيثريوم تجسيداً لفكر الوحدات.

تتمثل مزايا بلوكتشين وحدات في هيكله المتعدد الطبقات، مما يسمح لكل طبقة بتحسينها وفقًا للاحتياجات المحددة. يمكن أن تركز طبقة البيانات على تخزين البيانات والتحقق منها، بينما يمكن أن تتعامل طبقة التنفيذ مع منطق العقود الذكية. لا تعزز هذه الفجوة الأداء والكفاءة فحسب، بل تعزز أيضًا التشغيل المتداخل بين مختلف البلوكتشين، مما يوفر أساسًا لبناء نظام بيئي مفتوح ومترابط.

بناءً على ما سبق, توفر تقنية بلوكتشين وحدات طريقة جديدة لمعالجة قيود سلاسل الكتل العامة التقليدية. إنها تحقق قابلية توسع أعلى وتكاليف معاملات أقل مع الحفاظ على اللامركزية والأمان, مما لها دلالة عميقة على التطبيق الواسع للبلوكتشين وتطورها على المدى الطويل.

أنواع بلوكتشين وحدات

البلوكتشين وحدات وفقًا لخصائص هيكله، يمكن تقسيمه إلى أنواع مختلفة. من بين هذه الأنواع، غالبًا ما يتم تصميم طبقة توفر البيانات وطبقة الإجماع ككل موحد نظرًا لاعتمادهما المتبادل الوثيق. وذلك لأن، عندما تستقبل العقدة بيانات المعاملات، فإنه غالبًا ما يتم تحديد ترتيب المعاملات في نفس الوقت، وهذا هو جوهر أمان البلوكتشين وعدم قابليته للتغيير.

استنادًا إلى هذه المبادئ التصميمية، يمكننا من خلال طبقات التنفيذ وطبقة توفر البيانات وطبقة الإجماع وطبقة التسوية فهم المشاريع المختلفة للبلوكتشين وحدات.

طبقة التنفيذ: تقنية الطبقة الثانية

تقنية الطبقة الثانية، كامتداد لطبقة التنفيذ في بنية البلوكتشين، هي تجسيد لمفهوم بلوكتشين وحدات. من خلال بناء شبكات أو أنظمة أو تقنيات خارج السلسلة فوق البلوكتشين الأساسي، تهدف إلى تحسين قابلية التوسع في السلسلة الرئيسية.

تسمح حلول الطبقة الثانية بمعالجة المعاملات بشكل أسرع وبكفاءة أكبر من حيث التكلفة، مع الحفاظ على أمان وخصائص اللامركزية للبلوكتشين الأساسي. وفقًا للوحات البيانات، يمكن ملاحظة أن نسبة الغاز المستهلكة للتحقق والتسوية في الطبقة الثانية على نظام الإيثيريوم البيئي تقل في المتوسط عن 10%، مما يوفر بشكل كبير تكاليف المعاملات للمستخدمين.

تقنية Rollup هي الحل الأكثر شيوعًا حاليًا في Layer 2، حيث تتمثل الفكرة الأساسية في "تنفيذ خارج السلسلة، والتحقق داخل السلسلة"، حيث يتم تنفيذ العمليات الحسابية وأعمال أخرى خارج السلسلة، ثم يتم تحميل بيانات calldata إلى الشبكة الرئيسية.

تنفيذ خارج السلسلة

في نموذج Rollup، يتم تنفيذ المعاملات خارج السلسلة، بينما تتحمل البلوكتشين الأساسية مسؤولية التحقق من إثبات المعاملات في العقود الذكية وتخزين البيانات الأصلية للمعاملات. هذا التصميم يقلل بشكل كبير من عبء الحساب على السلسلة الرئيسية، ويقلل من متطلبات التخزين، مما يسمح بمعالجة معاملات أكثر كفاءة.

لتقليل التكاليف بشكل أكبر، تعتمد Rollup على تقنية تجميع المعاملات. يمكن مقارنتها بتجميع البضائع في اللوجستيات، حيث إن إرسال كل قطعة من البضائع بشكل منفصل سيؤدي إلى تكاليف شحن مرتفعة. بينما تقنية Rollup من خلال تجميع عدة معاملات معًا، تحتاج فقط إلى "شحنة" واحدة، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة كل معاملة.

التحقق على البلوكتشين

التحقق على السلسلة هو مفتاح أمان شبكة Layer 2. يجب أن توفر شبكة Layer 2 إثباتات مشفرة لحل الانقسامات المحتملة على البلوكتشين الأساسي. في الوقت الحالي، هناك نوعان رئيسيان من آليات الإثبات وهما إثبات الخطأ وإثبات الصحة، واللذان يدعمان على التوالي Optimistic Rollups و ZK Rollups.

إثبات خطأ لفوائض التفاؤل

تستخدم Rollups المتفائلة فرضية متفائلة، وهي أن جميع المعاملات تعتبر صالحة بشكل افتراضي، ما لم يكن هناك دليل واضح يشير إلى وجود خطأ. تعتمد هذه النموذج على إثبات الخطأ خلال فترة التحدي (إثبات الاحتيال)، حيث يمكن لأي مشارك في الشبكة تقديم دليل لتحدي حالة العقد الذكي، مما يضمن نزاهة وشفافية الشبكة.

حاليًا، يوجد 16 طبقة 2 تستخدم آلية Optimistic Rollups، مثل: Arbitrum و OP و Base و Blast وغيرها.

إثبات فعالية ZK Rollups

على عكس Optimistic Rollups، تعتمد ZK Rollups على طريقة أكثر حذرًا، حيث تتطلب أن تمر جميع المعاملات بإثبات الصلاحية قبل قبولها. تشبه هذه الآلية آلية تحقق، مما يضمن أن كل معاملة وحساب في شبكة Layer 2 دقيق وصحيح.

باختصار، فإن إثبات الفعالية هو حجر الزاوية لـ ZK-Rollups، حيث يتطلب أن تكون كل دفعة من المعاملات مصحوبة بإثبات مناسب، مما يضمن أن العقود الذكية على البلوكتشين الأساسية يمكنها التحقق والموافقة على تغييرات الحالة. بالنسبة لعقد التحقق، توفر ZK Rollups آلية تسوية خالية من الأخطاء، حيث يجب أن تمر كل معاملة من خلال تحقق صارم من الفعالية.

حاليًا، هناك 11 طبقة 2 تستخدم آلية ZK Rollups، مثل: Linea و Starknet و zkSync وغيرها.

طبقة توفر البيانات وطبقة التوافق

سيلستيا

تعتبر Celestia رائدة في مجال بلوكتشين وحدات، حيث أنها في جوهرها طبقة توفر البيانات، مما يوفر أساساً قوياً لتطوير التطبيقات اللامركزية (dApps) وRollups. من خلال نشر التطبيقات على طبقة توفير البيانات وطبقة الإجماع في Celestia، يمكن لمطوري التطبيقات التركيز على تحسين منطق التنفيذ، بينما تتولى Celestia التعامل مع تعقيدات توفر البيانات وآلية الإجماع.

تصميم هيكلية Celestia يوفر حلول متنوعة للتوسع القائم على الوحدات، وتتكون هيكليتها بشكل رئيسي من الأنواع الثلاثة التالية:

• رول أب السيادة: توفر Celestia طبقة توفر البيانات وطبقة الإجماع، بينما يتم تنفيذ طبقة التسوية وطبقة التنفيذ بشكل مستقل من قبل سلاسل السيادة الخاصة بها.
• تسوية Rollup (مثل مشروع Cevmos): على أساس طبقة DA والاتفاقية التي تقدمها Celestia، توفر Cevmos خدمات طبقة التسوية، بينما تتحمل سلسلة التطبيقات دور طبقة التنفيذ.
• Celestium: طبقة توفر البيانات مسؤولة عن Celestia، بينما تعتمد طبقة الإجماع وطبقة التسوية على الشبكة القوية للإيثريوم، وتواصل سلسلة التطبيقات التركيز على طبقة التنفيذ.