تحليل عميق لتوسيع السلسلة خارج السلسلة

1. ضرورة التوسع

رؤية مستقبل blockchain هي تحقيق اللامركزية والأمان والقابلية للتوسع، ولكن عادةً ما يمكن تلبية اثنين فقط من هذه الأبعاد في وقت واحد، ويطلق على هذا اسم مشكلة المثلث المستحيل في blockchain. على مدى سنوات، كان الناس يستكشفون كيفية زيادة قدرة blockchain وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع، وهي واحدة من الموضوعات الساخنة الحالية في تطوير blockchain.

تعريف اللامركزية والأمان وقابلية التوسع:

• لامركزية: يمكن لأي شخص أن يصبح عقدة ويشارك في نظام blockchain، كلما زاد عدد العقد، زادت درجة اللامركزية، مما يضمن عدم سيطرة عدد قليل من المشاركين المركزيين على الشبكة.

• الأمان: كلما ارتفعت تكلفة الحصول على السيطرة على نظام blockchain، زادت الأمان، يمكن للسلسلة مقاومة هجمات نسبة كبيرة من المشاركين.

• القابلية للتوسع: قدرة blockchain على معالجة عدد كبير من المعاملات.

نشأت أول عملية انقسام كبيرة في شبكة البيتكوين من مشكلة التوسع. مع زيادة عدد المستخدمين وحجم المعاملات، بدأت شبكة البيتكوين التي تحد من حجم الكتلة إلى 1 ميغابايت تواجه الازدحام. منذ عام 2015، بدأت مجتمع البيتكوين في الانقسام حول مشكلة التوسع، حيث دعم جانب توسيع الكتل بينما دعم الجانب الآخر استخدام خطة الشهادة المنفصلة لتحسين هيكل السلسلة الرئيسية. في 1 أغسطس 2017، بدأ الجانب المؤيد للكتل الكبيرة بتطوير نظام عميل بكتل حجم 8 ميغابايت، مما أدى إلى حدوث أول انقسام كبير في البيتكوين، وولدت عملة جديدة BCH.

وبالمثل، اختار شبكة الإيثريوم التضحية بجزء من قابلية التوسع لضمان أمان الشبكة ولامركزيتها، من خلال وضع حد أقصى لرسوم الوقود القابلة للاحتواء في كتلة واحدة لتحديد حجم المعاملات. الهدف هو تحقيق توافق غير موثوق به وضمان توزيع واسع للعقد.

من CryptoKitties في عام 2017، إلى صيف DeFi، وظهور التطبيقات على السلسلة مثل GameFi وNFT، تزداد متطلبات السوق من حيث القدرة على المعالجة. لكن الإيثيريوم يمكنه معالجة 15-45 معاملة فقط في الثانية، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف المعاملات، وزيادة وقت التسوية، مما يجعل معظم DApps تعاني من تكاليف التشغيل، ويصبح الشبكة بأكملها بطيئة ومكلفة بالنسبة للمستخدمين. مشكلة توسيع البلوكشين بحاجة ماسة إلى الحل. الحل المثالي للتوسع هو: زيادة سرعة المعاملات وقدرة معالجة شبكة البلوكشين قدر الإمكان، دون التضحية باللامركزية والأمان.

2. أنواع خطط التوسع

نحن نقسم خطة التوسع إلى فئتين رئيسيتين: التوسع على السلسلة والتوسع خارج السلسلة، وفقًا لمعيار "ما إذا كان سيتم تغيير طبقة الشبكة الرئيسية".

2.1 توسيع السلسلة

المفهوم الأساسي: حل لتحقيق تأثير التوسع من خلال تغيير طبقة بروتوكول الشبكة الرئيسية، الحل الرئيسي الحالي هو التجزئة.

هناك العديد من الحلول لتوسيع السلسلة، ولن يتم تناول هذا الموضوع في هذه المقالة، سأقوم بسرد حلين بإيجاز:

• الخيار الأول هو توسيع مساحة الكتلة، أي زيادة عدد المعاملات المعبأة في كل كتلة، ولكن هذا سيزيد من متطلبات أجهزة العقد، ويزيد من عتبة الانضمام، ويقلل من درجة اللامركزية.

• الخيار الثاني هو التقسيم، حيث يتم تقسيم دفتر حسابات blockchain إلى عدة أجزاء، وكل جزء مسؤول عن تسجيل مختلف، ويمكن أن تعالج الحوسبة المتوازية عدة معاملات في وقت واحد؛ وهذا يمكن أن يقلل من ضغط العقد وحواجز الدخول، وزيادة سرعة المعاملات ودرجة اللامركزية؛ لكنه يعني أن قوة الحوسبة في الشبكة بأكملها تتوزع، مما سيقلل من أمان الشبكة بأكملها.

إن تغيير بروتوكول الشبكة الرئيسية قد يؤدي إلى آثار سلبية غير متوقعة، حيث إن أي ثغرة دقيقة في الطبقة الأساسية تشكل تهديدًا خطيرًا لأمان الشبكة بأكملها، وقد تضطر الشبكة إلى الانقسام أو التوقف عن إصلاح التحديثات. على سبيل المثال، حدث ثغرة التضخم في Zcash في عام 2018: كان هناك ثغرة خطيرة في الشيفرة الأساسية، مما يسمح بإصدار غير محدود من الرموز، قضى الفريق 8 أشهر في إصلاحها سرًا، وتم الكشف عن هذه الحادثة فقط بعد الإصلاح.

2.2 خارج السلسلة التوسع

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

يمكن تقسيم حلول توسيع خارج السلسلة إلى Layer2 وحلول أخرى:

• Layer2: قنوات الحالة، سلاسل جانبية، بلازما، تجميعات
• أخرى: Validium

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، بحيث يتم إجراء التفاعلات بين المستخدمين خارج السلسلة، لتقليل وقت المعاملات وتكاليفها، وتحقيق عدم وجود حد لعدد المعاملات.

قناة الحالة هي بروتوكول بسيط P2P، 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 تحديثات الحالة، ويحل النزاعات بين المشاركين. يقوم المشاركون بإيداع الأموال وقفلها بعد نشر العقد، وعند تأكيد توقيع الطرفين، تُفتح القناة رسميًا. تسمح القناة للمشاركين بإجراء معاملات مجانية غير محدودة خارج السلسلة ( طالما أن قيمة التحويل الصافية لا تتجاوز المجموع المودع ). يقوم المشاركون بالتناوب على إرسال تحديثات الحالة إلى بعضهم البعض، في انتظار تأكيد توقيع الطرف الآخر. بمجرد تأكيد توقيع الطرف الآخر، تعتبر هذه التحديثات مكتملة. في الظروف العادية، لا يتم تحميل تحديثات الحالة المتفق عليها من قبل الطرفين على الشبكة الرئيسية، بل يعتمد ذلك على تأكيد الشبكة الرئيسية فقط في حالة حدوث نزاع أو عند إغلاق القناة. عند إغلاق القناة، يمكن لأحد المشاركين تقديم طلب معاملة على الشبكة الرئيسية، وإذا حصل على موافقة جميع التوقيعات، يتم تنفيذها على الفور، وإلا يجب الانتظار حتى انتهاء "فترة التحدي" لاستلام الأموال المتبقية.

بناءً على ما سبق، يمكن أن يقلل حل قناة الحالة بشكل كبير من كمية الحسابات على الشبكة الرئيسية، ويعزز سرعة المعاملات، ويخفض تكاليف المعاملات.

3.1.2 الخط الزمني

• 2015/02: نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا مسودة الورقة البيضاء لشبكة البرق.

• 2015/11: جيف كولمان يلخص لأول مرة مفهوم قناة الدولة بشكل منظم، ويقترح أن قناة الدفع ببيتكوين هي حالة فرعية من قناة الدولة.

• 2016/01: نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا رسميًا الورقة البيضاء "شبكة بيتكوين لايتنينغ: مدفوعات فورية قابلة للتوسع خارج السلسلة" التي تقترح خطة توسيع شبكة بيتكوين من خلال قناة الدفع، والتي تستخدم فقط لمعالجة مدفوعات التحويل على شبكة بيتكوين.

• 2017/11: تم اقتراح أول مواصفات تصميم قناة الحالة Sprites المستندة إلى إطار قناة الدفع.

• 2018/06: Counterfactual قدم تصميم مفصل لقنوات الحالة العامة، وهو أول تصميم مرتبط تمامًا بقنوات الحالة.

• 2018/10: تم تقديم مفهوم شبكات القنوات العامة وحالة القنوات والقنوات الافتراضية في المقالة.

• 2019/02: تم توسيع مفهوم قنوات الحالة إلى قنوات N-Party، وNitro هو أول بروتوكول تم تأسيسه بناءً على هذه الفكرة.

• 2019/10: قامت Pisa بتوسيع مفهوم Watchtowers لحل مشكلة الحاجة إلى تواجد جميع المشاركين على الإنترنت بشكل مستمر.

• 2020/03: قدمت Hydra قنوات متساوية سريعة.

3.1.3 المبادئ التقنية

سير العمل التقليدي على السلسلة: تتفاعل أليس وبوب مع العقد الذكي الموزع على الشبكة الرئيسية، ويقوم المستخدمون بإرسال المعاملات إلى السلسلة لتغيير حالة العقد الذكي. العيب هو أنه سيؤدي إلى مشاكل في الوقت والتكلفة.

سير عمل قناة الحالة:

1. أليس وبوب يودعان الأموال من حسابات EOA الشخصية إلى عنوان عقد خارج السلسلة، ويتم قفل الأموال في العقد حتى يتم إعادتها إلى المستخدم عند إغلاق القناة؛ بعد تأكيد توقيع الاثنين، يتم فتح قناة الحالة رسميًا.

2. يمكن لأليس وبوب إجراء معاملات غير محدودة خارج السلسلة، من خلال رسائل مشفرة موقعة للتواصل مع بعضهما البعض. يجب على كلا الطرفين توقيع كل معاملة لمنع الاحتيال المزدوج. من خلال هذه الرسائل، يقترحون تحديث حالة حساباتهم، ويقبلون تحديث الحالة المقترح من الطرف الآخر.

3. إذا أرادت أليس إغلاق القناة، يجب عليها تقديم الحالة النهائية لحسابها إلى العقد، إذا قام بوب بالتوقيع والموافقة، فإن العقد سيقوم بإطلاق الأموال المقفلة وإعادتها إلى المستخدم المعني وفقًا للحالة النهائية. إذا لم يستجب بوب للتوقيع، فسيقوم العقد بإطلاق الأموال المقفلة وإعادتها إلى المستخدم المعني بعد انتهاء فترة التحدي.

سير العمل في حالة التشاؤم:

1. يودع مشاركان الأموال ويبدآن تبادل تحديثات الحالة.

2. افترض أنه في وقت ما لم يستجب بوب لتحديث حالة التوقيع المرسل من أليس، يمكن لأليس تقديم حالتها الأخيرة الفعالة إلى العقد لبدء التحدي، وهذه الحالة تتضمن توقيع بوب السابق.

3. العقد يسمح لـ Bob خلال فترة معينة بتقديم الاستجابة التالية للحالة؛ إذا استجاب Bob، يمكن للطرفين مواصلة التداول؛ إذا لم يستجب Bob، يغلق العقد قناة الحالة تلقائيًا ويعيد الأموال إلى Alice.

3.1.4 المميزات والعيوب

المميزات:

• الفورية: يمكن إتمام الصفقة على الفور، دون الحاجة إلى انتظار تأكيد الكتلة
• الخصوصية: فقط العمليات التي تتطلب تشغيل وإيقاف على السلسلة، تتم باقي المعاملات خارج السلسلة.
• قابلية التوسع: عدد المعاملات خارج السلسلة غير محدود
• تكلفة منخفضة: فقط عند فتح وإغلاق القناة يحتاج إلى دفع رسوم الغاز

العيوب:

• قفل الأموال: تحتاج إلى قفل كمية معينة من الأموال في القناة
• متصل باستمرار: يحتاج المشاركون إلى البقاء متصلين للاستجابة للحالة الأخيرة
• تفاعل متعدد الأطراف مقيد: ينطبق فقط على المشاركين المحددين مسبقًا
• تعقيد شبكة القنوات: تحتاج الأموال إلى العثور على مسار يربط بين الطرفين
• غير مناسب للحسابات المعقدة: مناسب فقط لمشاهد التفاعل البسيطة والمتكررة

3.1.5 تطبيق

شبكة البرق بيتكوين

نظرة عامة: شبكة البرق هي قناة مدفوعات صغيرة في شبكة البيتكوين، وقد مرت بتطور تقني: بناء قناة مدفوعات أحادية الاتجاه بتوقيع مزدوج 2/2، بعد إضافة RSMC يمكن بناء قناة مدفوعات ثنائية الاتجاه، ثم بعد إضافة HTLC يمكن ربط قنوات الدفع لتوسيع المدفوعات لأكثر من شخص، وفي النهاية بناء شبكة دفع. من خلال قنوات الدفع الصغيرة خارج السلسلة، ثم بمساعدة الوسطاء تشكل شبكة المعاملات، يمكن حل مشكلة توسيع شبكة البيتكوين. يتم استخدام العملية التي تتبع "إيداع ( لإنشاء قناة ) → معاملات شبكة البرق ( تحديث حالة القناة ) → استرداد/ تسوية ( إنهاء القناة )"؛ نظريًا يمكن معالجة مليون معاملة في الثانية.

الخط الزمني:

• فبراير 2015: نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا مسودة ورقة بيضاء لشبكة البرق
• يناير 2016: إصدار النسخة الرسمية من الورقة البيضاء وتأسيس Lightning Labs
• 15 مارس 2018: أصدرت Lightning Labs الإصدار الأول من الشبكة الرئيسية LND 0.4
• أوائل عام 2021: السعة العامة حوالي 40 مليون دولار أمريكي، حوالي 100,000 مستخدم يستخدمون
• يونيو 2021: السلفادور تتبنى البيتكوين كعملة قانونية، وفي سبتمبر أصدرت محفظة Chivo المعتمدة على شبكة البرق
• 2022: أعلنت Cash App و26 منصة تداول للعملات المشفرة دعم شبكة البرق
• أكتوبر 2022: أصدرت Lightning Labs النسخة التجريبية من بروتوكول Taro المبني على Taproot (alpha )
• 23 نوفمبر 2022: يوجد في شبكة البرق 76,236 قناة دفع، وإجمالي أموال القنوات 5049 BTC($81.8M)

التنمية البيئية: تتكون بيئة شبكة البرق من الأسفل إلى الأعلى على النحو التالي: شبكة BTC الأساسية --- البنية التحتية الأساسية --- تطبيقات لا مركزية متنوعة.

البنية التحتية الأساسية تشمل:

• حلول شبكة البرق: برامج البرمجيات التي تدير وتربط شبكة البرق للأفراد والشركات، وأكبر حصة في السوق هي Lightning Labs.
• خدمات العقد والسيولة: توفير واجهة سهلة الاستخدام لمساعدة في إدارة قنوات الدفع الفوري.

توجد فوق البنية التحتية الأساسية مجموعة متنوعة من خدمات الدفع والمالية والتطبيقات، مثل Strike التي تسمح بشراء وبيع BTC، وتويتر للمكافآت، وShopify لقبول BTC من التجار.

حتى نوفمبر 2022، زادت تطبيقات Dapps المعتمدة على شبكة Lightning إلى أكثر من 20 فئة و100 تطبيق، بما في ذلك المدفوعات، والمحافظ، وإدارة العقد، وإضافات المتصفح، والبودكاست، والبث المباشر، وغيرها. في الوقت الحالي، أصبحت الطبقات الأساسية التكنولوجية المتعلقة بالبنية التحتية للعقد ناضجة بشكل أساسي، وزادت دعم المحافظ، واستمر دمج الخدمات المالية والمدفوعات في النمو، بينما يتم بناء المزيد من التطبيقات الترفيهية، وازدهر النظام البيئي.

شبكة البرق للإيثيريوم

نظرة عامة: شبكة雷电 هي قناة دفع صغيرة مبنية على الإيثيريوم، مشابهة جدًا لشبكة闪电، حيث يتم توسيع المعاملات على السلسلة من خلال إنشاء قنوات الحالة، بهدف تحقيق مدفوعات ERC20 تقريبًا في الوقت الحقيقي وبتكاليف منخفضة وقابلية للتوسع على الإيثيريوم.

خط الزمن:

• 2017