تحليل العمق لتوسيع خارج السلسلة

1. ضرورة التوسع

رؤية مستقبلية لتكنولوجيا البلوكشين هي اللامركزية والأمان وقابلية التوسع، لكن عادة ما يمكن تحقيق اثنين فقط من هذه الثلاثة، وهذا ما يُعرف بمشكلة مثلث البلوكشين المستحيلة. على مدار سنوات، استكشف الناس كيفية زيادة قدرة البلوكشين وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع، وهي واحدة من المواضيع الساخنة في تطوير البلوكشين الحالي.

يمكن تعريف اللامركزية والأمان وقابلية التوسع في blockchain على النحو التالي:

• 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 زادت تكلفة الحصول على السيطرة على نظام blockchain، زادت الأمان، ويمكن للسلسلة مقاومة هجمات نسبة كبيرة من المشاركين.

• القابلية للتوسع: قدرة blockchain على معالجة كميات كبيرة من المعاملات.

أول انقسام صعب كبير في شبكة البيتكوين ناتج عن مشكلة التوسع. مع زيادة عدد المستخدمين وحجم المعاملات، بدأت شبكة البيتكوين ذات الحد الأقصى للكتلة 1 ميغابايت تواجه ازدحامًا. منذ عام 2015، كانت هناك انقسامات في مجتمع البيتكوين حول مشكلة التوسع، حيث دعم أحد الأطراف توسيع الكتلة، بينما أصر الطرف الآخر على استخدام الشهادة المنفصلة لتحسين هيكل السلسلة الرئيسية. في 1 أغسطس 2017، قام الطرف الداعم للتوسع بتطوير سلسلة كتل حجمها 8 ميغابايت، مما أدى إلى أول انقسام صعب كبير في البيتكوين، وولادة عملة جديدة هي BCH.

اختار شبكة إيثيريوم أيضًا التضحية ببعض قابلية التوسع من أجل ضمان الأمان واللامركزية، من خلال تحديد حد أقصى لرسوم الوقود للحد من عدد المعاملات. من CryptoKitties في عام 2017 إلى ظهور DeFi وGameFi وNFT، تزايدت حاجة السوق إلى القدرة على معالجة المعاملات، لكن إيثيريوم يمكنها معالجة 15-45 معاملة فقط في الثانية، مما أدى إلى زيادة تكاليف المعاملات وطول أوقات التسوية، مما جعل معظم التطبيقات اللامركزية غير قادرة على تحمل تكاليف التشغيل، وأصبح الشبكة بأكملها بطيئة ومكلفة، مما يوجب ضرورة حل مشكلة التوسع. إن الحل المثالي للتوسع هو زيادة سرعة المعاملات والقدرة على المعالجة قدر الإمكان دون التضحية باللامركزية والأمان.

2. فئات خطة التوسع

يمكننا تصنيف اقتراحات التوسع إلى فئتين رئيسيتين: التوسع على السلسلة والتوسع خارج السلسلة وفقًا لما إذا كان "سيتم تغيير طبقة الشبكة الرئيسية".

2.1 توسيع السلسلة

المفهوم الأساسي: حل يتم من خلال تغيير طبقة بروتوكول الشبكة الرئيسية لتحقيق تأثير التوسع، والخطة الرئيسية الحالية هي تقسيم الشبكة.

هناك عدة حلول لتوسيع السلسلة، وفيما يلي نذكر باختصار حلين:

• الخيار الأول هو توسيع مساحة الكتلة، وزيادة عدد المعاملات المعبأة في كل كتلة، ولكن هذا سيزيد من متطلبات الأجهزة عالية الأداء ويقلل من مستوى "اللامركزية".

• الخيار الثاني هو التجزئة، حيث يتم تقسيم دفتر الأستاذ الخاص بسلسلة الكتل إلى عدة أجزاء، وتكون كل شريحة مسؤولة عن محاسبة مختلفة، مما يسمح بالحساب المتوازي لمعالجة عدة معاملات في نفس الوقت. يمكن أن يقلل هذا من ضغط حسابات العقد وعقبات الانضمام، ويزيد من سرعة معالجة المعاملات ودرجة اللامركزية، ولكنه يعني أن قوة الحوسبة في الشبكة بأكملها تتوزع، مما قد يقلل من "الأمان" الكامل للشبكة.

قد يؤدي تغيير بروتوكول الشبكة الرئيسية إلى آثار سلبية غير متوقعة، حيث أن أي ثغرة أمنية طفيفة في الطبقة الأساسية قد تهدد أمان الشبكة بأكملها بشكل خطير، وقد تضطر الشبكة إلى الانقسام أو التوقف لإصلاح التحديث.

2.2 خارج السلسلة التوسع

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

يمكن تقسيم خطط توسيع خارج السلسلة إلى Layer2 وخطط أخرى:

الطبقة 2:

• قنوات الدولة
• بلازما
• رول أبس
  • تجميعات متفائلة
  • زك رول أبس

أخرى:

• سلاسل جانبية
• فاليوم

3. حلول توسيع خارج السلسلة

3.1 قنوات الدولة

3.1.1 ملخص

تنص قناة الحالة على أنه يجب على المستخدمين التفاعل مع الشبكة الرئيسية فقط عند فتح القناة أو إغلاقها أو حل النزاعات، حيث يتم إجراء التفاعلات بين المستخدمين خارج السلسلة لتقليل وقت المعاملات وتكاليفها، وتحقيق عدد غير محدود من المعاملات.

قنوات الحالة هي بروتوكولات بسيطة من نظير إلى نظير، مناسبة لتطبيقات "المبنية على الجولات"، مثل الشطرنج بين شخصين. يتم إدارة كل قناة بواسطة عقد ذكي متعدد التوقيع على الشبكة الرئيسية، تتحكم في أصول القناة، وتتحقق من تحديثات الحالة، وتحكم في النزاعات ( وفقًا لإثبات الاحتيال الموقّع والم timestamps ). بعد أن ينشر المشاركون العقد، يودعون الأموال ويقفلونها، وبعد تأكيد توقيع الطرفين، تفتح القناة رسميًا. تتيح القناة عددًا غير محدود من المعاملات المجانية خارج السلسلة ( طالما أن القيمة الصافية لا تتجاوز المبلغ المودع الإجمالي ). يتناوب المشاركون على إرسال تحديثات الحالة في انتظار تأكيد توقيع الطرف الآخر. في الظروف العادية، لا يتم رفع تحديثات الحالة إلى الشبكة الرئيسية، بل تعتمد فقط على تأكيد الشبكة الرئيسية في حالة النزاع أو عند إغلاق القناة. عند إغلاق القناة، يمكن لأي طرف تقديم طلب إلى الشبكة الرئيسية، وإذا حصل على موافقة توقيع الجميع، يتم التنفيذ على الفور، وإلا يتعين الانتظار حتى انتهاء "فترة التحدي".

يمكن لقنوات الحالة أن تقلل بشكل كبير من كمية الحسابات على الشبكة الرئيسية، وتعزز سرعة المعاملات، وتخفض تكاليف المعاملات.

3.1.2 خط الزمن

• 2015/02: جوزيف بون وثاديوس دريجا ينشران مسودة ورقة بيضاء لشبكة البرق.

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

• 2016/01: نشر جوزيف بون وثاديوس دريا رسميًا ورقة بيضاء لشبكة بيتكوين الضوئية، مقترحين خطة توسيع قناة الدفع.

• 2017/11: تم تقديم أول معيار تصميم لقناة الحالة المعتمد على قناة الدفع Sprites.

• 2018/06: قدم Counterfactual تصميمًا مفصلًا لقنوات الحالة العامة، وهو أول تصميم مرتبط بالكامل.

• 2018/10: اقترح مفهوم شبكات قنوات الدولة والقنوات الافتراضية.

• 2019/02: تم توسيع قناة الحالة إلى قنوات N-Party، Nitro هو أول بروتوكول مبني على هذه الفكرة.

• 2019/10: توسعة مفهوم Watchtowers في Pisa، لحل مشكلة حاجة المشاركين للبقاء متصلين باستمرار.

• 2020/03: قدمت Hydra قنوات متساوية سريعة.

3.1.3 المبادئ التقنية

سير العمل التقليدي على السلسلة: يقوم المستخدمون بتغيير حالة العقد الذكي من خلال إرسال معاملات إلى السلسلة، ولكن ذلك يتسبب في مشاكل تتعلق بالوقت والتكلفة.

سير عمل قناة الحالة:

1. يقوم المستخدم بإيداع الأموال من EOA إلى العقد على السلسلة، ويتم قفلها حتى يتم إغلاق القناة.
2. يمكن للمستخدم إجراء معاملات غير محدودة خارج السلسلة، من خلال اتصالات رسائل التوقيع المشفرة.
3. عند إغلاق القناة، تقديم الحالة النهائية للعقد، إذا وافق الطرف الآخر بالتوقيع يتم التنفيذ على الفور، وإلا ينتظر فترة التحدي.

في حالة التشاؤم، إذا لم يستجب أحد الأطراف، يمكن للطرف الآخر تقديم حالة فعالة أخيرة للتحدي إلى العقد، ويسمح العقد للطرف الآخر بالاستجابة خلال فترة معينة. إذا لم يكن هناك استجابة، يغلق العقد القناة تلقائيًا ويعيد الأموال.

3.1.4 المزايا والعيوب

المزايا:

• تأكيد فوري، تداول سريع
• رسوم منخفضة
• الخصوصية
• قدرة استيعاب عالية

العيوب:

• يحتاج إلى مراقبة مستمرة عبر الإنترنت
• تحتاج إلى قفل الأموال
• غير مناسب للتداول منخفض التردد
• سعة القناة محدودة
• لا تدعم العقود الذكية العامة

3.1.5 تطبيق

شبكة البرق بتكوين:

• هو قناة دفع صغيرة لشبكة البيتكوين
• من خلال قنوات الدفع الصغيرة خارج السلسلة والوسطاء، يتم تشكيل شبكة المعاملات، مما يحل مشكلة التوسع
• اتبع عملية "الإيداع → معاملات شبكة البرق → الاسترداد / التسوية"
• من الناحية النظرية يمكن معالجة مليون معاملة في الثانية
• في نهاية عام 2021، كان إجمالي قيمة الأصول المقفلة حوالي 40 مليون دولار أمريكي، مع حوالي 100,000 مستخدم
• في نوفمبر 2022، كان هناك 76,236 قناة دفع، و5049 BTC من الأموال ($81.8M)

شبكة البرق على الإيثيريوم:

• قناة دفع صغيرة تعتمد على الإيثريوم، مشابهة لشبكة البرق
• الهدف هو تحقيق دفع رموز ERC20 بتكاليف منخفضة وقابلية للتوسع وبشكل شبه فوري.
• تم تأسيسها في عام 2017، وجمعت 30 مليون دولار خلال ICO في أكتوبر 2017
• تم إطلاق أول عميل خفيف في مايو 2020
• لم يتم اعتماده على نطاق واسع حتى الآن، وتشمل الأسباب ارتفاع عتبة الاستخدام، وظهور تقنيات توسيع أكثر تقدماً.
• الفريق يقوم بتحويله ليعمل على شبكة الإيثيريوم Layer2 Rollup

شبكة سيلر:

• الجوهر هو زيادة طبقة الحوافز لشبكة البرق
• بناء تطبيقات DApps سريعة وسهلة الاستخدام ومنخفضة التكلفة وآمنة للتفاعل عالي التردد من خلال تقنية توسيع خارج السلسلة ونموذج اقتصاد تحفيزي.
• مناسب لتطبيقات التفاعل عالي التردد مثل منصات الرياضات الإلكترونية
• استخدم OAT( مترجم عنوان خارج السلسلة ) لتعيين عنوان خارج السلسلة بشكل فريد إلى عقد ذكي على السلسلة
• يتكون من ثلاث طبقات هي cChannel و cRoute و cOS
• تأسست في عام 2018، وتم إصدار الرمز المميز $CELR في مارس 2019
• تم إطلاق بروتوكول DeFi Layer2.finance، وبروتوكول تبادل المعلومات عبر السلاسل Celer IM وجسر الأصول cBridge.

3.1.6 مقارنة التطبيقات

شبكة البرق للبيتكوين:

• للاستخدام في دفع BTC
• قناة الدفع ثنائية الاتجاه
• حجم التداول كبير
• التنمية البيئية جيدة

شبكة إيثيريوم البرق:

• تستخدم للدفع بـ ETH و ERC20
• قناة الدفع الثنائية الاتجاه
• حجم التداول صغير
• التنمية البيئية بطيئة

شبكة سيلر:

• دعم أصول متعددة
• قناة الحالة العامة
• حجم التداول متوسط
• يتجه النظام البيئي نحو الاتجاه عبر السلاسل

3.2 سلاسل جانبية

3.2.1 ملخص

تم اقتراح مفهوم السلاسل الجانبية لأول مرة في غرفة الدردشة الخاصة بمطوري بيتكوين في عام 2012، وتم نشر أول مقال متعلق بذلك في عام 2014. السلاسل الجانبية هي شكل من أشكال البلوكتشين التي ظهرت لتسريع معاملات بيتكوين، ويمكن استخدامها لعقود أكثر تعقيدًا أو تحسين آليات الإجماع. عند إرسال نتائج معاملات السلاسل الجانبية في النهاية إلى السلسلة الرئيسية، سيتم تسجيلها على جانب المحققين. هذه الطريقة هي بنية تحتية ملحقة بالسلسلة الرئيسية وتساعد في حل المشكلات.

3.2.2 خط الزمن

• 2012/01: تم طرح مفهوم سلسلة جانبية للبيتكوين في غرفة الدردشة
• 2014/10: نشر ورقة عمل حول الجوانب الجانبية للبيتكوين: Symmetric Pegged و Asymmetric Pegged
• 2017/04: تم إطلاق شبكة POA على شبكة اختبار الجانبية المعتمدة على إجماع PoA من الإيثيريوم
• 2017/10: إطلاق شبكة ماتيك
• 2017/12: إطلاق الشبكة الرئيسية لـ POA Network
• 2018/01:إطلاق شبكة Skales التجريبية
• 2018/10:إطلاق شبكة اختبار xDai Chain
• 2020/06: إطلاق الشبكة الرئيسية لـ Skale
• 2020/06: إطلاق الشبكة الرئيسية لسلسلة Matic PoS على إيثريوم
• 2021/02: تم تغيير اسم شبكة Matic إلى شبكة Polygon
• 2021/02: تشغيل الشبكة الرئيسية لبراءة الاختراع الخاصة بلعبة Axie Infinity Ronin
• 2021/12: اندمجت xDai Chain مع Gnosis Dao لتشكيل Gnosis Chain
• 2022/03: تم دمج شبكة POA في سلسلة Gnosis

3.2.3 المبادئ التقنية

تستخدم السلاسل الجانبية الربط الثنائي الاتجاه ( الربط المتماثل ) و الربط غير المتناغم ( الربط غير المتماثل ) للتواصل مع السلسلة الرئيسية.

ت pegged المتماثل:

• يقوم مُصدِق سلسلة الكتل الجانبية الرئيسية بتسجيل حالة الآخر الحالية في الوقت الفعلي ( معلومات رأس الكتلة )
• استخدام تقنية SPV ثنائية الاتجاه لنقل المعلومات
• عند إرسال توكن السلسلة الرئيسية إلى سلسلة جانبية، يتم إنشاء مخرجات مقفلة بواسطة SPV
• يتحقق المدققون في السلسلة الجانبية من فتح باستخدام إثبات SPV
• بعد انتظار فترة التأكيد وفترة المسابقة، يمكن استخدام الأصول الجديدة المصنوعة في السلسلة الجانبية.

ربط غير متماثل:

• مراقبة نشاط السلسلة الرئيسية من قبل المدققين على السلسلة الجانبية في الوقت الحقيقي
• عند تحويل الأموال من السلسلة الرئيسية إلى السلسلة الجانبية، تقوم السلسلة الجانبية بتسجيل (forward transaction) بشكل نشط.
• تم إدخال آلية المدققين عند تحويل الأموال من السلسلة الجانبية إلى السلسلة الرئيسية
• تسجل الشهادات معرف العقد، معرف المدقق، قائمة التحويل وغيرها من المعلومات
• يقوم الموثقون بضمان الأمان من خلال الرهن والتوقيع

في الوقت الحالي، تستخدم معظم السلاسل الجانبية آلية PoA أو طبقة وسيطة من Relayers لتأكيد حالة كتلة السلسلة الرئيسية.

ملخص آلية السلسلة الجانبية:

• السلسلة الرئيسية → سلسلة جانبية: السلسلة الرئيسية تقفل الأصول، والسلسلة الجانبية تولد الأصول المغلفة
• سلسلة جانبية→سلسلة رئيسية: يتم تدمير الأصول المغلفة في السلسلة الجانبية، وتحرير الأصول في السلسلة الرئيسية

تعتمد أمان أصول السلسلة الجانبية على أمان السلسلة الجانبية، أي آلية توافق السلسلة الجانبية.

![تقرير بحثي عميق: تحليل شامل لتوسيع خارج السلسلة](