تحليل العمق لتوسيع خارج السلسلة

1. ضرورة التوسع

الرؤية المستقبلية لسلسلة الكتل هي تحقيق اللامركزية والأمان وقابلية التوسع، ولكن عادة ما يمكن تحقيق اثنين فقط من هذه الأمور. يُعرف هذا بمشكلة مثلث الاستحالة في سلسلة الكتل. على مدى سنوات، كان الناس يستكشفون كيفية تحسين قدرة سلسلة الكتل وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع.

دعنا نحدد بشكل تقريبي لامركزية و أمان و قابلية توسيع سلسلة الكتل:

• لامركزية: يمكن لأي شخص أن يصبح عقدة ويشارك في نظام البلوكشين، كلما زاد عدد العقد، زادت درجة اللامركزية.
• الأمان: كلما زادت تكلفة الحصول على السيطرة على نظام blockchain، زادت الأمان، ويمكن أن يتحمل السلسلة نسبة أكبر من الهجمات.
• القابلية للتوسع: قدرة blockchain على معالجة عدد كبير من المعاملات.

أول انقسام كبير في شبكة البيتكوين نشأ من مشكلة التوسع. مع زيادة عدد المستخدمين وحجم المعاملات، بدأت شبكة البيتكوين ذات الحد الأقصى للكتل 1 ميغابايت تواجه ازدحامًا. منذ عام 2015، كان هناك انقسام في مجتمع البيتكوين حول مسألة التوسع، حيث دعم جانب توسيع الكتل، بينما دعم الآخر استخدام حلول الشهادة المعزولة لتحسين هيكل السلسلة الرئيسية. في 1 أغسطس 2017، قام الجانب الداعم للكتل الكبيرة بتطوير نظام عميل 8 ميغابايت من تلقاء نفسه، مما أدى إلى حدوث أول انقسام كبير في البيتكوين وولادة BCH.

اختار شبكة إيثريوم أيضًا التضحية بجزء من القابلية للتوسع لضمان أمان الشبكة واللامركزية. على الرغم من أن إيثريوم لا تفرض قيودًا على حجم الكتلة مثل البيتكوين، إلا أنها وضعت حدًا أقصى لرسوم الوقود لكل كتلة بشكل غير مباشر، والهدف هو تحقيق إجماع غير موثوق وضمان توزيع واسع للعقد.

من CryptoKitties في عام 2017 إلى صيف DeFi، ثم إلى ظهور GameFi وNFT، تزداد حاجة السوق إلى القدرة على معالجة البيانات. لكن لا يزال بإمكان Ethereum معالجة 15-45 معاملة فقط في الثانية، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف المعاملات وزيادة وقت التسوية، مما يجعل معظم تطبيقات DApp غير قادرة على تحمل تكاليف التشغيل. الحل الأمثل للتوسع هو: زيادة سرعة المعاملات والقدرة على معالجة البيانات في شبكة blockchain قدر الإمكان دون التضحية باللامركزية والأمن.

2. فئات خطط التوسع

يمكننا تصنيف خطط التوسع إلى نوعين رئيسيين: التوسع على السلسلة والتوسع خارج السلسلة بناءً على "ما إذا كان سيتم تغيير طبقة الشبكة الرئيسية".

2.1 توسيع السلسلة

المفهوم الأساسي: حل لتحقيق توسيع من خلال تغيير بروتوكول الشبكة الرئيسية، والحل الرئيسي الحالي هو التجزئة.

هناك العديد من الحلول لتوسيع السلسلة, لن يتم تناولها في هذه المقالة, سأذكر بإيجاز اثنين منها:

• توسيع مساحة الكتلة، وزيادة عدد المعاملات المعبأة في كل كتلة، ولكن سيؤدي ذلك إلى زيادة المتطلبات على أجهزة العقد، وتقليل درجة اللامركزية.
• التجزئة، تقسيم دفتر حسابات سلسلة الكتل إلى عدة أجزاء، حيث تتولى عقد مختلفة مسؤولية تسجيل الحسابات، ويمكن للحسابات المتوازية معالجة عدة معاملات في نفس الوقت. هذا يمكن أن يقلل من ضغط الحسابات على العقدة والحواجز للانضمام، ويزيد من سرعة معالجة المعاملات ودرجة اللامركزية، ولكنه سيقلل من أمان الشبكة بأكملها.

قد يؤدي تغيير بروتوكول الشبكة الرئيسية إلى تأثيرات سلبية يصعب التنبؤ بها، وأي ثغرة أمنية طفيفة في الطبقة الأساسية قد تهدد بشكل خطير أمان الشبكة بأكملها.

2.2 خارج السلسلة توسعة

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

خارج السلسلة توسيع الحلول يمكن تقسيمها إلى Layer2 وحلول أخرى:

• Layer2: قنوات الحالة، بلازما، رول أبس
• أخرى:سلاسل جانبية، فالي ديوم

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 أو إغلاق القناة أو حل النزاعات، حيث يتم إجراء التفاعلات بين المستخدمين خارج السلسلة، وذلك لتقليل وقت المعاملات وتكلفتها، وتحقيق عدد غير محدود من المعاملات.

قناة الحالة هي بروتوكول بسيط من نوع P2P، مناسب للتطبيقات القائمة على الأدوار، مثل لعبة الشطرنج الدولية بين شخصين. يتم إدارة كل قناة بواسطة عقد ذكي متعدد التوقيع يعمل على الشبكة الرئيسية، يتحكم في الأصول المودعة في القناة، ويحقق في تحديثات الحالة، ويحل النزاعات بين المشاركين.

3.1.2 الخط الزمني

• 2015/02: جوزيف بون وتاديوس دراجا نشروا مسودة وثيقة شبكة البرق.
• 2015/11: جيف كولمان يلخص لأول مرة مفهوم قناة الدولة بشكل منهجي.
• 2016/01: جوزيف بون و ثاديوس دريجا ينشران رسميًا ورقة بيضاء لشبكة البيتكوين الضوئية.
• 2017/11: تم تقديم أول معيار تصميم لقناة الحالة Sprites المستندة إلى إطار قناة الدفع.
• 2018/06: قدم Counterfactual تصميمًا تفصيليًا لقنوات الحالة العامة.
• 2018/10: تقديم مفهومي شبكة قنوات الدولة والقنوات الافتراضية.
• 2019/02: تم توسيع مفهوم قنوات الحالة إلى قنوات متعددة الأطراف، وNitro هو البروتوكول الأول المستند إلى هذه الفكرة.
• 2019/10: توسعة مفهوم Watchtowers في Pisa، لحل مشكلة ضرورة بقاء المشاركين متصلين باستمرار.
• 2020/03: هيدرا قدمت قنوات إيزومورفية سريعة.

3.1.3 المبادئ التقنية

سير العمل العام لقناة الحالة:

1. يفتح المشاركون القناة عن طريق إيداع الأموال في عقد ذكي على الشبكة الرئيسية.

2. يمكن للمشاركين إجراء عدد غير محدد من المعاملات خارج السلسلة، من خلال توقيع الرسائل للتواصل وتحديث الحالة.

3. عند إغلاق القناة، يقوم المشاركون بتقديم الحالة النهائية لعقد الشبكة الرئيسية. إذا تم الحصول على توقيع جميع الأعضاء، يتم التنفيذ على الفور؛ وإلا يتعين الانتظار حتى انتهاء فترة التحدي.

4. في حالة حدوث نزاع، يمكن تقديم دليل الاحتيال إلى عقد الشبكة الرئيسية للطعن.

3.1.4 المزايا والعيوب

المزايا:

• تأكيد فوري، رسوم معاملات منخفضة
• قدرة عالية على المعالجة، وقابلية التوسع قوية
• الخصوصية جيدة

العيوب:

• يجب قفل الأموال مسبقًا
• يجب على المشاركين البقاء متصلين
• غير مناسب للتطبيقات ذات المشاركة المفتوحة
• تكلفة إنشاء وإغلاق القنوات عالية

3.1.5 تطبيق

التطبيقات الرئيسية: شبكة البرق بيتكوين، شبكة البرق إيثيريوم، شبكة سيلر.

شبكة البيتكوين الخفيفة:

• تم اقتراحه في عام 2015، وتم إصدار الشبكة الرئيسية في مارس 2018
• حتى نوفمبر 2022، كان هناك 76,236 قناة دفع، و5049 BTC مقفلة

شبكة الإيثريوم البرق:

• تأسست في عام 2017، وأصدرت الشبكة الرئيسية في مايو 2020
• حاليًا تفتقر إلى التقدم في التطوير، وعلقت العديد من البورصات تداول الرمز المميز RDN.

شبكة سيلر:

• تأسست في عام 2018، وزيادة طبقة التحفيز
• مناسبة لتطبيقات التفاعل عالي التردد مثل منصات الألعاب الإلكترونية

3.1.6 مقارنة التطبيقات

شبكة البرق هي حاليًا أكثر التطبيقات نجاحًا لقنوات الحالة، والبيئة متكاملة إلى حد كبير. بينما تطور شبكة الرعد ببطء. قامت شبكة سيلر بتوسيع المزيد من سيناريوهات التطبيق من خلال إضافة طبقة تحفيزية.

3.2 سلاسل جانبية

3.2.1 ملخص

تم اقتراح مفهوم السلسلة الجانبية في عام 2012، وتم نشر المقالات ذات الصلة لأول مرة في عام 2014. السلسلة الجانبية هي شكل من أشكال blockchain التي ظهرت لتسريع معاملات البيتكوين، ويمكن استخدامها لعقود أكثر تعقيدًا أو لتحسين آلية الإجماع. عندما يتم إرسال نتائج معاملات السلسلة الجانبية مرة أخرى إلى السلسلة الرئيسية، يتم تسجيلها على جانب المدقق.

3.2.2 خط الزمن

• 2012/01: تم اقتراح مفهوم سلسلة جانبية لبيتكوين في غرفة الدردشة
• 2014/10: نشر ورقة عمل حول سلاسل الجانبية للبيتكوين
• 2017/04: إطلاق شبكة POA على شبكة الاختبار
• 2017/10:انطلاق شبكة ماتيك
• 2017/12: تشغيل الشبكة الرئيسية لـ POA Network
• 2018/01:إطلاق شبكة اختبار Skale
• 2018/10: إطلاق شبكة اختبار xDai Chain
• 2020/06: إطلاق الشبكة الرئيسية لـ Skale، إطلاق الشبكة الرئيسية لـ Matic PoS Chain
• 2021/02: تم تغيير اسم شبكة Matic إلى شبكة Polygon
• 2021/02: تشغيل الشبكة الرئيسية لسلسلة Ronin للعبة Axie Infinity
• 2021/12: تم دمج سلسلة xDai مع Gnosis Dao لتصبح سلسلة Gnosis
• 2022/03: تم دمج شبكة POA في سلسلة Gnosis

3.2.3 المبادئ التقنية

المبادئ التقنية الرئيسية للسلاسل الجانبية تشمل:

1. الربط الثنائي: يقوم مدققو السلسلة الرئيسية والسلسلة الجانبية بتسجيل حالة بعضهم البعض الحالية في الوقت الفعلي.

2. عدم التنسيق في الربط: يجب على مُصدقي السلسلة الجانبية مراقبة أنشطة السلسلة الرئيسية، ولكن لا يمكن للسلسلة الرئيسية تأكيد حالة السلسلة الجانبية، مما يستدعي إدخال آلية المصدقين.

3. الأصول عبر السلسلة:

   • السلسلة الرئيسية → سلسلة جانبية: السلسلة الرئيسية تقفل الأصول، السلسلة الجانبية تولد أصول مغلفة
   • سلسلة جانبية→سلسلة رئيسية: يتم تدمير الأصول المغلفة في السلسلة الجانبية، ويتم فتح الأصول في السلسلة الرئيسية

تعتمد أمان الأصول على السلسلة الجانبية على أمان السلسلة الجانبية، وهو أساسًا آلية الإجماع الخاصة بها.

3.2.4 المزايا والعيوب

المزايا:

• يمكن تحقيق تداول سريع وبتكلفة منخفضة
• يمكن دعم عقود ذكية أكثر تعقيدًا
• لا يؤثر على أمان السلسلة الرئيسية واللامركزية

العيوب:

• يحتاج إلى الاعتماد على آلية التوقيع المشترك، والأمان منخفض نسبياً
• قد تصبح جسور السلاسل هدفاً للهجوم
• يجب قفل الأصول الرئيسية على الجسر
• يعتمد تمامًا على نزاهة المدققين

3.2.5 تطبيق

التطبيقات الرئيسية: سلسلة Gnosis ( الأصلية xDai )، بوليجون، رونين

سلسلة غنوصيس:

• تم إطلاق الشبكة الرئيسية في سبتمبر 2018
• دمج مع Gnosis DAO في عام 2021
• باستخدام نموذج PoSDAO، يمكن الحصول على 15% APR من خلال الرهان
• القيمة الإجمالية المقيدة الحالية حوالي $53M، هناك 35 مشروعاً قيد التشغيل

بوليجون:

• تأسست في عام 2017، وتم إطلاق الشبكة الرئيسية في يونيو 2020
• تم تغيير الاسم في فبراير 2021، والتحول إلى مجمع حلول التوسع
• التنمية البيئية تتقدم بسرعة، ولديها أكثر من 37 ألف DApp
• القيمة الإجمالية المقفلة حالياً حوالي $1.07B

رونين:

• سلسلة جانبية تم تطويرها للعبة Axie Infinity
• إطلاق الشبكة الرئيسية في مارس 2021
• استخدام إجماع PoA، بحد أقصى 25 عقدة تحقق
• تعرضت لهجوم هاكر بقيمة 625 مليون دولار في مارس 2022

3.2.6 مقارنة التطبيقات

تركز شبكة Gnosis على مدفوعات العملات المستقرة، بينما تتطور Polygon بسرعة وبشكل شامل. تم تصميم Ronin خصيصًا للألعاب ولكن هناك شكوك حول أمانها. تتصدر Polygon في بناء النظام البيئي، والابتكار التكنولوجي، والقدرة المالية.

3.3 بلازما

3.3.1 ملخص

Plasma هو إطار عمل لبناء تطبيقات لامركزية قابلة للتوسع. ظهر كحل تطوري للسلاسل الجانبية ، يهدف إلى تقليل ثقة المستخدمين في مشغل السلسلة الجانبية إلى الحد الأدنى. المبدأ الأساسي لـ Plasma هو أنه حتى في حالة حدوث خلل أمني في سلسلة Plasma ، يمكن استرداد أصول المستخدمين إلى الشبكة الرئيسية.

3.3.2 خط الزمن

• 2017/08:فيتالك وجوزيف بون اقترحوا ورقة بيضاء حول بلازما
• 2018/01:فيتالك يقترح بلازما MVP
• 2018/03:فيتاليك اقترح بلازما كاش
• 2018/06: اقترح دان روبنسون Plasma Debit
• 2018/11: مؤسسة BANKEX تقدم Plasma Prime
• منذ عام 2019: بدأت مجتمع الإيثيريوم استكشاف Rollups

3.3.3 المبادئ التقنية

فكرة بلازما الأساسية:

1. خارج السلسلة التنفيذ: تتم معالجة معظم العمل خارج الشبكة الرئيسية
2. الالتزام بالحالة: تقديم حالة سلسلة Plasma بانتظام على الشبكة الرئيسية
3. آلية الخروج: يمكن للمستخدم سحب الأموال من سلسلة Plasma إلى الشبكة الرئيسية في أي وقت

عملية المستخدم:

1. إيداع الأصول في عقد الشبكة الرئيسية للدخول إلى سلسلة Plasma
2. إجراء المعاملات على سلسلة Plasma
3. يقوم المشغل بتقديم تعهدات الحالة إلى الشبكة الرئيسية بشكل دوري
4. يمكن للمستخدم تقديم طلب خروج في أي وقت، وبعد فترة التحدي يمكنه استرداد الأصول.