تحليل العمق لتوسيع خارج السلسلة

1. ضرورة التوسع

رؤية مستقبل blockchain هي تحقيق اللامركزية والأمان وقابلية التوسع. لكن عادة ما يمكن تلبية اثنين فقط من هذه المتطلبات، وهذا ما يعرف بمشكلة المثلث المستحيل لل blockchain. واحدة من الموضوعات الساخنة الحالية في تطوير blockchain هي كيفية تحسين قدرة blockchain وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع.

تعريف اللامركزية والأمان وقابلية التوسع في blockchain:

• اللامركزية: يمكن لأي شخص أن يصبح عقدة للمشاركة في إنتاج والتحقق من نظام blockchain، كلما زاد عدد العقد، زادت درجة اللامركزية.

• الأمان: كلما كانت التكلفة للحصول على السيطرة على نظام blockchain أعلى، كلما زادت الأمان، يمكن للسلسلة مقاومة هجمات نسبة أكبر من المشاركين.

• قابلية التوسع: قدرة blockchain على معالجة عدد كبير من المعاملات.

أول انقسام كبير في شبكة البيتكوين نشأ من مشكلة التوسع. مع زيادة عدد المستخدمين وحجم المعاملات، أدى حد سعة الكتلة البالغ 1 ميجابايت إلى ازدحام الشبكة. منذ عام 2015، بدأت مجتمع البيتكوين الانقسام حول مشكلة التوسع، مما أدى في النهاية إلى حدوث أول انقسام كبير في البيتكوين في 1 أغسطس 2017، مما أدى إلى ولادة BCH.

اختارت شبكة الإيثيريوم أيضًا التضحية بجزء من القابلية للتوسع لضمان الأمان واللامركزية. من CryptoKitties في عام 2017، إلى صيف DeFi وما تلاه من GameFi وNFT، زادت السوق من الطلب على السعة. لكن الإيثيريوم لا يمكنه معالجة 15-45 معاملة في الثانية، مما أدى إلى زيادة تكاليف المعاملات وطول أوقات التسوية، مما يجعل معظم DApps غير قادرة على تحمل تكاليف التشغيل. الحل المثالي للتوسع هو زيادة سرعة المعاملات وسعتها دون التضحية باللامركزية والأمان.

2. فئات خطط التوسع

وفقًا لمبدأ "هل يتم تغيير طبقة الشبكة الرئيسية" يمكن تقسيم خطط التوسع إلى نوعين رئيسيين: التوسع على السلسلة والتوسع خارج السلسلة.

2.1 توسيع السلسلة

المفهوم الأساسي: حل يهدف إلى تحقيق تأثير التوسع من خلال تغيير طبقة بروتوكول الشبكة الرئيسية، والخطة الرئيسية الحالية هي التجزئة.

هناك نوعان رئيسيان من حلول توسيع السلسلة:

1. توسيع مساحة الكتلة، وزيادة عدد المعاملات المعبأة في كل كتلة، ولكن هذا سيزيد من متطلبات أجهزة العقد، ويقلل من درجة اللامركزية.

2. التقسيم، حيث يتم تقسيم دفتر حسابات blockchain إلى عدة أجزاء، ويتولى عقد مختلفة مسؤولية تسجيل الحسابات المختلفة، مما يمكن أن يقلل من ضغط الحسابات على العقد وانخفاض عتبة الانضمام، لكن هذا سيقلل من أمان الشبكة بأكملها.

قد يؤدي تغيير بروتوكول الشبكة الرئيسية إلى آثار سلبية غير متوقعة، حيث يمكن أن تهدد الثغرات الأمنية الدقيقة في الطبقة الأساسية أمان الشبكة بأكملها بشكل خطير.

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:

الطبقة 2:

• قناة الحالة
• سلسلة جانبية
• بلازما
• Rollups( تحسين Rollup و Rollup المعرفة الصفرية)

أخرى:

• فاليوم

3. خارج السلسلة توسيع方案

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، بينما يتم إجراء التفاعلات بين المستخدمين خارج السلسلة لتقليل وقت المعاملات وتكاليفها، مما يتيح عدد معاملات غير محدود.

قناة الحالة هي بروتوكول P2P بسيط، مناسب "للتطبيقات المستندة إلى الأدوار"، مثل لعبة الشطرنج الدولية 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، ويقضي في النزاعات بين المشاركين. بعد نشر العقد على شبكة بلوكتشين، يقوم المشاركون بإيداع الأموال وإغلاقها، وبعد تأكيد توقيع كلا الطرفين، تفتح القناة رسميًا. تتيح القناة للمشاركين إجراء معاملات مجانية غير محدودة خارج السلسلة ( طالما أن صافي قيمة التحويل لا يتجاوز إجمالي الرموز المودعة ). يقوم المشاركون بالتناوب في إرسال تحديثات الحالة وانتظار تأكيد توقيع الطرف الآخر. في الظروف العادية، لن يتم تحميل تحديثات الحالة المتفق عليها من قبل الطرفين على الشبكة الرئيسية، فقط في حالة وجود نزاع أو عند إغلاق القناة، اعتمادًا على تأكيد الشبكة الرئيسية. عند إغلاق القناة، يمكن لأي مشارك تقديم طلب معاملة على الشبكة الرئيسية، وإذا حصل على موافقة جميع التوقيعات، يتم التنفيذ على الفور، وإلا يجب الانتظار حتى انتهاء "فترة التحدي" لاستلام الأموال المتبقية.

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

3.1.2 الجدول الزمني

• 2015/02: جوزيف بون وثاديوس دريجا نشروا مسودة وثيقة شبكة البرق.

• 2015/11: جيف كولمان يلخص لأول مرة مفهوم قناة الحالة بشكل منهجي، ويقترح أن قناة الدفع البيتكوين هي حالة فرعية من قناة الحالة.

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

• 2017/11: تم تقديم أول معيار تصميم لقناة الحالة Sprite المبني على إطار قناة الدفع.

• 2018/06: قدمت Counterfactual تصميمًا مفصلًا لقنوات الحالة العامة.

• 2018/10: تم تقديم مفهومي شبكات قناة الدولة والقنوات الافتراضية.

• 2019/02: تم توسيع مفهوم قناة الحالة إلى قنوات N-Party، Nitro هو البروتوكول الأول الذي تم إنشاؤه بناءً على هذه الفكرة.

• 2019/10: قامت Pisa بتوسيع مفهوم Watchtowers لحل مشكلة استمرار تواجد المشاركين على الإنترنت.

• 2020/03: قدمت Hydra قنوات متطابقة سريعة.

3.1.3 المبادئ التقنية

سير عمل قناة الحالة:

1. أليس وبوب يفتحان قناة حالة عن طريق إيداع الأموال من EOA إلى عنوان عقد خارج السلسلة.

2. يمكن لأليس وبوب إجراء معاملات غير محدودة خارج السلسلة، والتواصل مع بعضهما البعض من خلال رسائل مشفرة موقعة. يجب على الجانبين توقيع كل معاملة لمنع إساءة استخدام الإنفاق المزدوج.

3. إذا كانت أليس تريد إغلاق القناة، يجب عليها تقديم الحالة النهائية إلى العقد. إذا وافق بوب على التوقيع، فإن العقد يطلق الأموال المقفلة بناءً على الحالة النهائية. إذا لم يستجب بوب، فإن العقد يطلق الأموال بعد انتهاء فترة التحدي.

في حالة التشاؤم، إذا لم يستجب بوب لتحديث حالة أليس في جولة معينة، يمكن لأليس تقديم آخر حالة صالحة لتحدي العقد. يسمح العقد لبوب بالاستجابة من خلال تقديم الحالة التالية خلال فترة زمنية معينة. إذا استجاب بوب، يمكن للطرفين متابعة التداول؛ وإذا لم يستجب، يغلق العقد القناة تلقائيًا ويعيد الأموال إلى أليس.

3.1.4 المزايا والعيوب

المميزات:

• تأكيد فوري
• عالية الإنتاجية
• رسوم منخفضة
• خصوصية جيدة

العيوب:

• قابلية الاستخدام ضعيفة
• كفاءة رأس المال منخفضة
• من الصعب معالجة المعاملات الكبيرة
• غير مناسب للعقود الذكية المعقدة

3.1.5 التطبيق

شبكة البرق بيتكوين:

• إصدار مسودة الورقة البيضاء في فبراير 2015
• إصدار النسخة الرسمية من الوثيقة البيضاء في يناير 2016، وتأسيس Lightning Labs
• تم إصدار النسخة الأولى من الشبكة الرئيسية LND 0.4 في مارس 2018
• في يونيو 2021، اعتمدت السلفادور بيتكوين كعملة قانونية، وفي سبتمبر أصدرت محفظة شبكة البرق Chivo
• في عام 2022، دعمت العديد من البورصات إيداع وسحب شبكة البرق
• في نوفمبر 2022، كان هناك 76,236 قناة دفع في شبكة البرق، وكان هناك 5049 BTC في أموال القنوات.

التنمية البيئية:

• الطبقة الأساسية: شبكة BTC
• البنية التحتية الأساسية: حلول شبكة البرق، العقد وخدمات السيولة
• التطبيقات العليا: خدمات الدفع والتمويل وغيرها

شبكة الإيثيريوم ثندربولت:

• تأسست في عام 2017، المؤسس هو أحد مطوري الإيثيريوم الرئيسيين
• في أكتوبر 2017 ، جمعت ICO أكثر من 30 مليون دولار
• تم إطلاق أول عميل Raiden Light في مايو 2020
• في نهاية عام 2021، ستقوم العديد من البورصات بإزالة رموز RDN.

أسباب عدم التبني على نطاق واسع:

• عتبة الاستخدام عالية
• ظهور تقنيات توسيع أكثر تقدمًا

حاليًا، يتطور النظام البيئي ببطء، ويتم تحويله إلى حل توسيع يعمل على شبكة إيثيريوم L2 Rollup.

شبكة سيلر:

• الجوهر هو زيادة طبقة الحوافز في شبكة البرق
• بناء تطبيقات DApps عالية التفاعل بسرعة وبتكلفة منخفضة من خلال تقنية التوسع خارج السلسلة ونموذج الاقتصاد التحفيزي
• مناسب لسيناريوهات التفاعل العالي مثل منصات الألعاب الإلكترونية
• تأسست في عام 2018، وتم إصدار الرمز في مارس 2019
• تم إطلاق شبكة الإيثيريوم الرئيسية في يوليو 2019
• تم التحول حالياً إلى منصة تجميع توسع L2 تدعم سلسلة الكتل المتعددة

3.1.6 مقارنة التطبيقات

شبكة البرق البيتكوين:

• أكثر تطبيقات قنوات الحالة نضجًا
• تطبيق واسع, بيئة غنية

شبكة الإيثيريوم الرعدية:

• توقف التنمية البيئية
• التحول الإيجابي إلى حل L2 Rollup

شبكة سيلر:

• تم إضافة تصميم طبقة الحوافز
• تم التحول إلى منصة تجميع L2 عبر السلسلة

3.2 السلاسل الجانبية

3.2.1 ملخص

تم طرح مفهوم السلاسل الجانبية لأول مرة في غرفة دردشة مطوري البيتكوين في عام 2012، وتم نشر أول ورقة ذات صلة في عام 2014.

سلسلة الجانبية هي شكل من أشكال البلوكشين التي ظهرت لتسريع معاملات البيتكوين، ويمكن أن تستخدم عقودًا أكثر تعقيدًا أو تحسين آلية الإجماع. سيتم تسجيل نتائج معاملات السلسلة الجانبية في النهاية على جانب المصدقين. هذه النموذج ملحق بالسلسلة الرئيسية ويساعد السلسلة الرئيسية في حل المشكلات.

3.2.2 الجدول الزمني

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

3.2.3 المبادئ التقنية

هناك طريقتان رئيسيتان للتواصل بين السلسلة الجانبية والسلسلة الرئيسية:

1. الربط الثنائي ( الربط المتناظر ): تقوم موثوقيات السلسلة الرئيسية والسلسلة الجانبية بتسجيل حالة كل منهما الحالية في الوقت الحقيقي. عند إرسال توكن السلسلة الرئيسية إلى السلسلة الجانبية باستخدام تقنية SPV ثنائية الاتجاه، يتم إنشاء مخرجات SPV-Locked، والتي يمكن فتحها فقط بواسطة موثوقيات السلسلة الجانبية باستخدام إثبات SPV.

العملية الرئيسية:

• يقوم المستخدم بإرسال الأصول إلى عنوان SPV-Locked Output الخاص
• تقديم إثبات SPV إلى السلسلة الجانبية بعد فترة التأكيد
• انتظر فترة المسابقة لتجنب هجمات الإنفاق المزدوج
• بعد الانتهاء، يمكن للمستخدمين استخدام الأصول المغلقة الجديدة المُصنعة على السلسلة الجانبية.

2. عدم تنسيق الربط ( ربط غير متناظر ): يتم مراقبة أنشطة السلسلة الرئيسية في الوقت الفعلي من قبل موثقي السلسلة الجانبية. يمكن للسلسلة الجانبية تسجيل التحويلات الواردة من السلسلة الرئيسية بشكل نشط، ولكن عند تحويل الأموال من السلسلة الجانبية إلى السلسلة الرئيسية، يلزم إدخال آلية المصدّقين. يقوم المصدّقون بتسجيل المعلومات الأساسية والتحقق من المعاملات العائدة من السلسلة الجانبية من خلال التوقيعات المجمعة.

ببساطة آلية السلاسل الجانبية:

• السلسلة الرئيسية -> السلسلة الجانبية: السلسلة الرئيسية تقفل الأصول، السلسلة الجانبية تنتج أصول مغلفة سلسلة رئيسية: يتم تدمير الأصول المغلفة في السلسلة الجانبية، ويتم إلغاء قفل الأصول في السلسلة الرئيسية

تعتمد أمان أصول السلاسل الجانبية على آلية توافق السلاسل الجانبية. إذا تم إنشاء أصول غير متوافقة مع السلسلة الرئيسية، ثم تم تدمير هذه الأصول لتقديم طلب فتح للسلسلة الرئيسية، فسيكون هناك خطر سرقة الأموال.

3.2.4 المزايا والعيوب

المميزات:

• مرونة عالية
• تخفيف عبء السلسلة الرئيسية
• قابلية الترقية العالية
• توافق جيد

العيوب:

• درجة اللامركزية منخفضة
• الأمان نسبيًا منخفض
• تحتاج إلى ثقة في مدققي الجانبين
• تحويل عبر السلاسل