تحليل العمق لتوسيع خارج السلسلة

1. ضرورة التوسع

مستقبل blockchain هو رؤية عظيمة: اللامركزية والأمان والقابلية للتوسع؛ ولكن عادةً ما يمكن أن تحقق blockchain اثنين فقط من هذه الثلاثة، وتُعرف تلبية هذه المتطلبات الثلاثة بمشكلة مثلث المستحيل في blockchain. على مر السنين، كان الناس يستكشفون كيفية حل هذه المشكلة، وكيفية تحسين قدرة blockchain وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع، وهي واحدة من الموضوعات الساخنة التي يتم مناقشتها في عملية تطوير blockchain الحالية.

دعنا نحدد بشكل عام اللامركزية والأمان وقابلية التوسع في سلسلة الكتل:

• اللامركزية: يمكن لأي شخص أن يصبح عقدة للمشاركة في إنتاج والتحقق من نظام blockchain، كلما زاد عدد العقد، كانت درجة اللامركزية أعلى، مما يضمن عدم تحكم مجموعة صغيرة من المشاركين المركزيين في الشبكة.
• الأمان: كلما زادت تكلفة السيطرة على نظام blockchain، زادت الأمان، وبالتالي يمكن أن تتحمل السلسلة هجمات نسبة كبيرة من المشاركين.
• القابلية للتوسع: قدرة البلوكشين على معالجة عدد كبير من المعاملات.

أول انقسام كبير في شبكة البيتكوين جاء نتيجة لمشكلة توسيع السعة. مع زيادة عدد مستخدمي البيتكوين وحجم المعاملات، بدأت شبكة البيتكوين التي حدها الأقصى لكل كتلة 1MB تواجه مشكلة الازدحام؛ منذ عام 2015، كان هناك انقسام في مجتمع البيتكوين حول مسألة توسيع السعة، حيث كانت هناك جهة تدعم توسيع الكتل بتمثيل من Bitcoin ABC، بينما كانت الجهة الأخرى، التي تمثلها Bitcoin Core، تؤمن بأنه ينبغي استخدام خطة Segwit للتفاصيل المعزولة لتحسين هيكل السلسلة الرئيسية. في 1 أغسطس 2017، بدأ نظام عميل Bitcoin ABC المطور ذاتيًا بسعة 8MB في العمل، مما أدى إلى ظهور أول انقسام كبير في تاريخ البيتكوين، ونتج عن ذلك أيضًا ولادة عملة جديدة BCH.

وبالمثل، فإن شبكة إيثيريوم تختار أيضًا التضحية ببعض قابلية التوسع من أجل ضمان أمان الشبكة ولامركزيتها؛ على الرغم من أن شبكة إيثيريوم لم تحد من حجم الكتل مثل شبكة بيتكوين لتحديد حجم المعاملات، بل تحولت بشكل غير مباشر إلى فرض حد أقصى على رسوم الوقود التي يمكن أن تستوعبها كتلة واحدة، ولكن الغرض هو تحقيق الإجماع غير الموثوق به وضمان توزيع واسع للعقد. سواء تم إلغاء الحد أو زيادة القيمة، سيؤدي ذلك إلى استبعاد العديد من العقد الصغيرة التي تعاني من نقص في النطاق الترددي والتخزين والحوسبة (.

من CryptoKitties في عام 2017، إلى صيف DeFi، ثم إلى ظهور تطبيقات GameFi و NFT على السلسلة، تزداد الحاجة في السوق إلى القدرة على معالجة المعاملات، ولكن حتى مع إيثريوم المكتمل Turing، يمكنه معالجة 15-45 معاملة فقط في الثانية)TPS(، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف المعاملات، وزيادة وقت التسوية، مما يجعل معظم Dapps غير قادرة على تحمل تكاليف التشغيل، ويصبح الشبكة بأكملها بطيئة ومكلفة للمستخدمين، مما يجعل مشكلة توسيع blockchain بحاجة ماسة إلى الحل. في الحالة المثالية، فإن خطة التوسع هي: تحسين سرعة معاملات شبكة blockchain) وقت إنهاء أقصر( والقدرة على معالجة المعاملات) TPS أعلى( دون التضحية باللامركزية والأمان.

2. أنواع خطط التوسع

نحن نستخدم "هل يتم تغيير طبقة الشبكة الرئيسية" كمعيار، ونقسم خطط التوسع إلى فئتين كبيرتين: التوسع داخل السلسلة والتوسع خارج السلسلة.

) 2.1 توسيع السلسلة

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

هناك العديد من الحلول لتوسيع السلسلة، وهذه المقالة لن تتوسع في ذلك، فيما يلي سرد مختصر لحلّين:

• الخيار الأول هو توسيع مساحة الكتلة، أي زيادة عدد المعاملات المجمعة في كل كتلة، ولكن هذا سيزيد من متطلبات الأجهزة عالية الأداء، مما يزيد من عائق الانضمام إلى العقد، ويقلل من درجة "اللامركزية".
• الخيار الثاني هو التقسيم، حيث يتم تقسيم دفتر حسابات البلوكتشين إلى عدة أجزاء، وليس كل عقدة تشارك في جميع عمليات التسجيل، بل يتم تكليف أجزاء مختلفة، أي عقد مختلفة، بمسؤولية تسجيل مختلفة، مما يسمح بالحساب المتوازي لمعالجة معاملات متعددة في وقت واحد؛ هذا يمكن أن يقلل من ضغط الحساب على العقدة وعتبة الانضمام، ويزيد من سرعة معالجة المعاملات ومستوى اللامركزية؛ ولكن هذا يعني أن قوة الحوسبة في الشبكة بالكامل قد تم توزيعها، مما سيقلل من "الأمان" العام للشبكة.

قد يؤدي تغيير كود بروتوكول الشبكة الرئيسية إلى آثار سلبية يصعب التنبؤ بها، لأن أي ثغرة أمنية طفيفة في الطبقة الأساسية قد تهدد بشكل خطير أمان الشبكة بأكملها، وقد تضطر الشبكة إلى إجراء انقسام أو انقطاع لإجراء إصلاحات وترقيات. على سبيل المثال، حادثة ثغرة التضخم في Zcash عام 2018: تم تعديل كود Zcash بناءً على كود إصدار Bitcoin 0.11.2، وفي عام 2018 اكتشف أحد المهندسين وجود ثغرة عالية المخاطر في الكود الأساسي، وهي إمكانية إصدار رموز بشكل غير محدود، ومن ثم قضى الفريق 8 أشهر في إصلاح سري، وتم الإعلان عن هذه الحادثة بعد إصلاح الثغرة.

2.2 خارج السلسلة توسيع

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

يمكن تقسيم خطة توسيع خارج السلسلة إلى Layer2 وحلول أخرى:

![تقرير عميق مكون من عشرة آلاف حرف: تحليل شامل لتوسيع خارج السلسلة]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7d930821d982f99c43cf5400e4db2175.webp(

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، ويتم إجراء التفاعلات بين المستخدمين خارج السلسلة، وذلك لتقليل الوقت وتكاليف المعاملات للمستخدمين، ولتحقيق عدد غير محدود من المعاملات.

قناة الحالة هي بروتوكول بسيط من نظير إلى نظير، مناسب "للتطبيقات القائمة على الجولات"، مثل لعبة الشطرنج الدولية بين شخصين. يتم إدارة كل قناة بواسطة عقد ذكي متعدد التوقيعات يعمل على الشبكة الرئيسية، حيث يتحكم هذا العقد في الأصول المودعة في القناة، ويحقق تحديثات الحالة، ويفصل في المنازعات بين المشاركين ### استنادًا إلى دليل الاحتيال المرفق بتوقيع وتاريخ (. بعد نشر العقد على شبكة البلوكشين، يقوم المشاركون بإيداع مبلغ من المال وقفله، وبعد توقيع الطرفين على التأكيد، يتم فتح القناة رسميًا. تتيح القناة للمشاركين إجراء معاملات مجانية غير محدودة خارج السلسلة ) طالما أن صافي قيمة تحويلاتهم لا تتجاوز إجمالي الرموز المودعة (. يقوم المشاركون بالتناوب على إرسال تحديثات الحالة إلى بعضهم البعض، في انتظار تأكيد التوقيع من الطرف الآخر. بمجرد أن يؤكد الطرف الآخر التوقيع، يعتبر تحديث الحالة قد اكتمل. في الظروف العادية، لن يتم تحميل تحديثات الحالة المتفق عليها من قبل الطرفين على الشبكة الرئيسية، ولن يتم الاعتماد على تأكيد الشبكة الرئيسية إلا في حالة حدوث نزاع أو إغلاق القناة. عند الحاجة إلى إغلاق القناة، يمكن لأي مشارك تقديم طلب تداول على الشبكة الرئيسية، وإذا حصل طلب الخروج على موافقة توقيع جماعي، يتم التنفيذ على السلسلة على الفور، أي أن العقد الذكي يوزع الأموال المحتجزة المتبقية بناءً على أرصدة كل مشارك في الحالة النهائية للقناة؛ إذا لم يوافق المشاركون الآخرون على التوقيع، يتعين على الجميع الانتظار حتى انتهاء "فترة التحدي" لتلقي الأموال المتبقية.

بناءً على ما سبق، يمكن أن تقلل خطة قناة الحالة بشكل كبير من كمية الحسابات على الشبكة الرئيسية، وتعزز سرعة المعاملات، وتخفض تكاليف المعاملات.

)# 3.1.2 الجدول الزمني

• 2015/02، نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا مسودة ورقة بيضاء لشبكة البرق.
• 2015/11، قام جيف كولمان للمرة الأولى بتلخيص مفهوم قناة الدولة بشكل منهجي، واقترح أن قناة الدفع لبيتكوين هي حالة فرعية من مفهوم قناة الدولة.
• 2016/01، نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا رسميًا الورقة البيضاء بعنوان "شبكة البيتكوين الضوئية: المدفوعات الفورية القابلة للتوسع خارج السلسلة" والتي اقترحت خطة توسيع لشبكة البيتكوين من خلال قناة الدفع ###، حيث أن هذه الخطة تستخدم فقط لمعالجة مدفوعات التحويل على شبكة البيتكوين.
• 2017/11، تم تقديم Sprites، أول مواصفات تصميم تتعلق بقناة الدولة تحت إطار قناة الدفع.
• 2018/06, Counterfactual قدم تصميمًا مفصلاً للغاية لقنوات الحالة العامة، وهو التصميم الأول المرتبط تمامًا بقنوات الحالة.
• في أكتوبر 2018 ، اقترحت مقالة شبكات قنوات الدولة المعممة مفاهيم شبكات قنوات الدولة والقنوات الافتراضية.
• 2019/02، تم توسيع مفهوم قناة الحالة إلى قنوات N-Party، وNitro هو البروتوكول الأول الذي تم إنشاؤه بناءً على هذه الفكرة.
• 2019/10، Pisa لتلبية الحاجة المستمرة للمشاركين للبقاء متصلين، وسعت مفهوم Watchtowers.
• 2020/03، قدمت Hydra قنوات متساوية سريعة.

(# 3.1.3 المبادئ التقنية

تظهر الصورة 1 سير العمل التقليدي على السلسلة: تتفاعل أليس وبوب مع العقد الذكي الذي تم نشره على الشبكة الرئيسية، حيث يقوم المستخدمون بإرسال المعاملات إلى السلسلة لتغيير حالة العقد الذكي. العيب هو أنه سيؤدي إلى المشاكل الزمنية والتكلفة التي تم مناقشتها أعلاه.

![تقرير عميق مكون من عشرة آلاف كلمة: تحليل شامل للتوسع خارج السلسلة])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-087d35594a04d33375b8199b93eb355e.webp###

توضح الصورة 2 سير العمل العام الذي تتبعه معظم بروتوكولات قنوات الحالة: في الحالة المتفائلة، يحتاج أليس وبوب إلى تنفيذ نفس العمليات السابقة، ولكن هذه المرة يستخدمون قناة الحالة، بدلاً من التفاعل مع العقد على السلسلة.

• الخطوة الأولى، تتفاعل أليس وبوب عن طريق إيداع الأموال من EOA الشخصي الخاص بهما إلى عنوان عقد السلسلة ( بمبلغ 1,2)، حيث يتم قفل هذه الأموال في العقد حتى يتم إعادة الرصيد إلى المستخدم عند غلق القناة؛ بعد تأكيد التوقيع، يتم فتح قناة الحالة بين الاثنين بشكل رسمي.
• الخطوة الثانية، يمكن لأليس وبوب من خلال هذه القناة نظريًا إجراء عدد غير محدود من المعاملات خارج السلسلة ( الخط الأزرق المنقط )، يتواصل المشاركون من خلال رسائل مشفرة موقعة ( بدلاً من التواصل مع شبكة البلوكشين ). يحتاج كلا المستخدمين إلى توقيع كل معاملة لمنع الاحتيال المزدوج. من خلال هذه الرسائل، يقترحون تحديثات حالة حساباتهم، ويقبلون تحديثات الحالة المقترحة من الطرف الآخر.
• الخطوة الثالثة، إذا كانت أليس تريد إغلاق القناة وإنهاء الصفقة مع بوب، تحتاج أليس إلى تقديم الحالة النهائية لحسابها إلى العقد ( تفاعل 3)، إذا قام بوب بالتوقيع والموافقة، سيقوم العقد بإطلاق الأموال المقفلة وإرجاعها للمستخدم المعني بناءً على الحالة النهائية ( تفاعل 4،5). إذا لم يرد بوب على التوقيع، فسوف يقوم العقد بإطلاق الأموال المقفلة وإرجاعها للمستخدم المعني بعد انتهاء فترة التحدي.

يعرض الشكل 3 سير العمل لقناة الحالة في حالة التشاؤم: في البداية، يودع مشاركان الأموال ( التفاعل 1، 2)، ثم يبدأان في تبادل تحديثات الحالة ( الخط المتقطع الأزرق ). لنفترض أنه في نقطة زمنية معينة، لم يستجب بوب لتحديث حالة التوقيع الذي أرسلته أليس ( التفاعل 3)، في هذه الحالة، يمكن لأليس أن تبدأ التحدي من خلال تقديم آخر حالة صالحة لها إلى العقد ( التفاعل 4)، هذه الحالة الصالحة تتضمن أيضًا توقيع بوب السابق، مما يثبت أن المعاملة الأخيرة قد تم استلام موافقة بوب عليها، وأن الحالة الأخيرة قد تم تأكيدها من قبل بوب. بعد ذلك، يسمح العقد لبوب بالاستجابة خلال فترة معينة عن طريق تقديم الحالة التالية للعقد؛ إذا استجاب بوب، يمكن للطرفين مواصلة التداول في قناة الحالة؛ إذا لم يستجب بوب خلال تلك الفترة، يغلق العقد قناة الحالة تلقائيًا ويعيد الأموال إلى أليس ( التفاعل 5).

(# 3.1.4 المزايا والعيوب

المزايا:

• الفورية: يمكن تأكيد المعاملات خارج السلسلة على الفور، دون الحاجة إلى انتظار تأكيد الكتلة
• عُرضة عالية: تحتاج فقط للتفاعل مع الشبكة الرئيسية عند فتح وغلق القناة، مما يزيد بشكل كبير من العُرضة.
• تكلفة منخفضة: معاملات خارج السلسلة لا تحتاج لدفع رسوم التعدين، فقط عند فتح وإغلاق القناة يتطلب دفع رسوم بسيطة.
• الخصوصية: محتوى المعاملات خارج السلسلة لن يتم تحميله على السلسلة، فقط الحالة النهائية ستُقدم إلى الشبكة الرئيسية.

العيوب:

• التعقيد: تنفيذ واستخدام قنوات الحالة معقدة نسبياً
• قفل السيولة: يتطلب قفل كمية معينة من الأموال مسبقًا
• الطلبات عبر الإنترنت: يجب على المشاركين البقاء متصلين للرد على الحالة الأخيرة
• نطاق التطبيق محدود: ينطبق بشكل رئيسي على السيناريوهات التي تتفاعل فيها الأطراف بشكل متكرر

)# 3.1.5 التطبيق

شبكة البرق للبيتكوين:

نظرة عامة: شبكة البرق هي قناة مدفوعات صغيرة في شبكة البيتكوين، وقد شهدت تطورًا تقنيًا عامًا يتضمن: 2/2 بناء توقيع متعدد لإجراء مدفوعات أحادية الاتجاه