خارج السلسلة توسيع العمق解析

1. ضرورة التوسع

الرؤية المستقبلية للبلوكشين هي تحقيق اللامركزية والأمان والقابلية للتوسع. لكن عادةً ما يمكن تحقيق اثنين فقط من هذه الأمور، وهذا ما يُعرف بمشكلة مثلث البلوكشين المستحيلة. على مر السنين، كان الناس يستكشفون كيفية زيادة قدرة البلوكشين وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع، وهي واحدة من المواضيع الساخنة في عملية تطوير البلوكشين الحالية.

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

• لامركزية: يمكن لأي شخص أن يصبح عقدة للمشاركة في إنتاج والتحقق من نظام blockchain، كلما زاد عدد العقد، زادت درجة اللامركزية، مما يضمن عدم سيطرة مجموعة صغيرة على الشبكة.

• الأمان: كلما زادت تكلفة الحصول على السيطرة على نظام blockchain، زادت الأمان، يمكن أن تقاوم السلسلة هجمات نسبة أكبر من المشاركين.

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

أول انقسام كبير في شبكة البيتكوين نشأ من مشكلة توسيع السعة. مع تزايد عدد المستخدمين وحجم المعاملات، بدأت شبكة البيتكوين التي تقتصر على 1 ميجابايت في مواجهة الازدحام. منذ عام 2015، كان هناك انقسام في مجتمع البيتكوين حول توسيع السعة، حيث دعم أحد الأطراف توسيع الكتل، بينما اقترح الطرف الآخر استخدام خطة الشهادة المنفصلة لتحسين بنية السلسلة الرئيسية. في 1 أغسطس 2017، قام الطرف الداعم للكتل الكبيرة بتطوير نظام عميل 8 ميجابايت الخاص بهم، مما أدى إلى أول انقسام كبير في البيتكوين، ونتج عن ذلك عملة جديدة تُعرف باسم BCH.

اختارت شبكة إيثريوم أيضًا التضحية بجزء من القابلية للتوسع لضمان الأمان واللامركزية، من خلال تقييد رسوم الغاز التي يمكن أن يتضمنها الكتلة الواحدة لتحديد حجم المعاملات، بهدف تحقيق إجماع دون ثقة وضمان توزيع واسع للنقاط.

من CryptoKitties في عام 2017 إلى ظهور تطبيقات مثل DeFi وGameFi وNFT، تزايدت الحاجة إلى القدرة على المعالجة في السوق باستمرار. لكن لا يزال بإمكان Ethereum معالجة 15-45 معاملة في الثانية، مما أدى إلى ارتفاع تكاليف المعاملات وزيادة أوقات التسوية، مما جعل معظم DApps تواجه صعوبة في تحمل تكاليف التشغيل. أصبح الشبكة بأكملها بطيئة ومكلفة للمستخدمين، وتحتاج مشكلة توسيع blockchain إلى حل عاجل. الحل المثالي للتوسع هو: زيادة سرعة المعاملات والقدرة على المعالجة قدر الإمكان دون التضحية باللامركزية والأمان.

2. أنواع خطط التوسع

يمكننا تصنيف خطط التوسع إلى فئتين رئيسيتين بناءً على "ما إذا كانت ستغير طبقة الشبكة الرئيسية"، وهما التوسع داخل السلسلة والتوسع خارج السلسلة.

2.1 توسيع السلسلة

المفهوم الأساسي: حل يصلح لزيادة السعة عن طريق تغيير طبقة بروتوكول الشبكة الرئيسية، والحل الرئيسي الحالي هو التجزئة.

هناك العديد من الحلول لتوسيع السلسلة، وهنا نذكر بإيجاز حلين:

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

• التجزئة، حيث يتم تقسيم دفتر الحسابات الخاص بالبلوكتشين إلى عدة أجزاء، تتولى عقد مختلفة مسؤولية تسجيل الحسابات، مما يسمح بالحساب بالتوازي لمعالجة عدة معاملات في وقت واحد. هذا يمكن أن يقلل من ضغط الحساب على العقد ويخفض من عتبة الانضمام، بينما يزيد من سرعة معالجة المعاملات ودرجة اللامركزية، لكنه قد يقلل من أمان الشبكة ككل.

يمكن أن يؤدي تغيير بروتوكول الشبكة الرئيسية إلى تأثيرات سلبية يصعب التنبؤ بها، حيث إن أي ثغرة أمنية دقيقة في الطبقة الأساسية تهدد بشكل خطير أمان الشبكة بأكملها.

2.2 خارج السلسلة التوسع

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

خارج السلسلة توسيع الحلول يمكن تقسيمه إلى Layer2 وحلول أخرى:

تشمل حلول Layer2:

• قنوات الدولة
• بلازما
• رول أب(الرول أب المتفائل و رول أب ZK)

تشمل الخيارات الأخرى:

• السلاسل الجانبية
• 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، ويتم إجراء التفاعلات بين المستخدمين خارج السلسلة لتقليل وقت وتكاليف المعاملات، مما يتيح عددًا غير محدود من المعاملات.

قناة الحالة هي بروتوكول بسيط من نظير إلى نظير، مناسب للتطبيقات القائمة على الدور، مثل لعبة الشطرنج بين شخصين. تدير كل قناة عقدًا ذكيًا متعدد التوقيعات يعمل على السلسلة الرئيسية، والذي يتحكم في الأصول المودعة في القناة، ويحقق تحديثات الحالة، ويقضي في النزاعات بين المشاركين. يقوم المشاركون بإيداع الأموال وتأمينها بعد نشر العقد، وبعد تأكيد التوقيع من الجانبين، يتم فتح 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 على إرسال تحديثات الحالة وانتظار تأكيد التوقيع من الطرف الآخر. في الظروف العادية، لن يتم تحميل تحديثات الحالة المتفق عليها من قبل كلا الجانبين إلى السلسلة الرئيسية، بل يعتمد التأكيد على السلسلة الرئيسية فقط في حالة حدوث نزاع أو إغلاق القناة. عند إغلاق القناة، يمكن لأي مشارك تقديم طلب معاملة على السلسلة الرئيسية، وإذا تم الموافقة على التوقيع من قبل الجميع، يتم التنفيذ على الفور، وإلا سيتعين الانتظار حتى انتهاء "فترة التحدي" لتوزيع الأموال المتبقية.

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

3.1.2 خط الزمن

• 2015/02: جوزيف بون وثاديوس دريجا نشروا مسودة ورقة بيضاء لشبكة lightning.

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

• 2016/01: نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا رسميًا ورقة بيضاء تقترح خطة توسيع قناة الدفع لشبكة البيتكوين، والمخصصة فقط لمعالجة مدفوعات تحويل شبكة البيتكوين.

• 2017/11: تقديم أول مواصفات تصميم State Channel مستندة إلى إطار Payment Channel Sprites.

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

• 2018/10: المقالة قدمت مفاهيم شبكات القنوات 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: Pisa وسعت مفهوم Watchtowers لحل مشكلة حاجة جميع المشاركين للبقاء متصلين باستمرار.

• 2020/03: هيدرا اقترح قنوات متساوية سريعة.

3.1.3 المبادئ التقنية

تكون الخطوات العامة لعملية قناة الحالة كما يلي:

1. أليس وبوب يفتحان قناة الحالة من خلال إيداع الأموال في عقد الشبكة الرئيسية.

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

3. عند إغلاق القناة، تقدّم أليس الحالة النهائية إلى العقد. إذا وافق بوب على التوقيع، يقوم العقد بتوزيع الأموال بناءً على الحالة النهائية. إذا لم يستجب بوب، يتم توزيع الأموال بعد انتهاء فترة التحدي.

4. إذا لم يستجب بوب في وقت ما لتحديث الحالة الذي أرسلته أليس، يمكن لأليس تقديم آخر حالة صالحة ( التي تحتوي على توقيع بوب السابق ) لبدء التحدي. يسمح العقد لبوب بالاستجابة خلال فترة معينة. إذا استجاب بوب، يتم متابعة الصفقة؛ وإذا لم يستجب، يغلق العقد القناة ويعيد الأموال إلى أليس.

3.1.4 المزايا والعيوب

المميزات:

• التأكيد النهائي الفوري
• تداول منخفض التكلفة
• الخصوصية
• عالي السعة

العيوب:

• تحتاج إلى أن تكون متصلاً بالإنترنت بشكل مستمر
• ينطبق فقط على المشاركين المحددين
• قفل الأموال
• إدارة القنوات المعقدة
• تأخير عند إغلاق القناة

3.1.5 التطبيق

شبكة البرق بيتكوين

نظرة عامة: شبكة البرق هي قناة دفع صغيرة على شبكة البيتكوين، وقد مرت بتطورات تقنية: بناء قناة دفع أحادية الاتجاه من خلال توقيع متعدد 2/2، إضافة RSMC لبناء قناة دفع ثنائية الاتجاه، وبعد إضافة HTLC يمكن توصيل قناة الدفع لتوسيعها لتشمل مدفوعات متعددة، وأخيراً بناء شبكة دفع. من خلال قنوات الدفع الصغيرة خارج السلسلة، وبمساعدة وسطاء، يتم تشكيل شبكة تبادل، مما يحل مشكلة توسعة شبكة البيتكوين.

الخط الزمني:

• فبراير 2015: إصدار مسودة وثيقة بيضاء لشبكة البرق
• يناير 2016: نشر الورقة البيضاء الرسمية وتأسيس Lightning Labs
• مارس 2018: إصدار النسخة الأولى من الشبكة الرئيسية
• 2021: دعم تطبيق كاش والعديد من منصات التداول شبكة البرق
• نوفمبر 2022: كان هناك 76,236 قناة دفع، وبلغت أموال القناة 5049 BTC

التنمية البيئية: تتكون بيئة شبكة البرق من القاع إلى القمة من: شبكة BTC، البنية التحتية الأساسية ( حلول شبكة البرق، الخدمات العقدية والسيولة )، ومجموعة متنوعة من التطبيقات اللامركزية. في الوقت الحالي، أصبحت طبقة البنية التحتية ناضجة بشكل أساسي، ودعم المحفظة في زيادة، وتستمر خدمات المالية والتكامل الدفع في النمو، والمزيد من التطبيقات الترفيهية قيد الإنشاء، والنظام البيئي يتطور بشكل مزدهر.

شبكة إيثريوم الرعدية

نظرة عامة: شبكة雷电 هي قناة دفع صغيرة قائمة على إيثريوم، تشبه شبكة闪电، من خلال إنشاء قناة حالة لتوسيع المعاملات على السلسلة، والهدف هو تحقيق دفع رموز ERC20 بتكاليف منخفضة وقابلية للتوسع تقريبًا في الوقت الحقيقي.

الخط الزمني:

• تأسست في عام 2017
• تم إجراء ICO في أكتوبر 2017
• تم إطلاق أول عميل خفيف Raiden على الشبكة الرئيسية في مايو 2020
• في نهاية عام 2021، ستقوم العديد من البورصات بإلغاء إدراج $RDN

حالياً لم يتم اعتماده على نطاق واسع، والأسباب تشمل ارتفاع عتبة الاستخدام وظهور تقنيات توسيع أكثر تقدماً. الفريق يعمل على تحويله ليعمل على شبكة L2 Rollup، لتقليل تكلفة إنشاء قناة الحالة.

شبكة سيلر

نظرة عامة: شبكة سيلر هي في جوهرها شبكة فلاش تزيد من طبقة الحوافز، من خلال تقنية التوسع خارج السلسلة ونموذج الاقتصاد التحفيزي لبناء تطبيقات Dapps سريعة وسهلة الاستخدام ومنخفضة التكلفة وآمنة، مثل منصات الألعاب الإلكترونية.

إطار التوسع خارج السلسلة لشبكة سيلر المبني على الإيثيريوم يتكون من ثلاث طبقات:

• cChannel: مجموعة قنوات الحالة العامة والسلاسل الجانبية
• cRoute:خارج السلسلة الدفع التوجيه
• cOS: إطار تطوير التطبيقات خارج السلسلة وبيئة التشغيل

الخط الزمني:

• تأسست في عام 2018
• تم إصدار الرمز المميز $CELR في مارس 2019
• تم الإطلاق على الشبكة الرئيسية للإيثيريوم في يوليو 2019، حيث تم إصدار أول شبكة قناة حالة عامة في العالم.

التنمية البيئية: مع تطور نظام سلسلة الكتل نحو تعدد السلاسل، قامت شبكة سيلر بتوسيع التكنولوجيا الأساسية، وتحولت إلى منصة تجميع لتوسيع L2 تدعم التفاعل عبر السلاسل، وأطلقت بروتوكول DeFi Layer2.finance، وبروتوكول المعلومات عبر السلاسل Celer IM وجسر الأصول cBridge. لقد دعم cBridge بالفعل 139 نوعًا من الرموز و38 سلسلة.

3.1.6 مقارنة التطبيقات

شبكة البرق بيتكوين:

• التركيز على المدفوعات الصغيرة بالبيتكوين
• التنمية البيئية جيدة, والتطبيق واسع النطاق

شبكة لايتنينغ إيثيريوم:

• يدعم دفع رموز ERC20
• التطور بطيء، معدل الاعتماد منخفض

شبكة سيلر:

• يدعم سيناريوهات تطبيقية أكثر تعقيدًا
• التحول إلى منصة تجميع توسيع L2 عبر السلاسل

3.2 سلاسل جانبية

3.2.1 ملخص

تم تقديم مفهوم السلسلة الجانبية لأول مرة في عام 2012 ، وهو موجود لتسريع معاملات البيتكوين.