تحليل العمق لتوسيع خارج السلسلة

1. ضرورة التوسع

الرؤية المستقبلية للبلوكشين هي تحقيق اللامركزية والأمان والقابلية للتوسع، ولكن عادةً ما يمكن تلبية اثنين فقط من هذه المتطلبات في وقت واحد، وهو ما يُعرف بمشكلة مثلث البلوكشين المستحيلة. على مر السنين، كان الناس يستكشفون كيفية تحسين قدرة البلوكشين على المعالجة وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع.

تعرف اللامركزية والأمان وقابلية التوسع في blockchain كما يلي:

• اللامركزية: يمكن لأي شخص المشاركة في إنتاج والتحقق من نظام blockchain ، كلما زاد عدد العقد ، زادت درجة اللامركزية.
• الأمان: كلما زادت تكلفة السيطرة على نظام blockchain، زادت الأمان، مما يمكنه من مقاومة نسبة كبيرة من الهجمات.
• القابلية للتوسع: قدرة blockchain على معالجة عدد كبير من المعاملات.

اختارت شبكات البيتكوين والإيثريوم التضحية بجزء من قابلية التوسع لضمان أمان الشبكة ولامركزيتها. ولكن مع ظهور التطبيقات على السلسلة، تزايدت احتياجات السوق من خلال القدرة على المعالجة، مما أدى إلى زيادة تكاليف المعاملات، وزيادة أوقات التسوية، مما جعل معظم التطبيقات اللامركزية صعبة التحمل من حيث تكاليف التشغيل. الحل المثالي للتوسع هو: زيادة سرعة المعاملات وسعة الشبكة في سلسلة الكتل دون التضحية بلامركزيتها وأمانها.

2. فئات خطة التوسع

يمكن تصنيف حلول التوسع إلى فئتين رئيسيتين: التوسع على السلسلة والتوسع خارج السلسلة، وذلك بناءً على "ما إذا كان سيؤثر على طبقة الشبكة الرئيسية".

2.1 توسيع السلسلة

المفهوم الأساسي: حل يتم من خلال تغيير طبقة بروتوكول الشبكة الرئيسية لتحقيق تأثير توسيع، والحل الرئيسي الحالي هو التقسيم.

تشمل الحلول الرئيسية لتوسيع السلسلة:

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

2. التجزئة، هي تقسيم دفتر الأستاذ الخاص بسلسلة الكتل إلى عدة أجزاء، حيث يتحمل كل عقدة مسؤولية تسجيل مختلف، مما يمكن أن يقلل من ضغط العقد، ويزيد من سرعة معالجة المعاملات ودرجة اللامركزية، لكن قد يقلل من أمان الشبكة بأكملها.

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

2.2 خارج السلسلة توسعة

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

يمكن تقسيم خطة توسيع خارج السلسلة إلى Layer2 وحلول أخرى:

• Layer2: تشمل قنوات الحالة، السلاسل الجانبية، بلازما، رولابس وغيرها.
• خيارات أخرى: تشمل Validium وغيرها.

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 التفاعل بين المستخدمين خارج السلسلة، مما يقلل من وقت وتكلفة المعاملات، ويسمح بعدد غير محدود من المعاملات.

قناة الحالة هي بروتوكول بسيط P2P، مناسب "للتطبيقات القائمة على الأدوار"، مثل لعبة الشطرنج بين شخصين. يتم إدارة كل قناة بواسطة عقد ذكي متعدد التوقيع يعمل على الشبكة الرئيسية، حيث يتحكم هذا العقد في الأصول المودعة في القناة، ويحقق في تحديثات الحالة، ويقوم بالتحكيم بين المشاركين في النزاعات.

3.1.2 الجدول الزمني

• 2015/02:Joseph Poon و Thaddeus Dryja نشروا مسودة ورقة بيضاء لشبكة البرق.
• 2015/11: جيف كولمان يلخص لأول مرة مفهوم قناة الدولة بشكل منهجي.
• 2016/01: نشر جوزيف بون و ثاديوس دريجا رسميًا ورقة بيضاء لشبكة بيتكوين الضوئية.
• 2017/11: تم تقديم أول مواصفات تصميم State Channel المبنية على إطار Payment Channel Sprites.
• 2018/06: قدم Counterfactual تصميمًا مفصلاً لقنوات الحالة العامة.
• 2018/10: تم تقديم مفهومي شبكات القنوات الحكومية والقنوات الافتراضية.
• 2019/02: تم توسيع مفهوم قنوات الحالة إلى قنوات N-Party، Nitro هو البروتوكول الأول الذي تم إنشاؤه بناءً على هذه الفكرة.
• 2019/10: توسعة مفهوم Watchtowers في Pisa، لحل مشكلة الحاجة إلى تواجد المشاركين على الإنترنت بشكل مستمر.
• 2020/03: هايدرا قدمت قنوات متساوية سريعة.

3.1.3 المبادئ التقنية

تعمل عملية قناة الحالة كما يلي:

1. يقوم المستخدم بإيداع الأموال في عقد ذكي على الشبكة الرئيسية لفتح القناة.
2. يمكن للمستخدمين إجراء معاملات غير محدودة خارج السلسلة، من خلال تبادل الرسائل الموقعة.
3. عند إغلاق القناة، يقوم المستخدم بتقديم الحالة النهائية للعقد. إذا تم تأكيد توقيع الطرفين، يقوم العقد بتوزيع الأموال بناءً على الحالة النهائية؛ إذا كان هناك نزاع، يجب الانتظار حتى انتهاء فترة التحدي.

3.1.4 المزايا والعيوب

الميزات:

• تأكيد فوري
• رسوم منخفضة
• خصوصية عالية
• مناسب للمعاملات الصغيرة المتكررة

العيوب:

• يحتاج إلى قفل الأموال مسبقًا
• غير مناسب للتداولات متعددة الأطراف
• يجب على المشاركين أن يكونوا متصلين باستمرار
• يجب الانتظار حتى فترة التحدي عند إغلاق القناة

3.1.5 التطبيق

التطبيقات الرئيسية تشمل:

1. شبكة بيتكوين الضوئية: قناة المدفوعات الصغيرة لشبكة بيتكوين، يمكن أن تحقق معاملات سريعة ومنخفضة التكلفة.

2. شبكة إيثريوم البرق: قناة دفع صغيرة تعتمد على إيثريوم، الهدف منها هو تحقيق دفع رموز ERC20 الفورية، ذات الرسوم المنخفضة والقابلة للتوسع.

3. شبكة سيلر: زيادة طبقة التحفيز لشبكة البرق، مناسبة لتطبيقات اللامركزية من نوع التفاعل عالي التردد.

3.1.6 مقارنة التطبيقات

توجد اختلافات معينة في التنفيذ الفني، وسيناريوهات التطبيق، وتطور النظام البيئي بين شبكة البيتكوين الضوئية، وشبكة الإيثيريوم الضوئية، وشبكة Celer. تُستخدم شبكة البيتكوين الضوئية بشكل أساسي للدفع باستخدام البيتكوين، بينما تُستخدم الشبكة الضوئية للإيثيريوم لدفع رموز الإيثيريوم، بينما نطاق استخدام شبكة Celer أوسع.

3.2 سلاسل جانبية

3.2.1 ملخص

الجانب هو شكل من أشكال blockchain التي تظهر لتسريع معاملات السلسلة الرئيسية، ويمكن استخدام عقود أكثر تعقيدًا أو تحسين آلية الإجماع. سيتم تسجيل نتائج معاملات الجانب في النهاية على جانب المصادقين للسلسلة الرئيسية.

3.2.2 خط الزمن

• 2012/01: تم اقتراح مفهوم سلسلة الجانبية للبيتكوين في غرفة الدردشة
• 2014/10: نشر ورقة عمل حول سلاسل الجانبية للبيتكوين
• 2017/04: إطلاق شبكة POA Network على شبكة الاختبار
• 2017/10:انطلاق شبكة ماتيكا
• 2017/12:إطلاق الشبكة الرئيسية لـ POA Network
• 2018/01:إطلاق شبكة اختبار Skales
• 2018/10: إطلاق النسخة التجريبية لشبكة xDai Chain
• 2020/06:إطلاق شبكة Skale الرئيسية
• 2020/06: إطلاق الشبكة الرئيسية لسلسلة ماتي كشبكة إثريوم الجانبية PoS
• 2021/02:تم تغيير اسم Matic Network إلى شبكة Polygon
• 2021/02: تشغيل الشبكة الرئيسية Ronin للعبة Axie Infinity
• 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

هناك طريقتان رئيسيتان للتواصل بين السلسلة الجانبية والسلسلة الرئيسية:

1. الربط الثنائي ( الربط المتناظر ): يقوم المدققون في السلسلة الرئيسية والسلسلة الجانبية بتسجيل معلومات رأس الكتلة الخاصة ببعضهم البعض في الوقت الحقيقي.

2. عدم تنسيق الربط ( الربط غير المتناظر ): يقوم المدققون في السلسلة الجانبية بمراقبة نشاط السلسلة الرئيسية، ولكن السلسلة الرئيسية لا تسجل معلومات السلسلة الجانبية. يجب إدخال آلية المصدقين للتحقق من المعاملات التي تعيدها السلسلة الجانبية.

ملخص آلية السلاسل الجانبية:

• الأصول من السلسلة الرئيسية إلى السلسلة الجانبية: السلسلة الرئيسية تقفل الأصول، والسلسلة الجانبية تولد أصول مغلفة
• الأصول من السلسلة الجانبية إلى السلسلة الرئيسية: يتم تدمير الأصول المغلفة في السلسلة الجانبية، وفتح الأصول في السلسلة الرئيسية

تعتمد أمان أصول السلسلة الجانبية على آلية الإجماع الخاصة بالسلسلة الجانبية.

3.2.4 المزايا والعيوب

المزايا:

• معدل نقل البيانات أعلى
• رسوم معاملات أقل
• سيناريوهات تطبيق مرنة
• لا يؤثر على أمان السلسلة الرئيسية

العيوب:

• فرضيات ثقة إضافية
• قد توجد مخاطر أمنية في جسر السلسلة المتقاطعة
• توزيع السيولة

3.2.5 تطبيق

التطبيقات الرئيسية تشمل:

1. xDai( الآن Gnosis Chain): استخدام $xDai كرسوم معاملات، يعتمد على آلية توافق PoSDAO.

2. بوليغون: حل توسيع الإيثريوم المجمع، يوفر سلسلة جانبية PoS وسلسلة بلازما.

3. Ronin: سلسلة جانبية تم تطويرها للعبة Axie Infinity، تستخدم آلية توافق PoA.

3.2.6 مقارنة التطبيقات

توجد اختلافات بين xDai و Polygon و Ronin في آلية الإجماع، وسيناريوهات التطبيق، وتطور النظام البيئي. يتم استخدام xDai بشكل رئيسي للدفع، بينما يعد Polygon حلاً متعدد الوظائف للتوسع، وتركز Ronin على تطبيقات الألعاب.

3.3 بلازما

3.3.1 ملخص

Plasma هو إطار عمل لبناء تطبيقات لامركزية قابلة للتوسع، يهدف إلى تقليل ثقة المستخدمين في مشغلي السلاسل الجانبية إلى الحد الأدنى. حتى لو قام المشغل بعمل سيئ، يمكن لـ Plasma منع سرقة أموال المستخدمين.

3.3.2 خط الزمن

• 2017/08: فيتاليك وجوزيف بون قدموا ورقة بيضاء عن بلازما
• 2018/01: تم تقديم Plasma MVP
• 2018/03: اقترح البلازما كاش
• 2018/06: اقتراح خصم البلازما
• 2018/11: تم تقديم Plasma Prime
• منذ عام 2019: بدأت مجتمع الإيثيريوم في استكشاف حلول رول أب

3.3.3 المبادئ التقنية

الفكرة الأساسية لـ Plasma:

• تنفيذ خارج السلسلة: تتم معالجة معظم العمل خارج الشبكة الرئيسية
• الالتزام بالحالة: يقوم المشغل بتقديم جذر ميركل بانتظام على الشبكة الرئيسية
• آلية الخروج: يمكن للمستخدمين سحب الأموال من خلال إثبات ميركل

العملية الرئيسية للبلازما:

1. يقوم المستخدم بإيداع الأموال في الشبكة الرئيسية
2. يقوم المستخدم بالتداول على سلسلة Plasma
3. يقوم المشغل بتجميع المعاملات، وتقديم جذر ميركل إلى الشبكة الرئيسية
4. يمكن للمستخدمين الخروج من سلسلة بلزما من خلال إثبات ميركل

3.3.4 المزايا والعيوب

المزايا:

• عالٍ من خلال
• رسوم معاملات منخفضة
• وراثة أمان الشبكة الرئيسية

العيوب:

• آلية الخروج المعقدة
• مشكلة توفر البيانات
• قد تؤدي عمليات الخروج الكبيرة إلى الازدحام
• وظائف العقود الذكية المحدودة

3.3.5 التطبيق

التطبيقات الرئيسية تشمل:

1. مجموعة بلازما: تم تحويلها لاحقًا إلى أوبتيميزم، تركز على أبحاث رول أب المتفائل.

2. شبكة OMG: أعيدت تسميتها لاحقًا بشبكة Boba، وتوجهت نحو حل Optimistic Rollup

3. Polygon: يوفر سلسلة Plasma، ثم يتحول التركيز إلى تقنية Rollup

3.3.6 ملخص

Plasma هي حل تكنولوجي انتقالي، محدود بالتكنولوجيا، ولم يتم استخدامه على نطاق واسع. انتقلت معظم المشاريع بعد ذلك إلى حلول Rollup.

3.4 رول أبس

3.4.1 ملخص

الفكرة الأساسية لـ Rollups هي وضع الحساب وتخزين الحالة خارج السلسلة، بينما يتم تخزين التزام الحالة وبيانات المعاملات المضغوطة على السلسلة. تنقسم إلى نوعين رئيسيين: Rollups المتفائلة و Rollups المعتمدة على ZK.

3.4.2 المبادئ التقنية

الخصائص التقنية الرئيسية لـ Rollups:

• خارج السلسلة الآلة الافتراضية: إتمام حسابات المعاملات وتغيير الحالة
• ضغط المعاملات: تقليل حجم بيانات التخزين على السلسلة
• الالتزام بالحالة: تقديم جذر الحالة بشكل دوري على الشبكة الرئيسية
• توفر البيانات: يتم تخزين بيانات المعاملات في calldata للشبكة الرئيسية

تكلفة معاملات Rollups = تكلفة تخزين بيانات L1 + تكلفة معالجة حسابات L2

3.4.3 المزايا والعيوب

المزايا:

• عُمْق عالي
• رسوم تداول منخفضة
• وراثة أمان الشبكة الرئيسية
• الذهاب إلى الثقة

العيوب:

• تأخير السحب