تحليل العمق لتوسيع خارج السلسلة

1. ضرورة التوسع

رؤية مستقبل blockchain هي اللامركزية والأمان والقابلية للتوسع، ولكن عادةً ما يمكن تحقيق اثنين فقط من هذه الثلاثة، وهذا هو مشكلة مثلث الاستحالة في blockchain. على مدى سنوات، كان الناس يستكشفون كيفية تحسين قدرة blockchain وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع.

دعنا نحدد أولاً اللامركزية والأمان وقابلية التوسع في blockchain:

• اللامركزية: يمكن لأي شخص أن يصبح عقدة للمشاركة في نظام blockchain، كلما زاد عدد العقد، زادت درجة اللامركزية.
• الأمان: كلما زادت تكلفة الحصول على السيطرة على نظام blockchain، زادت الأمان، ويمكن للسلسلة مقاومة هجمات نسبة كبيرة من المشاركين.
• القابلية للتوسع: قدرة blockchain على معالجة كميات كبيرة من المعاملات.

كانت أول عملية انقسام كبيرة في شبكة البيتكوين ناتجة عن مشكلة التوسع. مع زيادة عدد المستخدمين وحجم المعاملات، بدأت شبكة البيتكوين التي تبلغ سعتها القصوى 1 ميغابايت تواجه مشكلة الازدحام. منذ عام 2015، كانت هناك خلافات في مجتمع البيتكوين بشأن مشكلة التوسع، مما أدى في النهاية إلى أول عملية انقسام كبيرة في تاريخ البيتكوين في 1 أغسطس 2017، والتي أدت إلى ولادة عملة جديدة هي BCH.

وبالمثل، اختارت شبكة الإيثيريوم التضحية بجزء من قابلية التوسع من أجل ضمان أمان الشبكة ولامركزيتها. على الرغم من أن الإيثيريوم لا يفرض حدًا لحجم الكتلة مثل البيتكوين، إلا أنه يحدد بشكل غير مباشر حدًا أقصى للرسوم الوقودية التي يمكن أن تتحملها كتلة واحدة، والهدف هو تحقيق توافق موثوق به وضمان توزيع واسع النطاق للعقد.

من CryptoKitties في عام 2017، وصيف DeFi، إلى ظهور التطبيقات على السلسلة مثل GameFi وNFT، تزايدت حاجة السوق إلى القدرة على معالجة البيانات، لكن Ethereum لا يزال قادرًا على معالجة 15-45 معاملة في الثانية. هذا أدى إلى زيادة تكاليف المعاملات، وطول أوقات التسوية، مما جعل معظم التطبيقات اللامركزية (DApps) غير قادرة على تحمل تكاليف التشغيل. أصبح الشبكة بأكملها بطيئة ومكلفة على المستخدمين، مما يجعل مشكلة توسيع نطاق blockchain تحتاج إلى حل عاجل. الحل المثالي لتوسيع النطاق هو: زيادة سرعة المعاملات وقدرة المعالجة للشبكة قدر الإمكان دون التضحية باللامركزية والأمان.

2. فئات حلول التوسع

نحن نصنف خطط التوسع إلى فئتين رئيسيتين: التوسع على السلسلة والتوسع خارج السلسلة، بناءً على معيار "هل يتم تغيير طبقة الشبكة الرئيسية؟".

2.1 توسيع السلسلة

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

هناك العديد من الحلول لتوسيع السلسلة، لن نفتح هذا الموضوع في هذه المقالة، وسنذكر بإيجاز حلين:

• الخيار الأول هو توسيع مساحة الكتلة، أي زيادة عدد المعاملات المعبأة في كل كتلة، ولكنه سيزيد من متطلبات الأجهزة عالية الأداء، مما يقلل من درجة "اللامركزية".

• الخيار الثاني هو التقسيم، حيث يتم تقسيم دفتر حسابات blockchain إلى عدة أجزاء، ويكون كل جزء مسؤولاً عنه عقد مختلف. هذا يمكن أن يقلل من ضغط الحساب على العقد وعتبة الانضمام، مما يزيد من سرعة معالجة المعاملات ودرجة اللامركزية؛ ولكنه يعني أن قوة الحوسبة في الشبكة ستكون موزعة، مما سيقلل من "الأمان" العام للشبكة.

قد يؤدي تغيير بروتوكول الشبكة الرئيسية إلى آثار سلبية يصعب التنبؤ بها، حيث يمكن أن تشكل أي ثغرة أمنية طفيفة في الطبقة الأساسية تهديدًا خطيرًا لأمن 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: شبكة الطبقة الثانية المبنية فوق السلسلة الرئيسية
• سلسلة جانبية: سلسلة كتلة مستقلة تعمل بالتوازي مع السلسلة الرئيسية
• بلازما: نوع خاص من السلسلة الجانبية
• Validium: قابلية البيانات في الخارج السلسلة للتوسع

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، مما يتيح إجراء التفاعلات بين المستخدمين خارج السلسلة، وذلك لتقليل الوقت وتكلفة المعاملات، وتحقيق عدد غير محدود من المعاملات.

قناة الحالة هي بروتوكول بسيط من نظير إلى نظير، مناسب لـ "التطبيقات المعتمدة على الأدوار"، مثل لعبة الشطرنج الدولية لشخصين. 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، ويتوسط في النزاعات بين المشاركين. بعد نشر العقد على الشبكة، يقوم المشاركون بإيداع الأموال وإغلاقها، وبعد تأكيد توقيع الطرفين، يتم فتح القناة رسميًا. تسمح القناة بإجراء عدد غير محدود من المعاملات المجانية خارج السلسلة ( طالما أن صافي قيمة التحويل لا يتجاوز إجمالي الرموز المودعة ). يقوم المشاركون بالتناوب في إرسال تحديثات الحالة إلى بعضهم البعض، في انتظار تأكيد توقيع الطرف الآخر. في الظروف العادية، لن يتم تحميل تحديثات الحالة المتفق عليها من قبل الطرفين إلى الشبكة الرئيسية، فقط في حالة حدوث نزاع أو عند إغلاق القناة، سيتم الاعتماد على تأكيد الشبكة الرئيسية. عند إغلاق القناة، يمكن لأي مشارك تقديم طلب معاملة على الشبكة الرئيسية، وإذا تم الحصول على موافقة توقيع الجميع، فسيتم تنفيذها على الفور؛ وإلا، سيتعين الانتظار حتى انتهاء "فترة التحدي" لاستلام الأموال المتبقية.

بناءً على ما سبق، يمكن أن يقلل حل قناة الحالة بشكل كبير من كمية الحسابات على الشبكة الرئيسية، مما يعزز سرعة المعاملات ويقلل من تكاليف المعاملات.

3.1.2 الجدول الزمني

• 2015/02: نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا مسودة ورقة بيضاء لشبكة البرق.
• 2015/11: جيف كولمان يلخص لأول مرة بشكل منهجي مفهوم قناة الدولة، ويقترح أن قناة الدفع في بيتكوين هي حالة فرعية من قناة الدولة.
• 2016/01: نشر جوزيف بون وثاديوس دريجا رسمياً الورقة البيضاء لشبكة البرق، مقترحين خطة توسيع شبكة Bitcoin عبر قناة الدفع.
• 2017/11: تم اقتراح أول معيار تصميم لقناة الحالة Sprites بناءً على إطار قناة الدفع.
• 2018/06: قدم Counterfactual تصميمًا تفصيليًا لقنوات الحالة العامة.
• 2018/10: تم تقديم مفهوم شبكات قنوات الحالة العامة وقنوات الحالة الافتراضية.
• 2019/02: تم توسيع مفهوم قنوات الحالة إلى قنوات N-Party، وكانت Nitro هي البروتوكول الأول الذي تم إنشاؤه بناءً على هذه الفكرة.
• 2019/10: قامت Pisa بتوسيع مفهوم Watchtowers لحل مشكلة الحاجة المستمرة للاتصال عبر الإنترنت لجميع المشاركين.
• 2020/03: قدمت Hydra قنوات إيزومورفية سريعة.

3.1.3 المبادئ التقنية

سير عمل قناة الحالة:

1. أليس وبوب يقومان بإيداع الأموال من EOA الشخصية إلى عنوان العقد على السلسلة، حيث يتم قفل هذه الأموال في العقد. بعد تأكيد التوقيع من كلا الطرفين، يتم فتح قناة الحالة رسميًا.

2. يمكن لأليس وبوب إجراء معاملات غير محدودة خارج السلسلة، من خلال توقيع الرسائل المشفرة للتواصل مع بعضهما البعض. يحتاج الطرفان إلى توقيع كل معاملة، لمنع الاحتيال المزدوج. من خلال هذه الرسائل، يقدمون تحديثات حالة حساباتهم، ويقبلون تحديثات الحالة المقترحة من الطرف الآخر.

3. إذا أرادت أليس إغلاق القناة وإنهاء المعاملة، يجب عليها تقديم الحالة النهائية لحسابها إلى العقد. إذا قام بوب بالتوقيع بالموافقة، سيقوم العقد بإرجاع الأموال المقفلة إلى المستخدم المعني بناءً على الحالة النهائية. إذا لم يرد بوب على التوقيع، سيقوم العقد بإرجاع الأموال إلى المستخدم المعني بعد انتهاء فترة التحدي.

3.1.4 المزايا والعيوب

المميزات:

• تأكيد فوري
• قدرة عالية على المعالجة
• تكلفة منخفضة
• الخصوصية جيدة

العيوب:

• تحتاج إلى تأمين الأموال
• يجب على المشاركين البقاء متصلين باستمرار
• من الصعب معالجة المعاملات متعددة الأطراف
• غير مناسب للعقود الذكية المعقدة
• مخاطر مركزية
• تجربة المستخدم سيئة

3.1.5 التطبيق

شبكة البرق بيتكوين:

• شبكة المدفوعات الصغيرة لبيتكوين ، تتكون من شبكة المعاملات من خلال قنوات الدفع الصغيرة خارج السلسلة ووسطاء ، لحل مشكلة توسيع شبكة بيتكوين.
• تم إصدار مسودة الكتاب الأبيض في فبراير 2015 ، وتم إصدار نسخة الشبكة الرئيسية في مارس 2018.
• حتى نوفمبر 2022، كان هناك 76,236 قناة دفع في شبكة Lightning، برأس مال قنوات قدره 5049 BTC.
• تشمل البيئة أكثر من 100 تطبيق مثل الدفع، والمحفظة، وإدارة العقد، وإضافات المتصفح.

شبكة إيثيريوم البرقية:

• قناة الدفع الصغيرة القائمة على الإيثيريوم، مشابهة لشبكة البرق.
• تأسست في عام 2017، وتم إطلاق أول عميل شبكة رئيسية في مايو 2020.
• لم يتم اعتماده على نطاق واسع حتى الآن، والأسباب تشمل ارتفاع عتبة الاستخدام وظهور تقنيات توسيع أكثر تقدمًا.

شبكة سيلر:

• هو في جوهره شبكة البرق التي تمت إضافة طبقة تحفيزية لها.
• تأسست في عام 2018، وتم إطلاق الشبكة الرئيسية للإيثيريوم في يوليو 2019.
• تم التحول إلى منصة تجميع توسيع L2 تدعم السلاسل المتعددة، وتم إطلاق بروتوكول DeFi Layer2.finance، وبروتوكول المعلومات عبر السلاسل Celer IM وجسر الأصول عبر السلاسل cBridge وغيرها من المنتجات.

3.2 سلاسل جانبية

3.2.1 ملخص

تم تقديم مفهوم السلسلة الجانبية لأول مرة في عام 2012، وهو نوع من أنواع blockchain ظهر لتسريع معاملات البيتكوين. يمكن أن تستخدم السلسلة الجانبية عقودًا أكثر تعقيدًا، أو من خلال تحسين آلية الإجماع ( مثل PoS )، أو معلمات الكتلة لجعل السلسلة الجانبية تتناسب مع وظيفة معينة. نتائج معاملات السلسلة الجانبية في النهاية، عند إرسالها إلى السلسلة الرئيسية، سيتم تسجيلها على جانب المدققين. هذه النموذج من blockchain ليست شكلًا جديدًا من أشكال blockchain، بل هو بنية تحتية مرفقة بالسلسلة الرئيسية تساعد السلسلة الرئيسية في حل المشكلات.

3.2.2 الجدول الزمني

• 2012/01: تم طرح مفهوم سلسلة جانبية للبيتكوين في غرف الدردشة
• 2014/10: تم نشر ورقة بحثية حول سلسلة جانبية للبيتكوين لأول مرة: Symmetric Pegged و Asymmetric Pegged
• 2017/04: تم إطلاق الشبكة الجانبية لاختبار POA Network القائمة على بروتوكول إثبات المصادقة من إيثيريوم
• 2017/10: إطلاق شبكة ماتيك
• 2017/12:إطلاق الشبكة الرئيسية لـ POA Network
• 2018/01: إطلاق شبكة اختبار Skales
• 2018/10: إطلاق شبكة اختبار xDai Chain
• 2020/06: إطلاق شبكة Skale الرئيسية
• 2020/06: إطلاق الشبكة الرئيسية لسلسلة Matic PoS على إيثيريوم الجانبية
• 2021/02: تم تغيير اسم شبكة Matic Network إلى شبكة Polygon Network
• 2021/02: بدأت شبكة Ronin الجانبية للعبة Axie Infinity بالعمل
• 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

تشمل المبادئ التقنية للسلاسل الجانبية تقنيتين رئيسيتين عبر السلاسل:

التثبيت المتماثل:

• يقوم المدققون في السلسلة الرئيسية والسلاسل الجانبية بتسجيل حالة بعضهم البعض الحالية في الوقت الفعلي
• استخدام تقنية SPV ثنائية الاتجاه لنقل المعلومات
• عند نقل توكن السلسلة الرئيسية إلى السلسلة الجانبية، يتم إنتاج مخرجات خاصة لا يمكن فتحها إلا بواسطة مدققي السلسلة الجانبية.
• تحتاج إلى انتظار فترة التأكيد وفترة المسابقة، لتجنب هجوم الإنفاق المزدوج

الرابط غير المتماثل:

• يجب على مدققي السلاسل الجانبية مراقبة أنشطة السلسلة الرئيسية في الوقت الفعلي
• تحويل من السلسلة الرئيسية إلى السلسلة الجانبية ( تحويل للأمام ) يتم تسجيله من قبل السلسلة الجانبية بشكل نشط
• يجب إدخال آلية Certifiers للمعاملة العكسية من السلسلة الجانبية إلى السلسلة الرئيسية (.
• تسجل الشهادات المعلومات الأساسية وترسلها مرة أخرى إلى السلسلة الرئيسية من خلال التوقيعات المجمعة

ملخص آلية السلاسل الجانبية:

• السلسلة الرئيسية → السلسلة الجانبية: السلسلة الرئيسية تقفل الأصول، والسلسلة الجانبية تولد الأصول المغلفة
• السلسلة الجانبية→السلسلة الرئيسية: يتم تدمير الأصول المغلفة في السلسلة الجانبية، وفتح الأصول في السلسلة الرئيسية

تعتمد أمان أصول السلسلة الجانبية على آلية توافق السلسلة الجانبية. إذا قام شخص ما بإنشاء أصول من العدم على السلسلة الجانبية، فقد يكون هناك خطر سرقة الأموال.

![تقرير بحثي عميق: تحليل شامل لتوسيع خارج السلسلة])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ad088ac016d75b1ae0b0eda699e74709.webp(

)# 3.2.4 المزايا والعيوب

المميزات:

• قابلية التوسع جيدة
• تخصيص عالي
• لا تؤثر أمان السلسلة الرئيسية على بعضها البعض
• يمكن تجربة ميزات جديدة

العيوب:

• الأمان ضعيف
• عمليات عبر السلسلة معقدة
• تشتت السيولة
• يحتاج إلى آلية تحفيز مستقلة
• مخاطر المركزية

3.2.5 تطبيق

xDai### الآن سلسلة Gnosis(:

• تم إطلاق الشبكة الرئيسية في سبتمبر 2018
• اعتماد نموذج التحقق PoSDAO
• اندماج مع Gnosis DAO في نوفمبر 2021
• القيمة الإجمالية المقفلة الحالية حوالي 53 مليون دولار، مع 35 مشروعاً قيد التنفيذ

بوليجون:

• تأسست شبكة ماتي في عام 2017، وتمت إعادة تسميتها إلى بوليغون في فبراير 2021
• تم إصدار شبكة Matic PoS Chain و Matic Plasma Chain في يونيو 2020
• حاليا الانتقال إلى حلول L2 شاملة
• تمتلك أكثر من 37 ألف تطبيق لامركزي، و1.8 مليار إجمالي عدد المعاملات، وأكثر من 135 مليون مستخدم

رونين:

• تم إطلاق الشبكة الرئيسية في مارس 2021، متخصص