تحليل العمق لتوسيع خارج السلسلة

المؤلف: كوبو فنتشرز

1. ضرورة التوسع

مستقبل blockchain هو رؤية عظيمة: اللامركزية، والأمان، والقابلية للتوسع؛ ولكن عادةً ما يمكن أن تحقق blockchain اثنين فقط من هذه المتطلبات، بينما يُطلق على تلبية هذه المتطلبات الثلاثة معًا اسم مشكلة المثلث المستحيل في blockchain. لقد كان الناس يستكشفون منذ سنوات كيفية حل هذه المعضلة، وكيفية زيادة قدرة blockchain على التعامل وسرعة المعاملات مع ضمان اللامركزية والأمان، أي حل مشكلة التوسع، وهي واحدة من الموضوعات الساخنة التي يتم مناقشتها في عملية تطوير blockchain الحالية.

دعونا نحدد بشكل عام 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، مما يضمن عدم سيطرة مجموعة صغيرة من المشاركين المركزيين على الشبكة.

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

• القابلية للتوسع: قدرة blockchain على معالجة كمية كبيرة من المعاملات.

كان أول انقسام كبير في شبكة البيتكوين نتيجة لمشكلة التوسع. مع زيادة عدد مستخدمي البيتكوين وحجم المعاملات، بدأت شبكة البيتكوين التي يبلغ الحد الأقصى لكل كتلة 1 ميغابايت تواجه مشكلة الازدحام; منذ عام 2015، كان هناك انقسام في مجتمع البيتكوين حول مشكلة التوسع، حيث كان هناك طرف يدعم توسيع الكتلة ممثلاً بـ Bitcoin ABC، وهناك طرف آخر يمثل جماعة الكتل الصغيرة مثل Bitcoin Core، الذي يعتقد أنه يجب استخدام خطة Segwit لتحسين هيكل السلسلة الرئيسية. في 1 أغسطس 2017، بدأ نظام عميل تم تطويره ذاتيًا بواسطة Bitcoin ABC بسعة 8 ميغابايت بالعمل، مما أدى إلى ظهور أول انقسام كبير في تاريخ البيتكوين، وأدى أيضًا إلى ولادة عملة جديدة BCH.

وبالمثل، فإن شبكة إيثريوم اختارت أيضًا التضحية بجزء من القابلية للتوسع من أجل ضمان أمان الشبكة ولامركزيتها؛ على الرغم من أن شبكة إيثريوم لم تقم بتحديد حجم الكتلة مثل شبكة بيتكوين للحد من حجم المعاملات، بل تحولت بشكل غير مباشر إلى تحديد حد أقصى لرسوم الغاز التي يمكن أن تستوعبها كتلة واحدة، ولكن الهدف هو تحقيق توافق بدون ثقة وضمان توزيع واسع للعقد. ( سواء تم إلغاء الحد أو زيادته، فإن ذلك سيؤدي إلى استبعاد العديد من العقد الصغيرة التي تفتقر إلى النطاق الترددي والتخزين والقدرة الحاسوبية.

من CryptoKitties في عام 2017 ، صيف DeFi ، وصولًا إلى ظهور التطبيقات على السلسلة مثل GameFi و NFT ، تزداد الحاجة إلى السعة في السوق باستمرار. لكن حتى الإيثيريوم القابل للتطوير (Turing-complete) يمكنه معالجة 15~45 معاملة في الثانية )TPS(، مما أدى إلى زيادة تكاليف المعاملات وطول أوقات التسوية. معظم Dapps تجد صعوبة في تحمل تكاليف التشغيل، كما أن الشبكة بأكملها أصبحت بطيئة ومكلفة للمستخدمين، مما يجعل مشكلة توسيع نطاق blockchain بحاجة ماسة إلى الحل. الخطة المثالية للتوسع هي: زيادة سرعة معاملات شبكة blockchain ) تقليل وقت الانتهاء ( وزيادة سعة المعاملات ) TPS( دون التضحية باللامركزية والأمان.

2. أنواع خطط التوسع

نحن نستخدم "ما إذا كان يجب تغيير طبقة الشبكة الرئيسية" كمعيار، ونقسم خطط التوسع إلى نوعين رئيسيين: التوسع على السلسلة والتوسع خارج السلسلة.

) 2.1 توسيع السلسلة

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

يوجد العديد من الحلول لتوسيع السلسلة، لن يتم توسيع هذا المقال، وفيما يلي ملخص لاثنين من الحلول:

• الخيار الأول هو توسيع مساحة الكتلة، أي زيادة عدد المعاملات المعبأة في كل كتلة، ولكن هذا سيزيد من متطلبات الأجهزة عالية الأداء للنقاط، مما يزيد من عتبة انضمام النقاط، ويقلل من درجة "اللامركزية".

• الخيار الثاني هو التقسيم، حيث يتم تقسيم دفتر حسابات سلسلة الكتل إلى عدة أجزاء، وليس كل عقدة تشارك في جميع عمليات المحاسبة، بل يتم تكليف أجزاء مختلفة، أي عقد مختلفة بمسؤولية محاسبة مختلفة، ويمكن للمعالجة المتوازية معالجة عدة معاملات في نفس الوقت؛ مما قد يقلل من ضغط الحوسبة على العقدة وعتبة الانضمام، ويزيد من سرعة معالجة المعاملات ودرجة اللامركزية؛ ولكن هذا يعني أن قوة الحوسبة على الشبكة بالكامل تتوزع، مما سيقلل من "أمان" الشبكة بأكملها.

قد يؤدي تغيير شفرة بروتوكول الشبكة الرئيسية إلى آثار سلبية يصعب التنبؤ بها، لأن أي ثغرة أمنية دقيقة في الطبقة الأساسية قد تهدد بشكل خطير أمان الشبكة بأكملها، وقد تضطر الشبكة إلى إجراء انقسام أو التوقف لتصحيح التحديثات. على سبيل المثال، حادثة ثغرة التضخم الخاصة بـ Zcash في عام 2018: تم تعديل شفرة Zcash بناءً على شفرة إصدار Bitcoin 0.11.2، وفي عام 2018 اكتشف أحد المهندسين وجود ثغرة عالية المخاطر في الشفرة الأساسية، حيث يمكن إصدار الرموز بشكل غير محدود، وبعد ذلك قضى الفريق 8 أشهر في إصلاحها سرًا، ولم يتم الإعلان عن هذه الحادثة إلا بعد إصلاح الثغرة.

2.2 خارج السلسلة توسعة

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

خارج السلسلة توسع الحلول يمكن تقسيمها إلى Layer2 وحلول أخرى:

![تقرير بحثي عميق: تحليل شامل لتوسيع خارج السلسلة]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-087d35594a04d33375b8199b93eb355e.webp(

3. حلول توسيع خارج السلسلة

) 3.1 قنوات الدولة

3.1.1 الملخص

تنص قناة الحالة على أنه يجب على المستخدمين التفاعل مع الشبكة الرئيسية فقط عند فتح أو إغلاق القناة أو حل النزاعات، كما يتم وضع التفاعلات بين المستخدمين خارج السلسلة، وذلك لتقليل الوقت والتكاليف المالية لمعاملات المستخدمين، وتحقيق عدم وجود قيود على عدد المعاملات.

قناة الحالة هي بروتوكول بسيط من نظير إلى نظير، مناسب لتطبيقات "المبنية على الأدوار"، مثل لعبة الشطرنج بين شخصين. يتم إدارة كل قناة بواسطة عقد ذكي متعدد التوقيع يعمل على الشبكة الرئيسية، حيث يتحكم العقد في الأصول المودعة في القناة، ويحقق في تحديثات الحالة، ويقوم بالتحكيم في النزاعات بين المشاركين ### بناءً على دليل الاحتيال الموقّع والمختوم بالزمن (. بعد نشر العقد على شبكة البلوكشين، يقوم المشاركون بإيداع مبلغ من المال وتجميده، وبعد تأكيد التوقيع من كلا الجانبين، تفتح القناة رسميًا. تتيح القناة للمشاركين إجراء معاملات مجانية غير محدودة خارج السلسلة ) طالما أن القيمة الصافية لتحويلاتهم لا تتجاوز إجمالي الرموز المودعة (. يتناوب المشاركون في إرسال تحديثات الحالة إلى بعضهم البعض، في انتظار تأكيد التوقيع من الطرف الآخر. بمجرد تأكيد الطرف الآخر للتوقيع، يعتبر تحديث الحالة مكتملًا. بشكل طبيعي، لن يتم تحميل تحديثات الحالة المتفق عليها من قبل الطرفين إلى الشبكة الرئيسية، حيث يعتمد ذلك فقط على تأكيد الشبكة الرئيسية في حالة وجود نزاع أو عند إغلاق القناة. عند الحاجة إلى إغلاق القناة، يمكن لأي مشارك تقديم طلب معاملة على الشبكة الرئيسية، وإذا حصل طلب الخروج على موافقة توقيع جماعي، يتم التنفيذ على الفور في السلسلة، حيث يقوم العقد الذكي بتوزيع الأموال المجمدة المتبقية بناءً على رصيد كل مشارك في الحالة النهائية للقناة؛ وإذا لم توافق المشاركون الآخرون على التوقيع، يجب على الجميع الانتظار حتى انتهاء "فترة التحدي" لاستلام الأموال المتبقية.

بناءً على ما سبق، يمكن أن يقلل نظام قنوات الحالة بشكل كبير من كمية الحسابات على الشبكة الرئيسية، ويعزز من سرعة المعاملات، ويخفض من تكاليف المعاملات.

)# 3.1.2 خط الزمن

• 2015/02، نشر جوزيف بون وثاديوس دريا مسودة ورقة بيضاء لشبكة البرق.

• 2015/11، قام جيف كولمان لأول مرة بتلخيص مفهوم قناة الدولة بشكل منهجي، وقدم قناة الدفع الخاصة بالبيتكوين كحالة فرعية من مفهوم قناة الدولة.

• 2016/01، نشر جوزيف بون وثاديوس دريا رسميًا الورقة البيضاء "شبكة بيتكوين الضوئية: مدفوعات فورية قابلة للتوسع خارج السلسلة" التي اقترحت خطة توسيع شبكة بيتكوين الضوئية Payment Channel### قناة الدفع(، والتي تستخدم فقط لمعالجة المدفوعات على شبكة بيتكوين.

• في نوفمبر 2017، تم اقتراح أول معيار تصميم يتعلق بقناة الحالة ضمن إطار قناة الدفع، وهو Sprites.

• 2018/06، قدم Counterfactual تصميمًا مفصلًا للغاية لقنوات الحالة العامة، وهو أول تصميم مرتبط 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، Nitro هو البروتوكول الأول الذي تم إنشاؤه بناءً على هذه الفكرة.

• 2019/10، قامت Pisa بتوسيع مفهوم Watchtowers لحل مشكلة الحاجة إلى تواجد جميع المشاركين على الإنترنت بشكل مستمر.

• 2020/03، قدمت Hydra قنوات متشابهة سريعة.

)# 3.1.3 المبادئ التقنية

تتمثل العملية الأساسية لقناة الحالة فيما يلي:

1. أليس وبوب يقومان بإيداع الأموال من عنوان EOA الشخصي إلى عنوان عقد سلسلة, حيث يتم قفل هذه الأموال في العقد حتى يتم إعادة رصيدها للمستخدم عند إغلاق القناة; بعد تأكيد التوقيع من الجانبين, يتم فتح قناة الحالة رسميًا بينهما.

2. يمكن لأليس وبوب من خلال هذه القناة إجراء معاملات غير محدودة في الخارج السلسلة نظريًا، حيث يتواصل المشاركون من خلال رسائل موقعة مشفرة ### بدلاً من التواصل مع شبكة البلوك تشين (. يحتاج كلا الطرفين إلى توقيع كل معاملة لمنع الاحتيال المزدوج. من خلال هذه الرسائل، يقدمون تحديثات حالة حساباتهم، ويقبلون تحديثات الحالة التي يقترحها الطرف الآخر.

3. إذا أرادت أليس إنهاء قناة التداول مع بوب، تحتاج أليس إلى تقديم الحالة النهائية لحسابها إلى العقد، إذا وافق بوب على التوقيع، فسيفرج العقد عن الأموال المقفلة ويعيدها إلى المستخدم المقابل بناءً على الحالة النهائية. إذا لم يستجب بوب للتوقيع، فسيفرج العقد عن الأموال المقفلة ويعيدها إلى المستخدم المقابل بعد انتهاء فترة التحدي.

![تقرير بحثي شامل: تحليل كامل لتوسيع خارج السلسلة])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ead28de03be9fc22dcfe3f679ee36bc5.webp(

)# 3.1.4 المزايا والعيوب

المميزات:

• تأكيد المعاملات الفوري, سرعة المعاملات عالية
• رسوم المعاملات منخفضة
• الخصوصية عالية، الحالة الوسطى غير معلنة
• قابل للتوسع بشكل جيد، يدعم theoretically معاملات غير محدودة

العيوب:

• تحتاج إلى قفل الأموال
• يتعين على جميع المشاركين أن يكونوا متصلين بالإنترنت باستمرار
• توفر القنوات محدود، توزيع الأموال غير مرن
• غير قادر على معالجة المعاملات بين عدد كبير من المستخدمين

3.1.5 التطبيق

التطبيقات الرئيسية تشمل شبكة البرق بيتكوين، شبكة البرق إيثريوم وشبكة سيلر.

كمثال على شبكة بيتكوين الضوئية:

• تم اقتراح المفهوم في فبراير 2015
• تم إصدار أول نسخة من الشبكة الرئيسية في مارس 2018
• في يونيو 2021 ، اعتمدت السلفادور البيتكوين كعملة قانونية واستخدمت محفظة قائمة على شبكة البرق
• في نوفمبر 2022، كان هناك 76,236 قناة دفع في شبكة البرق، وبلغت أموال القنوات 5049 BTC### بنحو $81.8M(

تتكون منظومة شبكة البرق من الأسفل إلى الأعلى من: شبكة BTC الأساسية، البنية التحتية الأساسية، ومجموعة متنوعة من التطبيقات. هناك حاليًا أكثر من 100 تطبيق، تغطي فئات متعددة مثل المدفوعات، والمحافظ، وإدارة العقد.

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

)# 3.1.6 مقارنة التطبيقات

توجد بعض الاختلافات في مفاهيم التصميم، وسيناريوهات التطبيق، ودرجات التطور بين شبكة بيتكوين لايتنينغ، وشبكة إيثيريوم لايتنينغ، وشبكة سيلر.

• شبكة البرق تركز على المدفوعات الصغيرة بالبيتكوين
• شبكة雷电 تدعم دفع رموز ERC20 على الإيثيريوم
• شبكة Celer أكثر عمومية، تدعم المدفوعات والتفاعل مع العقود الذكية المعقدة

بشكل عام، لا تزال تقنية قنوات الحالة تتطور باستمرار، ومن المتوقع أن يتم استخدامها بشكل أوسع في المستقبل في سيناريوهات الدفع الصغير ومتكرر التردد.

3.2 سلاسل جانبية

3.2.1 الملخص

الجانبية هي شكل من أشكال blockchain التي ظهرت لتسريع معاملات البيتكوين، يمكن استخدامها لعقود أكثر تعقيدًا، أو من خلال تحسين آلية الإجماع ### مثل PoS (، أو من خلال معلمات الكتلة لجعل الجانبية تتوافق مع وظيفة معينة. نتائج معاملات الجانبية يتم تسجيلها في النهاية على جانب المدقق عند إرسالها مرة أخرى إلى السلسلة الرئيسية. هذه النموذج من blockchain ليس شكلًا جديدًا من أشكال blockchain، بل هو بنية تحتية ملحقة بالسلسلة الرئيسية وتساعد السلسلة الرئيسية في حل المشكلات.

)# 3.2.2 الجدول الزمني

• 2012/01، تم طرح مفهوم سلسلة جانبية للبيتكوين في غرفة الدردشة
• 2014/10، تم نشر ورقة عمل حول سلسلة جانبية للبيتكوين لأول مرة: Symmetric Pegged and Asymmetric Pegged
• 2017/04, شبكة POA هي عبارة عن سلسلة قائمة على إثبات المصادقة من Ethereum.