مقیاس‌پذیری بلاک چین: چالش‌های فعلی و راه‌حل‌های احتمالی

چالش‌های پیش روی مقیاس‌پذیری بلاک چین

اساسا، بلاک چین یک دفترکل توزیع شده‌ی پیوند خورده با زمان است. هر رایانه یا گره(Node) در این شبکه یک نسخه از دفترکل را نگه می‌دارد، روندی که در داخل شبکه خطر فساد توسط شخص یا یک گروه را کاهش می‌دهد.

البته روند نگهداری یک نسخه از دفترکل توسط هر گره باعث ایجاد محدودیت‌های زیادی بر روی توان عملیاتی سیستم می‌شود. اساسا این سیستم تنها می‌تواند با سرعت پردازش تراکنش توسط یک رایانه‌ی واحد به کار خود ادامه دهد.

در سال ۲۰۱۷ به دلیل افزایش ناگهانی محبوبیت بیت کوین(BTC)، شبکه‌ی این رمزارز به محدودیت‌های خود از نظر توان پردازش عملیاتی نزدیک شد. به عبارت دیگر، تعداد کاربرانی که قصد استفاده از بیت کوین را داشتند بسیار بیشتر از ظرفیت آن بود. این امر موجب شد که هزینه و کارمزد برای انجام تراکنش‌ها بیت کوین رفته رفته افزایش یابد.

این فشار و محدودیت شبکه باعث ایجاد مناظره و بحث‌هایی پیرامون مقیاس‌پذیری(scalability) گشت، که نهایتا از دل آن‌ها دو دیدگاه متفاوت پدیدار شد. دیدگاه اول می‌خواهد که در راستای مقیاس‌پذیری بر روی زنجیره تلاش کند، به این معنا که باید سایز بلاک‌ها افزایش یابد. این کار می‌تواند فشار کارمزد‌ را به مدت محدودی کاهش دهد اما فقط نمایانگر یک پیشرفت خطی خواهد بود و برای پذیرش گسترده‌ی جهانی کافی نیست.

از طرف دیگر تمرکز بر روی ایده‌ی مقیاس‌پذیری خارج زنجیره به وسیله‌ی ساخت پروتکل‌های اضافی در لایه‌های بالاتر مطرح شد. هر پروتکل لایه‌لایه می‌تواند ضمن افزایش عملکرد خارج زنجیره، از امنیت بلاک چین بیت کوین نیز بهره‌مند شود.

شبکه‌ی صاعقه چیست؟

اصلی‌ترین راه‌حل مقیاس‌پذیری خارج زنجیره‌ی بیت کوین پروژه‌ی «شبکه‌ی صاعقه» یا «Lightning Network» نام دارد، پروژه‌ای که می‌تواند مقیاس‌پذیری مورد نیاز بیت کوین را در اختیار آن قرار داده تا توان عملیاتی این شبکه را به طور چشم‌گیری افزایش دهد.

اما آیا وجود شبکه‌ی صاعقه کافی خواهد بود که همه بتوانند پرداخت‌های روزانه‌ی خود را به وسیله‌ی بیت کوین انجام دهند؟ بسیاری تصور می‌کنند که حتی اگر این پروژه شدیدا موفق واقع شود، باز هم نیاز به وجود دیگر پیشرفت‌های مرتبط با مقیاس‌پذیری برای بیت کوین خواهد بود، مواردی همچون امضاء Schnorr، زنجیره‌های جانبی سیال(Liquid sidechains) و سایر مواردی که هنوز در رابطه با نیاز به آن‌ها تصمیم‌گیری نشده است.

البته چند سالیست که بحث داغ مقیاس‌پذیری کنار گذاشته شده و جامعه‌ی تلاش‌های خود را بر روی پروژه‌ی شبکه‌ی صاعقه و سایر راه‌حل‌های لایه‌ی دوم معطوف کرده است.

با این حال، این بدان معنا نیست که ما باید روند تحقیق در رابطه با معماری‌های مقیاس‌پذیرتر را کنار بگذاریم. این صنعت جوان‌تر از آن است که فکر کنیم بیت کوین توانسته تمام مشکلات پیش روی خود را حل کند.

پروتکل اثبات کار برای بیت کوین عالی است، اما باز هم به گزینه‌های دیگر نیاز خواهیم داشت

بیت کوین از پروتکل اثبات کار(Proof Of Work یا PoW) برای ایجاد اجماع در شبکه استفاده می‌کند. گرچه اثبات شده که این پروتکل برای بیت کوین بسیار ایمن می‌باشد، اما از طرف دیگر به منابع زیادی نیاز دارد.

بیت کوین در حال حاضر به عنوان یک ارز در اینترنت فعالیت می‌کند، بنابراین ما به یک زنجیره‌ی PoW دیگر برای رقابت نیازی نداریم. به جای ساخت بلاک چین‌های PoW‌جدید، ما باید بر روی توسعه‌ و پیشرفت دیگر مکانیزم‌ها اجماع که مزایای منحصر به فرد خود را دارند تمرکز کنیم تا بتوانیم از کاربرد‌های مختلفی همچون رای‌دهی، رسانه‌های اجتماعی، یک اقتصادی ماشین به ماشین و رهگیری منبع زنجیره‌های تامین پشتیبانی کنیم.

الگوریتم‌های اجماع جایگزین

تا به امروز دو مکانیزم اجماع احتمالی برای جایگزینی PoW در نظر گرفته شده‌اند. اولی مکانیزم «اثبات سهام واگذار شده» یا DPoS(مخفف Delegated Proof Of Stake) می‌باشد که مبتنی بر میزان سپرده‌گذاری است. این مکانیزم توسط دنیل لاریمر(Daniel Larimer) یک برنامه‌نویس مشهور و طرفدار صنعت رمزارزی معرفی شده و از یک الگوریتم اجماع مبتنی بر رای‌گیری لحظه‌ای همراه با یک سیستم اجتماعی اعتبار استفاده می‌کند.

مورد دوم «تحمل‌پذیری عملی خطا بایزانتین» یا «pBFT» نامیده شده است. این مکانیزم توسط باربارا لیسکوف(Barbara Liskov) و میگوئل کاسترو(Miguel Castro) در سال ۱۹۹۹ توسعه یافت، مکانیزمی که علی‌رغم تلاش‌ گره‌های مخرب در جهت انتشار داده‌های نادرست قادر است بدون هیچ مشکلی به اجماع برسد.

به نظر می‌رسد که این سیستم‌های جایگزین می‌توانند برای برخی از کاربرد‌های غیرمالی بلاک چین ویژگی‌های منحصر به فرد و مفیدی را ارائه کنند، با این حال قادر به برآورده‌سازی تمام نیاز‌ها نخواهند بود و همواره لازم است که کار بیشتری صورت بگیرد.

مکانیزم DPos

گزینه‌ی اول یعنی DPoS در واقع یک مکانیزم اجماع جایگزین است که در آن کاربران باید به تعدادی از نمایندگان که دفترکل را حفظ و حمایت می‌کنند، رای دهند. کاهش گره‌های فعال به این معنی است که شبکه می‌تواند توان عملیاتی خود را افزایش دهد. هر گره از طریق تورم دستمزد خود را دریافت می‌کند و می‌تواند راه‌اندازی یک مرکز داده‌ی بزرگ در جهت پشتیبانی از شبکه را توجیه کند.

نکته‌ی منفی در مورد راه‌حل DPoS این است که شبکه به شدت متمرکز خواهد شد. این تمرکز باعث محدود شدن قابلیت‌هایی همچون مبارزه با سانسور، باز و بدون مرز بودن آن خواهد شد. مکانیزم DPoS به شکل خاص مستعد تصاحب شدنتوسط عده‌ای خاص از افراد ثروتمند است. یک فرد ثروتمند مخرب می‌تواند برای اطمینان از باقی ماندن در جایگاه قدرت رای دیگران را خریده و به طور بالقوه قوانین شبکه را تغییر دهد. به عنوان مثال در حال حاضر بلاک چین EOS به شدت متمرکز بوده و در دستان چند نگهدارنده‌ی توکن اهل چین اداره می‌شود که مدعی هستند که می‌توانند با کنترل «تولید کنندگان بلاک»، کنترل بخش اعظم شبکه‌ی EOS را به دست بگیرند. این موضوع باعث شده که پروژه‌های سطح بالا در رابطه با انتخاب بلاک چین مقصد جهت ادامه‌ی توسعه‌ی خود EOS‌ را از فهرست خود حذف کنند.

مکانیزم pBFT

گزینه‌ی بعدی مکانیزم تحمل‌پذیری عملی خطا بایزانتین می‌باشد. گره‌های موجود در سیستم pBFT در قالب یک  سیستم رقابتی به نوبت فرایند اعتبارسنجی را برعهده می‌گیرند. گرچه pBFT از نظر فنی یک بلاک چین نیست، اما بسیاری از عملکرد‌های مشابه را انجام می‌شود. این مکانیزم نسبت به بلاک چین PoW توان عملی بالاتر داشته و میزان مصرف منابع در آن بسیار کمتر است.

از نکات منفی pBFT می‌توان به حملات سایبیل(Sybil) اشاره کرد، زیرا ساخت گره‌های جدید در این شبکه امری بدیهی می‌باشد. بازیگران مخرب می‌توانند به اندازه‌ی کافی گره ایجاد کرده که ۳۳  درصد از شبکه را بدست بگیرند. این افراد در این حالت می‌توانند با موفقیت به زنجیره حمله کنند.

بیت کوین برای اینکه بتواند احتمال اینگونه حملات را کاهش دهد، از کره‌های خود می‌خواهد که فرایند اثبات کار یا همان Proof Of Work را انجام دهند. علاوه بر این، در شبکه‌ی بیت کوین برای اینکه بتواند یک حمله‌ی موفق انجام گیرد مهاجم نیاز دارد که کنترل بیش از نیمی از شبکه را بدست بگیرد، که بسیار بیشتر از ۳۳ درصد مورد نیاز در یک سیستم pBFT محسوب می‌شود.

آزمایش و تجربه‌ی پروتکل‌های اجتماع همچنان ادامه دارد

می‌توان آینده‌ای را تصور کرد که در آن رسانه‌های اجتماعی، انتخابات عمومی و خدمات حمل و نقل بر روی یک شبکه‌ی بلاک چینی اداره می‌شود. اگر این سناریو به واقعیت بپیوندد، مشخصا به چیزی بیشتر از Proof Of Work نیاز خواهیم داشت.

در نهایت می‌توان گفت که هر مکانیزم اجماع معایب و مزایای خاص خود را به همراه دارد؛ بنابراین برای اینکه بتوان همه‌چیز را غیرمتمرکز کرد، ما به رویکرد‌ها و روش‌های جدیدی برای ایمن‌سازی شبکه‌های غیرمتمرکز نیاز داریم.

البته یک چیز در این میان مسلم است، اینکه بلاک چین می‌تواند شفافیت مورد نیاز برای موسسات و نهاد‌ها را ایجاد کند. دفاترکل عمومی می‌توانند در گوشه و کنار این جامعه‌ی تاریک به شکل یک منبع نورانی ظاهر شوند. امید بر آن است که این منابع نور بتوانند باعث پراکنده شدن بازیگران بد شده و به ما اجازه دهد تا جامعه‌ای پر بارتر ایجاد کنیم.

شما چه راهکارهایی برای افزایش مقیاس‌پذیری بلاک چین در نظر دارید؟ نظرات و پیشنهادات خود را با ما به اشتراک بگذارید.