بیکن‌چین (Beacon Chain)؛ پایه و اساس اتریوم 2.0

در این مقاله در مورد بیکن چین (Beacon Chain) صحبت خواهیم کرد. می‌دانیم یکی از بحث‌های داغ در حوزه رمزارزها، کوچ اتریوم و انتقال آن از اتریوم به اتریوم 2.0 می‌باشد. اما آیا با نحوه انجام این انتقال آشنا هستید؟ آیا می‌دانید مهم‌ترین فازهای این انتقال چه هستند؟

در این مقاله به یکی از بخش‌های مهم این کوچ می‌پردازیم، به نام بیکن‌چین (Beacon Chain) که این مرحله در دسامبر 2020 به عنوان بخشی از آپگرید Serenity اتریوم 2.0 راه اندازی شد. این ارتقاء یا آپگرید دارای چندین مرحله است که فاز 2، آخرین مرحله آن است. پیشنهاد می‌کنم قبل از پرداختن به این موضوع، حتما مقاله‌های اتریوم و اتریوم 2.0 را مطالعه کنید.

بیکن چین (Beacon Chain) چیست؟

Beacon Chain بخشی از فاز صفر اتریوم 2.0 است. فاز صفر عمدتاً بر مشارکت اعتبارسنج‌هایی متمرکز است که به عنوان شالوده‌ای برای توسعه فازهای آتی عمل خواهند کرد. در این فاز، کاربران می‌توانند با استیک کردن32 عدد ETH، به‌عنوان اعتبارسنج در شبکه فعالیت کنند. همچنین استخرهای استیکنگ وجود دارد که در آن تعدادی از کاربران می‌توانند ETH خود را با هم ترکیب کنند تا 32 عدد ETH را تشکیل دهند.

پاداش‌هایی که این اعتبارسنج‌ها یا همان Validatorها دریافت می‌کنند، شامل پاداش استیکینگ و همچنین کارمزد تراکنش‌ها می‌باشد.

اعتبار سنج‌ها (Validator) در بیکن‌چین چه کاری انجام می‌دهند؟

همانطور که قبلاً ذکر شد، کاربران باید 32اتر خود را در قرارداد‌هوشمند شبکه اصلی اتریوم به اشتراک بگذارند تا بتوانند در Beacon Chain به عنوان اعتبارسنج شناخته شوند. سپس ETH استیک شده قفل می‌شود و قرارداد هوشمند یک هش Merkle تولید می‌کند. هش Merkle مکانیزمی است که مالکیت ETH سهامدار را با نگه‌داشتن سابقه ورود اعتبارسنج اثبات می‌کند. اتریوم 2.0 به عنوان یک شبکه غیرمتمرکز که به زودی پروتکل اثبات سهام (PoS) را اتخاذ خواهد کرد و قصد دارد حداقل 16 هزار اعتبارسنج را برای بیکن‌چین به کار بگیرد. دو نوع اعتباردهنده وجود دارد که عبارتند از پیشنهاد دهنده (proposer) و تایید کننده (Attestor)، که جزئیات آن به صورت زیر است:

پیشنهاد دهنده (proposer)

این عامل، بلوک‌ها را ایجاد خواهد کرد. زمانی که تایید کننده‌ها (Attestor) به بلوک انتخاب‌شده توسط پیشنهاد دهنده رأی می‌دهند، پیشنهاد دهنده پاداش دریافت می‌کند و هنگامی که بلوک‌ها در بازه زمانی 12 ثانیه‌ای ایجاد نشوند، پیشنهاد دهنده پاداش خود را از دست خواهد داد. اما گاهی اوقات اتفاق می‌افتد که Validatorها به دلیل آفلاین بودن کار خود را انجام نمی‌دهند.

تایید کننده (Attestor)

اعتبار بلوک‌ها را از طریق رای گیری تضمین می‌کند و به تراکنش نامعتبری که پیشنهاد دهنده انتخاب کرده رای نخواهد داد.

علیرغم پاداش‌ها، کاربران باید با ریسک‌هایی که توسط Beacon Chain ارائه می‌شود، روبرو شوند. به عنوان مثال، ETH استیک شده روی بیکن‌چین تا زمانی که اتریوم برای ادامه مرحله بعدی آماده شود، قفل می‌شود. بنابراین، اگر کاربران بخواهند ETH خود را برداشت کنند، تا فاز 1.5 که انتظار می‌رود تا سه ماهه اول 2022 طول بکشد، امکان‌پذیر نیست. علاوه بر این، اعتبارسنج یا ولیدیتور از عمل کردن بر خلاف منافع سیستم از طریق slashing جلوگیری می‌کند. Slashing به این معنی است که امکان دارد اعتبارسنج برخی از ETH استیک شده خود را به عنوان مجازات به دلیل رفتارهای مخرب جدی از دست بدهد. Slashing به گونه‌ای ایجاد شده که هیچ کس نتواند 51٪ از اعتبارسنج‌ها را کنترل کند و حمله 51٪ را انجام دهد. در واقع برای کنترل 51 درصد از اعتبار سنج‌ها، شخص یا طرف باید 51 درصد از اتر استیک شده در بلاکچین را در اختیار داشته باشد. از طرف دیگر، اگر تعدادی از ولیدیتورها به‌طور هم‌زمان یک رفتار خرابکارانه را مرتکب شوند، تمام ETH خود را از دست خواهند داد.

اعتبارسنج‌هایی که کمتر از 16 اتر دارند، از بیکن چین حذف می‌شوند و دیگر نمی‌توانند در فرآیند اعتبارسنجی شرکت کنند. همچنین، Beacon Chain جریمه دیگری را برای اعتبارسنج‌های غیرفعال به نام " quadratic leak" اعمال می‌کند.

در بلاکچین، هر epoch دارای 32 اسلات (slot) می‌باشد

اعتبارسنج‌ها در هر 12 ثانیه دارای یک اسلات برای اضافه کردن بلوک‌ها و شارد‌ها به بیکن‌چین هستند. quadratic leak، زمانی اتفاق می‌افتد که یک اعتبارسنج برای مدتی غیرفعال یا آفلاین باشد، که باعث از دست رفتن حدود 8000 اسلات می‌شود. پس از آن، ETH استیک شده این اعتبارسنج‌ها تا حدی کاهش می‌یابد.

زنجیره بیکن چه کاری انجام می‌دهد؟

Beacon Chain عمدتاً داده‌های زیر را ذخیره می‌کند:

آدرس‌های اعتبارسنج (validator addresses)

وضعیت‌های اعتبارسنج (validator states)

پیوندهای شارد (shard links)

همچنین Beacon Chain اعتبارسنج‌ها را قادر می‌سازد تا در زمینه‌های پیشنهاد، رای دادن به بلوک‌ها، و گزارش رفتار خرابکارانه سایر اعتبار‌سنج‌ها، به صورت گروهی کار کنند. به غیر از آن‌ها، برخی از وظایف دیگری که Beacon Chain در فاز صفر انجام می‌دهد به شرح زیر است:

• اعتبارسنج‌ها و اتر استیک شده: نظارت بر اعتبار سنج‌ها و مدیریت ETH استیک شده
• کمیته اعتبار سنجی: زنجیره بیکن هر کمیته را با حداقل 128 ولیدیتور تشکیل می‌دهد. کمیته، گروهی از اعتبارسنج‌های تصادفی است که آرای ثبت شده در زنجیره Beacon را اجرا می‌کند و بر رفتار پیشنهاد دهندگان (proposers) نظارت می‌کند.
• اجماع: Beacon Chain قوانینی را در زنجیره خود و همه زنجیره‌های شارد (در فاز 2 آینده) برای پروتکل PoS در اتریوم 2.0 اعمال می‌کند.

تفاوت بیکن‌چین با اتریوم 1.0

در فاز صفر، Beacon Chain دارای اجزای ماشین مجازی اتریوم (EVM) و قراردادهای هوشمند نیست. مکانیزم اجماعی که Beacon Chain از آن استفاده می‌کند، PoS می‌باشد، درحالی که اتریوم 1.0 از مدل اجماع اثبات کار (PoW) استفاده می‌کند. در فاز صفر، دو بلاکچین به طور جداگانه اجرا می‌شوند تا از تداوم داده‌ها اطمینان حاصل کنند. با این حال، به‌روزرسانی‌های آتی، اتریوم 1.0 را به‌طور کامل به مدل اجماع اثبات سهام Beacon Chain تبدیل می‌کند، که مزایای متعددی را به همراه خواهد داشت که در زیر توضیح داده شده است:

منابع (Resources)

PoW از مقدار زیادی انرژی برای تأیید تراکنش‌ها استفاده می‌کند. PoS نسبت به PoW با محیط زیست سازگارتر است زیرا قدرت استخراج یک کاربر به مقدار اتری که استیک کرده است، بستگی دارد. در واقع، کاربری که 5 درصد از توکن‌های یک شبکه PoS را در اختیار دارد، تنها می‌تواند 5 درصد از بلوک‌ها را استخراج کند، بنابراین نیازی به مصرف بیش از حد انرژی نیست. به عنوان مثال، کاربرانی که دارای 5٪ از ETH استیک شده هستند، 5٪ از پاداش را از بلوک ایجاد شده دریافت می‌کنند.

ضرب کردن (Minting)

زمانی که سخت‌افزار یک تراکنش را پردازش می‌کند، PoW بلوک‌هایی ایجاد می‌کند و هرچه سخت‌افزار بیشتری داشته باشند، بلوک‌های بیشتری را می‌توان ایجاد کرد. PoS برای تضمین اعتبار تراکنش قبل از ایجاد بلوک‌ها، از تعدادی اعتبار سنج استفاده می‌کند.

سرعت (Speed)

در PoW، ماینری پاداش دریافت می‌کند که معادله ایجاد بلوک را سریعتر حل کند. برای اعتبارسنجی تراکنش، سیستم PoS یک اسلات از پیش تعیین شده 12 ثانیه‌ای برای ماینرهای مجازی تصادفی (validators) دارد. اگر بلوک‌ها توسط این اعتبارسنج‌ها به موقع ایجاد نشوند، پاداش را از دست خواهند داد.

مقیاس‌پذیری (Scalability)

از آنجایی که PoS سبک‌تر از PoW است، اتریوم 2.0 به راحتی می‌تواند با این مدل اجماع، مقیاس‌پذیری  خود را افزایش دهد و از پروژه‌های بسیاری که بر روی بلاکچین اتریوم ساخته شده‌اند بهره ببرد.

آینده بیکن‌چین (Beacon Chain)

مفهوم Sharding تا حد زیادی بر مسیر توسعه بیکن‌چین تأثیر می‌گذارد که باعث می‌شود شبکه اتریوم کارآمدتر کار کند. شاردینگ یک بلاکچین را به چندین بلاکچین دیگر تقسیم می‌کند که به عنوان شارد (shard) شناخته می‌شوند. در مراحل بعدی، اعتبارسنج‌ها در زنجیره بیکن مسئول حفظ شاردهایی هستند که به طور تصادفی به آن‌ها اختصاص داده شده‌اند. علاوه بر این، اعتبارسنج‌ها بر شاردها، از جمله وضعیت‌ها و تاریخچه تراکنش‌ها نظارت خواهند کرد.

برای فاز اول، validator‌ها نیز مشوق‌هایی برای تراکنش‌های متقابل (crosslinking transactions) دریافت خواهند کرد. Crosslink حالات بین بلوک‌های زنجیره Beacon و زنجیره Shard را همگام می‌کند. بنابراین، بلوک‌های بیکن‌نهایی نیز به معنای بلوک‌های شارد نهایی خواهند بود که تراکنش‌های متقاطع (cross-shard) را تسهیل می‌کنند.

به طور کلی یک نگرانی اصلی با آپگرید جدید برای یک اکوسیستم، امنیت می‌باشد. از طرفی بنا بر گفته کارشناس‌های بلاکچین، مشارکت کم در استیکینگ احتمالاً باعث آسیب‌پذیری امنیت شبکه می‌شود. البته این احتمال وجود دارد که بتوان امنیت را تقویت کرد زیرا اتریوم قصد دارد بیش از 16000 اعتبار سنج برای اجماع PoS و اعتبارسنجی تراکنش‌ها داشته باشد.

جمع‌بندی

Beacon Chain فاز صفر برای آپگرید Serenity اتریوم 2.0 است. این مرحله عمدتاً بر مشارکت اعتبارسنج‌ها برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها متمرکز است. کاربران می‌توانند با استیک کردن 32 عدد اتریوم، به ولیدیتور شبکه تبدیل شوند. این اعتبارسنج‌ها تشویق می‌شوند تا بلاک‌هایی ایجاد کنند و به تراکنش‌های معتبر رأی دهند. با این حال، برخی از خطرات وجود دارد زیرا کاربران نمی‌توانند ETH خود را تا مرحله 1. 5 برداشت کنند. همچنین ممکن است به دلیل عدم فعالیت یا انتخاب تراکنش‌های نامعتبر، ETH استیک شده خود را از دست بدهند.

در حال حاضر Ethereum 1.0 و Beacon Chain به طور جداگانه و موازی کار می‌کنند تا زمانی که Ethereum 1.0 به طور کامل با Beacon Chain ادغام شود و به پروتکل اجماع PoS و در نهایت به Ethereum 2.0 تبدیل شود. Beacon Chain مزایای زیادی دارد زیرا اجماع PoS سازگارتر با محیط زیست، ایمن‌تر و غیرمتمرکزتر می‌باشد. علاوه بر این، اتریوم قصد دارد تعداد زیادی اعتبارسنج در بیکن‌چین داشته باشد که احتمال حملات را کاهش داده و کارایی تراکنش‌ها را نیز افزایش می‌دهد.