راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه دوم بر روی اتریوم

راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه دوم، شامل چندین راه‌حل برای حل مشکل مقیاس پذیری بلاکچین اتریوم می‌باشد که در این مقاله به آن خواهیم پرداخت. از آنجایی که اتریوم به دلیل بارگذاری بیش از حد شبکه خود از هزینه‌های بالای گس (gas fee) رنج می‌برد، بسیاری ادعا کرده‌اند که راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه دوم آخرین راه حل خواهد بود؛ روشی که مشکل کارمزد آزاردهنده اتریوم را برای همیشه برطرف می‌کند.

لایه 2 را می‌توان یک گام در مسیر درست در نظر گرفت و حتی به نظر می‌رسد که با ادغام نهایی اتریوم 2.0 در اواخر امسال، به آنها نیاز است؛ توان و سرعتی که آنها ارائه می‌دهند را نمی‌توان صرفاً در شبکه لایه 1 اتریوم 2.0 انجام داد، اما واضح است که هنوز راه زیادی تا کامل شدن دارند.

در این مقاله به صورت جزئی‌تر به این مبحث پرداخته و مزایا و معایب آن را با هم بررسی خواهیم کرد. علاوه بر آن، انواع راهکارها نیز مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

راهکارهای مقیاس‌پذیری لایه دوم اتریوم

آشنایی با راهکارهای مختلف مقیاس‌پذیری لایه دوم مانند Sidechain، Parachain، Sharding  و غیره.

بلاکچین، دنیای مالی سنتی و رمز ارزها را با استفاده از مفهوم‌های زیر متحول کرده است:

• عدم تمرکز (Defi، DEX، DApps)
• تراکنش‌های ایمن و بدون مجوز/بدون اعتماد از طریق قوانین قراردادهای هوشمند
• قراردادهای هوشمند

بیت کوین (Bitcoin)، اتریوم (Ethereum)، کاردانو (Cardano)، سولانا (Solana)، پولکادات (PolkaDot)، چین لینک (ChainLink)، متیک (Matic) و بسیاری دیگر از رمزارزهای دنیای کریپتو، به دلیل ماهیت واقعی خود در توزیع قدرت در میان جوامع مختلف مثل سرمایه گذاران، خرده فروشان و تریدرها، رشد و پذیرش فوق العاده‌ای داشته است. پذیرش بیشتر منجر به چالش‌های فنی زیادی می‌شود که باید توسط جامعه توسعه‌دهندگان مورد توجه قرار گیرد، به‌ ویژه وقتی صحبت از اتریوم می‌شود که از بلاکچین‌های اصلی است که صدها برنامه غیرمتمرکز را پشتیبانی می‌کند.

چرا به مقیاس‌پذیری نیاز داریم؟

برای درک بهتر مفهوم مقیاس‌پذیری، می‌توانید به مقاله مقایس پذیری مراجعه کنید. پروژه‌های مربوط به حوزه رمز ارزهای سنتی، به ویژه بیت کوین و اتریوم 1.0 همیشه با مشکلات زیادی در مورد سرعت و مقیاس پذیری مواجه بوده‌اند. بیت کوین عمدتاً برای پردازش به حدود 3 تا 7 عدد تراکنش و اتریوم 1.0 برای 10 تا 15 عدد طراحی شده است. این تعداد تراکنش در مقایسه با Visa که می‌تواند حدود 20000 تراکنش را با استفاده از شبکه پرداخت الکترونیکی خود پردازش کند، بسیار پایین است.

مقیاس‌پذیری شبکه بیت کوین

شبکه بلاکچین بیت کوین به منظور اطمینان از استخراج، توزیع و تایید هر تراکنش توسط شبکه گسترده‌ای از گره‌های استخراج، تمرکززدایی و امنیت را به سرعت ترجیح داده است. این فرآیند زمان خود را نیاز دارد و مقیاس‌پذیری آن ممکن است دشوار باشد. شبکه‌های بلاکچینی مانند بیت‌کوین و اتریوم 1.0، از نظر مقیاس‌پذیری با مشکلاتی مواجه هستند. اما نگران نباشید! حالا راهکارهای لایه 2 متعددی در سیستم بلاکچین وجود دارد که برای غلبه بر محدودیت‌های سرعت و مقیاس‌پذیری طراحی شده است.

برخی از راهکارهای محبوب مقیاس‌پذیری بلاکچین

هدف اصلی راهکارهای مقیاس‌پذیری، افزایش سرعت تراکنش (برای نهایی شدن سریعتر) و توان عملیاتی تراکنش (TPS بالا) بدون به خطر انداختن تمرکززدایی یا امنیت می‌باشد. این راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری بلاکچین معمولاً پروتکل‌های لایه دوم نامیده می‌شوند که روی زنجیره اصلی ساخته شده‌اند و توان عملیاتی را بدون دستکاری در هیچ‌یک از ویژگی‌های غیرمتمرکز یا امنیتی اصلی که یکپارچه با بلاکچین اصلی هستند، افزایش می‌دهند.

چندین راه‌حل برای مقیاس‌پذیری لایه دوم وجود دارد که برخی از آنها عبارتند از:

• کانال‌های وضعیت (State Channels)
• رول‌آپ‌ها (Rollups)
• پلاسما (Plasma)
• زنجیره‌های جانبی (Side Chains)
• راه‌حل‌های ترکیبی (Hybrid solutions)
• ولیدیوم (Validium)

بیایید یک‌ به‌ یک آنها را به طور خلاصه مورد بحث قرار دهیم....

کانال‌های وضعیت (State Channels)

این روش، یکی از اولین راهکارهای لایه دوم می‌باشد. کانال‌های وضعیت به افزایش کارایی شبکه در هنگام مدیریت تراکنش‌های پرداخت کمک می‌کنند. شبکه لایتنینگ (lightning network) بیت کوین یکی از نمونه‌های بارز اجرای کانال‌های وضعیت است. این کانال‌ها تراکنش‌های متعددی را مدیریت می‌کنند، اما تنها وضعیت‌های اولیه و بسته شدن تراکنش در زنجیره اصلی شبکه بلاکچین مشخص می‌شوند. Trinity نمونه دیگری از اجرای کانال‌های وضعیت است که از شبکه بلاکچین اتریوم، بیت کوین و نئو (Neo) پشتیبانی می‌کند.

رول‌آپ‌ها (Rollups)

یکی دیگر از راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری است که اجرای تراکنش را خارج از زنجیره اصلی (لایه 1) انجام می‌دهد، اما پس از پایان تراکنش، داده‌های تراکنش در لایه 1 اعمال می‌شود بدین صورت که تراکنش‌ها را جمع‌آوری (رول) می‌کنند و پس از فشرده‌کردن آن‌ها را درون یک بلاک قرار می‌دهند. در واقع، رول‌آپ‌ها را می‌توان جدیدترین راهکارهای لایه ۲ دانست؛ دو نوع رول‌آپ وجود دارد؛ Zk rollups و optimistic. لازم به ذکر است از آنجایی که داده‌های تراکنش در لایه 1 قرار دارند، این امکان را فراهم می‌کند تا امنیت Rollupها توسط لایه 1 تامین شوند.

سه ویژگی کلیدی rollupها عبارتند از:

• اجرای تراکنش در خارج از لایه 1 انجام می‌شود.
• داده‌ها یا اثبات تراکنش‌ها در لایه 1 قرار دارند.
• یک قرارداد هوشمند rollup (که در لایه 1 قرار دارد) می‌تواند با استفاده از داده‌های تراکنش موجود در لایه 1، اجرای صحیح تراکنش را در لایه 2 اعمال کند.

این rollupها به بلاکچین کمک می‌کنند تا به مزیت‌های زیر دست یابد:

• کارمزد پایین تراکنش
• مشارکت آزاد
• تایید تراکنش سریع‌تر

انواع Rollup (بر اساس مدل‌های امنیتی)

• rollup های دانش صفر (Zero-knowledge rollups)

محاسبات را خارج از زنجیره اجرا می‌کند و یک اثبات اعتبار به زنجیره ارائه می‌کند.

• Rollupهای خوش‌بینانه (Optimistic rollups)

در این روش فرض بر این است که تراکنش‌ها به‌طور پیش‌فرض معتبر هستند و فقط در صورتی بررسی‌ها را انجام میدهد که مشکوک به تقلب باشند.

پلاسما (Plasma)

راه‌حل‌های پلاسما برای ایجاد یک زنجیره اضافی به بلاکچین اصلی از درخت مرکل استفاده می‌کنند. به این زنجیره‌های کوچکتر زنجیره کودک یا زنجیره پلاسما گفته می‌شود و زنجیره اتریوم، زنجیره مادر نامیده می‌شود. زنجیره‌های کوچک‌تر نیز می‌توانند زنجیره‌های کوچک‌تری بسازند و ساختاری شبیه درخت ایجاد کنند. این کار تراکنش‌های سریع را با هزینه کمتر تسهیل می‌کند، زیرا بلوک‌ها در زنجیره اصلی مستقر نیستند و نیازی به ذخیره داده‌ها در لجر (ledger) نیست.

اگرچه راهکار پلاسما مزیت‌هایی دارد و به طور مثال با سایر راه حل‌های مقیاس‌گذاری مانند شاردینگ سازگار است، اما ممکن است برای انتقال دارایی‌ها زمان زیادی (شاید بیش از دو هفته) لازم داشته باشد. با این حال محدودیت‌هایی برای کارهایی که می‌توان با استفاده از پلاسما انجام داد، وجود دارد. این چارچوب فقط از تراکنش‌های خاصی پشتیبانی می‌کند؛ برای مثال، فعالیت پیچیده‌تر DeFi امکان‌پذیر نیست. برداشت‌ها، مشمول چالش‌های بالقوه و زمان‌های انتظار طولانی‌تر هستند و همچنین به شخصی نیاز دارد که شبکه را برای بررسی ایمن بودن وجوه و همچنین اپراتورها برای ذخیره داده‌ها نظارت کند.

نمونه‌هایی از راه‌حل‌های پلاسما عبارتند از OMG و Polygon (Polygon SDK همچنین برای پشتیبانی از ZK rollup، optimistic rollup و زنجیره‌های مستقل تنظیم شده است).

زنجیره‌های جانبی (SideChains)

Sidechain یک بلاکچین مستقل است که به موازات زنجیره اصلی (Mainnet اتریوم، بیت‌کوین و غیره) اجرا می‌شود و میتوان گفت بلاکچینی است که رفتار و ویژگی‌های خود را دارد. در واقع سایدچین‌ها به عنوان یک بلاکچین جداگانه فعالیت می‌کنند و مکانیزم‌های اجماع خاص خود را دارند. سایدچین‌ها در کنار زنجیره اصلی قرار دارند و با آن ارتباط برقرار می‌کنند. همچنین قابلیت همکاری، از طریق ماشین مجازی اتریوم (EVM) انجام می‌شود.

برای جابجایی دارایی‌ها بین زنجیره‌ها، به یک قرارداد هوشمند در اتریوم نیاز داریم؛ به این صورت که دارایی‌های را در یک قرارداد هوشمند گذاشته و آن‌ها را در زنجیره جانبی قرار داده و برای انتقال دارایی‌ها از زنجیره جانبی به زنجیره اصلی، باید عکس این عمل را انجام داد.

معایب زنجیره‌های جانبی

• یکی از ایرادات سایدچین‌ها این است که به مکانیزم اجماع و نودهای خود اعتماد می‌کنند، که این امر نگرانی‌های امنیتی شده است زیرا آن‌ها امتحان خود را پس نداده‌اند و به اندازه اتریوم غیرمتمرکز نیستند.
• اپراتورهای سایدچین‌ها قدرت ایجاد بلوک‌های جدید را دارند، و در صورت تمایل می‌توانند تولید بلوک جدید را نیز متوقف کنند.
• زنجیره‌های جانبی به اپراتورها این قدرت را می‌دهند تا از برداشت وجوه کاربران جلوگیری کنند.

برخی از مثال‌های SideChains

زنجیره جانبی پلاسما برای اتریوم زنجیره پلاسما یک بلاکچین جدا شده می‌باشد که به زنجیره اصلی متصل است.

زنجیره جانبی Liquid برای بیت کوین این به زنجیره اصلی بیت‌کوین متصل است و هدف اصلی آن مقابله با مسائل مقیاس‌پذیری با بارگذاری برخی از فرآیندهای اعتبارسنجی و پردازش تراکنش‌ها به بلاک‌چین فرزند (child blockchain) دیگری است.این کار زنجیره اصلی را برای پردازش تعداد بیشتری از تراکنش‌ها تخلیه کرده و شبکه اصلی را نیز مقیاس‌بندی می‌کند

راه‌حل‌های ترکیبی (Hybrid solutions)

از معروف‌ترین پروژه‌های فعال در این روش، سلر (Celer) می‌باشد که رویکردی کاملاً متفاوتی نسبت به دیگر پروژه‌ها دارد. معماری ترکیبی این پروژه، امنیت زنجیره‌ی جانبی را از طریق اجماع اثبات سهام برای dAppهای عمومی و امنیت زنجیره‌ی اصلی را از طریقoptimistic رول‌آپ‌ها فراهم می‌کند. از دیگر پروژه‌های فعال که به ارائه راه‌حل‌های ترکیبی می‌پردازد می‌توان به Arbitrum اشاره کرد.

ولیدیوم (Validium)

یک راه حل لایه ۲ که در آن بررسی اعتبار تمام معاملات با استفاده از zero-knowledge proofs انجام می‌شود، در حالی که داده‌ها در خارج از زنجیره نگه‌داری می‌شوند. مکانیزم Validium شباهت زیادی به zkRollup دارد با این تفاوت که در دسترس بودن داده‌ها در zkRollup روی زنجیره، اما در دسترس بودن Validium، خارج از زنجیره میباشد. در حال حاضر STARKs یکی از پروژه‌های معروفی است که با استفاده از راهکار ولیدیوم اجرایی شده است.

چرا به راه‌حل‌های چندگانه مقیاس‌پذیری نیازمند هستیم؟

• راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری چندگانه، شبکه را در هنگام رسیدگی به خرابی‌ها در موقعیت‌های تقاضای ترافیک بالا، قوی‌تر می‌کنند و همچنین، سرعت و حداکثر در دسترس بودن را تضمین می‌کند.
• راه‌حل‌های مختلف می‌توانند با هم وجود داشته باشند و با هماهنگی عمل کنند، که اجازه می‌دهند اثری نمایی بر سرعت تراکنش‌های آینده و توان عملیاتی شبکه داشته باشند.
• اتریوم 2.0 از مجموعه‌ای از چنین راه حل‌های مقیاس بندی استفاده می‌کند؛ هیچ راه‌حل واحدی برای چشم‌انداز ورژن 2.0 آن کافی نیست.
• همچنین، راه‌حل‌های مقیاس‌گذاری چندگانه، مکانیسم‌های اجماع متعددی را پشتیبانی می‌کنند که می‌توانند بر اساس موارد استفاده خاص مورد استفاده قرار گیرند.

مقایسه راه‌حل‌ها از نظر سرعت و امنیت

با توجه به نمودار فوق، می‌بینیم که لایه 1 اتریوم درحالی که امن‌ترین راه‌حل می‌باشد، سرعت بسیار پایینی دارد و همچنین به شدت هزینه بالایی دارد. در نقطه مقابل آن نیز، سایدچین‌ها سریع‌ترین و همچنین ارزان‌ترین راه حل می‌باشد که دارای امنیت پایینی نسبت به دیگر راه‌حل‌ها می‌باشد. بعد از لایه 1 اتریوم، ZK-Rollupها، Optimistic Rollupها و پلاسما، امن‌ترین راه‌حل می‌باشند. از طرف دیگر پلاسما، Optimistic Rollupها، ZK-Rollupها و خود شبکه اتریوم، سریع‌ترین راه‌ها هستند.

مشکلات راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری لایه دوم

در اینجا برخی از مشکلات بالقوه و سؤالات بی پاسخی که از راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری لایه 2 فعلی وجود دارد را بیان کرده‌ایم:

ترکیب‌پذیری محدود (Limited Composability)

ترکیب‌پذیری یکی از قوی‌ترین جنبه‌های DeFi می‌باشد. امکان دسترسی به خدمات مالی، چیزی که نزدیک به 2 میلیارد نفر در جهان را از دسترسی محروم کرده، عالی است و از طرف دیگر بسیار خوب است که برای اولین بار از زمان ظهور وب 2.0، مردم دنیا از طریق واسطه‌هایی مانند فیس‌بوک و بانک‌ها، کنترل امور مالی، داده‌ها و دارایی‌های خود را پس می‌گیرند. لایه اضافه شده، محصولات مالی کاملاً جدیدی را ایجاد می‌کند که قبلاً هرگز دیده نشده بود و این موضوع دیدگاه ما نسبت به امور مالی را تغییر می‌دهد. درست مانند اینترنت، که چگونه در دهه 90 شرکت‌هایی مانند نتفلیکس، پست میتس، زوم را ایجاد کرد.

متأسفانه، ترکیب‌پذیری ممکن است با اجرای لایه 2 محدود و یا حتی کاملاً از بین برود، زیرا لایه‌ دوم‌ها در حال حاضر با یکدیگر تعامل ندارند. به عبارت دیگر، dapp‌های یک لایه 2 نمی‌توانند به راحتی با dapp دیگری در لایه 2 دیگر ارتباط برقرار کنند.

در L1 یا همان لایه اول، یک تراکنش می‌تواند با چندین پروتکل DeFi تعامل کند تا یک محصول مالی کاملاً جدید ایجاد کند. اما در L2، تراکنشی می‌تواند با آن پروتکل‌های DeFi که در زنجیره خودش وجود دارد، تعامل داشته باشد. فرض کنید Aave فقط در Polygon و Uniswap فقط در Optimism در دسترس باشند، ما نمی‌توانیم یک تراکنش بسازیم که هم قراردادهای هوشمند Aave و هم Uniswap را فراخوانی کند. در نتیجه این تقسیم‌بندی، ترکیب‌پذیری محدود شده است و در نتیجه باعث شده که جادوی DeFi به شدت محدود ‌شود.

نقدینگی (Liquidity)

مسئله دیگر از تکه تکه شدن dapp‌ها در زنجیره‌های مختلف L2 این است که نقدینگی مرتبط با آنها نیز تقسیم شده است. نقدینگی در هر بازار مالی از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است، زیرا بازار سالمی را فراهم می‌کند که در آن خریداران و فروشندگان می‌توانند بدون ایجاد نوسانات دیوانه‌کننده در قیمت، ترید کنند. در حال حاضر، تمام نقدینگی در اتریوم وجود دارد؛ که یک بازار سالم و عمیقا نقدشونده را برای همه محصولات مالی و توکن‌های روی پلتفرم فراهم می‌کند. با حرکت به سمت لایه دوم، شاهد تقسیم نقدینگی موجود در اتریوم L1 و راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری مختلف خواهیم بود؛ به جای اینکه تمام نقدینگی موجود در اتریوم وجود داشته باشد.

جمع‌بندی

شبکه بیت کوین و اتریوم با گذشت زمان شاهد پذیرش گسترده‌ای بوده است و همچنین فشار برای خدمت به میلیون‌ها کاربر نیز در حال افزایش است. اتریوم که در حوزه‌های Defi، Dapps و DEX پیشتاز است، عمدتاً به دلیل هزینه‌های بالای گس و کندی تراکنش‌های شبکه، آسیب دیده است. به لطف این نوآوری مقیاس‌پذیری لایه ۲ و تقاضاهای روزافزون کاربر، که اکنون اتریوم را مجبور کرده است خود را به‌طور کلی ارتقا دهد، نیاز به مقیاس‌سازی در این شبکه بلاکچین قدیمی بیشتر شده است. همچنین، بسیاری از پروژه‌های Defi اکنون از دیگر پلتفرم‌های جایگزین مانند Polygon، Harmony، Solana، Cardano و غیره برای رفع نیازهای راه‌حل Defi استفاده می‌کنند.

اجازه دهید سرعت، تمرکززدایی و امنیت همه با هم وجود داشته باشند تا به بلاکچین غیرمتمرکز ما کمک کند تا برای همیشه رشد کند و مقیاس‌پذیر شود.