مشکلات مقیاس پذیری شبکه اتریوم

اتریوم یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین پلتفرم‌های قراردادهای هوشمند و بلاکچین است. به عنوان یک شبکه دسنترالایز شده، اتریوم توانسته است به عنوان زیرساختی برای اجرای برنامه‌های بلاکچینی متنوع و توسعه دهندگان به منظور ایجاد اپلیکیشن‌ها و سرویس‌های مبتنی بر بلاکچین مورد استفاده قرار گیرد.
با این حال، همانند هر سیستم دیگری، شبکه اتریوم نیز با چالش‌ها و مشکلاتی در زمینه مقیاس پذیری مواجه است. مقیاس پذیری به توانایی یک سیستم اشاره دارد که بتواند با افزایش حجم تراکنش‌ها و کاربران، عملکرد و کارایی خود را حفظ کند. در صورتی که یک شبکه نتواند به درستی مقیاس پذیر باشد، ممکن است با مشکلاتی مانند افزایش زمان تأیید تراکنش‌ها، کاهش سرعت عملکرد و افزایش هزینه‌ها مواجه شود.
مشکلات مقیاس پذیری شبکه اتریوم می‌تواند به عوامل مختلفی برگردد. به‌عنوان مثال، قدرت پردازش محدودیت‌های شبکه، محدودیت‌های طراحی، مسائل امنیتی و سرعت بلوکچین می‌تواند به مشکلات مقیاس‌پذیری منجر شود. در حال حاضر، شبکه اتریوم در حال توسعه و ارتقاء است و تلاش‌های بسیاری در جهت حل مشکلات مقیاس پذیری انجام می‌شود. به‌عنوان مثال، اتریوم ۲.۰ (Ethereum 2.0) به‌عنوان یک آپگرید مهم در نظر گرفته می‌شود که قرار است مشکلات مقیاس پذیری را بهبود بخشد.

مفهوم مقیاس پذیری در بلاک چین

مقیاس پذیری در بلاکچین به توانایی سیستم بلاکچین اشاره دارد که بتواند با افزایش حجم تراکنش‌ها و رشد شبکه، عملکرد خود را حفظ و بهبود بخشد. در واقع، مقیاس پذیری در بلاکچین به توانایی سیستم برای پردازش تعداد زیادی تراکنش و اجرای عملیات مربوط به آنها در زمان کافی و با هزینه مناسب اشاره دارد.
مقیاس پذیری یک چالش مهم در بلاکچین است که نیازمند تلاش‌های پژوهشی و توسعه‌دهندگان برای ارائه راه‌حل‌های بهینه است. با پیشرفت تکنولوژی و تحقیقات بیشتر در این حوزه، امیدواریم که بتوانیم مانع‌های موجود در مقیاس پذیری بلاکچین را برطرف کنیم و به یک سیستم بلاکچین قابل استفاده و منعطف دست یابیم.

تفاوت بین بلاکچین های لایه ۱ و لایه ۲ اتریوم

در اتریوم، بلاکچین لایه ۱ (Layer 1) به بلاکچین اصلی اشاره دارد که تمامی تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند (smart contracts) را پردازش می‌کند. در حالی که بلاکچین لایه ۲ (Layer 2) به شبکه‌های فرعی یا جانبی اشاره دارد که تراکنش‌ها را به طور مستقل از بلاکچین اصلی پردازش می‌کنند. در ادامه، تفاوت‌های اصلی بین این دو لایه را بررسی خواهیم کرد:

بلاکچین لایه ۱ (Layer 1):

1. پردازش اصلی تراکنش‌ها: در بلاکچین لایه ۱، تمامی تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند در بلاکچین اصلی پردازش می‌شوند. این لایه مسئول اعتماد بخشیدن به صحت تراکنش‌ها و اجرای قراردادهای هوشمند است.
2. امنیت: بلاکچین لایه ۱ اتریوم با استفاده از الگوریتم Proof of Work (PoW) امنیت خود را تضمین می‌کند. تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند در بلاکچین لایه ۱ تأیید و تایید می‌شوند.
3. مقیاس پذیری: مقیاس پذیری بلاکچین لایه ۱ اتریوم معمولاً با افزایش ظرفیت بلوک و بهبود الگوریتم پردازش تراکنش‌ها انجام می‌شود. با افزایش تراکنش‌ها، زمان پردازش و کارمزد ممکن است افزایش یابد.

بلاکچین لایه ۲ (Layer 2):

1. شبکه‌های فرعی: بلاکچین لایه ۲ اتریوم شامل شبکه‌های فرعی یا جانبی است که مستقل از بلاکچین اصلی عمل می‌کنند. این شبکه‌ها به طور جداگانه تراکنش‌ها را پردازش می‌کنند و به بلاکچین اصلی برای تأیید نهایی تراکنش‌ها اعلام می‌کنند.
2. سرعت و هزینه: بلاکچین لایه ۲ اتریوم امکان پردازش تعداد بسیار زیادی از تراکنش‌ها را در زمان کوتاهتر و با کارمزد کمتر فراهم می‌کند. این شبکه‌ها معمولاً با استفاده از قراردادهای هوشمند و قواعد خاصی برای انجام تراکنش‌ها عمل می‌کنند.
3. مقیاس پذیری: استفاده از بلاکچین لایه ۲ در اتریوم بهبود قابل توجهی در مقیاس پذیری شبکه ایجاد می‌کند. با انتقال بخشی از بارکاری به شبکه‌های فرعی، ظرفیت و سرعت شبکه بهبود می‌یابد.

به طور خلاصه، بلاکچین لایه ۱ اتریوم مسئول پردازش تراکنش‌ها و قراردادهای هوشمند است، در حالی که بلاکچین لایه ۲ شامل شبکه‌های فرعی است که تراکنش‌ها را به صورت جداگانه پردازش می‌کنند و می‌توانند بهبودهای قابل توجهی در سرعت و هزینه ایجاد کنند. هر دو لایه با هدف افزایش مقیاس پذیری در اتریوم استفاده می‌شوند.

انواع مقیاس پذیری شبکه‌های بلاک چین:

مقیاس پذیری درون شبکه (On-chain Scalability) و مقیاس پذیری خارج از شبکه (Off-chain Scalability) دو رویکرد متفاوت برای افزایش قابلیت مقیاس پذیری در شبکه‌های بلاکچین هستند. در زیر، به هر دو رویکرد اشاره خواهم کرد:

مقیاس پذیری درون شبکه (On-chain Scalability)

در این رویکرد، تغییرات و بهبودها مستقیماً در بلاکچین اصلی اعمال می‌شوند. به عنوان نمونه، از روش‌های زیر می‌توان استفاده کرد:

1. افزایش اندازه بلوک: افزایش حجم بلوک‌ها به منظور جایگیری تعداد بیشتری از تراکنش‌ها در هر بلوک.
2. الگوریتم‌های کاربردی متفاوت: استفاده از الگوریتم‌های متفاوتی برای اثبات کار (Consensus) می‌تواند بهبود قابل توجهی در سرعت و مقیاس پذیری داشته باشد. به عنوان مثال، الگوریتم Proof of Stake (PoS) به جای Proof of Work (PoW).

مقیاس پذیری خارج از شبکه (Off-chain Scalability)

در این رویکرد، بخشی از عملکرد شبکه خارج از بلاکچین اصلی انجام می‌شود. تراکنش‌ها و فعالیت‌های جانبی به لایه‌های فرعی یا خارج از شبکه منتقل می‌شوند. روش‌های مقیاس پذیری خارج از شبکه عبارتند از:

1. شبکه‌های جانبی (Sidechains): این روش شامل ایجاد شبکه‌های جداگانه است که به طور مستقل از شبکه اصلی بلاکچین عمل می‌کنند. تراکنش‌ها بین شبکه اصلی و شبکه‌های جانبی انجام می‌شود و این روش به کاهش بارکاری شبکه اصلی کمک می‌کند.
2. شبکه‌های پیمانه‌ای (Off-chain Networks): در این روش، تراکنش‌ها به شبکه‌های پیمانه‌ای منتقل می‌شوند که از بلاکچین اصلی جدا هستند. این شبکه‌ها می‌توانند بر اساس قراردادهای هوشمند (smart contracts) عمل کنند و تراکنش‌ها را به صورت سریعتر و با کارمزد کمتری پردازش کنند. نمونه‌هایی از این شبکه‌ها شبکه‌های پرقدرت مانند Lightning Network در بیتکوین و Raiden Network در اتریوم هستند.

هر دو رویکرد مقیاس پذیری درون شبکه و خارج از شبکه مزایا و محدودیت‌های خود را دارند و بسته به نیازها و محدودیت‌های پروژه، می‌توان از یک یا ترکیبی از این روش‌ها استفاده کرد تا به مقیاس پذیری مطلوب دست یابیم.

مشکلات مقیاس پذیری در شبکه اتریوم

   الف) زمان تأیید تراکنش‌ها: با افزایش تعداد تراکنش‌های ارسالی، زمان تأیید تراکنش‌ها در شبکه اتریوم افزایش می‌یابد. این مشکل می‌تواند منجر به تأخیر در انجام تراکنش‌ها و عدم تجربه خوبی برای کاربران شود.

   ب) هزینه‌های بلوکچین: با افزایش بار شبکه، هزینه‌های بلوکچین برای انجام تراکنش‌ها نیز افزایش می‌یابد. این موضوع می‌تواند برای کاربران و توسعه دهندگان سنگین و هزینه‌بر باشد.

   ج) محدودیت‌های طراحی: برخی از محدودیت‌های مرتبط با طراحی شبکه اتریوم می‌تواند مانع مقیاس پذیری مناسب شود. به عنوان مثال، شبکه اتریوم از الگوریتم Proof of Work (PoW) استفاده می‌کند که محدودیت‌هایی را در اجرای همزمان تراکنش‌ها و افزایش تعداد بلوک‌ها ایجاد می‌کند.

 راه‌حل‌های مطرح شده در مشکلات مقیاس پذیری اتریوم

1.اتریوم ۲.۰ (Ethereum 2.0):

اتریوم ۲.۰ به‌عنوان یک آپگرید مهم در نظر گرفته می‌شود که به منظور حل مشکلات مقیاس پذیری ارائه شده است. این آپگرید شامل تغییر از Proof of Work (PoW) به Proof of Stake (PoS)، استقرار شبکه‌های جانبی (sidechains) و اجرای شرایط همکاری (sharding) است.

2.شبکه‌های پیمانه‌ای (Off-chain Networks):

شبکه‌های پیمانه‌ای در اتریوم راهکارهایی هستند که به صورت جداگانه از بلاکچین اصلی عمل می‌کنند. این شبکه‌ها، تراکنش‌ها را خارج از زنجیره (Off-chain) انجام می‌دهند و سپس تنها خلاصه‌ای از نتیجه تراکنش‌ها را به بلاکچین اصلی گزارش می‌دهند. شبکه‌های پیمانه‌ای معمولاً برای پردازش تراکنش‌های کوچک و پرتکرار کاربرد دارند. مثالی از شبکه‌های پیمانه‌ای در اتریوم، Raiden Network است که از کانال‌های پرداخت (Payment Channels) برای انتقال تراکنش‌ها استفاده می‌کند.

3.شبکه‌های مقیاس‌پذیر داخلی (Layer 2 Scaling Solutions):

این راهکارها به عنوان جایگزین‌های مقیاس‌پذیری به بلاکچین اصلی اتریوم اضافه می‌شوند و کمک می‌کنند تا تعداد بیشتری تراکنش را در زمان کمتر و با هزینه کمتر پردازش کنند. شبکه‌های مقیاس‌پذیر داخلی شامل روش‌هایی مانند Plasma و State Channels می‌شوند.

• پلاسما(Plasma): در این راهکار، بخشی از بلاکچین به شبکه‌های فرعی تقسیم می‌شود که به عنوان زیرشاخه‌ها (Child Chains) شناخته می‌شوند. تراکنش‌ها در زیرشاخه‌ها انجام می‌شوند و تنها خلاصه‌ای از تراکنش‌های نهایی به بلاکچین اصلی گزارش می‌شود. این راهکار بهبود قابل توجهی در سرعت و هزینه پردازش تراکنش‌ها ایجاد می‌کند.
• کانال ها (State Channels): در راهکار State Channels، تراکنش‌ها بین طرفین درون یک کانال امضا شده انجام می‌شود. فقط تراکنش‌های نهایی به بلاکچین اصلی گزارش می‌شوند. این راهکار برای پردازش تراکنش‌های مکرر بین دو طرف مناسب است و بهبود قابل توجهی در سرعت و هزینه ایجاد می‌کند.

4. رول آپ های Optimistic:

درواقع Optimistic Rollups یک راهکار لایه دو است که تراکنش‌ها را به صورت آفلاین و در یک رولاپ (Rollup) جمع‌آوری می‌کند. در این راهکار، تراکنش‌ها در یک لایه بی‌قاعده جمع‌آوری می‌شوند و سپس نتیجه رولاپ به بلاکچین اصلی گزارش می‌شود. این راهکار باعث افزایش قابل توجهی در ظرفیت و سرعت پردازش تراکنش‌ها می‌شود. این راهکارها هرکدام به صورت جداگانه و با روش‌ها و الگوریتم‌های مختلفی کار می‌کنند. هر کدام از این راهکارها مزایا و معایب خود را دارند و برای حل چالش‌های مقیاس‌پذیری و کاهش هزینه و زمان پردازش در اتریوم استفاده می‌شوند.

نتیجه‌گیری:

مشکلات مقیاس پذیری در شبکه اتریوم نیازمند توجه و تلاش‌های جهانی هستند. اتریوم ۲.۰ و راه‌حل‌های مطرح شده می‌توانند بهبود قابل توجهی در مقیاس پذیری شبکه اتریوم به همراه داشته باشند. با این حال، هنوز برای حل کامل مشکلات مقیاس پذیری نیازمند پژوهش، توسعه و آزمایش‌های بیشتری هستیم. با پیشرفت تکنولوژی و تلاش مستمر توسعه دهندگان، امیدواریم که شبکه اتریوم بتواند به یک شبکه مقیاس‌پذیر و قابل استفاده عمومی تبدیل شود.