مقیاس پذیری و بلاک چین های مقیاس پذیر

مقیاس پذیری، در معنای وسیع، به ظرفیت یک سیستم برای گسترش و مدیریت افزایش تقاضا مربوط می شود. در زمینه محاسبات، افزایش عملکرد ماشین از طریق ارتقاء سخت افزار می تواند آن را در پردازش وظایف کارآمدتر کند. به طور مشابه، هنگام بحث در مورد مقیاس‌پذیری در حوزه بلاک‌چین، بحث افزایش توانایی آنها برای پردازش تعداد بیشتری از تراکنش‌ها است. بیت کوین همراه با پروتکل های مشابه دیگر دارای مزایای بی شماری است. با این حال، مقیاس پذیری یکی از موارد قوی آن نیست. در یک سناریوی فرضی که بیت کوین بر روی یک پایگاه داده متمرکز عمل می کند، برای یک مدیر نسبتاً ساده است که سرعت سیستم و قابلیت های مدیریت تراکنش را افزایش دهد. با این حال، در این مقاله از بلاگ کیف پول من قصد داریم به بررسی مقیاس پذیری بلاک‌چین بپردازیم. با این حال، ارزش‌های اصلی بیت‌کوین، به‌ویژه مقاومت آن در برابر سانسور، همگام‌سازی بلاک چین را در میان شرکت‌کنندگان متعدد ضروری می‌کند و فرآیند مقیاس‌پذیری را پیچیده می‌کند.

چرا مقیاس‌پذیری بلاکچین موضوع مهمی است؟

مقیاس‌پذیری بلاکچین یک موضوع بسیار مهم است زیرا تاثیر بزرگی بر عملکرد و قابلیت استفاده از بلاکچین دارد. این مسئله به این معنی است که بلاکچین باید توانایی پردازش تعداد بزرگی از تراکنش‌ها را در یک زمان مشخص داشته باشد و به صورت پایدار و کارآمد عمل کند. در غیر این صورت، مشکلاتی مانند طولانی شدن زمان تأیید تراکنش‌ها، افزایش هزینه‌ها و کاهش کارایی شبکه بلاکچین به وجود می‌آید. در بلاکچین‌های انتشار عمومی مانند بیتکوین، مقیاس‌پذیری یک چالش مهم است زیرا تعداد بزرگی از تراکنش‌ها در شبکه بلاکچین وجود دارد و تعداد بالایی از کاربران در حال استفاده از آن هستند. اگر نرخ تأیید تراکنش‌ها کاهش یابد و زمان لازم برای تولید بلاک‌ها بیشتر شود، شبکه ممکن است با مشکلاتی مانند تأخیر در تأیید تراکنش‌ها و افزایش هزینه‌ها روبرو شود. بهبود مقیاس‌پذیری بلاکچین، عملکرد و کارایی شبکه را بهبود می‌بخشد و امکان استفاده گسترده‌تر از بلاکچین را فراهم می‌کند. این امر می‌تواند منجر به افزایش تعداد تراکنش‌های قابل پردازش، کاهش هزینه‌ها و زمان تأیید تراکنش‌ها، افزایش اطمینان و اعتماد کاربران و جذب بیشترین تعداد افراد و سازمان‌ها به بلاکچین شود. بنابراین، مقیاس‌پذیری بلاکچین از اهمیت بالایی برخوردار است و توسعه و استفاده موفق از بلاکچین نیازمند راه‌حل‌ها و فناوری‌هایی است که بتوانند این چالش را به خوبی مدیریت کنند.

سه ویژگی کلیدی مقیاس بندی بلاک چین

مقیاس بندی بلاک چین را می توان به سه دسته کلی تقسیم کرد: اجرا، ذخیره سازی و اجماع. در زیر، هر ویژگی را تعریف می کنیم و به مشکل اصلی که به دنبال حل آن است نگاه می کنیم. در عمل، مقیاس‌بندی یک ویژگی اغلب به مقیاس‌بندی یک یا دو ویژگی دیگر وابسته است یا منجر به مقیاس‌بندی آن می‌شود.

اجرای بلاک چین

اجرای بلاک چین محاسباتی است که برای اجرای تراکنش ها و انجام تغییرات حالت لازم است. اجرای تراکنش شامل بررسی اعتبار تراکنش ها (به عنوان مثال تأیید امضاها و موجودی توکن) و اجرای منطق زنجیره ای مورد نیاز برای محاسبه تغییرات حالت است. تغییرات حالت زمانی است که گره‌های کامل کپی دفتر خود را به‌روزرسانی می‌کنند تا انتقال‌های رمز جدید، به‌روزرسانی کد قرارداد هوشمند و ذخیره‌سازی داده‌ها را منعکس کند. مقیاس پذیری اجرای بلاک چین معمولاً بر حسب تراکنش در ثانیه (TPS) در نظر گرفته می شود، اما در سطح کلی تر، به تعداد محاسبات در ثانیه اشاره دارد زیرا تراکنش ها می توانند از نظر پیچیدگی و هزینه متفاوت باشند. هر چه تراکنش های بیشتری از طریق شبکه جریان داشته باشد، محاسبات بیشتری در هر زمان معین نیاز به اجرا دارند. هنگام مقیاس‌بندی لایه اجرا، مشکل اصلی این است که چگونه می‌توان به محاسبات بیشتری در ثانیه دست یافت، بدون اینکه نیازهای سخت‌افزاری روی گره‌های کامل مجزا که تراکنش‌ها را در بلوک‌ها اعتبار می‌دهند، افزایش یابد.

ذخیره سازی بلاک چین

منظور از ذخیره‌سازی بلاکچین همان تجهیزات ذخیره‌سازی نودهای کامل است که وظیفه نگهداری و ذخیره‌سازی یک کپی از دفتر کل را بر عهده دارند. بلاکچین‌ها به دو شکل کلی ذخیره‌سازی را انجام می‌دهند:
 

• داده های تاریخی(Historical Data):

 شامل تمام داده‌های خام تراکنش‌ها و بلاک می‌شوند. معمولا نیازی به دسترسی سریع به داده‌های تاریخی وجود ندارد و فقط باید حداقل یک نهاد قابل اعتماد این داده‌ها را برای دانلود در اختیار سایرین قرار دهد.
 

• وضعیت کلی (Global State):

وضعیت کلی را می‌توان به عنوان پایگاه داده یک بلاکچین در نظر گرفت که لازمه اعتبارسنجی تراکنش‌ها است. وضعیت شبکه معمولا در یک ساختار درختی ذخیره می‌شود و یک نود کامل سریع و راحت به آن دسترسی دارد و می‌تواند تغییرات را اعمال کند.

اجماع بلاک چین

اجماع بلاک چین روشی است که از طریق آن گره‌ها در یک شبکه غیرمتمرکز در مورد وضعیت فعلی بلاک چین به توافق می‌رسند. اجماع بیشتر به دستیابی به اکثریت صادقانه در مواجهه با آستانه معینی از بازیگران بدخواه و رسیدن به مرحله نهایی مربوط می شود. به عنوان مثال، تراکنش ها به دقت پردازش می شوند و احتمال معکوس شدن آنها بسیار کم است. اجماع بلاک چین به طور کلی حول به حداقل رساندن هزینه های ارتباطی به منظور افزایش مرز بالای عدم تمرکز برای تحمل بیشتر خطاهای بیزانسی و کاهش زمان نهایی برای تسویه سریعتر طراحی شده است. هنگام مقیاس بندی لایه اجماع، مشکل اصلی که باید حل شود این است که چگونه می توان سریعتر، ارزان تر و با حداقل سازی اعتماد بیشتر به نهایی رسید .

عوامل اثرگذار بر مقیاس‌ پذیری در بلاک چین چیست؟

مقیاس‌پذیری در بلاکچین تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار می‌گیرد. در ادامه، به برخی از عوامل اصلی که بر مقیاس‌پذیری در بلاکچین تأثیر می‌گذارند، اشاره می‌کنم:

1. اندازه بلاک: اندازه بلاک در یک بلاکچین تعیین می‌کند که چه تعداد تراکنش در هر بلاک قرار می‌گیرد. افزایش اندازه بلاک می‌تواند تعداد تراکنش‌های قابل پردازش در هر بلاک را افزایش دهد، اما در عین حال ممکن است باعث افزایش حجم زنجیره بلاک شود که می‌تواند منجر به مشکلاتی مانند طولانی شدن زمان تأیید تراکنش‌ها و افزایش هزینه‌ها شود.
2. الگوریتم اثبات کار (Proof of Work): برخی از بلاکچین‌ها از الگوریتم اثبات کار برای تأیید تراکنش‌ها و تولید بلاک استفاده می‌کنند. این الگوریتم معمولاً نیاز به قدرت محاسباتی بالا دارد. اگر تعداد کاربران و تراکنش‌ها در شبکه بلاکچین زیاد شود، ممکن است نیاز به قدرت محاسباتی بیشتری برای تأیید تراکنش‌ها و تولید بلاک‌ها وجود داشته باشد.
3. روش‌های جانبی (Sidechains): روش‌های جانبی مانند لایه دو (Layer 2) در بلاکچین، امکان انجام تراکنش‌های خارج از زنجیره اصلی را فراهم می‌کنند. این روش‌ها می‌توانند بهبود قابلیت مقیاس‌پذیری را با انتقال تعداد زیادی از تراکنش‌ها به لایه جانبی ایجاد کنند و بار سنگینی روی زنجیره اصلی را کاهش دهند.
4. الگوریتم‌های تأیید تراکنش: الگوریتم‌های تأیید تراکنش نیز می‌توانند بر مقیاس‌پذیری تأثیرگذار باشند. روش‌هایی مانند تأیید تراکنش‌ها به صورت غیرمتمرکز و یا استفاده از الگوریتم‌های جدید می‌توانند بهبود قابلیت مقیاس‌پذیری را فراهم کنند.
5. شبکه‌های همکار: بلاکچین‌هایی که بر اساس شبکه‌های همکار (Consensus Network) عمل می‌کنند، می‌توانند بر مقیاس‌پذیری موثر بااستفاده از توانایی بالاتری در پردازش تراکنش‌ها و تولید بلاک‌ها تأثیر بگذارند. در این شبکه‌ها، گره‌ها با همکاری و توزیع بار کار را انجام می‌دهند، که می‌تواند به توزیع بهتر بار کار و افزایش قابلیت مقیاس‌پذیری منجر شود.
6. اصلاحات پروتکل: بهبود‌هایی در پروتکل بلاکچین می‌تواند بهبود قابلیت مقیاس‌پذیری را به همراه داشته باشد. اصلاحات مربوط به ساختار داده، الگوریتم‌های تأیید تراکنش، مدیریت حجم زنجیره و سایر جنبه‌های مربوط به عملکرد بلاکچین می‌توانند بهبود‌های مهمی در مقیاس‌پذیری ایجاد کنند.
7. طراحی شبکه: طراحی شبکه بلاکچین نیز می‌تواند بر مقیاس‌پذیری تأثیرگذار باشد. معماری شبکه می‌تواند خواصی مانند توزیع جغرافیایی گره‌ها، ارتباط بین گره‌ها و سرعت انتقال اطلاعات را تحت تأثیر قرار دهد.

این فقط برخی از عوامل اصلی هستند که بر مقیاس‌پذیری در بلاکچین تأثیر می‌گذارند. در عمل، مقیاس‌پذیری موفقیت‌آمیز بلاکچین نیازمند ترکیب مجموعه‌ای از این عوامل و استفاده از روش‌ها و تکنولوژی‌های مناسب است.

راه‌کارهای حل مشکل مقیاس‌پذیری در بلاک چین

برای حل مشکل مقیاس‌پذیری در بلاکچین، می‌توان از راه‌کارهای زیر استفاده کرد:

1. افزایش اندازه بلاک: افزایش اندازه بلاک می‌تواند تعداد تراکنش‌های قابل پردازش در هر بلاک را افزایش دهد. این راهکار باعث افزایش ظرفیت بلاکچین برای جایگذاری تراکنش‌ها و کاهش زمان تأیید تراکنش‌ها می‌شود. با این حال، افزایش اندازه بلاک باید با دقت و با توجه به مشکلاتی مانند افزایش حجم زنجیره و هزینه‌ها صورت گیرد.
2. لایه دو (Layer 2) و شبکه‌های جانبی: استفاده از لایه دو و شبکه‌های جانبی می‌تواند تعداد تراکنش‌های قابل پردازش در زنجیره اصلی را کاهش داده و بهبود قابلیت مقیاس‌پذیری را فراهم کند. در این روش، بخشی از تراکنش‌ها به لایه جانبی منتقل می‌شوند، که معمولاً با سرعت بالاتر و هزینه کمتری صورت می‌گیرد.
3. الگوریتم‌های تأیید تراکنش بهینه‌تر: استفاده از الگوریتم‌های تأیید تراکنشی که نیاز به قدرت محاسباتی کمتری دارند می‌تواند بهبود قابلیت مقیاس‌پذیری را به همراه داشته باشد. به عنوان مثال، الگوریتم‌های تأیید تراکنش مبتنی بر حصول الگوریتم اجماع سهام (Proof of Stake) باعث کاهش نیاز به قدرت محاسباتی برای تأیید تراکنش‌ها می‌شوند.
4. اصلاحات پروتکل: بهبود‌هایی در پروتکل بلاکچین می‌تواند بهبود قابلیت مقیاس‌پذیری را به همراه داشته باشد. این اصلاحات ممکن است شامل بهینه‌سازی ساختار داده، الگوریتم‌های تأیید تراکنش، مدیریت حجم زنجیره و سایر جنبه‌های مربوط به عملکرد بلاکچین باشند.
5. تشویق به استفاده از شبکه‌های همکار: تشویق به استفاده از شبکه‌های همکار و توزیع کار بین گره‌ها می‌تواند بهبود قابلیت مقیاس‌پذیری را فراهم کند. با این روش، بار کار بین گره‌ها توزیع شده و سرعت پردازش تراکنش‌ها افراتر می‌رود.
6. اجماع غیرمتمرکز: استفاده از سیستم‌های اجماع غیرمتمرکز می‌تواند بهبود قابلیت مقیاس‌پذیری را به همراه داشته باشد. در این سیستم‌ها، تصمیم‌گیری و تأیید تراکنش‌ها توسط بیشترین تعداد گره‌های شبکه صورت می‌گیرد و نیاز به وجود یک گره مرکزی برای تأیید تراکنش‌ها کاهش می‌یابد. این روش می‌تواند بهبود قابلیت مقیاس‌پذیری را به همراه داشته باشد.
7. ترکیب روش‌ها: بهبود قابلیت مقیاس‌پذیری بلاکچین ممکن است نیازمند استفاده از ترکیبی از روش‌ها و راه‌حل‌ها باشد. به عنوان مثال، استفاده از لایه دو در کنار افزایش اندازه بلاک و استفاده از الگوریتم‌های تأیید تراکنش بهینه‌تر می‌تواند بهبود قابل توجهی در مقیاس‌پذیری بلاکچین داشته باشد.

همچنین، مهم است به فعالیت‌های تحقیق و توسعه در حوزه بلاکچین توجه کنید. تیم‌های تحقیق و توسعه بلاکچین به طور مداوم در حال کار بر روی راه‌حل‌های جدید و بهبودهای قابلیت مقیاس‌پذیری هستند.

آینده مقیاس پذیری بلاک چین

در دهه گذشته، صنعت بلاک چین شاهد پیشرفت های قابل توجهی در پرداختن به چالش های مقیاس پذیری بوده است که به موازات مراحل اولیه رشد اینترنت است. همانطور که اینترنت در ابتدا برای مدیریت سریع پایگاه کاربر و کاهش سرعت مرتبط با آن تلاش می کرد، فناوری بلاک چین نیز با موانع مقیاس پذیری مشابهی روبرو شده است. پذیرش و ادغام فزاینده بلاک چین در بخش‌های مختلف منجر به گسترش برنامه‌های کاربردی در دنیای واقعی و موارد استفاده نوآورانه شده است که نشان‌دهنده یک مسیر امیدوارکننده برای ارزهای دیجیتال است. با این حال، این رشد بدون چالش نبوده است. یکی از مسائل مهم اطمینان از اینکه زیرساخت بلاک چین می تواند به طور موثر حجم رو به رشد تراکنش ها و تعاملات کاربر را مدیریت کند، بوده است. راه حل های فعلی، به ویژه فناوری های لایه 2 (L2)، گام های قابل توجهی در بهبود مقیاس پذیری برداشته اند. آنها به خوبی در بهبود عملکرد شبکه کار می کنند، اما هنوز از بلاک چین در مقیاس جهانی پشتیبانی نمی کنند. افزایش قابل توجه استفاده از بلاک چین بدون راه‌حل‌های مقیاس‌بندی مناسب می‌تواند منجر به تجربه کاربری ضعیفی شود که با زمان انتظار طولانی، کارمزد تراکنش‌های بالا، و خطرات بالقوه امنیت و تمرکز مشخص می‌شود. قابلیت یک شبکه بلاک چین برای مقیاس‌بندی مؤثر و در عین حال حفظ امنیت و عدم تمرکز، برای موفقیت و پایداری آینده آن ضروری است. بدون مقیاس بندی کارآمد، یک شبکه بلاک چین با محدودیت هایی در رشد و پتانسیل خود مواجه است. با این حال، توسعه مداوم راه حل های نوآورانه، دلایلی برای خوش بینی فراهم می کند. این فناوری‌ها و استراتژی‌های نوظهور برای تقویت ظرفیت شبکه‌های بلاک چین، مقابله با مسائلی مانند سرعت تراکنش و تراکم شبکه بدون به خطر انداختن اصول اصلی آنها طراحی شده‌اند.

نتیجه :

توانایی مقیاس‌سازی کارآمد و ایمن شبکه‌های بلاک چین، یکی از عوامل تعیین‌کننده کلیدی ماندگاری بلندمدت آن‌ها است. با تکامل مداوم فناوری و معرفی راه حل های استراتژیک، آینده مقیاس پذیری بلاک چین امیدوار کننده است. انتظار می رود این پیشرفت پذیرش گسترده تر را تسهیل کند و کاربردهای متنوع تری از فناوری بلاک چین را امکان پذیر کند و راه را برای آینده دیجیتالی مقیاس پذیرتر و کارآمدتر هموار کند.

برای دریافت فایل PDF این مقاله اینجا کلیک کنید