بیکن چین (Beacon Chain) چیست و چگونه کار می‌کند؟ آشنایی با معماری جدید اتریوم

در این مقاله از کیف پول من، معماری لایه اجماع اتریوم را بررسی کرده و مفاهیم پشت‌پرده بیکن چین را به دانشی شفاف و کاربردی تبدیل می‌کنیم. با بررسی دقیق فرآیند استیکینگ (Staking)، دستاوردهای تاریخی رویداد مرج (The Merge) و مسیری که برای رسیدن به مقیاس‌پذیری از طریق شاردینگ (Sharding) هموار شده است، درک کاملی از نحوه تامین امنیت این اکوسیستم به دست خواهید آورد؛ شناختی که برای ارزیابی آینده سرمایه‌گذاری در بستر اتریوم، یک ابزار کاملاً ضروری محسوب می‌شود.

بیکن چین (Beacon Chain) چیست؟

تصور کنید وارد یک ارکستر سمفونیک بزرگ شده‌اید. هر نوازنده ساز خودش را می‌نوازد، اما بدون یک رهبر ارکستر که ریتم و هماهنگی را حفظ کند، صدای تولید شده چیزی جز یک همهمه نخواهد بود. در دنیای شبکه‌ی اتریوم، بیکن چین دقیقا نقش همین رهبر ارکستر را بازی می‌کند.

بیکن چین در واقع یک بلاکچین (Blockchain - دفتر کل توزیع‌شده و دیجیتالی برای ثبت امن اطلاعات) است که در سال ۲۰۲۰ به عنوان هسته‌ی مرکزی و هماهنگ‌کننده‌ی نسخه‌ی جدید اتریوم راه‌اندازی شد. وظیفه‌ی اصلی این بخش، مدیریت شبکه‌ای از اعتبارسنج‌ ها (Validators - کاربرانی که با قرار دادن سرمایه خود به عنوان وثیقه، وظیفه بررسی و تایید صحت تراکنش‌ها را بر عهده دارند) و اجرای مکانیزم اثبات سهام (Proof of Stake - روشی برای تایید تراکنش‌ها و تامین امنیت شبکه از طریق قفل کردن دارایی) است.

در روزهای اولیه‌ی راه‌اندازی، بیکن چین هیچ تراکنشی را پردازش نمی‌کرد و قراردادهای هوشمند (Smart Contracts - برنامه‌ها یا کدهایی که روی شبکه اجرا می‌شوند و توافقات را به صورت خودکار پیش می‌برند) را به اجرا در نمی‌آورد؛ بلکه فقط آمده بود تا پایه‌ی امنیتی جدیدی برای آینده‌ی اتریوم بسازد و هماهنگی لازم را ایجاد کند.

داستان تولد بیکن چین؛ چرا شبکه اتریوم به این ارتقا نیاز داشت؟

برای درک دلیل تولد بیکن چین، باید به چالش‌های شبکه‌ی قدیمی اتریوم نگاه کنیم. اتریوم به عنوان بستر اصلی برنامه‌های غیرمتمرکز، روز به روز محبوب‌تر می‌شد، اما این محبوبیت یک مشکل بزرگ ایجاد کرد: ترافیک سنگین و ازدحام شبکه. شبکه‌ی اتریوم کند شده بود و کارمزد تراکنش‌ها سر به فلک می‌کشید.

توسعه‌دهندگان اتریوم می‌دانستند که برای حل مشکل مقیاس‌ پذیری (Scalability - توانایی شبکه برای پردازش سریع و همزمان تعداد بسیار زیادی از تراکنش‌ها) و جلوگیری از مصرف وحشتناک انرژی برق، باید سیستم تایید تراکنش‌های خود را از پایه تغییر دهند.

آن‌ها نمی‌توانستند موتور یک ماشین در حال حرکت را به یکباره و در حین رانندگی عوض کنند، زیرا ممکن بود کل شبکه از کار بیفتد. بنابراین، تصمیم گرفتند یک موتور جدید و پیشرفته به نام بیکن چین را به صورت موازی با شبکه‌ی اصلی راه‌اندازی کنند. این کار هوشمندانه به آن‌ها اجازه داد تا سیستم جدید را به دور از خطرات احتمالی، در یک محیط واقعی آزمایش کنند و شبکه‌ی اتریوم را برای یک تغییر تاریخی آماده سازند.

گذر از ماینینگ به استیکینگ: تفاوت اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS)

برای درک بهتر تغییرات اتریوم، باید بدانیم که این شبکه چگونه امنیت خود را در برابر هکرها تامین می‌کند. در گذشته، اتریوم از مکانیزم اثبات کار (Proof of Work - روش قدیمی تایید تراکنش‌ها که به دستگاه‌های سخت‌افزاری قوی و مصرف برق بسیار زیاد نیاز دارد) استفاده می‌کرد. اما بیکن چین سیستم اثبات سهام را معرفی کرد که بر پایه‌ی فرآیند استیکینگ (Staking - سپرده‌گذاری و قفل کردن ارزهای دیجیتال در شبکه برای تامین امنیت آن و دریافت پاداش ماهانه یا سالانه) استوار است. تفاوت‌های اصلی این دو سیستم را می‌توان به شکل زیر خلاصه کرد:

• سخت‌افزار و روش تایید: در مکانیزم اثبات کار، ماینرها با استفاده از دستگاه‌های پرمصرف، معادلات پیچیده ریاضی را حل می‌کردند تا تراکنش‌ها تایید شوند و پاداش بگیرند. اما در اثبات سهام، دیگر نیازی به خرید دستگاه‌های گران‌قیمت نیست؛ کاربران صرفا با قفل کردن رمزارز اتر (ETH) در شبکه، به اعتبارسنج تبدیل می‌شوند و شبکه را ایمن می‌کنند.
• مصرف انرژی و پایداری: سیستم قدیمی مانند یک کارخانه‌ی بزرگ بود که سوخت فسیلی زیادی می‌سوزاند. در مقابل، سیستم جدید اثبات سهام توانست مصرف انرژی شبکه‌ی اتریوم را تا بیش از ۹۹ درصد کاهش دهد و آن را به یک شبکه‌ی کاملا دوست‌دار محیط زیست تبدیل کند.
• نحوه انتخاب و رقابت: در دوران ماینینگ، هرکسی که دستگاه قوی‌تری داشت برنده بود و پاداش دریافت می‌کرد. اما در دوران استیکینگ، بیکن چین به صورت کاملا تصادفی اعتبارسنج‌ها را برای تایید تراکنش‌ها انتخاب می‌کند. در این سیستم جدید اگر یک اعتبارسنج کارش را درست انجام دهد پاداش می‌گیرد، اما اگر قصد تقلب یا خرابکاری داشته باشد، با جریمه‌ی سنگین کسر از سرمایه‌ی گرو گذاشته شده‌ی خود مواجه می‌شود.

به زبان بسیار ساده، در سیستم جدید اتریوم، به جای اینکه کاربر برق مصرف کند تا ثابت کند فرد قابل اعتمادی برای شبکه است، بخشی از سرمایه‌ی خود را گرو می‌گذارد تا صداقت و حسن نیت خود را تضمین کند.

مکانیزم عملکرد Beacon Chain چگونه است؟

برای اینکه متوجه شویم بیکن چین دقیقا چه کاری انجام می‌دهد، می‌توانیم شبکه‌ی اتریوم را شبیه به یک شرکت بزرگ با هزاران کارمند تصور کنیم. در گذشته، این کارمندان برای انجام وظایف خود هماهنگی کافی نداشتند و انرژی زیادی هدر می‌رفت. بیکن چین مانند یک سیستم مدیریت مرکزی جدید است که به پشت صحنه‌ی این شرکت آمده تا همه چیز را نظم دهد. این سیستم وظیفه دارد مطمئن شود تمام اطلاعات و داده‌ها با دقت، بدون تقلب و با یک زمان‌بندی دقیق ثبت می‌شوند.

اعتبارسنج‌ها (Validators) چه کسانی هستند و چگونه جایگزین ماینرها شدند؟

در شبکه‌ی قدیمی اتریوم، ماینر ها (Miners - افرادی که با دستگاه‌های استخراج، معادلات پیچیده را حل کرده و تراکنش‌ها را تایید می‌کردند) نقش اصلی را در تامین امنیت داشتند. اما با روی کار آمدن بیکن چین، گروه جدیدی به نام اعتبارسنج‌ها جایگزین آن‌ها شدند. اعتبارسنج‌ها در واقع همان کاربران عادی هستند که یک نود (Node - نرم‌افزاری که روی کامپیوتر نصب می‌شود و آن را به شبکه‌ی بلاک چین متصل می‌کند) را اجرا می‌کنند.

تفاوت بزرگ این است که اعتبارسنج‌ها دیگر نیازی به خرید دستگاه‌های گران‌قیمت و پر سر و صدا ندارند. آن‌ها به جای استفاده از قدرت سخت‌افزاری، از دارایی دیجیتال خود برای تایید تراکنش‌ها استفاده می‌کنند. این تغییر مهم باعث شد تا افراد بسیار بیشتری بتوانند تنها با یک کامپیوتر یا لپ‌تاپ معمولی و یک اتصال اینترنت، در تامین امنیت شبکه‌ی اتریوم مشارکت کنند.

فرآیند استیکینگ (Staking)؛ چگونه امنیت بیکن چین تامین می‌شود؟

همان‌طور که اشاره شد، اعتبارسنج‌ها با دارایی خود کار می‌کنند، اما این فرآیند دقیقا چگونه انجام می‌شود؟ اینجا مرحله‌ای است که استیکینگ وارد عمل می‌شود. برای اینکه یک فرد بتواند به عنوان اعتبارسنج در بیکن چین فعالیت کند، باید دقیقا ۳۲ واحد اتر را در شبکه قفل کند.

این کار شبیه به پرداخت وثیقه یا پول پیش برای اجاره‌ی یک مغازه است. کاربر با قرار دادن این سرمایه، به شبکه ثابت می‌کند که قصد خرابکاری ندارد؛ زیرا می‌داند که در صورت انجام رفتار مخرب، سرمایه‌ی خودش به خطر می‌افتد. بیکن چین به صورت کاملا تصادفی از بین این اعتبارسنج‌ها، افرادی را برای ایجاد یک بلاک (Block - دسته‌ای از تراکنش‌های تایید شده که مانند یک صفحه از دفتر کل به زنجیره اضافه می‌شود) و افراد دیگری را برای تایید صحت آن انتخاب می‌کند. اگر اعتبارسنج‌ها وظیفه‌ی خود را به درستی انجام دهند، شبکه به عنوان تشکر به آن‌ها پاداش می‌دهد.

قانون اسلشینگ (Slashing)؛ مکانیزم تنبیهی اتریوم برای برخورد با متخلفان

در هر سیستم مالی، همیشه احتمال حضور افراد متقلب وجود دارد. شبکه‌ی اتریوم برای محافظت از سرمایه‌ی کاربران و برخورد با این افراد متخلف در بیکن چین، یک جریمه‌ی بسیار سخت‌گیرانه به نام اسلشینگ طراحی کرده است.

قانون اسلشینگ به این شکل کار می‌کند، اگر یک اعتبارسنج بخواهد اطلاعات غلطی را در شبکه ثبت کند یا قصد فریب دادن سیستم را داشته باشد، بیکن چین بلافاصله متوجه این رفتار مخرب می‌شود. در این حالت، بخش قابل توجهی از آن ۳۲ اتر که کاربر به عنوان وثیقه قفل کرده بود، مصادره شده و از بین می‌رود و فرد متخلف نیز برای همیشه از شبکه‌ی اعتبارسنج‌ها اخراج می‌شود.

این مکانیزم تنبیهی باعث می‌شود که هزینه‌ی تقلب در شبکه‌ی اتریوم آنقدر بالا برود که هیچ‌کس جرات خرابکاری نداشته باشد. البته جریمه‌های بسیار کوچکی هم برای قطعی موقت اینترنت یا آفلاین شدن ناخواسته وجود دارد، اما مجازات سنگین اسلشینگ فقط برای خرابکاری‌های عمدی و بزرگ اجرا می‌شود.

مقایسه وظایف ماینر در شبکه قدیم و اعتبارسنج در بیکن چین

برای اینکه تفاوت این دو نسل از محافظان شبکه‌ی اتریوم را بهتر و سریع‌تر درک کنیم، در جدول زیر ویژگی‌های اصلی ماینرها در شبکه‌ی قدیمی و اعتبارسنج‌ها در شبکه‌ی بیکن چین را مقایسه کرده‌ایم:

ویژگی مورد بررسی	ماینر در شبکه‌ی قدیمی اتریوم	اعتبارسنج در بیکن چین
ابزار مورد نیاز	دستگاه‌های استخراج بسیار قوی و پرمصرف	یک کامپیوتر معمولی با اتصال پایدار به اینترنت
وثیقه‌ی مالی	نیازی به قفل کردن سرمایه نبود	قفل کردن حداقل ۳۲ واحد رمزارز اتریوم
مصرف انرژی برق	بسیار بالا	بسیار پایین و دوست‌دار محیط زیست
جریمه‌ی خطاکاران	از دست دادن هزینه برق بدون جریمه‌ی مستقیم شبکه	از دست دادن بخشی از سرمایه‌ی قفل شده (اسلشینگ)
نحوه‌ی دریافت پاداش	رقابت سخت‌افزاری (هرکس قوی‌تر بود برنده می‌شد)	انتخاب کاملا تصادفی و نوبتی توسط خود شبکه

نقش بیکن چین در تکامل اکوسیستم اتریوم

بیکن چین فقط یک بروزرسانی ساده نبود، بلکه سنگ بنای آینده‌ی اتریوم محسوب می‌شود. تصور کنید خانه‌ای دارید که می‌خواهید آن را به یک برج چند طبقه و پیشرفته تبدیل کنید. بیکن چین دقیقا همان فونداسیون و پی‌ریزی جدید و قدرتمندی است که در سکوت و آرامش ساخته شد تا قرار است وزن این برج عظیم را تحمل کند و مسیر را برای توسعه‌ی آینده باز نگه دارد.

رویداد مرج (The Merge)؛ لحظه تاریخی پیوند بیکن چین با شبکه اصلی

در سپتامبر سال ۲۰۲۲، یکی از مهم‌ترین اتفاقات تاریخ ارزهای دیجیتال رخ داد که به آن رویداد مرج یا ادغام می‌گویند. تا قبل از این تاریخ، بیکن چین و شبکه‌ی اصلی اتریوم مانند دو جاده‌ی موازی در کنار هم حرکت می‌کردند. بیکن چین در حال آزمایش سیستم اثبات سهام بود و شبکه‌ی اصلی همچنان با سیستم قدیمی ماینینگ کار می‌کرد.

در رویداد مرج، این دو جاده سرانجام به هم متصل شدند. در این لحظه‌ی تاریخی، شبکه‌ی اصلی اتریوم موتور قدیمی و پرمصرف خود (ماینرها) را خاموش کرد و برای همیشه کنترل سیستم را به دست بیکن چین سپرد. جذاب‌ترین بخش ماجرا این است که این پیوند بزرگ بدون اینکه حتی یک ثانیه شبکه‌ی اتریوم قطع شود یا سرمایه‌ی کاربران به خطر بیفتد، با موفقیت کامل انجام شد.

شفاف‌سازی یک باور غلط: آیا بیکن چین کارمزد تراکنش‌ها (Gas Fee) را کاهش داد؟

یکی از بزرگ‌ترین سوءتفاهم‌ها در دنیای رمزارز این است که بسیاری فکر می‌کردند با راه‌اندازی بیکن چین، کارمزد تراکنش‌ها (Gas Fee - هزینه‌ای که کاربران برای انجام یک عملیات یا جابجایی پول در شبکه پرداخت می‌کنند) ارزان‌تر می‌شود. اما بیایید حقیقت را آشکار کنیم: بیکن چین اصلا برای کاهش کارمزدها طراحی نشده بود!

میزان کارمزد در شبکه‌ی اتریوم به میزان ترافیک و شلوغی شبکه بستگی دارد، نه به روش تامین امنیت آن. بیکن چین فقط نحوه‌ی تایید تراکنش‌ها را تغییر داد و ظرفیت شبکه را برای پردازش تعداد بیشتری از تراکنش‌ها بزرگ‌تر نکرد. بنابراین، اگر کارمزدها در زمان‌هایی بالا می‌رود، صرفا به دلیل تقاضای زیاد کاربران است و ارتباطی به عملکرد بیکن چین ندارد. راه حل قطعی کاهش کارمزدها در بروزرسانی‌های بعدی اتریوم قرار دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم.

پایداری محیط زیست؛ دستاورد بزرگ بیکن چین در کاهش ۹۹ درصدی مصرف انرژی

یکی از شیرین‌ترین و مهم‌ترین دستاوردهای بیکن چین، نجات محیط زیست بود. شبکه‌ی قدیمی اتریوم به دلیل استفاده از هزاران دستگاه ماینر، برق مصرفی معادل یک کشور کوچک را به هدر می‌داد. اما با متصل شدن بیکن چین و حذف کامل این دستگاه‌های پر سر و صدا، مصرف انرژی شبکه‌ی اتریوم به طور ناگهانی بیش از ۹۹ درصد کاهش یافت!

اکنون شبکه‌ی اتریوم به جای اینکه با مصرف بی‌رویه‌ی برق کار کند، با استفاده از دارایی دیجیتال کاربران ایمن می‌شود. این تغییر بزرگ باعث شد تا سرمایه‌گذاران، توسعه‌دهندگان و شرکت‌های بزرگ جهانی که به مسائل محیط زیستی اهمیت زیادی می‌دهند، با خیال راحت‌تری وارد دنیای اتریوم شوند.

نقشه راه آینده؛ بیکن چین چگونه بستر را برای شاردینگ (Sharding) و مقیاس‌پذیری آماده می‌کند؟

همان‌طور که گفتیم، بیکن چین فونداسیون یک برج بزرگ است. حالا که این پایه‌ی قدرتمند محکم شده است، اتریوم آماده است تا برنامه‌های اصلی خود را برای حل مشکل سرعت و کارمزد اجرا کند. یکی از این برنامه‌های مهم و جذاب در آینده، تکنولوژی شاردینگ (Sharding - روشی پیشرفته برای تقسیم کردن اطلاعات شبکه به بخش‌های کوچک‌تر و مجزا جهت پردازش بسیار سریع‌تر تراکنش‌ها) است.

بیکن چین در این سیستم جدید مانند یک مدیر کل عمل می‌کند که وظیفه دارد اطلاعات تمام این بخش‌های کوچک (شاردها) را بررسی و هماهنگ کند. با اجرای کامل این نقشه راه و کمک بیکن چین، اتفاقات بسیار مثبتی رخ خواهد داد:

• شبکه‌ی اتریوم به جای پردازش چند ده تراکنش، می‌تواند هزاران تراکنش را در یک ثانیه مدیریت کند.
• مشکل ترافیک و شلوغی شبکه برطرف می‌شود.
• کارمزدهای پرداختی کاربران برای انجام معاملات به شکل چشم‌گیری کاهش می‌یابد و استفاده از اتریوم برای همه مقرون‌به‌صرفه خواهد شد.

بررسی مهم‌ترین مزایا و چالش‌های Beacon Chain

هر تغییر بزرگ و انقلابی در دنیای تکنولوژی، همیشه با مجموعه‌ای از دستاوردها و چالش‌های جدید همراه است. راه‌اندازی بیکن چین نیز از این قاعده مستثنی نیست. این بروزرسانی عظیم، بسیاری از مشکلات قدیمی اتریوم را حل کرد، اما در عین حال نگرانی‌های جدیدی را نیز برای جامعه‌ی کاربری به وجود آورد که در این بخش به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

دستاوردهای کلیدی: امنیت اقتصادی بالاتر و پایداری شبکه

بیکن چین توانست سطح امنیت شبکه‌ی اتریوم را به شکل چشم‌گیری ارتقا دهد. در سیستم قدیمی، اگر شخصی قصد داشت به شبکه حمله کند و کنترل آن را به دست بگیرد، باید تعداد زیادی دستگاه ماینر گران‌قیمت خریداری می‌کرد. اما در سیستم جدید، این کار بسیار سخت‌تر و پرهزینه‌تر شده است که به آن امنیت اقتصادی (Economic Security - تامین امنیت شبکه از طریق ایجاد هزینه‌های مالی سنگین برای مهاجمان) می‌گویند.

بیایید این موضوع را با یک مثال ساده بررسی کنیم: برای اینکه یک فرد خرابکار بتواند شبکه‌ی بیکن چین را مختل کند، باید بیش از نیمی از کل اتریوم‌های قفل شده (استیک شده) در شبکه را خریداری کند! این کار به میلیاردها دلار سرمایه نیاز دارد. حتی اگر کسی این پول را داشته باشد، به محض اینکه شبکه متوجه رفتار مخرب او شود، قانون اسلشینگ را اجرا کرده و تمام سرمایه‌ی او را نابود می‌کند. بنابراین، حمله به بیکن چین مانند آتش زدن پول‌های خود فرد مهاجم است. مهم‌ترین دستاوردهای بیکن چین را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:

• امنیت نفوذناپذیرتر: هزینه‌ی تقلب در سیستم جدید به قدری بالاست که هیچ توجیه منطقی و اقتصادی برای حمله به شبکه وجود ندارد.
• پایداری بیشتر: از آنجایی که اعتبارسنج‌ها نیازی به سخت‌افزارهای پیچیده و مصرف برق بالا ندارند، شبکه‌ی اتریوم در برابر قطعی برق یا کمبود قطعات کامپیوتری در جهان، بسیار مقاوم‌تر و پایدارتر شده است.
• مشارکت عادلانه‌تر: حالا هر کاربری در هر جای دنیا که یک کامپیوتر معمولی و اینترنت داشته باشد، می‌تواند به راحتی در تامین امنیت شبکه‌ی اتریوم مشارکت کند و پاداش بگیرد.

چالش‌های پیش‌ رو: بررسی خطر تمرکزگرایی (Centralization) در بین ولیدیتورهای بزرگ

در کنار تمام این مزایای فوق‌العاده، بیکن چین با یک چالش بسیار جدی مواجه است: خطر تمرکزگرایی (Centralization - جمع شدن قدرت و کنترل شبکه در دست چند فرد یا شرکت خاص به جای پخش شدن آن در بین تمام مردم).

مشکل از آنجا شروع می‌شود که برای تبدیل شدن به یک اعتبارسنج مستقل، کاربر باید ۳۲ واحد اتریوم داشته باشد. این مقدار سرمایه برای بسیاری از افراد عادی مبلغ بسیار سنگینی است. به همین دلیل، پلتفرم‌هایی به نام استخرهای استیکینگ (Staking Pools - سرویس‌هایی که سرمایه‌های خرد کاربران را جمع‌آوری می‌کنند تا به حد نصاب لازم برای استیکینگ برسد) به وجود آمدند. کاربران عادی سرمایه‌های کوچک خود را به این شرکت‌ها می‌سپارند تا به جای آن‌ها فرآیند استیکینگ را انجام دهند.

این موضوع باعث شده تا چند شرکت و صرافی بزرگ، حجم عظیمی از اتریوم‌های شبکه را در دست داشته باشند و کنترل درصد بالایی از اعتبارسنج‌ها را در اختیار بگیرند. این وضعیت شبیه به این است که در یک رای‌گیری محلی، چند نفر محدود، حق رای هزاران نفر را نمایندگی کنند.

اگر این شرکت‌های بزرگ با هم تبانی کنند یا تحت فشار دولت‌ها قرار بگیرند، ممکن است بتوانند روی تراکنش‌های شبکه‌ی اتریوم سانسور اعمال کنند و ماهیت آزاد و غیرمتمرکز بودن شبکه را به خطر بیندازند. البته توسعه‌دهندگان اتریوم به خوبی از این دغدغه‌ی بزرگ آگاه هستند و در حال طراحی راهکارهای جدیدی برای تشویق کاربران به استیکینگ مستقل و کاهش قدرت این استخرهای بزرگ می‌باشند.

منابع:

Ethereum.org

Alchemy

Geeks For Geeks