ब्लॉकचेन स्केलेबिलिटी समस्या की व्याख्या

ब्लॉकचेन प्रौद्योगिकी बनाते समय, डेवलपर्स ने डिजिटल पैसे की गोपनीयता और अनामिता पर भरोसा किया। यह लक्ष्य peer-to-peer सिस्टम के सिद्धांत को लागू करके हासिल किया गया — हर उपयोगकर्ता समान है, और बैंकों जैसी कोई प्रबंधन प्रणाली या धन-नियंत्रण निकाय नहीं है।

अब क्रिप्टोकरेंसी, एक तकनीक के रूप में, अगली चुनौती का सामना कर रही हैं — Visa और MasterCard के बराबर, संचालन की उच्च गति हासिल करना। स्केलेबिलिटी की समस्या ब्लॉकचेन प्रौद्योगिकी के बड़े पैमाने पर कार्यान्वयन में प्रमुख बाधाओं में से एक बनी हुई है। अधिक से अधिक ब्लॉकचेन प्रोजेक्ट टीमें अपने नेटवर्क के प्रदर्शन को बेहतर बनाने वाले समाधानों की तलाश में हैं। कई लोग दावा करते हैं कि उन्होंने यह समस्या पहले ही हल कर ली है या लगभग हल कर ली है, लेकिन ऐसे बयानों को संदेह की नजर से देखना चाहिए।

मुख्य उद्देश्य

दस साल पहले, Bitcoin उपयोगकर्ताओं के बीच लोकप्रिय नहीं था। लेकिन फिर, वर्षों के दौरान, सिस्टम में उपयोगकर्ताओं की संख्या में वृद्धि ने तकनीक की कंप्यूटिंग शक्ति से जुड़ी समस्याएँ पैदा कीं। प्रति सेकंड संसाधित भुगतानों की संख्या पर लगी सीमाओं के कारण लंबी कतारों की वजह से क्रिप्टोकरेंसी का उपयोग करना अधिक कठिन हो गया। इस प्रकार, स्केलेबिलिटी की समस्या और गंभीर हो गई।

डेवलपर्स ने काम को स्थिर रखने के लिए इष्टतम तंत्रों की सक्रिय रूप से तलाश शुरू की। तब से, सहमति की कमी की स्थिति में कॉइनों को नियमित रूप से अपडेट या विभाजित किया जाता रहा है। हालांकि, आइए मुद्दों को एक-एक करके समझते हैं।

स्केलेबिलिटी समस्या: कार्य का सार

सभी Bitcoin लेनदेन ब्लॉकों में किए जाते हैं जो लेनदेन डेटा प्राप्त करते हैं। एक ब्लॉक में 1 MB जानकारी होती है, और प्रसंस्करण गति औसतन प्रति सेकंड चार भुगतानों की होती है। दूसरी ओर, माइनरों की प्रोसेसिंग शक्ति धन के संचलन और संचालन की स्थिरता के लिए जिम्मेदार होती है। कॉइन और एन्क्रिप्टेड लेनदेन के रिकॉर्ड बनाते समय एल्गोरिदम की गणना के लिए यह आवश्यक है। प्रत्येक लेनदेन के साथ, डिजिटल करेंसी माइनरों को कमीशन मिलता है।

लेनदेन की संख्या बढ़ाने से प्रत्येक लेनदेन की गति भी कम हो जाती है। इससे ब्लॉकचेन बड़े प्रवाह को संभालने में असमर्थ नहीं रहता है। सभी क्रिप्टोकरेंसी ट्रांसफर लंबी कतार में बने होते हैं। केवल कमीशन की अधिक लागत ही कतार में प्राथमिकता लेना संभव बनाती है। इस घटना का कॉइन की लिक्विडिटी (कीमत में उछाल) पर प्रभाव पड़ता है — खरीदार के लिए नकद या बैंक कार्ड का उपयोग करना, यहाँ तक कि अनामिता और गोपनीयता की कीमत पर भी, आसान होता है।

ऐसे मामलों में उपयोगकर्ता मुद्रा में रुचि और विश्वास खो देते हैं, और उसके बाद माइनर भी। परिणामस्वरूप, निवेशक निवेश के जोखिम को देखते हैं और परिसंपत्तियों को उनके चरम मूल्य और लोकप्रियता से नीचे गिरा देते हैं, और ट्रेडर मूल्य आंदोलनों पर दाँव लगाते हैं।

स्केलेबिलिटी समस्या कैसे व्यक्त होती है

Bitcoin के लोकप्रिय होने के साथ, नेटवर्क जाम होने के कारण क्रिप्टोकरेंसी की स्केलेबिलिटी की समस्या सामने आई। इसलिए, कॉइन का उपयोग करना अधिक कठिन हो गया — मई 2017 में, लेनदेन की कतारें पाँच दिन तक पहुँच गईं। इसलिए लेनदेन की गति और सुरक्षा के बीच संतुलन का प्रश्न उठा।

आप एक व्यावहारिक उदाहरण से समस्या का विश्लेषण कर सकते हैं। मान लीजिए कि एक ट्रेन में, जहाँ एक-टन क्षमता वाले डिब्बे हैं, 500 टन माल ले जाना है, जिसमें पहले से सुरक्षा जाँच और लोडिंग के लिए प्रति यूनिट 2 घंटे लगते हैं। हालाँकि, परिवहन सेवाओं की लागत, सामान की स्थिति को अवरोही क्रम में प्रभावित करती है। परिणामस्वरूप, जिन प्राप्तकर्ताओं ने डिलीवरी के लिए सबसे कम भुगतान किया है, उन्हें अंतिम उत्पाद मिलने में कम से कम दो सप्ताह लगते हैं। Bitcoin के साथ भी ऐसा ही है — बैंक कार्ड की तरह तेज़ी से भुगतान करना असंभव है।

जो लिखा गया है, उसके आधार पर आप स्केलेबिलिटी समस्या की परिभाषा को अलग कर सकते हैं — किसी निश्चित समय में संसाधित लेनदेन की संख्या को सीमित करना। हालाँकि, सशुल्क कमीशन चुनने की क्षमता ब्लॉकचेन कतार में संचालन की प्राथमिकता बढ़ा सकती है, लेकिन समस्या का समाधान नहीं करती।

सबसे पहले जो विचार आता है, वह है बिना अतिरिक्त उपायों के ब्लॉक के आकार और संसाधित भुगतानों की संख्या को बढ़ाना। दुर्भाग्य से, यह तरीका सुरक्षा को कम कर देगा, क्योंकि सूचना की नियंत्रित प्रसंस्करण DDoS हमलों के उच्च जोखिम से बचाती है (धोखाधड़ी के उद्देश्यों के लिए जानबूझकर नेटवर्क जाम करना)। आकार डेटा की सावधानीपूर्वक जाँच के लिए प्रदान किया जाता है। फिर भी, स्थिति के संभावित समाधानों का विस्तार से विश्लेषण करना आवश्यक है।

स्केलेबिलिटी कैसे हल करें

डेवलपर्स, कार्यकर्ताओं और वैज्ञानिकों ने Bitcoin की स्केलेबिलिटी समस्या को हल करने के तरीके खोजने शुरू किए हैं। 2017 की बताई गई लंबी कतारों वाली स्थिति चरम और सांकेतिक थी। उसी समय क्रिप्टो समुदाय में इस कार्य पर व्यापक रूप से चर्चा हुई। इस ब्लॉकचेन कमी को ठीक करने के तीन सिद्धांत सामने रखे गए:

• ब्लॉक का आकार बढ़ाना, जिससे भुगतानों के लिए शुल्क कम हो जाए और प्रति सेकंड लेनदेन प्रसंस्करण दर (TPS) बढ़ जाए। इसके दो नुकसान हैं — यह रास्ता कॉइन के केंद्रीकरण और सफल DDoS हमलों के जोखिम की ओर ले जाता है;
• खंडित सूचना प्रसंस्करण या sharding। कुछ जानकारी कोशिकाओं के बाहर प्रदर्शित की जाती है। इस तरह, ब्लॉकचेन को लेनदेन के अलग-अलग समूहों के लिए जिम्मेदार दो या अधिक खंडों में विभाजित किया जाता है। हैकर हमलों का जोखिम भी होता है, क्योंकि shards को संसाधित करने के लिए कम माइनर क्षमता की आवश्यकता होती है। कई हिस्सों में विभाजन के कारण, सुरक्षा जाँच के लिए हल्के एल्गोरिदम की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, धोखेबाज़ नेटवर्क में झूठे लेनदेन जोड़ सकते हैं, उदाहरण के लिए 51 ％ attack;
• स्केलेबिलिटी समस्या के लिए L2 समाधानों का एक समूह। यह तरीका एक ढाँचा, एक प्रोग्राम है जो ब्लॉकचेन के ऊपर काम करता है, जो मौजूदा नेटवर्क का भार कम करता है। ऐसे कॉन्सेप्ट on-chain (कॉइन सिस्टम के भीतर निर्णय) से एक मध्यस्थ के हस्तक्षेप के कारण भिन्न होते हैं।

पहली विधि में नेट को विभाजित करना और एक नया कॉइन बनाना आवश्यक है। इसलिए मूल के साथ backward compatibility समर्थन का नुकसान होता है। यानी, ऐसे मामले में मुद्राएँ अब एकरूप नहीं रहतीं। क्रिप्टोग्राफिक वातावरण में, इस घटना को hardfork कहा जाता है। Bitcoin Cash ने यही रास्ता अपनाया। विभाजन के परिणामस्वरूप, अगस्त 2017 में पहले क्रिप्टोकरेंसी से अलगाव हुआ, और ब्लॉक आकार 8 MB तक बढ़ गया।

दूसरा समाधान ब्लॉक के अलग-अलग उप-नेटवर्क बनाने और जानकारी के एक हिस्से को उसकी सीमाओं के बाहर ले जाने से संबंधित है। इस मामले में softfork होता है — कॉइन को विभाजित किए बिना सॉफ़्टवेयर प्रोटोकॉल में परिवर्तन। यह ऐड-ऑन के साथ किसी कंप्यूटर गेम के लिए पैच जारी करने जैसा है। एक उदाहरण Segregated Witness अपडेट है। मुख्य लेनदेन श्रृंखला के बाहर कुछ जानकारी संग्रहीत होने के साथ ब्लॉक आकार 2 MB तक बढ़ गया।

इस समाधान में कमियाँ हैं — प्रत्येक shard साइबर हमले के खतरे के लिए उजागर होगा। ऐसे प्रत्येक खंड के लिए, प्रति इकाई की तुलना में कम शक्ति का उपयोग किया जाता है।

दूसरे स्तर के समाधान

प्रारंभिक ब्लॉकचेन की संरचना, मुख्य रूप से Bitcoin और Ethereum, बड़ी संख्या में लेनदेन और उपयोगकर्ताओं के लिए डिज़ाइन नहीं की गई थी, और इसलिए उनकी बैंडविड्थ कम है। उदाहरण के लिए, Bitcoin में यह 5-7 transactions per second (TPS) है, जबकि Ethereum में यह लगभग 15 TPS है।

शarding जैसी कार्यक्षमताओं का उपयोग करके ब्लॉकचेन प्रोटोकॉल के कोड को बदलकर स्केलेबिलिटी बढ़ाई जा सकती है। लेकिन इसमें बहुत समय लगता है और साल भी लग सकते हैं। इसके अलावा, ऐसे सुधार वास्तुकला की नींव को बदलते हैं, इसलिए परियोजना समुदाय हमेशा इन्हें लागू करने के लिए सहमत नहीं होता।

L2 समाधान मुख्य ब्लॉकचेन के कोड को प्रभावित किए बिना कम बैंडविड्थ और ट्रांसफ़र के लिए उच्च शुल्क की समस्या को कम से कम आंशिक रूप से हल करने की अनुमति देते हैं। उनका मुख्य लाभ "पहले स्तर" के पतों के बीच परिसंपत्तियों को स्थानांतरित करने की क्षमता है, जबकि "दूसरे स्तर" का उपयोग किया जाता है, जो या तो एक अलग off-chain प्रोटोकॉल हो सकता है या एक अलग ब्लॉकचेन।

Bitcoin के लिए कौन-से Layer 2 समाधान मौजूद हैं?

पहली क्रिप्टोकरेंसी के लिए मुख्य L2 प्रोजेक्ट Lightning Network (LN) है। यह smart contracts और तथाकथित स्टेट चैनलों का उपयोग करने वाले प्रोटोकॉल पर काम करता है। Lightning Network को 2015 में लॉन्च किया गया था, और तब से यह सक्रिय रूप से विकसित हो रहा है। मई 2022 के अंत तक, LN चैनलों की कुल क्षमता 3,900 BTC तक पहुँच गई।

LN का मुख्य कार्य Bitcoin धारकों को उसके रजिस्टर में जानकारी लिखे बिना सीधे विनिमय करने की क्षमता देना है। इसके लिए, एक on-chain लेनदेन का उपयोग करके एक विशेष चैनल खोलना और उसमें bitcoins जमा करना आवश्यक है।

सक्रिय होने के बाद, भुगतान चैनल आपको off-chain, यानी मुख्य नेटवर्क के बाहर, बहुत अधिक गति और कम शुल्क के साथ ट्रांसफ़र करने की अनुमति देता है। on-chain लेनदेन के विपरीत, Lightning Network चैनलों में लेनदेन केवल उनके उपयोगकर्ताओं को दिखाई देते हैं। मुख्य ब्लॉकचेन में केवल लेनदेन की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाएँ दर्ज की जाती हैं।

यह दृष्टिकोण मुख्य Bitcoin नेटवर्क पर भार को उल्लेखनीय रूप से कम करता है: Lightning Network उच्च स्तर की सिस्टम सुरक्षा सुनिश्चित करते हुए प्रति सेकंड हजारों संचालन संसाधित करने में सक्षम है।

Ethereum के लिए कौन-से Layer 2 समाधान मौजूद हैं?

अपनी कम गति के बावजूद, Ethereum ecosystem विकेंद्रीकृत अनुप्रयोगों के लिए सबसे अधिक मांग वाला है। decentralized finance (DeFi) और non-interchangeable tokens (NFT) के क्षेत्र में कई लोकप्रिय प्रोजेक्ट इस पर काम करते हैं। इसलिए, Ethereum के लिए स्केलेबिलिटी समस्या विशेष रूप से गंभीर है।

अब कई प्रमुख L2 समाधान एक साथ समानांतर रूप से विकसित किए जा रहे हैं:

• Polygon (MATIC);
• Arbitrum;
• Optimism.

उनके काम के लिए मुख्य तकनीक Rollups है, जिसकी दो मुख्य किस्में हैं:

• Optimistic Rollups. इस समाधान में, लेनदेन L2 नेटवर्क में किए जाते हैं, और फिर बड़े समूहों में उन्हें एक कॉम्पैक्ट ब्लॉक में जोड़ा जाता है, जिसे validators मुख्य Ethereum नेटवर्क में शामिल करते हैं। Optimistic Rollups का उपयोग Arbitrum और Optimism में किया जाता है।
• ZK-Rollups. दूसरे-स्तर के नेटवर्क में लेनदेन भी पैकेटों में संयोजित किए जाते हैं और Ethereum नेटवर्क पर भेजे जाते हैं, लेकिन उनका सत्यापन विशेष verifiers की मदद से होता है, जो संचालन की वैधता का cryptographic proof हैं। Polygon ZK-Rollups के आधार पर लागू किया गया है। Ethereum को स्केल करने की इस तकनीक पर प्लेटफ़ॉर्म के मुख्य co-founder Vitalik Buterin विचार कर रहे हैं।

कोई भी L2 समाधान हो, Ethereum "first layer" के रूप में लेनदेन सत्यापन और ब्लॉक उत्पादन का कार्य, वह रजिस्टर जहाँ अंतिम अवस्थाएँ दर्ज की जाती हैं, और consensus mechanism अपने ऊपर लेता है। इस प्रकार, प्रोजेक्ट को अपनी खुद की infrastructure बनाने की आवश्यकता नहीं होती।

अन्य Layer 2 प्रोजेक्ट भी हैं। उदाहरण के लिए, जुलाई 2022 में, startup Matter Labs ने zkSync 2.0 के लॉन्च की घोषणा की। एक महीने बाद, Cairo language में लिखा गया अपना protocol, StarkWare project ने लॉन्च किया।

आइए सारांश करें

यह आसानी से देखा जा सकता है कि Bitcoin protocol में नेटवर्क संसाधनों का उपयोग अप्रभावी ढंग से होता है। प्रत्येक node नए block के बारे में डेटा का प्रसंस्करण और प्रसारण केवल थोड़े समय के लिए करती है। नेटवर्क बैंडविड्थ का पूर्ण उपयोग केवल कुछ सेकंड के लिए होता है। शेष समय में, यह node अप्रमाणित लेनदेन और सहायक डेटा भेजती है। इस अवलोकन ने शोधकर्ताओं को अधिक कुशल protocol schemes खोजने के लिए प्रेरित किया, जो नेटवर्क सुरक्षा और विकेंद्रीकरण से समझौता किए बिना सिस्टम throughput को उल्लेखनीय रूप से बढ़ा सकती हैं।

अब क्रिप्टो समुदाय किसी एक समाधान पर नहीं पहुँचा है। विवाद अभी भी उठते हैं, नए कॉइन बनाए जाते हैं, और प्रोटोकॉल अपडेट जारी किए जाते हैं। प्रभावी समाधान पहले ही विकसित किए जा चुके हैं, लेकिन human factor का जोखिम अभी भी बना हुआ है। कृत्रिम बुद्धिमत्ता का लेनदेन के मध्यस्थ के रूप में विकास इस मुद्दे को बंद करेगा।