حلول التوسع: ما هي بروتوكولات الطبقة الأولى والطبقة الثانية

في السنوات القليلة الماضية، شهدت صناعتا العملات المشفّرة والبلوكتشين طفرة حقيقية، كما نما عدد المستخدمين والمعاملات بشكل ملحوظ. وعلى الرغم من أن لا أحد يمكنه إنكار الطبيعة الثورية لهذه التقنية، فقد بدأت تواجه مشكلات في قابلية التوسع — أي قدرة النظام على النمو مع زيادة الطلب.

ما الهدف من حلول التوسّع؟

تعني اللامركزية أن قوة الحوسبة وآلية الإجماع موزعتان عبر الشبكة، بينما تعكس الأمان دفاع البلوكتشين ضدّ المخربين وهجمات القراصنة. وتُعد هاتان الميزتان أساسيتين لشبكات البلوكتشين. 

غالبًا ما تواجه الأنظمة اللامركزية عالية الأمان مشكلات في معدل معالجة المعاملات، ما أدى إلى مشكلة تُعرف باسم ثلاثية البلوكتشين. وتنص على أن تحقيق مستويات عالية من الأمان واللامركزية وقابلية التوسع في الوقت نفسه يكاد يكون مستحيلًا، وأن شبكات البلوكتشين لا يمكنها واقعيًا تحقيق أكثر من اثنين من هذه العوامل الثلاثة كحدّ أقصى. 

لكن هناك الكثير من المطورين الذين يعملون على تجاوز هذه المشكلة وقد حققوا بعض النتائج المهمة. ويمكن تصنيف تحسينات قابلية توسع شبكة البلوكتشين إلى حلول من الطبقة الأولى والطبقة الثانية. ولكل منها آلية مختلفة، ومزاياها الخاصة، وتعقيداتها. 

أهمية حلول التوسّع

بينما يُعدّ البلوكتشين وسيلة أكثر عدلًا وأمانًا لامتلاك الأموال وإدارتها، فإن المؤسسات المالية المركزية أكثر كفاءة بكثير من حيث معدل المعالجة. فعلى سبيل المثال، تفخر Visa بقدرتها على معالجة 65 ألف معاملة في الثانية، بينما لا يتجاوز هذا الرقم في Bitcoin 7 وفي Ethereum 15. 

ولمنافسة أنظمة معالجة المدفوعات المركزية، تحتاج شبكات البلوكتشين إلى أن تكون أكثر قابلية للتوسع كي تتمكن من استيعاب الأعداد المتزايدة من المستخدمين والمعاملات والبيانات. وإذا لم يُتخذ أي إجراء، فسوف تتكدس سلاسل البلوكتشين بالمعاملات العالقة الواحدة تلو الأخرى. ولن يتمكن النظام من معالجتها كلها دفعة واحدة، مما سيخلق تفاوتًا في تجربة المستخدم. 

ما هو البلوكتشين من الطبقة الأولى؟

تركّز حلول التوسّع من الطبقة الأولى على التحسينات داخل السلسلة. فهي تعدّل البروتوكول الأساسي وبنية الشبكة لتوفير معدل معالجة أفضل. على سبيل المثال، تُعد Bitcoin وEthereum وBinance Smart Chain وLitecoin شبكات بلوكتشين من الطبقة الأولى. وتعمل حلول التوسّع من الطبقة الأولى على تعزيز الطبقة الأساسية، أو البروتوكول نفسه.

التجزئة

تم تكييف التجزئة من قواعد البيانات الموزعة وأصبحت أشهر حل للتوسّع من الطبقة الأولى. في التجزئة، تُقسَّم شبكة البلوكتشين بأكملها إلى أجزاء أو مجموعات بيانات تُسمى shards، مما يجعل من الأسهل على العقد الحفاظ على هذه الأجزاء بدلًا من الشبكة بأكملها. وتُعالج جميع الأجزاء في الوقت نفسه، ما يتيح العمل المتتابع على العديد من المعاملات. 

كما تُخصَّص كل عقدة إلى أجزاء مختلفة. وتقدّم الأجزاء الفردية إثباتات إلى السلسلة الرئيسية وتتفاعل فيما بينها عبر بروتوكولات اتصال بين الأجزاء لمشاركة العناوين والحالات العامة والأرصدة. 

تطبّق Ethereum 2.0، النسخة الجديدة من بلوكتشين Ethereum، التجزئة كحل للتوسّع.

ومن شبكات البلوكتشين الأخرى من الطبقة الأولى التي تستخدم التجزئة Elrond. وقد تمكنت من تحقيق معدل معالجة يبلغ 100 000 TPS (معاملة في الثانية) عبر Adaptive State Sharding وآلية إجماع Proof-of-Stake آمنة. 

وتُعد شبكة Harmony مثالًا آخر على مشروع يستخدم الأجزاء لتحقيق قابلية توسع أعلى. وهي تركز على استخدام إثباتات المعرفة الصفرية وDecentralized Autonomous Organisations. 

تحسين آليات الإجماع

بعض آليات الإجماع أكثر كفاءة من غيرها. فعلى سبيل المثال، يوفّر Proof-of-Work المستخدم في Bitcoin وEthereum وLitecoin وDoge وغيرها مستوى عالٍ من اللامركزية والأمان. لكنه في الوقت نفسه بطيء نسبيًا، ما يدفع كثيرًا من المطورين إلى اختيار Proof-of-Stake عند تطوير الشبكات. 

حتى البلوكتشينات الحالية يمكنها تغيير آلية الإجماع، وأفضل مثال على ذلك Ethereum التي تخطط للانتقال إلى آلية الإجماع Proof-of-Stake لزيادة سعة البلوكتشين ولامركزيته، مع الحفاظ في الوقت نفسه على مستوى عالٍ من الأمان. 

وبشكل عام، تعتمد أكثر شبكات البلوكتشين تطورًا من الطبقتين الأولى والثانية اليوم آلية إجماع Proof-of-Stake أو أحد أشكالها. وبما أنها تلغي حاجة الحواسيب إلى التنافس من أجل التحقق، فإن PoS تمتلك بالفعل مجالًا أكبر للتوسع.

يمكن أن تكون بلوكتشين Kava مثالًا جيدًا على شبكة من الطبقة الأولى تحقق قابلية التوسع باستخدام خوارزمية إجماع Tendermint Proof-of-Stake لتحسين المعاملات على EVM co-chain. 

تُعد Solana بروتوكول بلوكتشين من الجيل الجديد من الطبقة الأولى يستخدم آلية إجماع Proof-of-History الجديدة والواعدة، وقد تمكنت من زيادة معدل المعالجة بشكل ملحوظ إلى أكثر من 3000 معاملة في الثانية. 

وتشمل حلول الطبقة الأولى الأخرى، الأقل شيوعًا قليلًا، في عالم العملات المشفّرة إعادة ضبط المعلمات وإنشاء هياكل بيانات بديلة. وتكمن الميزة الرئيسية لكل هذه الأساليب في أنها توفر تحسينات واسعة النطاق بأكبر قدر من الفعالية.

مشكلات حلول الطبقة الأولى 

إحدى المشكلات الرئيسية في حل الطبقة الأولى هي أن على مُصدّق الشبكة أن يوافق على التغيير عبر fork الصلب. وليس ذلك سهلًا دائمًا، لأنهم في بعض الحالات قد يتعرضون لخسارة في الأرباح. فعلى سبيل المثال، عندما تنتقل البلوكتشين من Proof-of-Work إلى Proof-of-Stake، سيفقد المعدّنون دخلهم وقد يرفضون الحاجة إلى قابلية التوسع. 

ما هو البلوكتشين من الطبقة الثانية؟

تركز حل الطبقة الثانية على إنشاء حل خارج السلسلة عبر تشغيل بلوكتشين موازية أو بناء شبكة طرف ثالث فوق الشبكة الأصلية. وتُستخدم هذه الطبقة الثانية، أو ما يُسمّى أيضًا بالطبقة الحاسوبية، لتخفيف الازدحام عن الشبكة الرئيسية أو الشبكة الأم. وهي أسهل وأسرع طريقة لتحسين قابلية توسع البلوكتشين.

ينتقل جزء من معاملات البروتوكول إلى البنية المجاورة للبلوكتشين، التي تعالج المعاملة ولا تعود إلى السلسلة الأم إلا لتأكيد النتائج. وغالبًا ما تُدمج حلول الطبقة الثانية مع حلول الطبقة الأولى. 

تشمل أفضل حلول الطبقة الثانية جسورًا قابلة للتوسع بين السلاسل القديمة والتطبيقات اللامركزية، ما أدى إلى ظهور أشكال جديدة من PoS مثل Liquid Proof-of-Stake وdelegated Proof-of-Stake وHybrid PoS وغيرها. 

وتشمل الطرق الرئيسية لتطبيق حلول الطبقة الثانية: Nestchains وRollups وState Channels وSidechains. 

سلاسل البلوكتشين المتداخلة 

عادةً ما تكون سلسلة البلوكتشين المتداخلة شبكة إضافية فوق بلوكتشين أخرى. وغالبًا ما تتطلب بلوكتشين أساسية تحدد المعلمات لشبكة أوسع، بينما تتم المعاملات وتنفيذ العقود الذكية على السلاسل الثانوية المترابطة. ويمكن بناء شبكات متعددة فوق السلسلة الرئيسية كسلاسل فرعية. وتفوّض السلسلة الرئيسية العملية إلى السلسلة الفرعية التي تعالجها بشكل مستقل عن السلسلة الرئيسية، ثم تعيدها إلى الأصل بعد ذلك فقط. ولا تكون مشاركة السلسلة الرئيسية مطلوبة إلا إذا كان هناك نزاع يجب حله.  

السلاسل الجانبية 

السلسلة الجانبية هي سلسلة إضافية متصلة بالسلسلة الرئيسية. وتُستخدم عادةً للمعاملات الكبيرة على دفعات. وتستخدم السلاسل الجانبية خوارزمية إجماع مستقلة، تختلف عن السلسلة الرئيسية وتُبنى بشكل مستقل من الصفر. ويمكن تحسين هذه الآلية من حيث السرعة وقابلية التوسع. وتحتفظ السلسلة الرئيسية هنا بالأمان، وتؤكد دفعات المعاملات، وتحل النزاعات. 

الفرق بين السلاسل الجانبية وState Channels هو عدد الطرق الجوهرية. فجميع المعاملات تُسجل على السجل العام وتكون مرئية لجميع المشاركين. والأهم من ذلك أن الاختراقات في السلاسل الجانبية لا تؤثر في السلسلة الرئيسية. 

وتُعد شبكة Plasma مثالًا على حل طبقة ثانية قائم على السلاسل الجانبية لـ Ethereum. وتتكون من بلوكتشينات صغيرة متصلة في بنية تشبه الشجرة. 

State Channels

تُطبَّق State Channels لتسهيل الأداء العام للبلوكتشين. كما أنها تحسّن الاتصال ثنائي الاتجاه بين البلوكتشين وقنوات المعاملات خارج السلسلة. ولا تحتاج قناة الحالة إلى تحقق من عقد الطبقة الأولى، بل تستخدم بدلًا من ذلك آلية متعددة التوقيعات أو عقدًا ذكيًا. وتُسجل المعاملات المكتملة في الشبكة الأساسية. 

ومن أمثلة State Channels: Celer وBitcoin Lightning وEthereum’s Lightning Network. وتكمن المشكلة الرئيسية في هذا الأسلوب في أن قنوات الحالة تفقد قدرًا من اللامركزية مقابل تحقيق قابلية توسع أكبر. 

Roll-Ups 

تنفذ Roll-ups عمليات المعاملات خارج البلوكتشين الرئيسية لكنها تنشر البيانات ذات الصلة إلى الطبقة الأولى، وبذلك تؤمّن المعاملات على الطبقة الأساسية. وبفضل التنفيذ خارج المستوى الأساسي، تنخفض الرسوم. تعمل العقود الذكية على الطبقة الأولى، لكنها تنفذ المعاملات على الطبقة الثانية باستخدام البيانات القادمة من البلوكتشين الرئيسية. وهناك optimistic roll-ups التي تفترض صحة المعاملات افتراضيًا ولا تشغل الحوسبة إلا كإجراء تحدٍ عبر fraud-proof. أما zero-knowledge roll-ups فتشغّل الحوسبة خارج السلسلة وتقدّم إثباتات الصلاحية إلى السلسلة الرئيسية. 

تُعد Cartesi وFuel Network وOptimism وBoba من شبكات البلوكتشين من الطبقة الثانية التي تستخدم optimistic roll-ups. أما Loopring وImmutable X وStarkware وPolygon Hermez فهي حلول طبقة ثانية تستخدم zero-knowledge roll-ups. 

مشكلات حلول الطبقة الثانية

المشكلة الرئيسية في طبقة العملات المشفّرة الثانية هي أن احتمال فقدان الأمان هنا أعلى بكثير، لذلك يميل المستخدمون إلى الثقة بمشروع قوي مثل Bitcoin أو Ethereum بسهولة أكبر بسبب سجلهما الأمني. لكنهم الآن يتجهون أكثر فأكثر إلى شبكات الطبقة الثانية بسبب سرعة المعاملات وتكلفتها. لذلك يعتقد الخبراء أن مستقبل الطبقة الثانية يكمن في المجالات المستهدفة، بينما ستظل البلوكتشينات الأكبر هي المهيمنة مع تركيزها على الأمان. 

الخلاصة 

تُعد قابلية التوسع العقبة الرئيسية في طريق الاعتماد العالمي للعملات المشفّرة. والحل هو بناء بلوكتشينات قادرة على التعامل مع ثلاثية قابلية التوسع منذ مرحلة الإنشاء، مع العمل في الوقت نفسه على تحسين الشبكات الحالية لتجنب الاختناق. وفي الوقت الراهن يمكن تقسيم جميع الحلول الممكنة إلى طبقة أولى وطبقة ثانية. ومن الصعب مقارنة حلول Layer-1 وLayer-2 لأن لكل منهما مزايا وعيوبًا، رغم أنه من المحتمل أن يكون المستقبل في الجمع بينهما.