مفهوم مقیاس پذیری در بلاک چین

مهم نیست که شما از علاقه مندان به ارزهای دیجیتال هستید یا یک محقق دانشگاهی که روی بلاک چین تحقیق می کند، به احتمال زیاد شما واژه "مقیاس پذیری در بلاک چین" یا "بلاک چین مقیاس پذیر" را شنیده اید. در مورد این موضوع صحبت ها و بحث های زیادی شده است. ارزهای رمزپایه زیادی وجود دارد، همه آنها متفاوت هستند. آنها با این واقعیت متحد شده اند که چیزهای نوآورانه ای را به دنیای ما می آورند. همه ارزهای دیجیتال یک مشکل مشترک و احتمالاً اصلی دارند: مقیاس پذیری. با این حال، در بسیاری از مواقع، یک بلاک چین "مقیاس پذیر" اغلب به عنوان نام دیگری برای بلاک چین در نظر گرفته می شود که می تواند به TPS بالا (تراکنش در ثانیه) برسد. البته گاهی اوقات معنای واقعی آن برای گمراه کردن و به دست آوردن مزایا مورد سوء استفاده قرار می گیرد و حتی گزارش ها و مقالات متعددی وجود دارد که توسط موسسات تحقیقاتی، شرکت ها یا رسانه ها نوشته شده است و تلاش می کنند تا مقیاس پذیری انواع بلاک چین ها را مورد بررسی و مقایسه عینی قرار دهند اما در همه ی آنها کم و بیش، اطلاعات غلط نیز به چشم می خورد. همانطور که خود در ادامه این مقاله خواهید دید قصد ما این است که جدیدترین مطالب درباره توسعه مقیاس پذیری در بلاک چین را که توسط متخصصین این حوزه و محققان دانشگاهی ارائه شده، به شما انتقال دهیم.

این مقاله قصد دارد ایده هایی را در مورد معنای اصطلاح مقیاس پذیری در حوزه بلاک چین به شما ارائه دهد. علیرغم این واقعیت که این اصطلاح در بسیاری از زمینه های علمی به خوبی تعریف شده است، اما در بلاک چین معانی زیادی دارد؛ در حقیقت درک عمیق تری از موضوع مقیاس پذیری در بلاک چین برای عموم مردم، بسیار اهمیت دارد تا اجازه رشد سالم تر و سریعتر را به این حوزه بدهد. 

قلب مشکل مقیاس پذیری چیست؟

برای بیشتر سیستم های رایانه ای (به عنوان مثال، پایگاه داده یا موتور جستجو)، "مقیاس پذیری" به توانایی سیستم برای اداره حجم زیاد کار یا مقیاس بندی اشاره دارد. مقیاس پذیری یک سیستم خوب نیست یا به عبارتی یک سیستم مقیاس پذیری ضعیفی دارد، اگر به جای تخصیص منابع بیشتر (به عنوان مثال، قدرت محاسبه، سرورها یا پهنای باند)، به تلاش های بیشتری نیاز داشته باشد که سیستم را برای مقابله با بار کاری اضافه شده، مدیریت نماید.

مقیاس پذیری توانایی یک ارز دیجیتال برای مقابله با هجوم تعداد زیادی از تراکنش ها در یک زمان است. به عنوان مثال، بیت کوین با هفت تراکنش در ثانیه به آرامی عمل می کند. اگر بیش از هفت انتقال در ثانیه وجود داشته باشد، تمام تراکنش‌ها برای پر کردن مجدد در صف قرار می‌گیرند. این صف به دلیل کمیسیون رایگان بیت کوین تشکیل می شود. یعنی فردی که بیشترین مبلغ را به عنوان پورسانت پرداخت کرده، جایگاه بالاتری در صف می گیرد.

چنین وضعیت ناخوشایندی به دلیل محدودیت های موجود در بلاک چین ایجاد می شود. نکته اصلی این است که هر بلوک دارای حداکثر اطلاعاتی است که دقیقاً تجویز شده است، که می تواند آن را در خود جای دهد. چنین محدودیت هایی به سیستم کمک می کند تا به راحتی از طریق حملات DDoS در شبکه عبور کند. و تراکنش ها همان اطلاعاتی هستند که در بلوک های تایید کننده ترجمه ها نوشته شده اند. ایجاد هر بلوک به زمان نیاز دارد. هر ارز دیجیتال زمان ایجاد خود را دارد، اما برای بیت کوین این فرآیند 10 دقیقه طول می کشد.

انواع حمله ها به بلاک چین چیست؟ برای آشنایی با این موضوع، مطلب معرفی 5 نوع حمله به شبکه های بلاک چین را بخوانید.

تعداد زیادی از تراکنش ها به تعداد زیادی بلوک نیاز دارند. ماینرها با این کار برای نجات می آیند. آنها "رمزگشایی" بلوک ها را با تأیید بعدی تراکنش ها ارائه می دهند. به نظر می رسد که همه خوشحال هستند، اما نه.

حتی با وجود ماینرها، کمیسیون ها و بلوک های کوچک، ارزهای دیجیتال نمی توانند اجرای موفقیت آمیز تعداد زیادی از تراکنش ها را به طور همزمان تضمین کنند. یعنی در صورت هجوم زیاد عملیات، سیستم ها ممکن است نتوانند با ترافیک کنار بیایند. در این صورت، ارز دچار خاموشی موقت یا به سادگی لغو کل صف تراکنش خواهد شد. چنین اتفاقی به اعتبار ارز دیجیتال و در نتیجه به نرخ آن آسیب می رساند.

در حوزه بلاک چین، کلمه مقیاس پذیری دارای طیف وسیعی از معانی است. به عنوان مثال، در یکی از مهمترین مقاله ها در مورد مقیاس پذیری بلاک چین، هرگونه پیشرفت بیت کوین از نظر توان عملیاتی، تأخیر در زمان راه اندازی یا هزینه هر تراکنش، "مقیاس بندی" و سیستم بلاک چین حاصله مقیاس پذیر نامیده شد. 

امروزه، سیستم های مختلف بلاک چین وجود دارد که می توان آنها را مقیاس پذیر دانست اما توان آنها بسیار متفاوت است. باید توجه داشت که کلمه "مقیاس پذیر" یک اصطلاح مقایسه ای در بلاک چین است. هنگامی که یک سیستم بلاک چین مقیاس پذیر نامیده می شود، نشان می دهد که سیستم از طریق اصلاح مکانیسم اجماع و یا تنظیم برخی پارامترهای سیستم به TPS بالاتری نسبت به برخی سیستم های موجود دست پیدا می کند. 

در حقیقت، ما می توانیم بلاک چین های مقیاس پذیر را به چهار نوع طبقه بندی کنیم:

1. مقیاس بندی بیت کوین: راه حل هایی برای بهبود کارایی بیت کوین از طریق افزایش اندازه بلوک یا کاهش فاصله بلوک بدون تغییر الگوریتم اجماع اثبات کار بیت کوین

2. مقیاس بندی اثبات کار (POW): راه حل هایی که هنوز در چارچوب اجماعی ناکاموتو کار می کنند اما از طریق اصلاح الگوریتم به توان بالاتری نسبت به الگوریتم POW بیت کوین دست می یابند.

3. مقیاس بندی الگوریتم های "BFT": راه حل های مبتنی بر الگوریتم های BFT دارای پیچیدگی پیام کمتر نسبت به معروف ترین الگوریتم آن یعنی PBFT 

4. بلاک چین های مقیاس پذیر: راه حل هایی که نیاز به داشتن گره های اعتبارسنجی یا استخراج برای اطلاع از کل سابقه تراکنش ها را برطرف می کند، به طوری که با افزایش اندازه شبکه، توان سیستم افزایش می یابد و بنابراین، مقیاس پذیری بهتری نسبت به سه نوع سیستم فوق به دست می آورد.

1. مقیاس بندی بیت کوین

اکثر فعالان حوزه ارز دیجیتال می دانند که مقیاس بندی بیت کوین ضعیف است و این موضوع به آن دلیل است که طراحی اثبات کار بیت کوین این گونه اقتضا می کند. در بیت کوین، اثبات کار به عنوان یک روش تصادفی برای تعیین بلوک معتبر بعدی استفاده می شود. به عبارت دیگر، همه گره ها برای مدت مشخصی POW را اجرا می کنند تا برنده (گره ای که بلوک معتبر بعدی را تعیین می کند) مشخص شود. علاوه بر این، یک بلوک جدید باید با کل شبکه همگام شود تا (تقریبا) هر گره بتواند در رقابت برای تعیین بلوک بعدی شرکت کند. در اصل، اثبات کار بیت کوین دارای ساختار آبشاری است که در شکل زیر نشان داده شده است:

در بیت کوین، همگام سازی 1 دقیقه طول می کشد در حالی که مدت زمان کلی چرخه اثبات کار 10 دقیقه است. اما اگر زمان همگام سازی با هر چرخه اثبات کار قابل مقایسه باشد، استخراج بیت کوین دیگر عادلانه و ایمن نخواهد بود و این در صورتی اتفاق می افتد که یا اندازه بلوک افزایش یابد یا فاصله بلوک به طور قابل توجهی کاهش یابد. (به عنوان مثال، فاصله بلوک به 1 دقیقه کاهش یابد.) در چنین مواردی، ما شاهد فورک های زیادی در شبکه خواهیم بود که در نهایت منجر به زمان تأیید بسیار طولانی و کاهش سطح امنیت می شود. 

به عبارت دیگر، یک محدودیت ضمنی در بیت کوین این است که زمان اجرای هر دور از الگوریتم اجماع باید به طور قابل توجهی بیشتر از دوره همگام سازی باشد. مدت زمان مورد نیاز برای همگام سازی نه تنها به طراحی الگوریتم اجماع بستگی دارد بلکه تا حد زیادی به ویژگی های شبکه اصلی بستگی دارد، به عنوان مثال: توان، تأخیر، توپولوژی و سطح عدم تمرکز. در یکی از مقالات بلاک چین، تخمین زده می شود که بیت کوین نمی تواند به بیش از 27 تراکنش در ثانیه برسد. (بر اساس شبکه ی بیت کوین در سال 2016).

این محدودیت ممکن است به یک آلت کوین که از الگوریتم اثبات کار مشابهی برای اجماع استفاده می کند، یا حتی بیت کوین امروزی، قابل اطلاق نباشد زیرا شبکه ها از نظر اندازه یا سطح عدم تمرکز متفاوت هستند. با این حال محدودیت ذکر شده، کم و بیش همچنان پابرجاست. از این رو، رویکردهای ساده لوحانه ای که بلوک را بزرگ می کند یا فاصله بلوک را کاهش می دهد، تنها می توانند بیت کوین را به مقدار اندکی مقیاس بندی کنند.

2. مقیاس بندی اثبات کار

برای حل مشکل ذکر شده در بالا، طرح های جدید POW پیشنهاد می شود به طوری که امنیت سیستم به همگام سازی بلوک های جدید بستگی ندارد؛ همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. به عبارت دیگر، لازم نیست دوره اجماع به طور قابل توجهی بیشتر از زمان همگام سازی باشد، بلکه می توانند قابل مقایسه یا حتی مساوی باشند. بنابراین همگام سازی معاملات را می توان به صورت موازی انجام داد و از اندازه بلوک بزرگتر استفاده کرد. برخی از بلاک چین های این دسته عبارتند از Hybrid Consensus، Byzcoin و GHOST. 

اثبات سهام

ما همچنین می توانیم برخی از طرح های اثبات سهام جدید را از نظر مقیاس پذیری، در دسته مقیاس بندی اثبات کار قرار دهیم زیرا در این سیستم ها، اجماع شبکه با مکانیسم های انتخاب "راهبر" به دست می آید که بر اساس تولیدکننده های اعداد تصادفی است و برای دستیابی به عدالت و برابری، به زمان زیادی نیاز ندارند. از این رو آنها این محدودیت را ندارند که دوره اجماع باید به طور قابل توجهی بیشتر از زمان همگام سازی باشد و می توانند مستقیما به اندازه بلوک بزرگ تر، همانند راه حل های مقیاس بندی اثبات کار، عمل کنند. برخی از پروژه های معروف عبارتند از: Ouroboros، White Snow، Dfinity و Algorand.

3. مقیاس بندی الگوریتم های "BFT"

الگوریتم های BFT خانواده ای از الگوریتم های اجماع هستند که می توانند گره های معیوب را که خودسرانه رفتار می کنند، تحمل کنند و بنابراین، می توانند به گره های بدون عیب اجازه دهند در شبکه های غیرقابل اعتماد به اجماع برسند. این مسئله در اوایل دهه 80 مطرح شد ولی به دلیل فقدان موارد استفاده واقعی، نسخه عملی BFT فقط در سال 1995 و با نام PBFT ظاهر شد. 

PBFT یک الگوریتم است که دارای پیچیدگی پیام از درجه ی N² است که در شکل زیر نشان داده شده است. در اینجا N تعداد کل گره های اعتبارسنجی/استخراج در شبکه است. شکل زیر پنج مرحله در هر دور اجماع را نشان می دهد و یک پیکان نشان دهنده پیامی است که از یک گره به گره دیگر ارسال می شود. مشاهده می شود که برای دستیابی به اجماع بر روی یک پیام، ابتدا باید پیام به تمام گره های شبکه پخش شده و سپس دوباره توسط هر گره به گره دیگر پخش می شود. 

یکی از اشکالات عمده PBFT این است که به دلیل پیچیدگی پیام از درجه ی N²، در مقایسه با اندازه شبکه خیلی ضعیف اسکیل (مقیاس) می شود. به آسانی می توان دریافت که تعداد پیام های ارسال شده بین گره ها برای هر تراکنش، با افزایش تعداد گره های اعتبارسنجی شبکه، به صورت درجه دوم افزایش می یابد. سپس، از آنجا که پهنای باند فقط می تواند متناسب با تعداد گره ها رشد کند، با افزایش شبکه، توان آن کاهش می یابد و در اصل، نمی توان از آن در شبکه ای استفاده کرد که بیش از 50 گره دارد. 

برای حل این مشکل، چند ایده برای مقیاس بندی الگوریتم های کلاسیک BFT (مانند PBFT) ارائه شده است. اولین راه حل، "BFT سوداگرانه" نامیده می شود. ایده پشت آن بسیار ساده است: گره ها ابتدا به طور حدس و گمان فرض می کنند که شرایط شبکه خوب و محیط مورد اعتماد است و از طرح های ساده تر و کارآمدتری برای دستیابی به اجماع استفاده می کنند. در صورت عدم موفقیت، آنها به PBFT بسیار پرهزینه باز می گردند.

توجه داشته باشید که این نوع BFT، به عنوان مثال، Zyzzyva، حتی قبل از مفهوم بلاک چین وجود داشته است. همانطور که موضوع مقیاس پذیری اهمیت بیشتری پیدا کرد، ایده BFT گفته شده نیز مورد تجدید نظر قرار گرفت و توسط متخصصان و محققان بلاک چین به عنوان یک سازنده ی بلوک برای ساخت سیستم های بلاک چین خود مانند: Byzcoin Algorand و Thunderella مورد استفاده قرار گرفت. 

ایده دوم اصلاح فرایند BFT با استفاده از یک ابزار نظری اطلاعات، به نام "کدگذاری پاک کردن" است که می تواند کارایی استفاده از پهنای باند را بهبود بخشد. Honeybadger-BFT در این دسته قرار می گیرد.

ایده سوم این است که انتخاب تصادفی یا رندم را در ارتباطات بین گره ها اعمال کنید به طوری که پس از دریافت پیام، به جای دریافت پیام سایر همتایان برای تأیید، هر گره به سادگی برخی از گره ها را به طور تصادفی انتخاب می کند و بر اساس پیام آنها تصمیم می گیرد. از لحاظ تئوریک، با احتمال زیاد، اگر اندازه شبکه و تعداد گره ها به اندازه کافی بزرگ بوده و فرایند نمونه گیری واقعا تصادفی باشد، گره تصمیم درستی می گیرد. الگوریتم اجماع "آوالانچ" از این ایده برای دستیابی به مقیاس پذیری بهتر استفاده می کند.

اثبات کار (یا اثبات سهام) مقیاس پذیر در برابر BFT مقیاس پذیر

اگرچه هم از نظر شکل و هم از نظر مفهوم و استفاده از آنها برای ایجاد انواع مختلف بلاک چین، طرح های مقیاس پذیرPOW (POS) و مقیاس پذیر BFT که در بالا ذکر شد با هم تفاوت هایی دارند، اما می توانند از نظر توان در تنظیمات شبکه های مشابه، عملکرد نزدیکی داشته باشند. در حالت ایده آل، هر دو رویکرد باید از پهنای باند حداکثر برای انتقال پیام استفاده کنند. 100-1000 TPS در شبکه ای با صدها گره، تقریبی اولیه برای توان عملیاتی POW (POS) مقیاس پذیر یا BFT مقیاس پذیر خواهد بود. به عبارت دیگر، اگر امروزه اصطلاح "بلاک چین مقیاس پذیر" را مشاهده می کنید، بیشتر به این دو نوع "مقیاس پذیری" اشاره می کند. 

Directed Acyclic Graph (DAG)

ممکن است بسیاری از مردم تعجب کنند که الگوریتم های اجماعی مبتنی بر DAG نیز در این دسته قرار می گیرند. با این حال واقعیت این است که اکثر DAGها، صرف نظر از این که طرح های آکادمیک مانند Phantom، Conflux، Avalanche یا پروژه های صنعتی مانند IOTA و Hedera Hashgraph هستند، مستلزم آن هستند که همه پیام ها توسط هر گره شناخته شوند. 

Phantom، Conflux و IOTA را می توان به عنوان نسخه های پیشرفته GHOST (اثبات کار مقیاس پذیر) در نظر گرفت که موازی سازی بهتر اجماع و همگام سازی را انجام می دهند. آوالانچ و Hedera Hashgraph را می توان به عنوان الگوریتم های BFT در نظر گرفت که با فرضیات کمتر سخت گیری شده BFT، توان عملیاتی بالایی را ارائه می دهند.

برای مطالعه ی جزئیات بیشتر درباره ی سیستم های DAG می توانید مقاله مقایسه تنگل و بلاک چین را مطالعه نمایید.

4. بلاک چین های مقیاس پذیر

این مفهوم بیشتر شبیه تعریف اصلی "مقیاس پذیر" در سیستم های توزیع شده است، به این معنا که هر دو بلاک چین مقیاس پذیر یا یک سیستم توزیع شده مقیاس پذیر با رشد شبکه از توان بالاتری برخوردار می شوند. تفاوت اساسی بین آنها این است که مقیاس پذیری تعریف شده در سیستم های توزیع شده مستلزم افزایش عملکرد سیستم به صورت خطی متناسب با تعداد سرورها (گره ها) است که به طور کلی برای بلاک چین به دلیل عدم تمرکز قابل دستیابی نیست. 

از این رو، محققان بلاک چین به دنبال سطح مقیاس پذیری کمتری بوده اند تا با افزایش اندازه شبکه، توان شبکه به صورت کمتر از حالت خطی رشد کند. شما احتمالا در مورد "شاردینگ"، "شبکه لایتنینگ" یا "اتریوم پلاسما" مطالبی را شنیده باشید. همه آنها می توانند به عنوان راه حل های مقیاس پذیر برای مشکل مقیاس پذیری بلاک چین در نظر گرفته شوند. 

در یک بلاک چین مقیاس پذیر، برخی از پیام ها هرگز به برخی از گره ها نمی رسند. در اینجا منظور از "گره ها"، کسانی هستند که هم در اعتبار سنجی و هم در اجماع شرکت می کنند. در زمینه بیت کوین، این بدان معناست که نیازی به دانستن و تایید همه تراکنش ها توسط ماینرها نیست. پیامد جدی این تنظیمات این است که خطر دو برابر شدن هزینه ها را افزایش می دهد زیرا توکن های صرف شده در یک تراکنش می توانند دوباره در گره هایی که تراکنش را نمی شناسند، خرج شود.

برای جلوگیری از وقوع دو برابر شدن هزینه ها و در عین حال، حفظ تنظیمات، ممکن است به برخی از گره های شبکه برای تأیید تراکنش ها از طرف دیگران نیاز داشته باشیم که در واقع سطح خاصی از تمرکز را دوباره به سیستم معرفی می کند. در نتیجه، امنیت یا عدم تمرکز سیستم به خطر می افتد. این مشکل اغلب به عنوان "معمای مقیاس پذیری بلاک چین" شناخته می شود و به همین دلیل بحثی در مورد اینکه آیا ما اصلا باید طرح های مقیاس پذیری را دنبال کنیم یا نه، وجود دارد. 

همانطور که پیش تر به برخی از طرح های گسترش مقیاس پذیری اشاره کردیم، دو استراتژی متداول برای طراحی و پیاده سازی بلاک چین مقیاس پذیر وجود دارد: یکی از طریق شاردینگ و دیگری از طریق طرح های برون زنجیره ای. 

Sharding در واقع تقسیم کل شبکه به شبکه های فرعی می باشد که به اصطلاح "shard" نامیده می شوند که در حقیقت جایی است که گره های هر زیر شبکه یک دفتر کل محلی را به اشتراک می گذارند. در حالت ایده آل، هر گره فقط باید پیامهای منتقل شده در زیرشبکه خود را به جای همه پیامها دریافت کرده و درنهایت اعتبار سنجی و ذخیره کند. می توان خرد کردن یا شاردینگ را به عنوان شکستن بلاک چین اصلی به بلاک چین های کوچکتر در نظر گرفت که از امنیت کمتری برخوردارند چرا که گره های کمتری برای تایید تراکنش ها و شرکت در اجماع وجود دارد.

بنابراین، بزرگترین چالش های استراتژی خرد کردن عبارتند از:

 1) نحوه ایمن سازی هر زیربخش

 2) این که چگونه زیربخش ها می توانند به طور موثر و ایمن برای انجام تراکنش های بین یکدیگر تعامل داشته باشند.

به عنوان مثال، اگر برخی از ارزهای دیجیتال از زیربخش A به زیربخش B منتقل شوند، گیرنده در B باید چندین گره از زیربخش A را در مورد اعتبار ارزهای دیجتال ارسال شده و به منظور جلوگیری از خرابکاری توسط فرستندگان مخرب، استعلام کند. راه حل های زیادی برای حل این دو مشکل ارائه شده است مانند: "شاردینگ برای اتریوم"، "Rchain" و "Chainspace" که ذکر جزئیات آنها خارج از حوصله این مقاله است. 

طرح های برون شبکه ای تا حد زیادی از شبکه لایتنینگ الهام گرفته شده است که با استفاده از ترفندهای هوشمندانه ای یک کانال خارج از زنجیره را بین دو گره، برای انجام پرداخت های سریع بدون نیاز به ثبت هر تراکنش بین آنها در شبکه بیت کوین فعال می کند. با این حال، چنین راحتی با هزینه ای همراه است. یعنی هر دو طرف باید از قبل سپرده هایی را روی شبکه قرار دهند تا کانال خارج از زنجیره بین آنها باز شود. از آن زمان تعداد زیادی از طرح های برون شبکه ای برای بهره مندی از پرداخت های سریع پیشنهاد شده است.

به طور خاص، اجزا مجاز به برقراری ارتباط از طریق انواع دیگر پیام ها، مانند تراکنش های چند جانبه، تراکنش های پرداخت مشروط و تراکنش های قرارداد هوشمند هستند. سپس، چالش این است که چگونه می توان مکانیسم های برون شبکه ای را طراحی و به کار گرفت به طوریکه برای انواع مختلف پیام ها در بلاک چین های مختلف و روی شبکه اجرا شوند. برخی از پروژه های برون شبکه ای که به طور گسترده مورد بحث قرار گرفته اند عبارتند از: پلاسما و پولکادات.

شاردینگ در برابر طرح های برون شبکه ای

هرچقدر هم که ساده به نظر برسد، تشخیص تفاوت بین طرح های شاردینگ و برون شبکه ای بسیار سخت است. برخی از طرح های شاردینگ ممکن است دارای شبکه اصلی یا اجماع مشترک بین تمام قطعات باشند و برخی از طرح های برون شبکه ای نیز ممکن است گره ها را به گروه هایی تقسیم کنند. در این بخش، ما آنها را از نظر تئوری بیشتر متمایز می کنیم.

در واقع، عبارت "اجماع" شامل دو ویژگی است: ثبات (توافق) و در دسترس بودن. مورد اول به این معنی است که دو گره بدون مشکل یا غیر معیوب، نباید در مورد محتوای پیام اختلاف نظر داشته باشند. مورد دوم به این معنی است که اگر یک گره بدون مشکل محتوای یک پیام را بداند، تمام گره های بدون مشکل دیگر نیز در نهایت آن را خواهند دانست.

برای هر دو طرح های شاردینگ و برون زنجیره ای، ویژگی در دسترس بودن به خطر می افتد زیرا برخی از پیام ها توسط همه گره های بدون عیب، شناخته نمی شوند. تفاوت بین آنها نحوه برخورد با ویژگی اول یعنی ثبات (توافق) است. به طور خاص، شاردینگ ثبات در یک قطعه را با مقداری تضعیف امنیتی خاص تضمین می کند. از سوی دیگر، رویکردهای برون شبکه ای هیچ تضمینی بر ثبات نمی دهند و در عوض، ثبات به برخی از اعمال اقتصادی مانند سپرده گذاری در زنجیره اصلی و یک مکانیزم مجازات برای زمانی که فردی خارج از شبکه، به درستی عمل نکند، محدود می شود.

بحث و بررسی

امیدواریم مفهوم مقیاس پذیری بلاک چین برای شما واضح تر شده باشد. مهمترین پیام این است که نمی توان درباره ی یک بلاک چین مقیاس پذیر چیزی گفت مگر زمانی که آن با بیت کوین، اثبات کار بیت کوین، BFT کلاسیک یا بلاک چین مقیاس ناپذیر مقایسه شود. 

معیارهای تعیین مقیاس پذیری

قضاوت درباره مقیاس پذیری یک سیستم بلاک چین بدون داشتن یک دانش نظری حداقلی و تجربه در این زمینه، بسیار دشوار است. با این حال، می توان از سه معیار زیر برای قضاوت در مورد اینکه آیا یک سیستم بلاک چین خاص از انواع مقیاس پذیری که تاکنون مورد بحث قرار گرفته بهره مند است یا نه، استفاده کرد:

• آیا بلاک چین مورد بررسی از مکانیزم اجماع اثبات کار بیت کوین استفاده می کند؟ اگر پاسخ مثبت است، آیا محدودیتی وجود دارد که گره ها همیشه با جدیدترین بلوک ها همگام شوند یا در غیر این صورت قدرت استخراج آنها هدر می رود؟ اگر این پاسخ نیز مثبت است، آن یک اثبات کار مقیاس پذیر نمی باشد.

• آیا بلاک چین از اجماع نوع BFT استفاده می کند؟ اگر پاسخ مثبت است، آیا ترفند هوشمندی وجود دارد که از پیچیدگی پیام بکاهد؟ اگر پاسخ منفی است، پس آن یک BFT مقیاس پذیر نیست.

• آیا هر قطعه ای از پیام باید توسط هر گره ای که کار اعتبارسنجی یا استخراج را انجام می دهد، شناخته شود؟ (گره در اینجا به معنی گره هایی است که در اجماع دخیل هستند. یعنی گره هایی که می توانند بلوک تولید کنند به عنوان مثال ماینرها در ارزهای دیجیتال). اگر پاسخ مثبت است، پس آن بلاک چین، مقیاس پذیر نیست.

کمّی کردن مقیاس پذیری

می توان یک ایده ملموس تر در مورد مقیاس پذیری از نظر TPS ارائه داد. همانطور که همه می دانیم، اگر بلاک چین مقیاس پذیر نشود، هر گره ای که در اجماع آن شرکت می کند، باید محتوای تمام پیام ها را بدست آورد. سپس، توان سیستم توسط کم توان ترین گره در شبکه محدود می شود. بنابراین، توان عملیاتی رایانه خانگی، به عنوان مثال، 100-1000 TPS، انتظار منطقی از حداکثر TPS است که یک بلاک چین کاملا غیر متمرکز می تواند به آن دست یابد.

به عبارت دیگر، اگر یک بلاک چین مقیاس ناپذیر دارای توان 10.000 TPS باشد، نشان می دهد که سیستم کاملا متمرکز است زیرا گره هایی با ظرفیت کمتر نمی توانند به آن بپیوندند. از سوی دیگر، اگر یک بلاک چین مقیاس پذیر شود، از نظر تئوری می تواند به توان بی حد و حصر برسد. با این حال باید عواقب آن مانند کاهش سطح امنیت، عدم تمرکز یا عملکرد را نیز پذیرفت زیرا دستیابی به همه آنها به طور همزمان غیرممکن است.

راه حل های لایه 1 و لایه 2

وقتی در مورد "مقیاس پذیری" صحبت می کنیم، نمی توان از راه حل های لایه 1 و لایه 2 صحبت نکرد. با این حال، اگرچه ظاهرا بسیار با این مقاله مرتبط هستند، اما ما از پرداختن مستقیم به این موضوع یا استفاده از هر دو اصطلاح خودداری می کنیم. دلیل این امر این است که این اصطلاحات نیز به خوبی تعریف نشده اند و از آنجا که هدف این مقاله "رفع ابهام مقیاس پذیری" است، سعی می کنیم ابهامات بیشتری را در این مقاله درگیر نکنیم. با این وجود، ما در اینجا توضیح مختصری می دهیم.

به طور خاص، "لایه 1" برای ارائه ی تمام تلاش ها برای مقیاس بندی بلاک چین با اصلاح الگوریتم های اجماع فعلی یا پیشنهاد الگوریتم های اجماع جدید، مانند تمام الگوریتم هایی که در این مقاله توضیح دادیم (غیر از طرح های برون شبکه ای)، استفاده می شود. با این حال، همانطور که قبلا توضیح دادیم، سطح "مقیاس پذیری" آنها بسیار متفاوت است. از سوی دیگر، رویکردهای "لایه 2" اساساً طرح های برون شبکه ای هستند. بنابراین، مقایسه "لایه 1" و "لایه 2" از نظر مقیاس پذیری خیلی مناسب نیست.

جمع بندی

تا امروز، مقیاس پذیری بلاک چین همچنان یک مشکل باز و بدون راه حل کامل است، چرا که از لحاظ نظری، همه طرح های موجود دارای مزایا و معایب خود هستند و در همه شرایط مقیاس پذیری خوبی ندارند. علاوه بر این، امنیت برخی از طرح ها یا اثبات نشده است یا تحت فرضیات نظری خاصی اثبات شده است. از نظر عملی، تقریبا هیچ طرح مقیاس پذیری، به ویژه آنهایی که دارای سطوح امنیتی قوی هستند، به دلیل مشکلات پیاده سازی، با موفقیت در واقعیت اجرا و آزمایش نشده است. از آنجا که مقیاس پذیری به عنوان یک مشکل کامل حل شده در نظر گرفته نمی شود، قطعا در آینده نیز شاهد بسیاری از سیستم های مقیاس پذیر جدید بلاک چین خواهیم بود.