راهکارهای لایه دو اتریوم؛ روش هایی برای افزایش مقیاس پذیری اتریوم

در مورد مهم ترین چالشی که در حال حاضر شبکه اتریوم با آن مواجه است، چه بینشی دارید؟ چقدر در راه حل های لایه ۲ اتریوم که برای رفع این چالش ابداع شده اند، مهارت دارید؟

اتریوم به عنوان دومین ارز دیجیتال پرکاربرد در چشم انداز ارزهای دیجیتال رتبه بندی می شود و فناوری بلاک چین آن به عنوان یکی از موثرترین ارزهای دیجیتال برای ذخیره سازی داده ها شناخته می شود و کاربردهای آن را به حوزه های مختلف فناوری از جمله اینترنت اشیا گسترش می دهد.

با وجود مزایای بی شماری که ارائه می کند، بلاک چین اتریوم بدون اشکال نیست. یکی از محدودیت های قابل توجه مقیاس پذیری اتریوم، پایین بودن آن است که مانع از توانایی شبکه برای پردازش سریع حجم بالایی از تراکنش ها می شود. این مقاله از گرین موج قصد دارد ابتدا چالش های پیش روی شبکه بلاک چین را ترسیم کند، سپس راه حل های لایه ۲ اتریوم و تفاوت آن ها با لایه اولیه را مورد بحث قرار دهد و در نهایت استراتژی های به کار گرفته شده توسط این لایه را برای افزایش مقیاس پذیری بلاک چین بررسی کند.

چالش های موجود در شبکه بلاک چین

معرفی فناوری بلاک چین و بیت کوین (BTC) در سال ۲۰۰۹ سیستم پرداخت جهانی را متحول کرد. هدف اولیه در آن زمان ایجاد یک فناوری پایگاه داده ایمن، غیرمتمرکز و توزیع شده بود که بتواند تراکنش ها را با شفافیت پردازش کند. این امر مستلزم ایجاد یک توکن بومی برای تسهیل تراکنش های پرداخت در شبکه بود که در نتیجه باعث افزایش رمزارزهای معروفی مانند BTC شد. با این حال، با گسترش سریع اکوسیستم بلاک چین، مسائل مهمی از جمله سرعت پایین تراکنش و محدودیت های اساسی مقیاس پذیری لایه ۱ یا لایه اولیه بلاک چین پدیدار شد.

چالش های مقیاس پذیری که شبکه های بلاک چین با آن ها مواجه هستند، عمدتاً از مکانیسم اجماع اثبات کار (PoW) نشأت می گیرد که به منابع محاسباتی قابل توجهی برای ایجاد هر بلوک از داده های تراکنش نیاز دارد. علاوه بر این، ظرفیت بلاک چین لایه ۱ برای رسیدگی به تراکنش ها با زمان لازم برای تکمیل آن ها رابطه معکوس دارد و در نتیجه هزینه های تراکنش یا هزینه های گاز در این شبکه ها افزایش می یابد.

با پردازش و نهایی شدن تراکنش ها در یک بلاک چین، هر گونه تغییر در پروتکل پایه به طور بالقوه می تواند عملکرد آن را مختل کند و تغییرات در مکانیسم اجماع را به یک گزینه مخاطره آمیز تبدیل کند. اتریوم، یکی دیگر از بلاک چین های لایه ۱، از یک مدل توافقی PoW به یک مدل اثبات سهام (PoS) انتقال یافت تا نگرانی های مقیاس پذیری را کاهش دهد. این تغییر تقاضاهای محاسباتی را کاهش داد و کارایی انرژی بلاک چین را افزایش داد، با این حال هنوز به راه حل های لایه ۱ مانند شاردینگ بستگی دارد.

Sharding شامل تقسیم تراکنش ها به مجموعه داده های کوچکتر است که می توانند همزمان از طریق یک الگوریتم پردازش افقی پردازش شوند. با این حال، با اعطای اختیار اعتبارسنجی به بزرگترین سهامداران در مدل های اجماع PoS، موضوع عدم تمرکز تراکنش مطرح می شود. یک راه حل بالقوه برای معضل مقیاس پذیری در بلاک چین بیت کوین، پیاده سازی شبکه لایتنینگ است، یک پروتکل لایه-دو که در بالای بلاک چین بیت کوین عمل می کند.

شبکه لایتنینگ کاربران را در اجرای چندین تراکنش خارج از زنجیره بدون نیاز به پخش هر تراکنش در کل شبکه تسهیل می کند. این رویکرد به طور قابل توجهی مقیاس پذیری بلاک چین بیت کوین را افزایش می دهد، امکان تسویه آنی را فراهم می کند و کارمزد تراکنش ها را کاهش می دهد.

ظهور اتریوم و قراردادهای هوشمند، کاربرد فناوری بلاک چین را در بخش های مختلف از جمله بازی های رایانه ای، اینترنت اشیا و متاورس گسترش داده است. در ابتدا، بلاک چین اتریوم به دلیل وعده عدم تمرکز، امنیت و مقیاس پذیری اعلام شد. با این حال، با افزایش پایه کاربر و حجم تراکنش، مقیاس پذیری به نفع دو ویژگی دیگر به خطر افتاد و منجر به افزایش کارمزد و طولانی شدن زمان تأیید تراکنش شد. در پاسخ به این چالش ها، بسیاری از پروژه های نسل سوم ارزهای دیجیتال، مکانیسم های اجماع خود را اصلاح کرده و مقیاس پذیری شبکه را افزایش داده اند، البته اغلب به بهای امنیت و عدم تمرکز.

راه حل های لایه ۲ اتریوم

از آنجایی که شبکه اتریوم از میلیون ها کاربر جدید و تعداد زیادی از برنامه های غیرمتمرکز استقبال کرد، قابلیت پردازش تراکنش های آن تنها به ۱۵ تراکنش در ثانیه محدود شد. این محدودیت منجر به افزایش هزینه ها و ازدحام قابل توجه شبکه شد.

بلاک چین های لایه ۲ پروتکل هایی هستند که بر روی بلاک چین های لایه ۱ مانند بیت کوین و اتریوم توسعه یافته اند و برای کاهش بار پردازشی روی زنجیره اولیه طراحی شده اند. اساساً، هدف این پروتکل های لایه ۲ افزایش مقیاس پذیری، امنیت و رفع سایر کاستی های زنجیره های بلوکی پایه است. شبکه اتریوم به عنوان زنجیره اصلی عمل می کند، در حالی که لایه اتریوم ۲ به عنوان یک لایه اضافی عمل می کند که راه حل هایی را با هدف حل چالش های مقیاس پذیری اتریوم ترکیب می کند.

این راه حل ها خارج از زنجیره عمل می کنند و زنجیره بلوکی متمایز خود را حفظ می کنند. راه حل های لایه ۲ اتریوم با پردازش و ذخیره مقادیر قابل توجهی از داده های تراکنش به صورت خارجی، بار و حجم زنجیره اصلی را کاهش می دهند.

نحوه عملکرد راه حل های لایه ۲ اتریوم

راه حل های لایه ۲، بلاک چین هایی هستند که بالاتر از بلاک چین های اولیه عمل می کنند و تراکنش ها و فرآیندها را به طور مستقل و خارج از زنجیره مدیریت می کنند. مزیت قابل توجه این راه حل ها توانایی آن ها در اجتناب از نیاز به تغییرات ساختاری در زنجیره اصلی است که در نتیجه فشار قابل توجهی را از شبکه اولیه کاهش می دهد.

پروتکل های لایه ۲ از دو جزء اساسی تشکیل شده اند: شبکه و قرارداد هوشمند. وظیفه شبکه پردازش تراکنش است، در حالی که قرارداد هوشمند، که بر روی بلاک چین اولیه قرار دارد، ارتباط بین لایه ۱ و لایه ۲ را تسهیل می کند. با این حال، تمام راه حل های لایه ۲ در نهایت باید یک مدرک قابل تایید برای صحت تراکنش ارائه کنند.

انواع راه حل های لایه ۲ اتریوم

راه حل های لایه ۲ اتریوم امنیت تراکنش ها را از طریق دو روش اجماع اولیه که مستقل از شبکه اصلی عمل می کنند، تضمین می کند. State Channels و Rollups دو راه حل از این دست هستند که امنیت تراکنش را برگرفته از لایه اصلی اتریوم ارائه می دهند و از امنیت قوی شبکه اصلی بهره می برند.

برعکس، زنجیره های جانبی، از جمله پلاسما و والیدیوم، اتصال به شبکه اصلی را حفظ می کنند، اما امنیت آن ها به مکانیسم توافق و کاربران زنجیره بستگی دارد. تمایز بین دو روش اجماع مرتبط با لایه اصلی و آن هایی که به طور جداگانه عمل می کنند قابل توجه است: اولی از امنیت شبکه اصلی اتریوم سود می برد، در حالی که دومی به اقدامات امنیتی خود وابسته است.

در اصل، سایدچین ها بلاک چین های مستقلی هستند که به موازات زنجیره اصلی اتریوم عمل می کنند و تبادل دارایی بین زنجیره ها را تسهیل می کنند. این پیکربندی ازدحام در زنجیره اصلی را کاهش می دهد و با مدیریت تراکنش های micro-DeFi، بار روی شبکه اولیه را کاهش می دهد. راه حل توافقی لایه اصلی فرآیندی مشابه با راه حل لایه اصلی را دنبال می کند، با تراکنش های نهایی فشرده شده و به لایه اصلی بازگردانده می شود. این مرور کلی راه حل های مختلف را معرفی می کند و مکانیسم های عملیاتی آن ها را توضیح می دهد.

کانال های وضعیت (State Channels)

در چارچوب State Channels، کاربران مستقیماً خارج از زنجیره درگیر تراکنش ها می شوند و تنها اطلاعات ضروری را به زنجیره اصلی منتقل می کنند تا بار لایه اولیه را به حداقل برسانند. کانال های دولتی یکی از اولین راه حل های لایه ۲، مشابه کانال های پرداخت را نشان می دهند. این کانال ها همه تراکنش های خارج از زنجیره را تسهیل می کنند و تنها دو تراکنش اولیه و نهایی را که معمولاً مهم ترین هستند، به زنجیره اصلی منتقل می کنند.

در طی این فرآیند، بخشی از بلاک چین از طریق یک قرارداد هوشمند ایمن می شود و اطمینان حاصل می کند که همه طرف های درگیر در تراکنش قبل از هر به روزرسانی به اجماع کامل می رسند. شرکت کنندگان در ابتدا وضعیت خود را در زنجیره اصلی ثبت می کنند، سپس با انجام و امضای تراکنش ها، وضعیت خود را در بین خود به روزرسانی می کنند و در نهایت، به روزرسانی وضعیت نهایی را به زنجیره اصلی ارسال می کنند.

رول آپ ها (RollUps)

Rollups که به تجمیع تراکنش ها اشاره دارد، راه حلی است که در آن پردازش و انباشت تراکنش ها خارج از بلاک چین اولیه اتریوم اتفاق می افتد. به دنبال این، تراکنش ها سازماندهی، خلاصه شده و به شبکه اصلی ارسال می شوند. این رویکرد تضمین می کند که تراکنش ها ارتباط مستقیمی با شبکه اتریوم دارند و در نتیجه از امنیت ذاتی آن بهره می برند.

Rollup ها اتریوم را قادر می سازند تا تراکنش ها را بدون نیاز به پردازش مستقیم احراز هویت کند و در عوض بر اثبات آن تکیه کند. این راه حل به دو نوع طبقه بندی می شود: ZK-Rollups (دانش صفر) و Optimistic Rollups (خوش بینانه). هر یک از این دسته ها مکانیسم های مجزایی را برای دستیابی به اهداف خود به کار می گیرند.

مجموعه های دانش صفر (Zero Knowledge)

مجموعه های دانش صفر (ZK) از اعتبار هر تراکنش به عنوان ابزاری برای تأیید استفاده می کنند. اثبات دانش صفر به یک اثبات کننده اجازه می دهد تا ثابت کند که یک تراکنش یا رویداد برای تأیید کننده ای که از ارزش تراکنش X آگاه است، بدون افشای مشخصات خود تراکنش رخ داده است.

هر گروه از تراکنش ها در یک اثبات رمزنگاری به نام یک استدلال غیر تعاملی مختصر دانش (SNARK) محصور شده است که توسط یک قرارداد در زنجیره اصلی اتریوم تأیید می شود. از آنجایی که تنها داده های اثبات سهام، به جای داده های کامل تراکنش، در زنجیره اصلی ثبت می شوند، این رویکرد به طور قابل توجهی زمان و منابع محاسباتی مورد نیاز شبکه اصلی را کاهش می دهد. در نتیجه، از ظرفیت کمتری در بلاک چین استفاده می کند که منجر به کاهش هزینه های گاز و امکان تراکنش های سریع تر و اقتصادی تر می شود.

مجموعه های خوش بینانه

مجموعه های خوش بینانه به گونه ای طراحی شده اند که با ماشین مجازی اتریوم (EVM) سازگار باشند و به قراردادهای هوشمند اجازه می دهند تا به روشی مشابه با شبکه اتریوم عمل کنند. همانطور که از نام آن مشخص است، این راه حل به شواهد فرضی برای تایید تراکنش ها متکی است، با خوش بینانه فرض می کنیم که همه تراکنش ها مشروع هستند، و بنابراین آن ها را بدون هیچ مدرکی به شبکه ارائه می دهد.

در این مدل، گره ها به زمان نیاز دارند تا تشخیص دهند و نشان دهند که آیا داده ها تقلبی هستند یا خیر. در نتیجه، توان عملیاتی این روش در مقایسه با سایر راه حل های لایه دو تا حدودی کمتر است. در مواردی که تراکنش های جعلی شناسایی می شوند، این راه حل فرآیندی را برای ایجاد تقلب آغاز می کند و از داده های زنجیره اصلی اتریوم برای اجرای محاسبات صحیح تراکنش استفاده می کند. انگیزه گره ها برای تأیید تراکنش ها با پاداش ها یا جریمه هایی که در قالب اتر (ETH) دریافت می کنند، افزایش می یابد.

شبکه های مبتنی بر جمع آوری خوش بینانه، مقیاس پذیری اتریوم را با افزایش توان عملیاتی، کاهش تأخیر و کاهش هزینه های گاز، افزایش می دهند. در تاریخ فعلی، هزینه های گاز برای این شبکه ها می تواند ده برابر کمتر از هزینه های شبکه اصلی اتریوم باشد. مزیت قابل توجه جمع آوری های خوش بینانه نسبت به مجموعه های ZK، توانایی آن ها در پشتیبانی از قراردادهای هوشمند به شیوه ای مشابه بلوک قرارداد هوشمند اساسی است.

زنجیره جانبی (Sidechain)

Sidechain نشان دهنده راه حل افتتاحیه لایه ۲ است که برای تضمین امنیت تراکنش مستقل از شبکه اولیه اتریوم طراحی شده است. این به عنوان یک بلاک چین مجزا عمل می کند که همزمان با اتریوم اجرا می شود و از طریق یک پل به شبکه Trium متصل می شود. تراکنش ها به صورت موازی بر روی این بلاک چین مجزا انجام می شوند و بخش قابل توجهی پس از پردازش و اجرا از طریق پل به شبکه اصلی منتقل می شود. این مکانیسم بسیاری از بار روی شبکه اولیه را کاهش می دهد و در نتیجه مقیاس پذیری آن را افزایش می دهد.

Sidechains ممکن است الگوریتم متفاوتی را برای تأیید تراکنش در مقایسه با الگوریتم اجماع شبکه اصلی اتریوم پیاده سازی کند. از آنجایی که آن ها به امنیت شبکه اتریوم وابسته نیستند، داده های تراکنش را بدون انتقال به اتریوم روی بلاک چین خود نگهداری می کنند. این رویکرد مستلزم یک مبادله است که درجاتی از امنیت و عدم تمرکز را به نفع مقیاس پذیری بهبود یافته قربانی می کند. Polygon به عنوان یک مثال اساسی از زنجیره جانبی اتریوم عمل می کند.

پلاسما

پلاسما راه حل لایه ۲ دیگری برای اتریوم است که هدف آن رسیدگی به چالش های مقیاس پذیری شبکه است. این فورک ها را از شبکه اصلی اتریوم ایجاد می کند که سپس به چندین شاخه تبدیل می شوند. هر یک از این شاخه ها که پلاسما نامیده می شوند، در کنار زنجیره اولیه اتریوم عمل می کنند که اغلب به آن زنجیره مادر می گویند. این راه حل، بخش قابل توجهی از حجم کار مرتبط با پردازش و تأیید تراکنش ها را به زنجیره های پلاسما واگذار می کند، در نتیجه مقداری از فشار روی زنجیره مادر را کاهش می دهد و سرعت تراکنش را افزایش می دهد.

علاوه بر این، از آنجایی که پهنای باند محاسباتی و پردازشی توسط فورک اصلی تامین می شود، هزینه های تراکنش به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در چارچوب پلاسما، این زنجیره های کوچک تر به صورت دوره ای داده های تراکنش را در فواصل زمانی مشخص به زنجیره اصلی ارسال می کنند. در نتیجه، این می تواند منجر به گلوگاه شود و در نتیجه معاملات در یک صف نگه داشته شوند. در چنین مواردی، دوره انتظار ممکن است تا بیش از دو هفته افزایش یابد.

والیوم (Validium)

Validium یک راه حل اضافی لایه دو را نشان می دهد که از اثبات های دانش صفر برای تأیید اعتبار همه تراکنش ها استفاده می کند. در این چارچوب، اثبات کننده می تواند بدون افشای جزئیات تراکنش خاص، نشان دهد که یک تراکنش برای تأییدکننده ای که از ارزش تراکنش آگاه است، انجام شده است.

مکانیسم عملیاتی Validium شباهت زیادی به ZK-Rollup دارد، با وجه تمایز اصلی این است که Validium داده ها را خارج از زنجیره ذخیره می کند، در حالی که ZK-Rollup داده ها را در زنجیره حفظ می کند. این ذخیره سازی داده های خارج از زنجیره، توان عملیاتی محلول لایه دو Validium را افزایش می دهد. با این حال، خطر بالقوه مسدود شدن وجوه کاربران توسط اپراتورهای پروژه هایی که از این راه حل استفاده می کنند را معرفی می کند.

راه حل های ترکیبی

برخی ابتکارات ارزهای دیجیتال از ترکیبی از راه حل های لایه ۲ اتریوم برای مقابله با چالش های مقیاس پذیری شبکه استفاده می کنند. این راه حل های ترکیبی می توانند با کاهش برخی از محدودیت های ذاتی در روش های فوق، نتایج قوی تر و کارآمدتری داشته باشند. نمونه قابل توجه پروژه ای که با موفقیت مقیاس پذیری اتریوم را از طریق راه حل ترکیبی لایه ۲ بررسی کرده است، Celer است. این پروژه از یک معماری ترکیبی برای تضمین امنیت برای برنامه های غیرمتمرکز و عمومی از طریق زنجیره جانبی استفاده می کند، در حالی که امنیت زنجیره اصلی را از طریق جمع بندی های خوش بینانه تامین می کند.

پروژه های برجسته با استفاده از راه حل های لایه ۲ اتریوم

همانطور که قبلاً در سراسر این مقاله اشاره شد، راه حل های لایه ۲ اتریوم برای افزایش مقیاس پذیری شبکه توسعه یافته اند که منجر به ظهور پروژه های ارز دیجیتال متعدد بر اساس این راه حل ها می شود. در این بخش تعدادی از برجسته ترین پروژه ها در این حوزه را ارائه خواهیم داد.

Polygon

Polygon به عنوان یکی از شناخته شده ترین پروژه های ساخته شده بر روی راه حل های لایه دوم اتریوم، متشکل از زنجیره های جانبی متعدد، متمایز است. این ترکیبی از مجموعه های خوش بینانه، اثبات های دانش صفر و فناوری پلاسما را برای افزایش قابل توجه مقیاس پذیری، ادغام می کند و ظرفیت تراکنش شبکه اتریوم را از حدود ۱۳ تا ۱۷ تراکنش در ثانیه به ۷۰۰۰ تراکنش در ثانیه افزایش می دهد.

آربیتروم

Arbitrum یک ابتکار قابل توجه در راه حل های لایه دو اتریوم است که از مجموعه های خوش بینانه برای مقابله با مسئله مقیاس پذیری استفاده می کند. این پلتفرم با ماشین مجازی اتریوم سازگار است و امکان مهاجرت بی وقفه پروژه های مبتنی بر اتریوم به آربیتروم را فراهم می کند.

یک چالش قابل توجه مرتبط با این پروژه، تأخیر ذاتی در شناسایی و اعتبارسنجی دارایی های متقلبانه قبل از خروج از شبکه آربیتروم است، که یک نگرانی رایج در جمع بندی های خوش بینانه است. در حال حاضر، آربیتروم ارز رمزنگاری شده بومی خود را ندارد، بنابراین استفاده از اتریوم برای کارمزد تراکنش ضروری است. در حالی که هزینه های Arbitrum بالاتر از هزینه های Polygon است، به دلیل اتصال مستقیم آن به شبکه اصلی اتریوم، این کار را با امنیت بالا جبران می کند.

Optimism

شبیه به Arbitrum، Optimism به عنوان یکی از پروژه های پیشرو و موثر با استفاده از راه حل های لایه دو اتریوم، و همچنین استفاده از مجموعه های خوش بینانه برای رسیدگی به چالش های مقیاس پذیری برجسته است. این پلتفرم از ماشین مجازی اتریوم پشتیبانی می کند و انتقال مستقیم برنامه های غیرمتمرکز به بلاک چین را تسهیل می کند.

تمایز اولیه بین Optimism و Arbitrum در فرآیند تأیید تراکنش نهفته است، که در Optimism تا حدودی پیچیده تر است، در حالی که EVM در Arbitrum زبان های برنامه نویسی اضافی فراتر از Solidity را در خود جای می دهد. اگرچه خوش بینی به عنوان یک ابتکار غیرمتمرکز شناخته می شود، اما با توکن های حاکمیتی عمل می کند و می تواند بلوک ها را به شیوه ای نسبتا متمرکز نظارت کند.

تاثیر اتریوم ۲ بر راه حل های لایه ۲

این باور رایج وجود دارد که معرفی اتریوم ۲ به طور موثری به مسائل مقیاس پذیری و مصرف بیش از حد انرژی مرتبط با شبکه اتریوم می پردازد. اهداف اولیه اتریوم ۲ شامل کاهش مصرف انرژی، کاهش هزینه تراکنش ها و کاهش چالش های اصلی مقیاس پذیری است. در حالی که انتظار می رود پیاده سازی اتریوم ۲ مسائل مربوط به مصرف انرژی و هزینه های بالای تراکنش را کاهش دهد، همچنین مقیاس پذیری را تا حدی بهبود بخشد، فعالیت فزاینده در شبکه اتریوم نشان می دهد که چالش های تراکم و مقیاس پذیری همچنان ادامه خواهند داشت.

در نتیجه، می توان نتیجه گرفت که راه حل های لایه ۲ حتی پس از راه اندازی اتریوم ۲ همچنان نقش مهمی در این شبکه ایفا خواهند کرد.

نتیجه گیری

این مقاله دلایل چالش های مقیاس پذیری شبکه اتریوم، آسیب پذیری های آن و راه حل های لایه ۲ طراحی شده برای کاهش این مشکلات را بررسی می کند. مقیاس پذیری همچنان یکی از مبرم ترین نگرانی ها برای شبکه اتریوم است که بر سرعت پردازش تراکنش و ساختار کارمزد تأثیر منفی می گذارد.

راه حل های لایه ۲ برای مقابله با این چالش ها توسعه یافته اند. این راه حل ها به یک چارچوب یا مکانیزم منحصر به فرد پایبند نیستند و هر کدام مجموعه ای از مزایا و معایب خود را ارائه می دهند. پروژه های قابل توجهی که از این راه حل ها پدید آمده اند عبارتند از Polygon، Arbitrum و Optimism. دیدگاه شما در مورد راه حل های لایه ۲ برای اتریوم چیست؟ کدام یک از راه حل های مورد بحث در این مقاله را موثرتر می دانید؟