فناوری بلاک چین به‌منظور حل مشکلات موجود در سیستم‌های مالی سنتی، از جمله عدم شفافیت، تمرکزگرایی و ضعف در امنیت ایجاد شده است. با این حال، یکی از موانع اصلی در مسیر پذیرش عمومی این فناوری، مسئله مقیاس پذیری است.
به‌عنوان مثال، شبکه بلاک چین بیت کوین تنها قادر به پردازش ۷ تراکنش در ثانیه است و این عدد در شبکه اتریوم به ۱۵ تراکنش می‌رسد. در مقایسه، شبکه‌های پرداخت مانند ویزا می‌توانند تا ۲۴ هزار تراکنش را در یک ثانیه پردازش کنند. این تفاوت به‌وضوح نشان‌دهنده چالش‌های جدی بلاک چین‌ها در زمینه مقیاس پذیری است.
با افزایش تراکنش‌ها در اواخر سال ۲۰۱۷، شبکه‌های مختلف با مشکل کندی تأیید تراکنش‌ها مواجه شدند و هزینه‌های بالای کارمزد نیز به‌وجود آمد. این مشکلات تحت عنوان “عدم مقیاس‌پذیری” شناخته می‌شوند و به توانایی سیستم در مدیریت تعداد روزافزون کاربران و تراکنش‌ها اشاره دارند.
در دنیای رو به گسترش ارزهای دیجیتال، مقیاس پذیری به عنوان یکی از چالش‌های حیاتی مطرح می‌شود. این مقاله به بررسی علل بروز این مشکل و راه‌حل‌های احتمالی برای بهبود عملکرد سیستم‌های بلاک‌چینی می‌پردازد و هدف آن ارائه درکی عمیق‌تر از تأثیرات این چالش بر آینده ارزهای دیجیتال است.
مشکل مقیاس پذیری چیست؟
مقیاس‌پذیری به قابلیت یک شبکه در پاسخ به حجم بالای درخواست‌ها و تراکنش‌ها اشاره دارد. با گسترش محبوبیت فناوری بلاک چین و تنوع کاربردهای آن، روز به روز بر تعداد علاقه‌مندان به این حوزه افزوده می‌شود. اما یکی از بزرگ‌ترین موانع رشد این فناوری، چالش مقیاس پذیری است که به عدم توانایی در تطابق با تقاضای روزافزون اشاره دارد.
این مفهوم به قابلیت ارزهای دیجیتال در مدیریت همزمان تعداد زیاد تراکنش‌ها مربوط می‌شود. به عنوان مثال، بیت کوین قادر است تنها تعداد معینی از تراکنش‌ها را در هر ثانیه پردازش کند؛ و اگر این عدد از یک حد خاص فراتر رود، بقیه تراکنش‌ها باید در صف انتظار باقی بمانند. در این صف، افرادی که بالاترین کارمزد را پرداخت می‌کنند، در اولویت قرار دارند، به این معنا که کسانی که کارمزد کمتری می‌پردازند، باید بیشتر منتظر بمانند تا تراکنش آن‌ها تأیید شود.
این مشکلات ناشی از محدودیت‌های موجود در شبکه بلاک چین است. برای ذخیره‌سازی اطلاعات در هر بلوک، فضای محدودی در نظر گرفته شده که به حفظ امنیت شبکه در برابر حملات توزیع‌شده (DDoS) کمک می‌کند.
تراکنش‌ها در واقع داده‌هایی هستند که برای تأیید هر یک از آن‌ها در بلوکها ذخیره می‌شوند. فرآیند ایجاد هر بلوک زمان‌بر است؛ برای نمونه، در بیت کوین این زمان حدود ده دقیقه طول می‌کشد. برای انجام تراکنش‌های متعدد، به بلوک‌های زیادی نیاز است. ماینرها یا تأییدکنندگان (ولیدیتورها) وظیفه تأیید این تراکنش‌ها و رمزگشایی بلوکها را بر عهده دارند. هرچند این روش به نظر مناسب می‌آید، اما واقعیت این است که حتی با وجود ماینرها و کارمزدهای بالا، نمی‌توان به طور همزمان تعداد زیادی تراکنش را به طور مؤثر تأیید کرد.
در نتیجه، در مواقعی که تعداد تراکنش‌ها به سرعت افزایش یابد، شبکه بلاک چین ممکن است نتواند این وضعیت را مدیریت کند و در نتیجه ممکن است به طور کامل متوقف شود یا تمامی تراکنش‌های در انتظار تأیید لغو شوند. این اتفاق می‌تواند به اعتبار ارزهای دیجیتال آسیب رسانده و قیمت آن‌ها را کاهش دهد.
سه‌گانه مقیاس پذیری
بلاک‌چین‌ها به طور کلی دارای سه ویژگی اساسی هستند: «مقیاس‌پذیری»، «غیرمتمرکز بودن» و «امنیت». ویتالیک بوترین، بنیان‌گذار اتریوم، اشاره می‌کند که هیچ بلاک‌چینی نمی‌تواند همزمان به این سه ویژگی دست یابد و برای حفظ دو مورد، باید یکی از آن‌ها را فدا کند.
برای مثال، بیت کوین و اتریوم هر دو به عنوان شبکه‌های غیرمتمرکز با سطح امنیت بالا شناخته می‌شوند، اما هر دو در حال حاضر با چالش مقیاس پذیری مواجه هستند. این شبکه‌ها در تلاشند تا با بهره‌گیری از فناوری‌های نوین، این مشکل را در آینده حل کنند.
در این مقاله، به بررسی راهکارهای مختلف برای افزایش مقیاس‌پذیری در شبکه‌های ارزهای دیجیتال خواهیم پرداخت و مزایا و معایب هر یک از این روش‌ها را تحلیل می‌کنیم.
راهکارهای حل مشکل مقیاس پذیری در بلاک چین
چالش مقیاس‌پذیری به طور قابل توجهی سرعت پیشرفت فناوری بلاک چین و ارزهای دیجیتال را تحت تأثیر قرار داده است. برای مثال، استفاده از ارزهای دیجیتال در رستوران‌ها و فروشگاه‌ها به دلیل احتمال بروز تأخیر در پرداخت و مسائل مرتبط دیگر، چندان اقتصادی به نظر نمی‌رسد.
در این وضعیت، توسعه‌دهندگان ارزهای دیجیتال به دنبال یافتن راه‌حل‌هایی برای رفع مشکل مقیاس پذیری هستند. در ادامه، به بررسی برخی از این راهکارها که برای بهبود عملکرد شبکه بلاک چین پیشنهاد شده‌اند، خواهیم پرداخت.
افزایش اندازه بلوکها
در سال ۲۰۱۵، درخواست‌هایی از سوی بسیاری از شرکت‌ها و متخصصان به منظور ایجاد تغییراتی در پروتکل‌های بیت کوین مطرح شد. در آن زمان، بحث‌های متعددی حول این موضوع شکل گرفت. گروهی از برنامه‌نویسان تصمیم گرفتند یک ارز دیجیتال جدید بر پایه پروتکل‌های بیت کوین راه‌اندازی کنند.
این تصمیم بستگی به این داشت که ظرفیت هر بلوک در ارز جدید به هشت مگابایت افزایش یابد. در حالی که برخی از توسعه‌دهندگان به دنبال ایجاد ارز جدید با افزایش اندازه بلوکها بودند، تنش‌هایی بین گروه‌ها به وجود آمد.
گروه اول، که بعدها به ایجاد بیت کوین کش منجر شد، و گروه دوم شامل افراد شرکت Blockstream و توسعه‌دهندگان پروتکل SegWit بودند.
اکنون بیت کوین کش با بلوک‌های بزرگ‌تر در دسترس قرار دارد، اما این رویکرد نمی‌تواند به‌طور کامل مشکلات مقیاس پذیری را حل کند. چرا که احتمال دارد حجم تراکنش‌ها از هشت مگابایت فراتر رود. به‌طور کلی، افزایش اندازه بلوکها به تنهایی تضمینی برای بهبود عملکرد سیستم در مواجهه با حجم بالای تراکنش‌ها نخواهد بود.
استفاده از راه حل‌‌های لایه دوم (Layer-Two Solutions)
برای بهبود مقیاس پذیری در شبکه‌های بلاک چینی، یکی از استراتژی‌های کلیدی ایجاد شبکه‌ای مستقل بر روی بلاک چین اصلی است که به آن “لایه دوم” اطلاق می‌شود. این روش به ما این امکان را می‌دهد که نیاز به ثبت همه تراکنش‌ها در بلاک چین اصلی را حذف کنیم و در عوض، تراکنش‌ها می‌توانند در یک شبکه جداگانه و امن انجام شوند و تنها در صورت ضرورت به بلاک چین اصلی منتقل شوند.
به عنوان نمونه، “شبکه لایتنینگ” (Lightning) در بیت کوین به عنوان راهکاری اصلی برای رفع مشکلات مقیاس‌پذیری شناخته می‌شود. علاوه بر این، فناوری “پلاسما” (Plasma) نیز به زودی در شبکه اتریوم پیاده‌سازی خواهد شد تا به بهبود عملکرد و ظرفیت این شبکه کمک کند.
انتقال امضای تراکنش‌ها از داخل بلوکها به مکانی دیگر
شرکت Blockstream پروتکل SegWit را به‌عنوان یک راهکار نرم‌افزاری برای بیت کوین معرفی کرد. SegWit، که به معنی جداسازی امضاها است، طراحی شده تا امضاهای تراکنش‌ها را از خود تراکنش‌ها جدا کرده و به یک ساختار مستقل منتقل کند.
این پروتکل مزایای متعددی به همراه دارد. اولاً، ظرفیت هر بلوک به چهار مگابایت افزایش می‌یابد، در حالی که تنها دو مگابایت از این فضا به تراکنش‌ها اختصاص می‌یابد. همچنین، با جداسازی امضاها از تراکنش‌ها، اندازه هر تراکنش کاهش می‌یابد و این موضوع باعث افزایش سرعت پردازش آن‌ها می‌شود. علاوه بر این، جداسازی امضاها به بهبود امنیت شبکه نیز کمک می‌کند.
نحوه عملکرد SegWit به این صورت است که امضاهای هر تراکنش به یک ساختار جداگانه منتقل می‌شوند و بدین ترتیب، بلوک‌های جدید با ظرفیت چهار مگابایت می‌توانند ایجاد شوند، در حالی که تنها دو مگابایت از این فضای اضافی به تراکنش‌ها اختصاص می‌یابد. این رویکرد نه‌تنها به بهبود کارایی شبکه کمک می‌کند، بلکه امکان مدیریت بهینه‌تر تراکنش‌ها را نیز فراهم می‌آورد.
شبکه لایتنینگ (Lightning)
این شبکه با استفاده از کانال‌ها و نودها که در سیستم رمزنگاری آن تعبیه شده‌اند، کار می‌کند. یکی از مزایای اصلی این شبکه انجام تراکنش‌ها در لحظه است. برای انجام هر تراکنش، شما به دو نود و یک کانال نیاز خواهید داشت. هر یک از نودها کارمزد خاصی را برای نگهداری کانال تعیین می‌کنند که این مبلغ توسط کاربران پرداخت می‌شود. ظرفیت جابه‌جایی در هر کانال نیز به میزان سپرده گذاری سرمایه توسط نودها بستگی دارد. به این ترتیب، هر چه سرمایه بیشتری در یک کانال سپرده شود، ظرفیت جابه‌جایی آن نیز افزایش می‌یابد.
استفاده از الگوریتم‌های اجماع مقیاس‌پذیر
بسیاری از چالش‌های مرتبط با مقیاس پذیری به الگوریتم اجماع «گواه اثبات کار» (POW) برمی‌گردد. به همین دلیل، برای رفع این مشکلات و همچنین مسائل زیست‌محیطی ناشی از استخراج و تمرکز قدرت در استخرهای استخراج، گزینه‌های مختلفی برای ایجاد اجماع در شبکه‌های غیرمتمرکز توسعه یافته است.
از جمله این روش‌های اجماع می‌توان به «اثبات سهام» (Proof of Stake) و فناوری‌های دیگری مانند Block Lattice اشاره کرد که در ارز دیجیتال «نانو» (Nano) به کار رفته است.
سخن پایانی
مقیاس‌پذیری یک مسئله نسبی است و نمی‌توان به‌طور قطعی گفت که یک شبکه کاملاً مقیاس‌پذیر است یا نه، زیرا این موضوع به میزان تقاضا در شبکه بستگی دارد. در شبکه‌های متمرکز مانند ویزا کارت، افزایش مقیاس‌پذیری ساده‌تر است، اما در شبکه‌های غیرمتمرکز مثل بیت کوین و اتریوم، چالش‌ها پیچیده‌ترند و توسعه‌دهندگان در تلاش‌اند تا این مشکلات را حل کنند.