فناوری بلاک چین از زمان معرفی بیت کوین نشان داد که قابلیت پردازش و مدیریت تراکنشها را دارد، اما به مرور زمان و با افزایش پذیرش و شهرت این فناوری کمکم مسئله «مقیاسپذیری» تبدیل به یک دغدغه بزرگ شد و توسعهدهندگان برای حل آن به راهکارهای لایه دوم مراجعه کردند.
بلاک چین چیست؟
ابتدا بیایید از مفهوم بنیادین بلاک چین شروع کنیم تا با ساختار و لایههای مختلف آن شوید. بلاک چین یک دفتر بایگانی اطلاعات است که مشخصات تراکنشها را به صورت غیر متمرکز ذخیره میکند. از آنجا که اطلاعات مبادله داراییها کاملاً در بلاکچین درج میشود، پس امنیت بالا میرود و هزینهها به شدت کاهش مییابد.
هر بلاک در زنجیره بلاکچین قادر به ذخیره تعداد مشخصی تراکنش است. از آن پس، افراد باید از مکانیزم اجماع بلاک چین (که بسته به خود بلاکچین متفاوت است) برای تأمین امنیت و نظارت بر اطلاعات استفاده کنند.
مثلث بلاکچین (Blockchain Trilemma)
ویتالیک بوترین (Vitalik Buterin)، سازنده اتریوم، در یکی از سمینارهای خود به سهضلعی معضلات بلاکچین اشاره کرد. او به «مقیاسپذیری»، «امنیت» و «تمرکززدایی» به عنوان سه عنصر اصلی بلاک چین اشاره کرد که نمیتوانند به صورت مساوی تقسیم شده و یک بلاکچین بیعیب را بسازند.

هر چه یکی از این صفات در بلاک چین بهبود یابد، دو صفت دیگر ضعیف میشوند. معمولاً همیشه یکی از این صفات ضعیف است و حتی با بهبود دو ویژگی دیگر هم نمیتوانیم یک بلاکچین بدون نقص را داشته باشیم. البته این ناتوانی با سطح دانش کنونی ما حاصل شده است و امید است همین راهکارهای لایه دوم بتوانند در آینده این مشکل را حل کنند و بتوانیم یک بلاکچین بهینه داشته باشیم که تبدیل به یک روش پرداخت قابلاتکا شود.
راه حلهای لایه 1
در اکوسیستم غیر متمرکز، لایه 1 به خود بلاک چین گفته میشود و پروتکل لایه 2 هم یک افزونه شخص ثالث است که میتواند در یک بلاکچین لایه 1 استفاده شود. هر دو پلتفرم معروف اتریوم و بیت کوین از نوع لایه 1 محسوب میشوند.
راه حلهای لایه 1 مستقیماً بر پروتکلهای یک بلاک چین تأثیر میگذارند تا سرعت و ظرفیت آن را بالا ببرند. در نتیجه، کاربران و اطلاعات بیشتری میتواند در بلاک چین مربوطه قرار بگیرد. برای مثال، این نوع راه حلها میتوانند ظرفیت اطلاعات موجود در یک بلاک یا نرخ تولید بلاکهای جدید را افزایش دهند.
راهحلهای مقیاسپذیری لایه 1 هم انواع متفاوتی دارند. از جمله این راهحلها میتوانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
1. بهبود در مکانیزم اجماع
بعضی مکانیزمهای اجماع نسبت به سایر مکانیزمها دارای توان عملیاتی و بازدهی بالاتر هستند. اثبات کار معروفترین مکانیزم اجماع در حوزه کریپتو است و در معروفترین رمزارزها مانند بیت کوین و اتریوم به کار رفته است.
اگر چه امنیت مکانیزم اثبات کار بسیار بالاست، اما مصرف انرژی بالایی دارد و سرعت آن پایین است که منجر به مقیاسپذیری ضعیف میشود.

به همین دلیل است که بلاک چینهای جدیدتر به سمت مکانیزم اثبات سهام رفتهاند. در مکانیزم اثبات سهام، به جای ماینر و قدرت محاسباتی دستگاههای استخراج او، از توکنهای بومی همان بلاکچین بومی استفاده میشود که به عنوان وثیقه باید در شبکه سپردهگذاری شود.
«بهبود در مکانیزم اجماع» را میتوان به خوبی در رمز ارز اتریوم دید که برای بهبود توان عملیاتی و مقیاسپذیری خود از مکانیزم اثبات کار به اثبات سهام منتقل شد. علاوه بر افزایش چشمگیر ظرفیت شبکه اتریوم به کمک این جابجایی میتوان تمرکززدایی و امنیت بالاتری را هم ایجاد کرد.
2. شاردینگ
اگر چه نوآوری شاردینگ هنوز در مراحل ابتدایی توسعه است، اما به عنوان یک راه حل لایه 1 در بلاکچینهای مختلف به کار گرفته شده است.
شاردینگ زمانی اتفاق میافتد که اطلاعات بلاک چین در زنجیرههای موازی مجزا برای پردازش و تأیید اطلاعات قرار میگیرد. بدین ترتیب نیازی نیست که همه نودها مرتباً به صورت فعال برای پیشبرد شبکه تلاش کنند. این شاردها به صورت موازی و همزمان با هم پردازش میشوند تا کار به صورت مرحلهای با سرعت بیشتر اتفاق بیفتد.

هر نود در شاردها وظیفه دارند که همان اطلاعات را مدیریت و تأیید کنند و نیازی به داشتن یک کپی از کل بلاکچین نیست. گواه اثبات هر کدام از تأییدیه شاردها به شبکه اصلی داده میشود تا مورد تأیید کلیه اعضای شبکه قرار بگیرد. پروژههای «زیلیکا» (Zilliqa) و «تزوس» (Tezos) از جمله پروتکلهای معروفی هستند که از طریق نوآوری شاردینگ به حل مشکل مقیاسپذیری در لایه 1 میپردازند.
کاربرد راهکارهای لایه دوم
با پذیرش روزافزون شبکه اتریوم و افزایش پروژههای خدمات غیر متمرکز مالی یا همان «دیفای» کم کم ترافیک این شبکه زیاد شد. استفاده اتریوم از مکانیزم اثبات کار باعث میشد که توان عملیاتی (شبکه اتریوم با اثبات کار فقط قادر به پردازش 13 تراکنش بر ثانیه بود) پایین بیاید و مقیاسپذیری شبکه نتواند پاسخگوی نیازهای بالای کاربران و توسعهدهندگان باشد. به همین دلیل هم بود که اتریوم در سال 2020 تصمیم گرفت به مکانیزم اثبات سهام منتقل شود.
البته این انتقال کافی نبود و خیلی زود مشخص شد که اتریوم نیاز به پلتفرمهایی دارد که به صورت تخصصی و جانبی برای حل مشکل مقیاسپذیری تلاش کنند. این پروژهها باید در کنار تأمین امنیت و افزایش مقیاسپذیری قادر به حفظ یکپارچگی شبکه اتریوم هم میبودند.
هر کدام از این راهکارهای لایه دوم دارای نقاط قوت و ضعف خاص خود هستند. متأسفانه هیچکدام از این راهحلها در حال حاضر پاسخگوی تمام نیازهای شبکه اتریوم نیستند.
راهکارهای لایه دوم
فناوری لایه 2 یک شبکه جدید محسوب میشود که بر بستر یک پروتکل بلاکچینی نصب میشود تا مقیاسپذیری و کارایی را بالا ببرد.
این نوع راهحلهای مقیاسپذیری بخشی از بار محاسباتی بلاک چین مادر را به ساختارهای جانبی ارسال میکنند تا پردازش اطلاعات با سرعت بیشتری انجام شود. در نهایت، نتیجه و تأییدیههای مربوطه به بلاکچین اصلی ارسال میگردد تا مورد تأیید کلیه اعضا قرار بگیرند. با ارسال این اطلاعات به ساختارهای کمکی و جانبی طبیعی است که به تدریج از ترافیک بلاکچین مادر کسر میشود.
برای مثال بیت کوین یک شبکه لایه 1 است و شبکه لایتنینگ (Lightning Network) یک راهکار لایه 2 برای تسریع پردازش تراکنشهای این شبکه میباشد.
انواع راهکارهای لایه دوم
راهکارهای لایه 2 دارای چند دسته متفاوت هستند. نحوه پاسخدهی این پروژهها به مشکل مقیاسپذیری باعث میشود که این دستهها به وجود بیایند که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.
کانالهای وضعیت یا کانالهای اظهارنامه (State Channel)
کانالها به شبکه اجازه میدهند که تراکنشهای مختلف را خارج از زنجیره پردازش کنند. این در حالی است که فقط دو تراکنش به بلاک چین مادر ارسال میشود. بدین ترتیب، با هزینه کم میتوان عملیاتی را بالا برد.

البته محدودیتهایی هم برای کانالها وجود دارد. اعضا باید از قراردادهایی با «امضای چندگانه» (multisig) استفاده کنند که امکان بازبینی مرتب شبکه را فراهم میسازد. این کانالهای پرداختی نیاز به بررسی و نظارت بر اعضا دارند و هر کسی نمیتواند در آنها عضو شود. اعتبار نودها پیش از حضور در کانالها بررسی میشود.
کانال وضعیت در بین لایه اصلی (لایه 1) و کانالهای برونزنجیرهای قرار میگیرد. این کانال وظیفه دارد که تراکنشها را به محض تکمیل به لایه 1 بفرستد.
از جمله پروژههای معروف که برای حل مشکل مقیاسپذیری به عنوان کانال وضعیت به شبکه کمک میکنند میتوان به «ریدِن نتورک توکن» (Raiden Network Token) و «شبکه لایتنینگ» (Lightning Network) اشاره کرد.
پلاسما
راهحلهای پلاسما از درخت مرکل (Merkle tree) برای ایجاد یک زنجیره مضاعف بر بلاک چین اصلی استفاده میکنند. سرعت تراکنشها از این طریق افزایش مییابد و هزینهها هم کاهش مییابد. این مزایا از آن جهت به دست میآید که نیازی به ذخیره اطلاعات در لجر (ledger: دفتر توزیعشده) نیست و بلاکها به زنجیره اصلی منتقل نمیشوند.

البته ساختار پلاسما دارای محدودیتهایی هم میباشد. برای مثال، شما نمیتوانید از این راهکار لایه دوم برای هر نوع تراکنش استفاده کنید و همه خدمات دیفای را نمیتوان از این طریق انجام داد. این ساختار نیاز به کاربران متفاوت هم دارد. بعضی از آنها به عنوان اپراتور برای ذخیره اطلاعات کار میکنند و بعضی دیگر هم باید امنیت داراییهای شبکه را رصد کنند.
از جمله پروژههایی که از راهحل پلاسما به عنوان راهکار لایه دوم استفاده میکنند، میتوانیم به «اومیسه گو» (OMG Network) اشاره کنیم.
زنجیرههای جانبی
«زنجیرههای جانبی» با استفاده از مکانیزم اجماع خاص خود به صورت مجزا از بلاکچین اصلی کار میکنند. این زنجیرهها اکثراً به بلاک چین اتریوم متصل هستند و سازگار با ماشین مجازی اتریوم (EVM) هستند. زنجیرههای جانبی باعث میشوند که تعاملپذیری میان بلاکچینهای مختلف میسر شود و داراییها میان زنجیرههای مختلف قابل انتقال باشند.

نقطه ضعف زنجیرههای جانبی در تمرکززدایی کم آن نسبت به شبکه اصلی است. همچنین الگوریتم اجماع آنها هم با یکدیگر سازگار و مرتبط نیست.
از جمله پروژههایی که به ارائه خدمات زنجیرههای جانبی میپردازند، میتوانیم به «اسکیل» (Skale)، «پالیگان» (Polygon) و «اکس دای» (xDAI) اشاره کنیم.
پاراچین (Parachain) یا زنجیرههای موازی
پاراچین ها زنجیرههایی هستند که به صورت موازی در یک ساختار متشکل از بلاکچینهای مختلف به یکدیگر متصل شدهاند. همه آنها به زنجیره اصلی (Relay Chain) متصل هستند و به همین دلیل از ویژگیهای امنیتی بلاک چین اصلی بهره میبرند.
جالب اینجاست که هر کدام از این زنجیرههای موازی میتوانند به صورت مستقل برای یک اپلیکیشن یا ویژگی خاص به کار گرفته شوند. این دقیقاً همان ایدهای است که در پروژه پولکادات (Polkadot) به کار گرفته شد.

تراکنشها در پاراچینها میتواند با سرعت بسیار زیاد تکمیل و پردازش شود، زیرا اطلاعات و حجم کار به صورت غیر متمرکز میان اعضا توزیع میشود.
شبکه لایتنینگ (Lightning Network)
اگر چه اکثر راه حلهای لایه 2 به صورت مستقیم برای حل معضلات شبکه اتریوم فعالیت خود را آغاز کردهاند، اما شبکه لایتنینگ به صورت اختصاصی برای افزایش توان عملیاتی بیت کوین راهاندازی شد.
همچون سایر راهکارهای لایه دوم، شبکه لایتنینگ هم تراکنشها را به صورت دسته از زنجیره اصلی بیرون میکشد تا عملیات پردازش بر روی آنها را خارج از زنجیره پیگیری کند. در نهایت، اطلاعات نهایی این تراکنشها به شبکه اصلی بازگردانده میشود.

نکته بسیار مهم در خصوص لایتنینگ نتورک در این است که این شبکه از قرارداد های هوشمند پشتیبانی میکند و در نتیجه بیت کوین را هم تبدیل به شبکهای خواهد کرد که قابلیت پشتیبانی از این قراردادها و حتی توسعه پروژههای جدید غیر متمرکز را خواهد داشت.
در مجموع، شبکه لایتنینگ با هدف ایجاد پرداختهای فوری، مقیاسپذیری بالا، هزینه پایین و سواپ های میان زنجیرهای به وجود آمد. هنوز این شبکه به مراحل اجرایی نرسیده است ولی انتظار میرود که بتواند توان عملیاتی پایین بیت کوین (5 تراکنش بر ثانیه) را به طور چشمگیری بهبود ببخشد. هم اکنون هر تراکنش در شبکه بیت کوین حدوداً 10 دقیقه زمان برای پردازش نیاز دارد ولی با شبکه لایتنینگ این زمان میتواند به چند میلیثانیه کاهش یابد. کازمردها هم با استفاده از این شبکه بسیار کاهش خواهند یافت و بیت کوین میتواند تا حدودی جایگاه خود را برای انجام تراکنشهای کوچک هم بهبود ببخشد.
رول آپ
ساختار «رول آپ» (Rollup) باعث میشود که تراکنشها در همان لایه 2 اجرا شوند و اطلاعات آنها به زنجیره اصلی داده شود. این رول آپها از امنیت شبکه اصلی بهره میبرند ولی در عین حال میتوانند تراکنشها را خارج از لایه 1 پردازش کنند.
از آنجا که اطلاعات تراکنش در لایه 1 قرار دارد، طبیعی است که رول آپها از همان ویژگیهای امنیتی لایه 1 تبعیت میکنند. قرارداد هوشمند یک رول آپ (که بر وظایف و کارکرد آن نظارت دارد) در همان لایه 1 قرار دارد و بر اجرای درست وظایف رول آپ در لایه 2 نظارت خواهد داشت.
دو نوع رول آپ وجود دارد: رول آپهای دانش صفر (ZK rollup) و آپتیمیستیک رول آپ (Optimistic rollup).
رول آپ دانش صفر
رول آپ دانش صفر تراکنشها را به صورت دسته در میآورد و یک «اسنارک» (SNARK) را به وجود میآورد که یک اثبات رمزنگاریشده است و به لایه اصلی فرستاده میشود تا در صورت بروز مشکل یا ایجاد شک به بحث گذاشته شده و به چالش کشیده شود. بدین ترتیب فقط یک تراکنش (در قالب اثبات دانش) به شبکه ارسال میشود. این رولآپها میتوانند سرعت پردازش تراکنش بالایی را به ارمغان بیاورند.

قرارداد هوشمند رول آپ دانش صفر در لایه 2 قرار دارد و اطلاعات زمانی قابل ویرایش هستند که یک «اثبات اعتبار» (validity proof) برای آن ایجاد شود که یکپارچگی اطلاعات بلاک چین را به چالش نکشد. تا حدودی میتوان گفت که رول آپ دانش صفر شبیه به اثبات سهام عمل میکند؛ با این تفاوت که به جای سپردهگذاری از قراردادهای هوشمند و اطلاعات رمزنگاریشده استفاده میشود.
اطلاعات تراکنشها در رول آپ دانش صفر بدون نیاز به افشای اطلاعات تأیید میشود. به همین دلیل این نوع رول آپ میتواند حریم خصوصی را تا حد زیادی بالا ببرد.
از جمله پروژههای دانش صفر میتوان به «لوپرینگ» (Loopring)، ایمیوتبل ایکس (Immutable X)، آزتک (Aztec 2.0) و «استارک ور» (StarkWare) اشاره کرد.
آپتیمیستیک رول آپ
رول آپهای آپتیمیستیک در همان زنجیره اصلی قرار دارند و میتوانند خدمات بلاکچینهای مختلف را ترکیب کنند که از لازمههای محیط دیفای به حساب میآید.
این رول آپها هیچگونه محاسبات ریاضی و پردازش خاصی را صورت نمیدهند و صرفاً وقتی که یک تراکنش تکمیل شد آن را تأیید کرده و به زنجیره اصلی برای بررسی بیشتر ارسال میکنند. اگر یک تراکنش به نظر مشکوک بیاید، رول آپ به صورت اتوماتیک دستور میدهد که باید محاسبات و تأییدیههای لازم برای تکمیل آن تراکنش صورت بگیرد.

در نتیجه، این پروسه میتواند زمان زیادی را برای برداشت بگیرد که از نقاط ضعف این رول آپ به شمار میرود. در واقع، آپتیمیستیک رول آپ به صورت پیشفرض و «خوشبینانه» فرض را بر این میگذارد که تراکنشها قابل تأیید هستند. برای جبران این فرآیند در رول آپ آپتیمیستیک از یک بازه زمانی 7 روزه برای برداشت استفاده میشود تا کاربران فرصت چالش اطلاعات را داشته باشند.
رول آپ آپتیمیستیک نسبت به رول آپ دانش صفر سرعت کمتری دارد و زمان زیادی را برای پردازش نیاز دارد. دلیل این موضوع را باید در نیاز آپتیمیستیک به انتقال اطلاعات به اعتبارسنجهای بیرونی دانست که وظیفه بررسی درخت مرکل را بر عهده خواهند داشت.
«آپتیمیسم» (Optimism) و «آربیتروم» (Arbitrum) از پروژههای رولآپ آپتیمیستیک هستند.
تفاوت لایه 1 و لایه 2
لایه 1 همان شبکه اصلی بلاک چین است و مسئول تراکنشهای آنچین (on-chain) میباشد. در واقع، تراکنشهای اصلی شبکه بر این بستر قرار میگیرند.
لایه 2 یک شبکه متصل به لایه اصلی است که مسئول تراکنشهای بیرونی شبکه است. عموماً لایه 2 به پروژههای جانبی اشاره دارد که بر بستر لایه اصلی بلاک چین راهاندازی میشوند و نقش یک «راهکار» را ایفا میکنند. آنها باید مشکلات بلاک چین لایه 1 را حل کنند.
مزایای راهکارهای لایه دوم
- افزایش توان عملیاتی (تراکنش بر ثانیه) باعث میشود که کاربران با اعتماد بیشتری در شبکههای رمز ارز حضور داشته باشند و ترافیک شبکه کاهش یابد که باز هم موجب بهبود خدمات مالی غیر متمرکز برای کاربران خواهد شد.
- تراکنشها به صورت گروهی به شبکه اصلی ارسال میشوند که کارمزدهای شبکه را کاهش میدهد.
- راهکارهای لایه دوم را میتوان مرتباً آپدیت کرد و این آپدیتها هم تأثیری بر بلاکچین اصلی نخواهد داشت. عدم تأثیرپذیری شبکه اصلی از راهکار لایه دوم به این دلیل است که این ساختارها بر روی شبکه اصلی قرار میگیرند.
- راهکارهای لایه دوم به صورت اختصاصی برای بهبود یک ویژگی خاص یا یک شبکه اصلی مشخص طراحی میشوند و همین موضوع باعث خواهد شد که دست توسعهدهندگان برای نوآوری باز باشد.
معایب راهکارهای لایه دوم
- نباید به هر پروژه لایه دوم و شبکه زیربنایی آن اعتماد کنید. استفاده از راهکارهای لایه دوم الزاماً یک ویژگی مثبت به حساب نمیآید و لازم است که کاربران حتماً تحقیقات خود را به صورت مستقل پیش از سرمایهگذاری در چنین پروژههایی انجام دهند.
- این راهکارهای لایه دوم ممکن است اتصال میان پلتفرمهای مختلف را مختل سازند.
آینده بلاکچینها به کمک راهکارهای لایه دوم
در حال حاضر، اتریوم به مهمترین بستر آزمایشی برای آزمودن راهکارهای لایه دوم تبدیل شده است. بازخورد این ساختارهای لایه دو مطمئناً میتواند مسیر آینده رمزارزها را ترسیم کند. اگر این پروژهها موفق به ایجاد مقیاسپذیری در شبکههای زیربنایی شوند، آن گاه یک آینده روشن در انتظار کریپتوکارنسی خواهد بود و کاربران میتوانند با خوشبینی بیشتری وارد پروسه سرمایهگذاری در این حوزه شوند.

یادتان باشد که اگر مشکل مقیاسپذیری حل نشود، به این معنا خواهد بود که حوزه کریپتوکارنسی ظرفیت پاسخگویی به کاربران را نخواهد داشت و نمیتواند حوزه مالی را به صورت غیر متمرکز پیادهسازی کند که یک سیگنال ناامیدکننده به شمار میآید.
علاوه بر بحث مقیاسپذیری، راه حلهای لایه دوم باید قادر به افزایش سرعت شبکه و کاهش کارمزدها هم باشند تا یک بستر رقابتی را با روشهای پرداخت مرسوم به وجود بیاورند.
البته خوشبختانه آینده رمزارزها فقط به راهکارهای لایه دوم گره نخورده است. همین حالا هم اتریوم علاوه بر این راه حلها از روشهای لایه 1 (همچون شاردینگ) استفاده میکند که در طول مقاله به آنها اشاره شد. همچنین پلهای بلاکچینی هم در میان لایههای دوم در حال توسعه هستند که تعاملپذیری بلاکچینها را افزایش میدهد.
جذابیت این موضوع زمانی افزایش مییابد که نگاهی به تلاش توسعهدهندگان مختلف بیندازیم که با بهرهگیری از دانش خود توانستهاند در این راه به نوآوریهای بسیاری برسند. در واقع هر چه در طول این مقاله گفته شد، نوآوریهایی است که آینده ارزهای دیجیتال را به صورت کلی متحول کرده است و احتمالاً در آینده هم ادامه داشته باشد.

به نظر میرسد که چارهای جز تسلیمشدن به بلاکچینها به عنوان روش پرداخت آتی مردم وجود نخواهد داشت و آینده خدمات در گرو همین رمزارزها و گسترش پذیرش بلاکچینهاست. رول آپهای دانش صفر همین حالا هم وعده میدهند که قابلیت پردازش 100 هزار تراکنش بر ثانیه را دارند که حتی فراتر از اغلب سیستمهای پرداخت اعتباری است.
بلاکچینهای تعاملپذیر هم یک ساختار مقیاسپذیر و گسترده را به وجود میآورند که حوزه وظایف این بلاکچینها را به صورت بهینه افزایش میدهد. امید میرود که در آینده شاهد یک ساختار کاربردی و منحصر به فرد برای سیستمهای مالی باشیم که از دل ساختار بلاک چین به وجود بیاید و حتی قابلیت پردازش تراکنشهای کوچک را هم داشته باشد.