مقیاس پذیری در بلاک چین و ارز دیجیتال چیست؟

مقیاس‌پذیری بلاک چین به انگلیسی Blockchain scalability است. مقیاس‌پذیری یکی از مهم‌ترین مشکلات بلاک چین است و از بدو تولد بیت کوین هم موردتوجه خیلی‌ها قرارگرفته است. در این مقاله ما راه حل‌های مشکل را بررسی می‌کنیم و سپس به جوانب مثبت و منفی آن می‌پردازیم. در پایان ما ایده‌های جدید در مورد بلاک چین‌های مقیاس‌پذیر را معرفی خواهیم کرد.

توسعه پذیری یا مقیاس پذیری در بلاک چین

توسعه‌پذیری یا مقیاس‌پذیری یکی از ویژگی‌های یک سیستم است که نشان می‌دهد آن سیستم تا چه حد می‌تواند در مقیاس‌های بزرگ‌تر هم به شکل مشابه و پایدار فعالیت کند. و این‌یکی از مشکلات اصلی ارزهای دیجیتال و بیت کوین است. بیت کوین حدود 7 تراکنش را در ثانیه را مدیریت می‌کند. اتریوم هم نزدیک به بیست تراکنش در ثانیه را مدیریت می‌کند. پس مقیاس‌پذیری در بلاک چین به توانایی هر شبکه در پردازش تراکنش‌های فراوان در لحظه اطلاق می‌شود (TPS war).

بدیهی است که سرعت معاملات بیت کوین به هیچ‌وجه به پردازنده‌های پرداخت سنتی مانند Paypal یا Visa نزدیک نیست.

چرا بلاک چین آهسته است؟

یک شبکه غیرمتمرکز و توزیع‌شده بسیار کندتر از یک سیستم متمرکز مانند Visa یا Paypal است. برای درک دلیل باید نحوه کار Blockchain را بفهمیم.

مهم است که بدانید بلاک چین فناوری اساسی بسیاری از ارزهای رمز پایه است. چون بیت کوین اولین و شناخته‌شده‌ترین کاربرد فناوری بلاک چین است. بنابراین یک مثال مناسب برای توضیح است.

Blockchain به معنای واقعی کلمه یک زنجیره بلوک است که به ترتیب به یکدیگر متصل می‌شوند و هر بلوک حاوی معاملات تأییدشده است که غیرقابل تغییر، ایمن و عمومی هستند. دفترهای بلاک چین در مقایسه با سیستم‌های متمرکز سرعت کمتری دارند، زیرا برای انجام کارهای اضافی مواد پایین است:

میانگین زمان ایجاد بلوک: ایجاد و ایمن‌سازی بلوکی شامل حدود ۲۰۰۰ معامله با بیت کوین تقریباً 10 دقیقه طول می‌کشد. این بدان معناست که فقط مقدار معینی از معاملات در یک‌زمان معین قابل‌پردازش است.

محدودیت‌های اندازه بلوک: هر بلوک محدودیت یک مگابایت (1,000 کیلوبایت) دارد. این بدان معنی است که محدودیتی در مقدار تراکنش‌هایی که می‌تواند به بلوک اضافه شود وجود دارد. دلیل اولیه این محدودیت جلوگیری از حملات انکار سرویس (DOS) توسط هکرهایی بود که قصد ایجاد بلوک‌های عظیم (یا بی‌نهایت) را داشتند که به شبکه بیت کوین آسیب می‌رساند و آن را فلج می‌کند.

از زمان ایجاد آن، پایگاه کد منبع باز بیت کوین تغییرات بسیارکمی را مشاهده کرده است و ویژگی‌های اساسی آن – مانند زمان ایجاد بلوک و محدودیت اندازه بلوک – هنوز همان هستند. تعداد شرکت‌کنندگان در شبکه بیت کوین به بیش از ده میلیون کاربر روزانه رسیده است. می‌توانید استرس فوق‌العاده‌ای را که شبکه به دلیل استفاده و فعالیت بیشتر با آن روبرو است تصور کنید.

مقیاس پذیری بیت کوین

ولی در آینده مقیاس‌پذیری برای بیت کوین تبدیل به یک چالش می‌شود. در حال حاضر ویزا و مستر کارت حدود 2000 تراکنش را در ثانیه پردازش می‌کند و ارز دیجیتال ترون هم 2000 تراکنش را در ثانیه پردازش می‌کند. درحالی‌که بیت کوین سرعت کمتری دارد. حالا اینجا سؤال پیش می‌آید که آیا بیت کوین توسعه‌پذیر نمی‌باشد و از بازار رقابت کنار می‌رود؟

برای اینکه شما یک پروژه باکیفیت را انتخاب کنید باید معیارهای مثلث مدیریت پروژه (Project management triangle) را در نظر بگیرید. یعنی بررسی کنید که آن پروژه چقدر سریع، عالی و مقرون‌به‌صرفه است درحالی‌که هیچ پروژه‌ای نمی‌تواند این سه تا ویژگی را باهم داشته باشد. پس هر راه‌حلی که ارائه می‌شود باید رضایت تمامی توسعه‌دهندگان، ماینرها و سایر کاربران را تأمین کند.

اثرات منفی مقیاس پذیری بیت کوین

تأیید صحت امضا: هر معامله در داخل شبکه نیاز به امضای دیجیتالی دارد که توسط مالک کلیدهای خصوصی (که ازنظر فنی صاحبان کوین هستند) به‌صورت رمزنگاری ‌شده امضا شده است. این کار برای اثبات اصالت کوین‌ها و درنتیجه خود معامله در شبکه همتا به همتا اجباری است. تولید و تأیید این امضاها ازنظر محاسباتی بسیار پیچیده می‌باشد. از طرف دیگر، یک سیستم متمرکز به تأیید تک‌تک درخواست‌ها احتیاج ندارد، زیرا سرور مرکزی قوانین حاکم بر دسترسی چیره می‌باشد.

محاسبات زائد: یک سیستم توزیع‌شده به دلیل همانند شدن همان دفتر در بسیاری از نقاط دسترسی، به‌طور طبیعی زائد است. با توجه به منبع باز بودن بیت کوین، هرکسی می‌تواند به یک گره تبدیل شود و سرور خود را اداره کند. یک مزیت این معماری این است که شبکه فوق‌العاده ایمن است (نسبت به خطا مقاوم است). بااین‌حال  این بدان معناست که تراکنش‌ها باید به‌صورت جداگانه و برای هر گره در شبکه پردازش شوند، بنابراین نیاز به‌کار بیشتر و زمان بیشتری دارد. متناوباً، ارتباط مشتری و سرور در یک سیستم متمرکز نیاز به پردازش معامله فقط در یک نمونه دارد.

دستیابی به اجماع: دستیابی به‌اتفاق نظر در یک سیستم غیرمتمرکز یک نیاز حیاتی برای هر بلاک چین است. بیت کوین برای دستیابی به‌اتفاق نظر از سازوکار اجماع اثبات کار (POW) استفاده می‌کند که استخراج‌کنندگان را ملزم به حل مسائل پیچیده ریاضی با استفاده از منابع عظیم الکتریکی و محاسباتی می‌کند. پس از صحت اثبات، استخراج‌کننده برنده  بیت کوین پاداش می‌گیرد و شبکه با قرار گرفتن بلوک جدید در زنجیره بلوک موافقت می‌کند. این کار شامل ارتباط قابل‌توجهی بین گره‌ها برای اطمینان از وضعیت فعلی بلاک چین است. سازوکار اجماع به‌طور مستقیم بر میانگین زمان ایجاد بلوک تأثیر می‌گذارد. این عمل برای شبکه بیت کوین به‌طور کامل 10 دقیقه طول می‌کشد. در یک پایگاه داده متمرکز، احتمال معاملات متناقض حداقل است و بنابراین، به پردازش بسیار کمتری نیاز دارد.

هزینه‌های گران‌قیمت: در روزهای ابتدایی بیت کوین، می‌توانستید با پرداخت هزینه‌ای معادل فقط 0.05 دلار معامله را  انجام دهید. پس از آن این مقدار افزایش یافت. تصور کنید 40 دلار هزینه برای پرداخت 5 دلار بیت کوین بپردازید در این صورت بهتر بود تا از نقل و انتقالات بانکی به‌جای  بیت کوین استفاده کنید. هزینه‌های معامله بخش مهمی از شبکه برای تشویق ماینرها در پردازش و اعتبار سنجی معاملات  در شبکه می‌باشد. ازآنجاکه محدودیت بلوکی وجود دارد که فقط تعداد محدودی از معاملات می‌توانند در یک زمان مشخص در یک بلوک قرار بگیرند، استخراج‌کنندگان ازنظر مالی تشویق می‌شوند تا معاملات را که بالاترین هزینه‌ها را پرداخت می‌کنند انتخاب کنند. اگر می‌خواهید معامله شما سریع پردازش شود، پس باید هزینه‌های بیشتری بپردازید. این امر منجر به جنگ پیشنهادات می‌شود که در آن هنگام هزینه شبکه، هزینه‌های معامله بالاتر می‌رود.

افزایش زمان انتظار: یک شبکه متراکم همچنین منجر به افزایش زمان انتظار نیز می‌شود، زیرا فضای زیادی برای انجام معاملات در یک بلوک وجود دارد و ماینرها افرادی را که بالاترین هزینه‌ها را پرداخت می‌کنند در اولویت قرار می‌دهند. گفته می‌شود برخی فقط برای تأیید معاملات خود بیش از ساعت‌ها و حتی روزها صبر کرده‌اند! این‌یک دردسر اساسی برای کاربران، به‌ویژه کسانی که حداقل هزینه‌ها را می‌پردازند، ایجاد می‌کند.

تصویب جریان اصلی پایین: هزینه‌های معامله گران و مدت‌زمان طولانی انتظار مستقیماً بر تصویب جریان اصلی برای کاربران و بازرگانان تأثیر می‌گذارد. از همه مهم‌تر، بازرگانان بیت کوین – یا ارزهای رمز پایه را به‌عنوان وسیله‌ای مناسب برای پرداخت قبول نمی‌کنند. چرا بازرگانانی که می‌توانند با VISA یا  MasterCard که پردازش‌های آنی را انجام می‌دهد،  10 دقیقه تا یک ساعت صبر کنند تا معامله را تأیید کنند؟ پذیرش کمتر بازرگان به این معنی است که دارندگان ارزهای رمز پایه کمتر راهی برای استفاده از کوین‌های خود به‌عنوان وسیله پرداخت دارند. درواقع، چندین گزارش نشان می‌دهد که پذیرش بیت کوین توسط بازرگانان از سال ۲۰۱۷ در حال کاهش می‌باشد.

سه راهی مقیاس پذیری

ویتالیک بوترین Vitalik Buterin یک برنامه‌نویس و نویسنده کانادایی روسی است که اولین بار اصطلاح سه‌راهی مقیاس‌پذیری را مطرح کرد. به بیان ویتالیک بوترین سه ویژگی غیرمتمرکزسازی، امنیت و مقیاس‌پذیری را به‌طور همزمان در یک ارز دیجیتال نمی‌توان جای داد. تاکنون هیچ ارز دیجیتالی موفق به این کار نشده است و اگر ارزی بتواند همزمان این 3 ویژگی را در خود داشته باشد، یک ارز دیجیتال مطلوب است. در حال حاضر فقط ارز دیجیتال اتریوم دو تلاش می‌کند تا در آینده شامل این سه ویژگی باشد.

پس یک بلاکچین ایده آل باید سریع، امن و غیر متمرکز باشد.

از سه ویژگی مطرح‌شده، ارزها معمولاً دو ویژگی را به همراه دارند. به‌عنوان مثال، بیت کوین و سایر ارزهای مبتنی بر الگوریتم اجماع اثبات کار (Proof of Work) دو ویژگی نامتمرکز بودن و امنیت را شامل می‌شوند، اما سرعت کافی و مقیاس‌پذیری مناسبی ندارند. از طرفی، ریپل با فدا کردن نامتمرکز بودن، دو ویژگی امنیت و سرعت را برای بلاک چین خود برگزیده است.

عموماً اکثر ارزهای مبتنی بر الگوریتم اجماع اثبات کار فاقد مقیاس‌پذیری مناسب هستند. این در حالی است که ارزهای دیجیتال مبتنی بر الگوریتم اجماع اثبات سهام (Proof of Stake) با فدا کردن یکی از ویژگی‌های امنیت و یا نامتمرکز بودن، مقیاس‌پذیری بالایی را ارائه می‌دهند. به‌عنوان مثال ایاس و کاردانو قابلیت پردازش هزاران تراکنش در ثانیه رادارند.

می‌توان شبکه نانو را یکی از مقیاس‌پذیرترین پلتفرم‌های کنونی در نظر گرفت زیرا:

1- تراکنش‌ها را دربسته مایکرو UDP فشرده می‌کند (همانند فایل zip)، بنابراین حتی رایانه‌های با ضعیف‌ترین سخت‌افزارها نیز می‌توانند تراکنش‌ها را پردازش کنند.

2- هر کاربر توان محاسباتی تراکنش خود در بلاک چین خود را ارائه می‌دهد. یعنی آنکه بلاک چین بزرگی وجود ندارد که سایر کاربران مجبور به پشتیبانی آن باشند.

3- بلاک چین‌های فردی فقط آخرین موجودی‌تر حساب کاربر را ذخیره می‌کند و نه سابقه تراکنش‌های تمام کاربران.

دستیابی به مقیاس پذیری نامحدود اساسا به معنای از دست دادن امنیت می باشد.

گنجاندن این سه ویژگی به‌طور همزمان در یک ارز دیجیتال کار دشواری است. لذا بسیاری از پروژه‌ها به‌منظور افزایش مقیاس‌پذیری خود، به‌ناچار مجبورند که امنیت و یا نامتمرکز بودن که ذات یک بلاک چین است را فدا کنند.

ایده های جدید رفع مشکل مقیاس پذیری

شبکه لایتینگ Lighting Network در این مورد به کمک آمده است. شبکه لایتینگ، استفاده از یک‌لایه بالاتر شبکه بیت کوین را پیشنهاد می‌کند که در آن هیچ الزامی برای ذخیره تراکنش‌ها در بلاک چین وجود ندارد بلکه تراکنش‌ها می‌توانند در جای دیگری ثبت شوند. شبکه لایتینگ شاید بتواند مشکل مقیاس‌پذیری را حل کند ولی ازنظر امنیتی آن‌چنان قدرتمند نیست. ایده شاردینگ هم به‌راحتی می‌تواند باعث حل مشکل مقیاس‌پذیری در ارزهای دیجیتال شود.

درواقع، برخی بر این باورند که آینده رمز ارزها در کل ممکن است مستقل از بلاک چین شود. بسترهایی مثل بایت‌بال (Byteball) و IOTA به‌هیچ‌وجه از بلاک استفاده نمی‌کنند و در عوض معاملات جدید مسئول تأیید پاداش‌های به‌موقع هستند.

راهکار دیگری به نام پلاسما کش وجود دارد که به هر کاربر اجازه می‌دهد تا فقط بر روی بلوک‌هایی خاص تمرکز کنند. بر اساس این روش کاربران به بلوک‌هایی که مرتبط با تراکنش‌های خودشان است توجه می‌کنند که سبب جلوگیری از انجام تراکنش‌های جعلی می‌شود و شبکه بلاک چین را بهینه‌سازی می‌کند.

سوالات متداول