مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین چیست؟

بلاک‌چین بیت‌ کوین بزرگ‌ترین ارز دیجیتال در جهان است که برای مبادله و سرمایه‌گذاری مورداستفاده قرار می‌گیرد. این ارز دیجیتال از زمان عرضه اولیه آن تا امروز با افزایش محبوبیت زیادی روبرو بوده است که موجب افزایش کاربران آن شده است. اما در کنار رشد هر شبکه ارز دیجیتال انتظاراتی از سوی کاربران آن مبنی بر بروز شدن برای استفاده بهتر آن را در پی دارد. ارز دیجیتال بیت‌ کوین در کنار ویژگی‌های قابل‌توجهی که برای انجام تراکنش‌ها دارد اما ارز مقیاس‌پذیری نیست. این امر یک مسئله جدی است که از سوی توسعه‌دهندگان آن قابل‌پیش‌بینی نبوده است. مقیاس‌پذیری در از ر‌های دیجیتال اهمیت زیادی دارد. مقیاس‌پذیری ارز دیجیتال به چه معنی است؟ به زبان ساده مقیاس‌پذیری شبکه بلاک‌چین در ارزهای دیجیتال به این معنی است که شبکه قادر به ذخیره و پردازش تراکنش‌های کاربران خود را داشته باشد. عدم محدودیت برای انجام تراکنش‌های بالا قابلیتی است که از یک شبکه ارز دیجیتال انتظار می‌رود که نبود آن موجب می‌شود هزینه‌های تراکنش به طور قابل‌توجهی برای کاربران بالا رفته و عدم رضایت آنها را در پی داشته باشد. از طرفی محدودیت در تعداد تراکنش‌ها موجب کاهش سرعت تراکنش‌ها می‌شود.مقیاس‌پذیری ارز دیجیتال بیت‌ کوینبلاک‌چین بیت‌ کوین بزرگ‌ترین بستر ذخیره اطلاعات در میان ارزهای دیجیتال بوده و بسیاری از دیگر ارزهای دیجیتال وابسته به سیستم بلاک‌چین بیت‌ کوین در کنار آن رشد کرده و وابسته به آن مشغول فعالیت است. شبکه بیت‌ کوین حاوی بلاک‌هایی برای انجام تراکنش است. اگرچه توسعه‌دهندگان ارز دیجیتال بیت‌ کوین هیچ‌گاه تصور نمی‌کردند انجام تراکنش‌های بیت‌ کوین با چنین سرعت بالایی صورت ‌گیرد. امروزه حجم بلاک‌ها در بهترین حالت به ۱ مگابایت رسیده است. به‌طوری‌که هر بلاک قابلیت ذخیره ۴۰۰۰ تراکنش را دارد. در این شرایط انجام تراکنش‌ها به ۷ تراکنش در هر ثانیه رسیده است. اما باید در نظر داشت که میزان تراکنش‌ها در زمان‌های مختلف متفاوت است و درزمانی که ترافیک شبکه بالا باشد قابلیت پاسخگوی به این میزان از تراکنش‌ها را نخواهد داشت. همچنین با رشد روزافزون این شبکه و افزایش کاربران آن به طور گسترده, این امر موجب شده است مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین بیت‌ کوین تأمین‌کننده نیازهای کاربران نباشد. عوامل مختلفی وجود دارد که در مقیاس‌پذیر بودن ارز دیجیتال بیت‌ کوین تأثیرگذار است: عوامل مؤثر در مقیاس‌پذیری :1. هزینه و ظرفیتشبکه بلاک‌چین شبکه از بلاک‌ها است که اطلاعات مربوط به هر بلاک، در گره‌ها ذخیره شود و این امر مستلزم فضای کافی برای ذخیره داده‌ها است. کافی نبودن فضا در شبکه بلاک‌چین مشکلی بزرگ است که موجب کاهش مقدار تراکنش‌ها می‌شود و تأمین فضای کافی هزینه زیادی را برای مدیران این شبکه در پی دارد.• شبکه‌سازیشبکه‌سازی عملیاتی است که در طی انجام یک تراکنش انجام می‌شود. به این صورت که در زمان درخواست هر تراکنش، در تمام گره‌ها منتشر شده و با استخراج یک بلاک به تمام گره‌ها ارسال می‌شود که نیاز به منابع شبکه‌ای کافی دارد. انجام شبکه‌سازی درصورتی‌که تعداد گره‌ها و تراکنش‌ها افزایش یابد، امکان اخیر بسیار رایج است. اما این امر نیاز به یک سیستمی کارآمد و قابل‌اعتماد، برای انتقال داده، احساس می‌شود.• توان عملیاتیبا بزرگ‌تر شدن شبکه بلاک‌چین و افزایش گره‌ها و تراکنش‌ها، میزان اطلاعات و فضایی که هر تراکنش نیاز دارد نیز افزایش پیدا می‌کند. همچنین به‌ازای تأیید و پردازش هر تراکنش منابع مربوط به آن نیز افزایش می‌یابد. ازاین‌رو ماینرها برای پردازش و تا بیشتر تراکنش‌ها به توان عملیاتی بیشتری نیاز دارد. • محدودیت‌هامحدودیت‌هایی که شبکه‌های سخت‌افزاری برای تأمین و نگهداری نیاز دارد یکی از بزرگ‌ترین مشکلاتی است که شبکه بلاک‌چین با این روبرو است. • هزینه‌های تراکنش هر تراکنش در بلاک‌چین کارمزد دارد. با گسترش مدام این شبکه‌ها، برخی از کاربران، تمایل دارند با هزینه کرد بیشتری، تراکنش‌های خود را به تأیید برسانند و این خود شاید باعث شود، تراکنش‌های دیگری مدت‌ها در صف تراکنش باقی بمانند.• اندازه بلاکحجم هر بلاک در شبکه بلاک‌چین بیت‌ کوین در روزهای اولیه به‌اندازه ۱ مگابایت بود و در حدود ۲۰۰۰ تراکنش داشت. اما امروزه با افزایش تعداد تراکنش‌ها در شبکه که باعث افزایش اندازه بلاک شده بر مقیاس‌پذیری تأثیرگذار است.• زمان پاسخهمه تراکنش‌ها در بلاک‌چین یک پروسه اعتبارسنجی را طی می کنند. نظر به تعداد تراکنش‌ها، آنها می بایست زمان زیادی برای تایید اعتبارشان در صف انتظار بمانند. این زمان انتظار برای اعتبارسنجی تراکنش ها در زمان های اوج انجام تراکنش ها، افزایش می یابد. پس زمان، یکی از موارد چالش در مقیاس پذیری در بلاکچین است. سه‌راهی مقیاس‌پذیری بیت‌ کوینبلاک چین بیت کوینهر بلاک‌چین نمی‌تواند بیشتر از دو تا از این سه ویژگی مقیاس‌پذیری را داشته باشد: سریع، امن و غیرمتمرکز بودن. داشتن هر سه ویژگی غیرمتمرکز بودن، امن بودن و سریع بودن با هم به معنای مقیاس‌پذیر بودن یک بلاک‌چین است. تا امروز هیچ بلاک‌چینی قابلیت تاکنون هیچ‌کس موفق به دستیابی به هرچه ویژگی با هم نبوده است. گرچه خبرهایی از نزدیک شدن به آن به گوش می‌رسد. ویژگی‌هایی یک بلاک‌چین مقیاس‌پذیر: • سریع بودن یک امر مهم برای بلاک‌چین‌ها است سرعت بالا در انجام تراکنش‌ها است. این به‌منظور انجام تراکنش‌های بالا در زمان کمتر است.• امنیت امر بسیار مهمی است که به‌ویژه برای سیستم‌هایی مالی بسیار حیاتی است. اگرچه تهدیدات امنیتی همیشه وجود دارد. حملات مختلفی که سیستم‌های امنیتی را برای خارج‌کردن از کنترل تهدید می‌کند یا حملات سیبی (یک عامل چندین هویت را جعل و استفاده کند) یا حملات محروم‌سازی از سرویس (DDoS). اما مقاوم بودن در برابر آن از اهمیت قابل‌توجهی برخوردار است.• یک بلاک‌چین مقیاس‌پذیر غیرمتمرکز است. علاوه بر داشتن مزایای دیگر، این اطمینان را می‌دهد که هیچ عامل منفرد یا گروهی از عوامل توانایی سرقت زنجیره، سانسور آن یا اعمال تغییرات در مدیریت را از طریق معاملات پنهانی ندارد. این مزیت می‌تواند در کاربردهای کسب‌وکارهایی که در آن عموماً شرکت‌کنندگان به یکدیگر اعتماد ندارند، مفید واقع شود. در مورد بلاک‌چین‌های عمومی و غیرقانونی، به هرکسی امکان عضویت و شرکت در شبکه داده می‌شود.رویکردهای مقیاس‌پذیر بودن بلاک‌چینپروتکل اجماع اثبات کاربا وجود آگاهی درباره ویژگی‌ها و قابلیت‌هایی که از یک بلاک‌چین مقیاس‌پذیر انتظار داریم اما کناره قرارگرفتن هر سه شروط برای یک بلاک‌چین کار مشکلی است. تأمین امنیت کاربران و امن بودن آن در برابر حملات مختلف مهم‌ترین امری است که برای جلب اعتماد یک شبکه بلاک‌چین مهم است. شبکه بلاک‌چین برای دور بودن از حملات سیستم خود را از فناوری اثبات کار استفاده می‌کند. شیوه کار در یک سیستم اثبات کار، به این صورت است که نودها باید پیش از اضافه‌شدن بلاک به زنجیره بلاک‌چین، مقدار زیادی برق مصرف کنند. انجام این یک فرایند زمان زیادی نیاز دارد، ازاین‌رو در زمان استفاده از زنجیره‌های اثبات کار در مکانیزم شبکه بلاک‌چین نمی‌تواند برای تأمین سرعت تراکنش‌های بلاک‌چین مدعی باشد. اگرچه این امر برای انجام تراکنش‌ها در تعداد زیاد اهمیت دارد اما برای یک شبکه بلاک‌چین عیب و کاستی محسوب نمی‌شود. چرا که این امر ارتباط مستقیمی با مکانیزم طراحی شده برای شبکه بلاک‌چین دارد و در کنار سایر ویژگی‌هایی که برای یک شبکه ضروری است اولویت محسوب نمی‌شود.پروتکل اثبات سهامبرای داشتن سرعت بالا در تراکنش‌ها می‌توان از گزینه‌های دیگری استفاده کرد. اثبات سهام، اثبات سهام نمایندگی شده، اثبات اعتبار و ... سایر پروتکل‌های اجماع است و از سرعت بیشتری نسبت به اثبات کار برخوردار است. انجام تراکنش‌ها تا هزار و ۱۵ هزار در ثانیه نیز قابل انجام است. اما برای می‌بایست آنها را از جنبه‌های مختلف مورد بررسی قرارداد تا الگوریتمی که انجام عملیات به‌صورت معنادار و قابل‌توجه برای سیستم شبکه بلاک‌چین برقرار کند. الگوریتم‌های غیر اثبات کار اگرچه از سرعت کمتری برای انجام تراکنش‌ها دارد اما در کنار سرعت بالا با سایر ویژگی‌ها از جمله امنیت و تمرکززدایی نیز باید تعادل ایجاد شود و داشتن اولویت‌هایی متناسب به هدف شبکه اهمیت دارد.شار دینگ (SHARDING)شار دینگ برپایی پایگاه‌های داده توزیع شده عمل می‌کند و گزینه مناسبی است که برای حل مشکل مقیاس‌پذیری بلاک‌چین معرفی شده است. در این سیستم تراکنش‌ها تجزیه می‌شود و به همین شکل داده‌ها پردازش می‌شود و قابلیت انجام عملیات به‌صورت متوالی روی چندین تراکنش میسر است. این پدیده داده‌ها به در تقسیم‌بندی‌های کوچک در زنجیره اصلی اطلاعات فعالیت می‌کنند و داده‌ها ثبات داشته و به‌صورت متعادل با پروتکل‌های ارتباطی در فعالیت هستند. بلاک‌چین تودرتوبلاک‌چین تودرتو یکی از راه‌های قابل‌توجه برای عدم مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین است. در این شبکه بلاک‌چین تراکنش‌ها روی یک شبکه به‌هم‌پیوسته اجرا می‌شود. این پدیده متشکل از یک زیرساخت شبکه غیرمتمرکز بوده و از بلاک‌چین اصلی برای ایجاد پارامترهایی برای شبکه بلاک‌چین بزرگ‌تر استفاده می‌کند. علاوه بر این اجرای تراکنش‌ها را بر روی یک شبکه به‌هم‌پیوسته از زنجیره‌های ثانویه نیز تضمین می‌کند. راه‌حل‌های بهبود مقیاس‌پذیری در بلاک‌چینافزایش حجم بلاک‌هایکی از کاربردی‌ترین راه‌ها برای افزایش ظرفیت بلاک‌چین و بهبود مقیاس‌پذیری شبکه افزایش اندازه بلاک است که یکی از محبوب‌ترین راه‌ها شناخته شده است. بلاک‌چین بیت‌ کوین اولین‌بار به‌منظور افزایش ظرفیت در سال ۲۰۱۷ اقدام به ساخت یک بلاک یک هارد فورک کرد به نام بیت‌ کوین کش. این پدیده جدید قادر به بهبودی شبکه بلاک‌چین و افزایش بهره‌وری آن شد. البته این روش نتوانست تأثیر مثبتی در کل شبکه بلاک‌چین ایجاد کند و باعث ایجاد کارکردهایی نامناسب در سایر پارامترهای ذخیره‌سازی، دارد. افزایش ظرفیت بلاک‌ها، ‌ موجب کاهش حجم کلی بلاک‌چین می‌شود. این اتفاق در تمام نودهای شبکه خواهد شد و موجب کاهش بلاک‌ها در شبکه می‌شود. از طرفی کاهش تعداد نود کامل، باعث کاهش تمرکززدایی در شبکه بلاک‌چین می‌شود.افزایش پاداش استخراجیکی دیگر از راه‌هایی که به‌طورکلی روی شبکه بلاک‌چین تأثیر مثبت دارد. افزایش نرخ پاداش استخراج توسط ماینرها است. افزایش این میزان موجب افزایش تولید کوین‌های دیجیتال و افزایش بلاک و افزایش TPS می‌شود.کاهش حجم تراکنش‌‌های شبکهکمتر بودن میزان تراکنش‌ها باعث سرعت انجام تراکنش و سرعت تا آنها و در نتیجه بهبود مقیاس‌پذیری در تراکنش‌های شبکه بلاک‌چین می‌شود. این امر باعث بهبود مقیاس‌پذیری و کاهش کارمزد در این شبکه خواهد شد.عوامل موثر بر عملکرد بلاک چیندر ادامه به بررسی عواملی می‌پردازیم که روی پرفورمنس یک بلاک‌چین اثرگذار هستند: تأخیر در شبکهتأخیر در شبکه یک عامل مؤثر در یک معماری توزیع شده و روی عملکرد کلی شبکه است. برای زمانی که نیاز است اعتبارسنجی انجام شود، لازم است اعتبارسنجی برای کلیه گره‌ها ارسال شود و پاسخ آنها باید برای اجماع مبتنی بر اکثریت جمع‌آوری شود. برای این منظور، بهره‌مندی از پهنای باند اختصاصی شبکه در کاهش تا خیر‌های شبکه و بهبود توان عملیاتی کلی شبکه بلاک‌چین کمک می‌کند.زیرساخت گرههر گره در شبکه بلاک‌چین دارای یک موتور زمان اجرا و یک پایگاه‌داده است که در محل یا در فضای ابری ذخیره می‌شود. در صورت نبود منابع زیرساخت اختصاصی (یعنی CPU، حافظه، هارددیسک) عملکرد گره به‌احتمال زیاد دچار اختلال می‌شود؛ بنابراین، ضروری است که اندازه زیرساخت و تخصیص (IOPS عملیات خروجی ورودی در هر ثانیه) به مقدار نیاز فراهم شود. اندازه تراکنشاطلاعات مربوط به هر تراکنش باید از طریق شبکه به همه گره‌ها منتقل شود، تراکنش‌های با داده‌های بیشتر زمان بیشتری را برای انتقال در تمام گره‌ها نیاز دارد. برای رفع این مشکل بهترین راه این است که اطلاعات هر تراکنش را در یک ذخیره‌سازی بیرون از زنجیره قرار داده و ذخیره نمایید و مرجع آنها را در بلاک‌چین ثبت کنید. ادغام تراکنشدرحالی‌که یک شبکه بلاک‌چین از چندین گره تشکیل شده است و در مجموع دسترسی بالایی را فراهم می‌کند، اما ظرفیت رسیدگی به تراکنش هر گره جداگانه تعیین می‌کند که چه تعداد تراکنش از برنامه‌های مشتری برای پردازش بیشتر پذیرفته می‌شود و این تأثیر مستقیمی بر توان عملیاتی کل شبکه دارد.جمع بندیدر نتیجه این مطلب باید اشاره کنیم که اگرچه راه‌هایی برای بهبود مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین ذکر شد اما این میزان قطعی نیست. به‌عبارت‌دیگر می‌توان گفت یک شبکه بلاک‌چین مقیاس‌پذیر است. برخی پارامترهای آن قابلیت تغییر دارد اما به‌طورقطع قابل‌حل نیست. بسیاری از پارامترهای آن مانند زمان و تعداد کاربران آنلاین به طور مستقیم تأثیر در میزان مقیاس‌پذیری آن دارد. با وجود روش‌هایی مختلف که معرفی شد اما هیچ یک به‌طورقطع متضمن درمان این مشکل برای شبکه‌های بلاک‌چین نبوده و هر شبکه باید باتوجه‌به میزان تراکنش و زمان‌‌های پیک تراکنش، روشی را برای بهبود این فرایند در پیش بگیرد. البته باز هم نمی‌توان گفت با روش اتخاذ شده، به طور حتمی مشکل در آن شبکه حل خواهد شد. بعلاوه باید بگوییم استفاده از شبکه‌های متمرکز راه بهتری برای استفاده از شبکه‌های مقیاس‌پذیر است. چراکه این شبکه‌ها از سرور مرکزی برخوردار است و قابلیت کنترل دارد که مشکلات موجود در شبکه را به‌راحتی حل کرده و یک شبکه کاملاً مقیاس‌پذیر تشکیل دهند.مرجع: coin360