مثلث بلاک چین (Blockchain Trilemma) چیست؟ پروژه‌ها بر سر این ۳ راهی!

در سال‌های اخیر،شاهد ظهور هزاران پروژه کریپتویی بوده‌ایم که هر یک با هدف مشخصی بر دنیای غیرمتمرکز گام نهادند. برخی در صدد رفع مشکلات بلاک چین‌های پیشین مانند اتریوم و بیت کوین برآمدند و برخی هم مانند تزوس، ما را با راه حل‌های جدیدی مانند مکانیزم Self-Amendment آشنا کردند که شبکه را از معرفی هاردفورک بی‌نیاز می‌سازد.

علی رغم توسعه روزافزون انواع بلاک چین‌ها در عصر تکنولوژی، کماکان نمی‌توان آن‌ها را بی نقص قلمداد کرد. چرا که هر کدام به نوبه خود از کمبودهایی برخوردارند. برای نمونه با وجود امکانات پیشرفته، شبکه سولانا تا کنون بارها با قطعی‌های چندساعته مواجه شده و بسیاری از کاربران از انجام تراکنش‌های خود ناکام مانده‌اند.

به طور خلاصه، بلاک چین‌ها تمایل دارند تا به ۳ هدف اساسی دست یابند. به مجموعه این اهداف، اصطلاحا سه راهی بلاک چین یا Blockchain Trilemma می‌گویند. در مطلب امروز با ۳ ضلع این مثلث آشنا شده و چالش‌های هریک را بررسی خواهیم کرد.

سه راهی بلاک چین چیست؟

همگی کمابیش با مفهوم بلاک چین آشنا هستیم. بلاک چین را می‌توان به عنوان یک پایگاه داده توزیع شده (Distributed) برای ذخیره و پردازش اطلاعات تعریف کرد که رویکردی غیرمتمرکز (Decentralized) دارد.

در بلاک چین، داده‌ها در واحد‌هایی به نام بلاک (Block) ذخیره می‌شوند که غیرقابل تغییر (Immutable) هستند و با ترتیب زمانی، به صورت زنجیروار در امتداد یکدیگر آمده‌اند. این تکنولوژی پایه و اساس دنیای کریپتو بوده و در صنایع دیگر هم کاربرد دارد.

اصطلاح Blockchain Trilemma برای اولین بار در سال ۲۰۱۷ و توسط یکی از بنیانگذاران اتریوم یعنی ویتالیک بوترین معرفی شد. طبق این عبارت، شبکه‌های بلاک چینی به سه شاخصه اصلی نیاز دارند. این سه معیار چیزی نیستند جز: تمرکز زدایی، امنیت و مقیاس پذیری

به طور کلی، مفهوم سه راهی بلاک چین به این اشاره دارد که تحقق هر سه هدف بلاک چین‌ها، امری آسان نبوده و دستیابی به یک خواسته، معمولا تضعیف دیگر فاکتورها را به دنبال دارد.

به عنوان مثال، شبکه X کار خود را آغاز کرده و تا کنون هزار کاربر در آن فعالیت دارند. در شرایط فعلی، هزینه و امنیت بلاک چین در سطح مناسبی قرار دارد. امّا آیا با رسیدن شمار کاربران به ۱۰ هزار نفر، این بلاک چین باز هم می‌تواند تراکنش‌ها را با هزینه و سرعت قبلی پردازش کند؟ اگر پاسخ مثبت باشد، باید به آن‌ها تبریک بگوییم!

تا پیش از مهاجرت شبکه قرارداد هوشمند اتریوم به الگوریتم اثبات سهام (PoS) بسیاری از هزینه بالای کارمزد و سرعت پایین تراکنش‌های اتریوم گله‌مند بودند. در چنین شرایطی، اتریوم توانسته به سبب حجم بالای معاملات و ماینرهای بسیار، امنیت و تمرکز زدایی را به طور مناسبی تامین کند.

با این وجود، در رسیدن به ضلع سوم (مقیاس پذیری) چندان امیدوارکننده عمل نکرده است. اگرچه پس از آپدیت Merge اتریوم، تا حد زیادی مشکلات مقیاس پذیری این شبکه برطرف شد. در ادامه به صورت جداگانه با اضلاع مثلث بلاک چین آشنا می‌شویم.

– امنیت بلاک چین (Blockchain Security)

تفاوتی ندارد که سیستم ما متمرکز باشد یا غیرمتمرکز؛ در هر حال نیاز داریم تا امنیت شبکه را اولویت قرار دهیم. به عبارتی، تمامی اجزا به خصوص نود در بلاک چین، می‌بایست در برابر حملات مختلف مقاومت داشته باشند.

در شبکه‌های متمرکز (Centralized)، امنیت سیستم توسط کنترل کننده یا توسعه دهنده آن پروژه تامین می‌شود. مانند توسعه دهندگان سیستم عامل iOS که امنیت تلفن‌های برند اپل را تضمین می‌کنند و جز عده مشخصی از افراد، کسی امکان دخل و تصرف در داخل پلتفرم را ندارد. امّا آیا در سیستم‌های غیرمتمرکز هم با چنین چیزی روبرو هستیم؟

برای درک بهتر ساز و کار امنیتی سیستم‌های غیرمتمرکز، می‌توانیم از بیت کوین به عنوان نمونه استفاده کنیم. تاریخچه بیت کوین

بیت کوین خود را نخستین سیستم پرداخت همتا به همتا (Peer-to-Peer) معرفی کرد و برای برقراری امنیت و تمرکز زدایی در شبکه، از تکنولوژی رمزنگاری (Cryptography) و مکانیزم اثبات کار (Proof-of-Work) بهره برد.

به واسطه توابع Hash و اثبات کار، تنها افرادی می‌توانند در اعتبارسنجی بلاک‌ها مشارکت کنند که با اختصاص توان محاسباتی خود، معادلات پیچیده بلاک چین را حل کرده و به پیشبرد اهداف شبکه کمک کنند. به منظور جبران فعالیت استخراج، شبکه بیت کوین پاداشی را به این افراد اعطا خواهد کرد.

به اعتقاد بسیاری از صاحب نظران، ساز و کار PoW ایده آل ترین ابزار برای بهبود امنیت و تمرکز زدایی در بازار به شمار می‌آید. با این حال، بسیاری هم معتقدند که این الگوریتم در تامین مقیاس پذیری موفق نبوده و شبکه‌های پیرو آن مانند بیت کوین، با کندی تراکنش‌ها روبرو هستند.

همانطور که احتمالا می‌دانید، گستردگی اجتماع و افزایش شرکت کنندگان شبکه (Nodeها)، بر ایمنی و تمرکز زدایی در زنجیره می‌افزاید. هرچه تعداد شرکت کنندگان در یک پلتفرم بیشتر باشد، کنترل آن دشوارتر بوده و احتمال وقوع خطراتی مانند حمله ۵۱ درصد وجود دارد.

البته همانطور که گفتیم، علی رغم اثر مثبت اجتماع گسترده در امنیت و تمرکززدایی، همچنان با مشکلاتی مانند ترافیک در شبکه و کندی تراکنش‌ها روبرو هستیم که به اصل مقیاس پذیری مربوط می‌شود. در بخش‌های بعدی بیشتر به این مفهوم می‌پردازیم.

– تمرکز زدایی (Decentralization)

اگر نگاهی به وایت پیپر بیت کوین بیاندازیم، می‌بینیم که از آن با نام «سیستم مالی همتا-به-همتا (Peer-to-Peer)» یاد شده است که بر غیرمتمرکز بودن آن دلالت دارد. به طور کلی، شاید بتوان گفت تمرکز زدایی (Decentralizaton) محسوس‌ترین ویژگی بلاک چین سیستم‌های مبتنی بر آن به حساب می‌آید.

ساز و کار سیستم‌های غیرمتمرکز به گونه‌ای طراحی شده که در آن‌ها، یک شخص یا نهاد خاص مسئول نیست و همانطور که در ابتدای بخش قبل یادآور شدیم، اختیارات شبکه میان اعضای آن پخش شده به همین خاطر آن‌ها را به نام غیرمتمرکز یا Decentralized می‌شناسیم.

در شبکه‌های غیرمتمرکز، هر فردی می‌تواند در امور شبکه مشارکت داشته باشد. البته برخی فعالیت‌ها مانند اعتبارسنجی بلاک‌ها و تصمیم گیری در پلتفرم، به عده محدودتری از اعضا اختصاص دارد. این عده می‌توانند صلاحیت خود را با استیک کردن بخشی از دارایی‌ها و یا مشارکت در فعالیت‌های مربوط به استخراج (Mining)، اثبات کنند.

مکانیزم‌های اجماعی مانند اثبات کار و اثبات سهام، در بهبود امنیت و تمرکز زدایی در پلتفرم‌های غیرمتمرکز تاثیرگذار هستند. امّا آیا ویژگی‌های یک بلاک چین ایده آل به ایمن و غیرمتمرکز بودن محدود می‌شود؟

در مثال اتریوم متوجه شدیم که غیرمتمرکز بودن یک پروژه به تنهایی کافی نبوده و با افزایش میزان فعالیت شبکه و ایجاد ترافیک بیشتر، داده‌ها با سرعت کمتری پردازش می‌شوند. بنابراین برای بهبود این عملکرد، نیاز داریم تا به ضلع سوم مثلث بلاک چین آشنا شویم. این مشخصه چیزی نیست جز مقیاس پذیری!

– مقیاس پذیری (Scalibility)

در مقایسه با اضلاع قبلی، مفهوم مقیاس پذیری یا Scalibility را می‌توان کمی پیچیده تر دانست. مقیاس پذیری یکی از بنیادی‌ترین اهدافی است که هر بلاک چین آن را مورد توجه قرار می‌دهد. به طور کلی، این مفهوم بر پردازش تراکنش‌های بیشتر در زمان کمتر دلالت دارد.

اگر یک بلاک چین امکانات جذابی را ارائه کند و برای رفع مشکلات دنیای غیرمتمرکز قدمی بردارد، طبیعتاً طیف وسیعی از کاربران را به خود جذب خواهد کرد. امّا هرکه بامش بیش، برفش بیشتر!

برای حفظ کیفیت بلاک چین، شبکه نیاز دارد تا مقیاس پذیری خود را بهبود ببخشد. در غیر این صورت، شاهد افزایش هزینه کارمزد و کندی تراکنش‌ها خواهیم بود.

دلیل چنین مشکلاتی این است که تمرکززدایی و امنیت آنقدر برای بلاک چین اساسی هستند که اغلب توسعه دهندگان تمایل دارند ابتدا بر روی آن‌ها متمرکز شوند. با وجود امنیت بالای این دو شاخصه، نباید فراموش کرد که در بسیاری از مواقع، ضعف در مقیاس پذیری می‌تواند از احتمال موفقیت یک پروژه بلاک چینی بکاهد.

مقیاس پذیری برای بسیاری از بلاک چین‌ها به چالشی جدی بدل گشته که در صورت عدم موفقیت در افزایش کیفیت آن، هر زنجیره قادر به پردازش تعداد محدودی از تراکنش‌ها خواهد بود.

برخی پلتفرم‌ها مانند Visa، این قابلیت را دارند که در هر ثانیه، تا ۲۴ هزار تراکنش‌ را پردازش کنند. چنین پلتفرمی اضلاع امنیت و مقیاس پذیری را به سطوح مناسبی رسانده امّا رویکردی متمرکز دارد. بنابراین برقراری این سه راهی، برای کمپانی‌های بزرگ هم یک چالش محسوب می‌شود!

با این اوصاف، متوجه شدیم که پیشرفت هر شبکه، بار مسئولیت آن را سنگین تر می‌کند. با این حال، راه حل‌هایی برای تکمیل این سه راهی پیشنهاد می‌شود.

حل مشکل Blockchain Trilemma

در ریاضیات بارها به مسائل مرتبط با مثلث برخورده‌ایم و بسیاری از حل آن‌ها فراری بودیم. در دنیای غیرمتمرکز هم حل این معادله چالش‌های فراوانی را به همراه دارد. به عنوان مثال، توجه به سرعت و مقیاس پذیری شبکه، می‌تواند ریسک خطرات بلاک چینی را افزایش دهد.

در مقابل، ممکن است در برقراری امنیت موفق عمل کنیم امّا عواقب ضعف در مقیاس پذیری یعنی کارمزد بالا و سرعت پایین، به پاشنه آشیل ما تبدیل شوند!

بنابراین با تقویت یک شاخصه، ممکن است عوامل دیگر تضعیف و امور بلاک چین مورد پسند توسعه دهندگان و کاربران واقع نشود. حال بهتر است چه راه حل‌هایی را پیاده سازی کنیم؟

۱. شاردینگ (Sharding)

تکمیل سه گانه بلاک چین، یک هدفی آرمانی برای شبکه‌های دنیای رمز ارزها محسوب می‌شود. به همین خاطر، نمی‌توان گفت با انجام برخی فعالیت‌ها می‌توانیم بلاک چینی بی‌عیب و نقص در اختیار داشته باشیم. یعنی برای دستیابی به چنین اهدافی، یک مسیر ثابت یا شاه کلید مشخصی وجود ندارد! با این حال، یکی از این راه حل‌ها شاردینگ نام دارد که به بهبود مقیاس پذیری کمک می‌کند.

به منظور مدیریت و مرتب سازی داده‌های یک دیتابیس، قابلیت تقسیم بندی زنجیره‌ها یا Sharding مورد استفاده قرار می‌گیرد. در چنین ساز و کاری، بار مسئولیت از دوش یک زنجیره برداشته می‌شود و هر زنجیره به صورت مستقل فعالیت ‌می‌کند.

ناگفته نماند که علی رغم پردازش مستقل هر زنجیره، در نهایت یک زنجیره اصلی (Mainnet) وظیفه مدیریت و تایید فعالیت‌های این قسمت‌ها را بر عهده دارد.

آیا کاربرد شاردینگ به دنیای بلاک چین محدود می‌شود؟

۲. مکانیزم‌های اجماع مختلف

گفتیم که تضمین امنیت، یکی از مهمترین دلایل وجود مکانیزم اجماع در یک پلتفرم به شمار می‌آید. همچنین بررسی کردیم که مکانیزم اجماع PoW، امنیت و تمرکز زدایی شبکه را ارتقا می‌دهد. امّا با مقیاس پذیری بلاک چین همسو نیست.

هر بلاک چینی، با یک الگوریتم اجماع همخوانی دارد. به عنوان مثال، اتریوم که در گروه مهم ترین شبکه‌های پیرو PoW قرار داشت، پس از سال‌ها توسعه و برنامه ریزی، به سیستم اثبات سهام مهاجرت کرد تا مقیاس پذیری خود را بهبود بخشد. استیکینگ چیست؟

اگرچه که پس از گذشت مدتی، می‌توانیم عملکرد استیک اتریوم را ارزیابی کنیم و ببینیم که آیا با ارتقای مقیاس پذیری، ویتالیک بوترین توانسته به هر ۳ هدف خود دست یابد؟

در هر حال، PoS هم نوع دیگری از مکانیزم‌های اجماع بوده که برخلاف PoW، به نیروی محاسباتی و تجهیزات قدرتمندتر متکی نیست و با توجه به میزان دارایی تخصیص یافته توسط سپرده گذاران اداره می‌شود.

۳. راه حل‌های لایه دوم

در تغییر مکانیزم اجماع (مثلا انتقال از PoW و PoS)، زیربنای یک شبکه تغییر خواهد کرد. امّا گاهی اوقات به جای تغییر در زیرساخت‌های پلتفرم، تیم‌های توسعه دهنده پروژه‌ها تصمیم می‌گیرند تا پروتکل‌های لایه ۲ را ایجاد کنند.

توسعه دهندگان این پلتفرم‌ها، راه دستیابی به اهداف خود را در مواردی مانند استفاده از زنجیره‌های جانبی (Side Chain) و یا کانال‌های پرداخت (State Channel) مشاهده می‌کنند. آشنایی با مفهوم لایه دوم یا Layer 2 در اتریوم

سایدچین‌ها بلاک چین‌های جداگانه‌ای هستند که در عین اتصال به شبکه اصلی (لایه ۱)، فعالیت خود را ادامه می‌دهند. سازماندهی این زنجیره‌ها به گونه‌ای است که دارایی‌ها می‌توانند میان این دو جابجا شوند.

با این تفاوت که در پروتکل‌های لایه دوم، تراکنش‌ها با سرعت بیشتر و هزینه کمتری انجام می‌پذیرند. دلیل این موضوع هم چیزی نیست جز ازدحام و بار مسئولیت کمتر در مقایسه با بلاک چین لایه اول.

علاوه بر زنجیره‌های جانبی، کانال‌ پرداخت یا State Channelها هم از دیگر راه حل‌های لایه دوم برای کاهش فشار زنجیره‌‌های لایه ۱ هستند.

در مقابل سایدچین‌ها، هر کانال پرداخت سعی می‌کند تا بدون ایجاد یک زنجیره مجزا، کاربران را قادر به تعامل در بلاک چین سازد.در چنین موقعیتی، کانال پرداخت از یک قرارداد هوشمند مشخص استفاده می‌کند تا کاربران بتوانند در بلاک چین فعالیت داشته باشند.

به عبارتی، فرایند پردازش توسط بلاک چین انجام نمی‌شود و مشخص کردن نقاط آغاز و پایان این کانال، تنها وظایف شبکه اصلی خواهند بود.

خلاصه مطالب

با مفهوم Blockchain Trilemma، بیش از هر زمانی متوجه شدیم که هیچ چیزی کامل نیست!

سه گانه بلاک چین، به سد محکمی برای اوج گیری بلاک چین‌ها تبدیل گشته است. همانطور که اشاره کردیم، اگر یک شبکه تصمیم داشته باشد تا بر روی مقیاس پذیری متمرکز شود، این احتمال وجود دارد که باگ‌های امنیتی شبکه گریبان این بلاک چین را بگیرد که خوانندگان وایت پیپر یا سرمایه گذاران آن را ناامید می‌سازد.

با این وجود، توسعه دهندگان روز به روز در تلاش هستند تا برای مقابله با چنین چالش‌هایی، راه حل‌های جدیدی را ارائه کنند. این موضوع می‌تواند ما را به موفقیت بیشتر بلاک‌ چین‌ها در آینده‌ای نه چندان دور امیدوار کند.

شما چطور فکر می‌کنید؟ آیا توسعه دهندگان بلاک چین‌های بزرگی مانند اتریوم، قادر خواهند بود تا تمامی اصول مورد نیاز را در بلاک چین خود پیاده سازی کنند و با ادغام دو زنجیره PoW و PoS، شبکه‌ای پایبند به هر ۳ اصل سه راهی بلاک چین‌ را در اختیار ما قرار دهند؟ به عقیده شما، کدام ضلع مثلث از اهمیت بالاتری برخوردار است؟