مقیاس پذیری (Scalability) در بلاک چین به توانایی یک شبکه بلاکچین برای پردازش تعداد زیادی تراکنش در زمان کوتاه اشاره دارد. با گسترش استفاده از بلاک چین‌ها، به‌ویژه شبکه‌هایی مانند بیت‌کوین و اتریوم، این مشکل نمایان‌تر شده است. در واقع، بلاک چین‌های عمومی به دلیل غیرمتمرکز بودن و محدودیت‌های فنی، در پردازش تعداد زیادی از تراکنش‌ها به طور همزمان دچار مشکلاتی می‌شوند.
مشکلات مقیاس پذیری می‌تواند منجر به کاهش سرعت شبکه و افزایش کارمزدها شود. در این مقاله، مقیاس‌پذیری در بلاکچین، مشکلات و چالش‌های آن و راهکارهای موجود برای بهبود این مشکل را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
اهمیت مقیاس پذیری در بلاک چین
بلاک چین به عنوان یک فناوری نوآورانه که به‌طور عمده برای ارزهای دیجیتال و قراردادهای هوشمند استفاده می‌شود، با افزایش تعداد کاربران و تراکنش‌ها نیاز به مقیاس پذیری بیشتری دارد. شبکه‌های بلاک چینی اولیه مانند بیت‌کوین و اتریوم با محدودیت‌های فنی مانند تعداد محدودی از تراکنش‌هایی که در هر بلوک می‌توانند پردازش شوند، روبرو هستند. این محدودیت‌ها باعث شده‌اند که هزینه تراکنش‌ها و زمان تایید آنها به طور قابل توجهی افزایش یابد.
به طور خلاصه، یک بلاک چین مقیاس‌پذیر باید توانایی ارائه سه ویژگی اصلی را داشته باشد:
- افزایش تعداد تراکنش‌ها بدون کاهش سرعت: با افزایش تعداد کاربران و تراکنش‌ها، زمان تایید تراکنش نباید افزایش یابد.
- ثبات امنیتی: حتی با افزایش مقیاس، امنیت شبکه نباید کاهش یابد.
- هزینه‌های پایین تراکنش: شبکه مقیاس‌پذیر باید هزینه‌های پایین و بهینه‌تری داشته باشد.
چالش‌های مقیاس پذیری در بلاک چین
یکی از مهم‌ترین چالش‌ها در توسعه بلاک چین‌های عمومی مانند بیت‌کوین و اتریوم، حل مشکل مقیاس پذیری است. این شبکه‌ها به دلیل ماهیت غیرمتمرکز خود نمی‌توانند به اندازه سیستم‌های متمرکز تراکنش‌های سریع و با حجم بالا پردازش کنند. این چالش‌ها را می‌توان در سه بخش اصلی دسته‌بندی کرد:
- محدودیت در اندازه بلوک‌ها: در شبکه بیت‌کوین، اندازه هر بلوک محدود به ۱ مگابایت است، به این معنی که تعداد تراکنش‌هایی که در هر بلوک قرار می‌گیرند محدود است. این محدودیت به عنوان یکی از دلایل اصلی سرعت پایین تراکنش‌ها شناخته می‌شود.
- نیاز به توافق میان گره‌ها: هر تراکنش در بلاک چین باید توسط تمام گره‌های شبکه تأیید شود. این فرآیند، که به عنوان اجماع شناخته می‌شود، نیاز به زمان و منابع زیادی دارد و با افزایش تعداد تراکنش‌ها، سرعت شبکه کاهش می‌یابد.
- افزایش هزینه‌های تراکنش: با افزایش تعداد کاربران و حجم تراکنش‌ها، شبکه‌ها برای پردازش تراکنش‌های بیشتری دچار مشکل می‌شوند و کاربران باید کارمزدهای بالاتری پرداخت کنند تا تراکنش‌های آنها در زمان کوتاه‌تری تایید شود.
راهکارهای بهبود مقیاس پذیری
با توجه به چالش‌های مقیاس پذیری که توضیح داده شد، محققان و توسعه‌دهندگان بلاک چین چندین راهکار برای بهبود این وضعیت پیشنهاد داده‌اند. در این بخش، این راهکارها را بررسی می‌کنیم:
لایه اول (Layer 1) – بهبود درون زنجیره‌ای
بهبودهای لایه اول به معنای تغییرات و بهبودهای مستقیم در ساختار خود بلاک چین است. برخی از این راهکارها عبارتند از:
- افزایش اندازه بلوک‌ها: یکی از ساده‌ترین راهکارها برای افزایش مقیاس‌پذیری، افزایش اندازه بلوک‌ها است. به عنوان مثال، شبکه بیت‌کوین کش (Bitcoin Cash) این کار را انجام داده و اندازه بلوک‌ها را از ۱ مگابایت به ۸ مگابایت افزایش داده است. این کار باعث می‌شود که تراکنش‌های بیشتری در هر بلوک قرار بگیرند.
- بهبود الگوریتم اجماع: الگوریتم اجماع شبکه بلاک چین یکی از عواملی است که بر مقیاس‌پذیری تأثیر می‌گذارد. الگوریتم‌هایی مانند اثبات کار (PoW) نیازمند منابع بسیار زیادی برای تایید تراکنش‌ها هستند. الگوریتم‌های جدیدتر مانند اثبات سهام (PoS) می‌توانند بدون نیاز به این حجم از منابع، تراکنش‌ها را سریع‌تر و با هزینه کمتر تایید کنند.
- شاردینگ (Sharding): شاردینگ یکی از راهکارهای مقیاس پذیری است که شبکه را به چندین بخش (Shard) تقسیم می‌کند و هر بخش مستقل از بخش‌های دیگر تراکنش‌ها را پردازش می‌کند. این روش به شبکه اجازه می‌دهد تراکنش‌های بیشتری را به طور همزمان پردازش کند.
لایه دوم (Layer 2) – راهکارهای خارج از زنجیره
راهکارهای لایه دوم به معنای راهکارهایی است که در خارج از شبکه اصلی بلاک چین اعمال می‌شوند. این راهکارها به شبکه اجازه می‌دهند که تراکنش‌های بیشتری را بدون نیاز به تغییرات در ساختار شبکه اصلی پردازش کند:
- شبکه لایتنینگ (Lightning Network): شبکه لایتنینگ یکی از معروف‌ترین راهکارهای لایه دوم است که به کاربران اجازه می‌دهد تراکنش‌های خود را به صورت خارج از زنجیره و با سرعت بالا انجام دهند. این شبکه با ایجاد کانال‌های پرداخت بین کاربران، تراکنش‌ها را خارج از بلاک چین اصلی پردازش می‌کند و در نهایت تنها نتایج نهایی را به شبکه اصلی ارسال می‌کند.
- پلاسما (Plasma): پلاسما یک راهکار لایه دوم برای بلاک چین اتریوم است که تراکنش‌ها را به صورت جداگانه در زنجیره‌های کوچک‌تر (زنجیره‌های فرعی) پردازش می‌کند. این روش باعث می‌شود که تراکنش‌های زیادی به طور همزمان در زنجیره‌های فرعی انجام شود، در حالی که تنها نتایج نهایی در زنجیره اصلی ثبت می‌شود.
فشرده‌سازی داده‌ها و تراکنش‌ها
یکی دیگر از روش‌های بهبود مقیاس پذیری، فشرده‌سازی داده‌ها و تراکنش‌هاست. با فشرده‌سازی اطلاعات، حجم کمتری از داده‌ها باید در هر بلوک ذخیره شود، که این امر منجر به پردازش سریع‌تر تراکنش‌ها می‌شود. برخی از این روش‌ها عبارتند از:
- رول آپ‌ها (Rollups): رول‌آپ‌ها از جمله راهکارهای لایه دوم هستند که داده‌های تراکنش‌های متعدد را فشرده کرده و به صورت یکجا به شبکه اصلی ارسال می‌کنند. این روش به کاهش حجم داده‌ها و افزایش سرعت پردازش کمک می‌کند.
- استفاده از زیرو نالج (Zero Knowledge): زیرو نالج به معنای ارسال حداقلی اطلاعات برای تایید یک تراکنش است. این تکنیک به شبکه کمک می‌کند که تنها اطلاعات ضروری برای تایید تراکنش‌ها را ارسال کرده و از ارسال داده‌های غیرضروری جلوگیری کند.
استفاده از زنجیره‌های جانبی (Sidechains)
زنجیره‌های جانبی زنجیره‌های بلاک چینی هستند که به عنوان مکمل برای شبکه اصلی عمل می‌کنند. این زنجیره‌ها به کاربران اجازه می‌دهند که تراکنش‌های خود را در زنجیره جانبی پردازش کنند و تنها نتایج نهایی به زنجیره اصلی ارسال شود. این روش به افزایش مقیاس‌پذیری کمک می‌کند، زیرا پردازش تراکنش‌ها به صورت جداگانه در زنجیره‌های فرعی انجام می‌شود.
استفاده از اجماع ترکیبی
یکی دیگر از راهکارهای بهبود مقیاس پذیری، استفاده از الگوریتم‌های اجماع ترکیبی است. برخی از پروژه‌های بلاک چین از ترکیب چند الگوریتم اجماع استفاده می‌کنند تا از مزایای هر کدام بهره‌مند شوند. به عنوان مثال، ترکیب الگوریتم‌های PoW و PoS می‌تواند به افزایش امنیت و مقیاس‌پذیری شبکه کمک کند.
بررسی چند پروژه موفق در زمینه مقیاس پذیری
پالیگان (Polygon)
پالیگان یکی از پروژه‌های موفق در زمینه مقیاس پذیری بلاک چین است که به عنوان یک شبکه لایه دوم برای اتریوم فعالیت می‌کند. پالیگان از تکنیک‌های مختلفی مانند زنجیره‌های جانبی و رول‌آپ‌ها استفاده می‌کند تا تراکنش‌های بیشتری را پردازش کرده و هزینه‌های تراکنش را کاهش دهد.
سولانا (Solana)
سولانا یکی از سریع‌ترین شبکه‌های بلاک چین است که از الگوریتم اجماع اثبات تاریخچه (PoH) استفاده می‌کند. این شبکه توانایی پردازش بیش از ۵۰ هزار تراکنش در ثانیه را دارد و به عنوان یکی از مقیاس‌پذیرترین شبکه‌های بلاک چین شناخته می‌شود.
نتیجه‌گیری
مقیاس پذیری یکی از مهم‌ترین چالش‌های پیش‌روی شبکه‌های بلاک چین است. با وجود چالش‌های متعدد، راهکارهای نوآورانه‌ای مانند شاردینگ، شبکه لایتنینگ، رول‌آپ‌ها و زنجیره‌های جانبی توانسته‌اند این مشکل را تا حد زیادی حل کنند. هر یک از این روش‌ها با مزایا و معایب خاص خود، به بهبود کارایی شبکه‌های بلاک چین کمک کرده‌اند و انتظار می‌رود در آینده با توسعه این تکنیک‌ها، شاهد بلاک چین‌هایی با سرعت بیشتر و هزینه‌های کمتر باشیم.
