تفاوت لایه 1 و لایه 2 بلاک چین چیست؟ راه حل مقیاس‌پذیری هر کدام

مقدمه
محبوبیت ارزهای دیجیتال و بلاک چین به طور تصاعدی در حال افزایش است. شبکه‌های بلاک چین عمومی با سطح بالایی از غیر متمرکز و ایمن بودن، اغلب در تلاش برای دستیابی به توان عملیاتی بالاتر هستند.
این موضوع به صورت عامیانه به عنوان سه‌گانه بلاک چین توصیف می‌شود و بیان می‌کند که برای یک سیستم غیر متمرکز، عملا غیر ممکن است که به طور همزمان به سطوح بالایی از تمرکززدایی، امنیت و مقیاس‌پذیری دست یابد. به طور واقع بینانه، شبکه‌های بلاک چین تنها می‌توانند دو عامل از سه عامل را داشته باشند و معمولا انتخاب شبکه‌ها، 2 فاکتور تمرکززدایی و امنیت است. با این وجود، بلاک چین‌های زیادی در حال بررسی و توسعه سیستم خود برای رفع مشکل مقیاس‌پذیری هستند. یکی از روش‌ها، اضافه شدن لایه 2 به لایه 1 در بلاک چین است. در این مقاله، با یکدیگر بررسی می‌کنیم که لایه 1 و لایه 2 بلاک چین چه هستند و چگونه هر کدام از آن‌ها، مشکلات مقیاس پذیری را رفع می‌کنند. با ما همراه باشید.

لایه 1 و لایه 2 در بلاک چین چیست؟

بلاک چین لایه 1، نام دیگری برای بلاک چین پایه است. BNB Smart Chain  (BNB)، اتریوم (ETH)، بیت کوین (BTC) و سولانا (SOL) همگی پروتکل های لایه 1 هستند. ما از آن‌ها به عنوان لایه 1 یاد می‌کنیم زیرا تمامی این موارد، شبکه‌های اصلی در اکوسیستم خود هستند.

به عبارت دیگر، یک پروتکل زمانی که تراکنش‌ها را روی بلاک چین خود پردازش و نهایی می‌کند، لایه 1 است. آن‌ها همچنین توکن بومی خود را دارند که برای پرداخت هزینه تراکنش در شبکه استفاده می‌شود.

لایه 2 بلاک چین به یک چارچوب یا پروتکل ثانویه اشاره دارد که بر روی یک سیستم بلاک چین موجود ساخته شده است. هدف اصلی این پروتکل‌ها، حل مشکلات سرعت تراکنش و مقیاس‌بندی است که شبکه‌های اصلی ارزهای دیجیتال با آن مواجه هستند.

به عنوان مثال، بیت کوین و اتریوم هنوز قادر به پردازش هزاران تراکنش در ثانیه (TPS) نیستند و این مسئله مطمئنا برای رشد بلندمدت آن‌ها مضر است. قبل از اینکه این شبکه‌ها بتوانند به طور موثر و در مقیاس وسیع‌تری مورد استفاده قرار گیرند، نیاز به توان عملیاتی بالاتری نسبت به حال حاضر خود دارند.

در این زمینه، اصطلاح “لایه 2” به راه حل‌های متعددی اشاره دارد که برای مشکل مقیاس‌پذیری بلاک چین ارائه شده است. دو نمونه اصلی از راه حل‌های لایه 2، شبکه لایتنینگ بیت کوین (Bitcoin Lightning) و پلاسما اتریوم (Ethereum Plasma) هستند. علیرغم داشتن مکانیسم‌های کاری و ویژگی‌های خاص خود، هر دو راه حل در تلاش هستند تا توان عملیاتی بیشتری را برای سیستم‌های بلاک چین خود فراهم کنند.

لایه 1 بلاک چین در مقابل لایه 2

همان طور که عنوان شد، اصطلاح لایه 1 به سطح پایه معماری بلاک چین اشاره دارد. این عنوان مربوط به ساختار اصلی یک شبکه بلاک چین است. بیت کوین، اتریوم و زنجیره BNB نمونه هایی از بلاک چین‌های لایه 1 هستند. لایه 2 به شبکه‌هایی اشاره دارد که بر روی سایر بلاک چین‌ها ساخته شده‌اند. بنابراین اگر بیت کوین یک لایه 1 است، شبکه لایتنینگ که در بالای آن اجرا می‌شود نمونه‌ای از لایه 2 است.

بهبود مقیاس‌پذیری شبکه بلاک چین را می‌توان به راه حل‌های لایه 1 و لایه 2 دسته‌بندی کرد. راه حل لایه 1 به طور مستقیم قوانین و مکانیسم‌های بلاک چین اصلی را تغییر می‌دهد. اما همیشه نمی‌توان تغییرات بزرگی روی زیرساخت‌ها و قوانین یک شبکه اعمال کرد. همچنین ممکن است این تغییرات، زمان زیادی از تیم توسعه بگیرد، مانند تبدیل اتریوم 1 به اتریوم 2 که اجماع در آن از الگوی اثبات کار (PoW) به الگوریتم اثبات سهام (PoS)، تغییر کرد. اینجا لایه دوم بلاک چین وارد عمل می‌شود. راه حل لایه 2 از یک شبکه خارجی و موازی برای تسهیل تراکنش‌ها به دور از زنجیره اصلی استفاده می‌کند.

چرا مقیاس پذیری بلاک چین مهم است؟

تصور کنید یک بزرگراه جدید بین یک شهر بزرگ و حومه آن که به سرعت در حال رشد است، ساخته شود. از آنجایی که میزان ترافیک عبوری از بزرگراه افزایش می‌یابد و ازدحام ماشین‌ها رایج می‌شود، به ویژه در ساعات شلوغی، میانگین زمان رسیدن از نقطه A به B می‌تواند به میزان قابل توجهی افزایش یابد. جای تعجب نیست، چرا که زیرساخت‌های جاده‌ای ظرفیت محدودی دارند و تقاضا روز به روز در حال افزایش است.

حال، مسئولان چه کاری می‌توانند انجام دهند تا مسافران بیشتری از این مسیر سریع‌تر تردد کنند؟ یکی از راه حل‌ها، بهبود خود بزرگراه و افزودن خطوط اضافی به هر طرف جاده است. با این حال، این کار همیشه عملی نیست، زیرا یک راه حل گران قیمت و زمان‌بر است که برای کسانی که در گذشته از این بزرگراه استفاده کرده‌اند، مشکلات قابل توجهی ایجاد می‌کند. همچنین می‌توان خلاق بود و رویکردهای مختلفی را در نظر گرفت که با ایجاد تغییرات در زیرساخت اصلی مرتبط نیستند، مانند ساخت جاده‌های خدماتی اضافی یا حتی راه‌اندازی یک خط حمل و نقل ریلی سبک در امتداد بزرگراه.

در دنیای فناوری بلاک چین، بزرگراه اصلی همان لایه 1 (شبکه اصلی) خواهد بود، در حالی که جاده‌های خدمات اضافی، راه حل‌های لایه 2 (شبکه ثانویه برای بهبود ظرفیت کلی) می‌باشند.

بیت کوین، اتریوم و پولکادوت همگی بلاک چین‌های لایه 1 محسوب می‌شوند. آن‌ها بلاک چین‌های لایه پایه هستند که تراکنش‌ها را برای اکوسیستم مربوطه خود پردازش و ثبت می‌کنند و دارای یک ارز دیجیتال بومی نیز می‌باشند که معمولا برای پرداخت هزینه‌ها و ارائه ابزارهای گسترده‌تر استفاده می‌شود. شبکه پالیگان (Polygon) یکی از نمونه‌های راه حل مقیاس‌بندی لایه 2 برای اتریوم است.

قابلیت توان عملیاتی، عنصر حیاتی یک بلاک چین و معیاری از سرعت و کارایی است که نشان می‌دهد چه تعداد تراکنش را می‌توان در یک بازه زمانی خاص پردازش و ثبت کرد. با افزایش تعداد کاربران و افزایش تعداد تراکنش‌های همزمان، استفاده از بلاک چین لایه 1 می‌تواند کند و گران شود. این امر به ویژه در مورد بلاک چین‌های لایه 1 که از مکانیسم اثبات کار در مقابل اثبات سهام استفاده می‌کنند، بیشتر نمود پیدا می‌کند.

مشکلات لایه 1 بلاک چین

بیت کوین و اتریوم، نمونه‌های خوبی از شبکه‌های لایه ۱ با مشکلات مقیاس‌پذیری هستند. تیم‌های توسعه‌دهنده، هر دو شبکه را از طریق یک مدل اجماع توزیع شده ایمن می‌کنند. این بدان معنی است که همه تراکنش‌ها قبل از تایید اعتبار، توسط چندین گره تایید می‌شوند. گره‌های استخراج‌کننده، همگی برای حل یک معمای پیچیده محاسباتی با هم رقابت می‌کنند و ماینرهای موفق، ارز دیجیتال بومی شبکه را به عنوان پاداش دریافت می‌کنند.

به عبارت دیگر، همه تراکنش‌ها قبل از تایید، نیاز به تایید مستقل چندین گره دارند. این موضوع، یک روش کارآمد برای ثبت و ضبط داده‌های صحیح و تایید شده در بلاک چین است و در عین حال خطر حمله توسط کلاهبرداران را کاهش می‌دهد. با این حال، هنگامی که از شبکه‌ای به محبوبیت اتریوم یا بیت کوین صحبت می‌کنیم، تقاضای توان عملیاتی، تبدیل به یک مشکل روزافزون می‌شود. در مواقع شلوغی شبکه، کاربران با زمان تایید کندتر و کارمزد تراکنش بالاتر مواجه خواهند شد.

راه حل‌های مقیاس‌پذیری لایه 1 چگونه کار می‌کنند؟

چندین گزینه برای بلاک چین‌های لایه 1 وجود دارد که می‌تواند توان عملیاتی و ظرفیت کلی شبکه را افزایش دهد. در مورد بلاک چین‌هایی که از الگوریتم اثبات کار (Proof of Work) استفاده می‌کنند، انتقال به الگوریتم اثبات سهام (Proof of Stake) می‌تواند گزینه‌ای برای افزایش تراکنش در ثانیه (TPS) و در عین حال کاهش هزینه‌های پردازش باشد. با این حال، دیدگاه‌های متفاوتی در جامعه ارزهای دیجیتال در مورد مزایا و پیامدهای بلندمدت اثبات سهام وجود دارد.

راه حل‌های مقیاس‌پذیری در شبکه‌های لایه 1 معمولا توسط تیم توسعه پروژه معرفی می‌شوند. بسته به راه حل، جامعه باید شبکه را هارد فورک یا سافت فورک کند. برخی از تغییرات کوچک، مانند به‌روزرسانی SegWit بیت‌کوین، سازگار با گذشته بوده و بدون انجام فرآیند خاصی از طرف کاربران، ماموریت خود را انجام می‌دهد.

تغییرات بزرگتر، مانند افزایش اندازه بلوک بیت کوین به 8 مگابایت، به هارد فورک نیاز دارد. این مسئله، دو نسخه از بلاک چین را ایجاد می‌کند، یکی با به‌روزرسانی و دیگری بدون آن. گزینه دیگری برای افزایش توان عملیاتی شبکه، شاردینگ (Sharding) است. این عملیات، یک بلاک چین را در چندین بخش کوچکتر تقسیم می‌کند که می‌توانند داده‌ها را به طور “همزمان” پردازش کنند نه متوالی.

راه حل‌های مقیاس‌پذیری لایه 2 چگونه کار می‌کنند؟

همانطور که مطرح شد، راه حل‌های لایه 2، متکی به شبکه‌های ثانویه هستند که به صورت موازی یا مستقل از زنجیره اصلی کار می‌کنند. در ادامه به بررسی چند مورد از این روش‌ها می‌پردازیم.

رول آپ (Rollup)

روش رول آپ اثبات با دانش صفر (Zero-knowledge) به عنوان متداول‌ترین روش، تراکنش‌های لایه 2 خارج از زنجیره را بسته‌بندی می‌کنند و آن‌ها را به عنوان یک تراکنش در زنجیره اصلی قرار می‌دهند. این سیستم‌ها از اثبات اعتبار برای بررسی صحت تراکنش‌ها استفاده می‌کنند. دارایی‌ها در زنجیره اصلی با یک قرارداد هوشمند نگهداری می‌شوند و این قراردادها تایید می‌کنند که مجموعه، طبق برنامه‌ی اصلی عمل می‌کند. این روش امنیت شبکه اصلی را با مزایای روش رول آپ اما با منابع کمتر فراهم می‌کند.

زنجیره‌های جانبی (Sidechains)

زنجیره‌های جانبی، شبکه‌های بلاک چین مستقلی هستند که مجموعه‌ای از اعتبارسنجی‌های خاص خود را دارند. این بدان معناست که قراردادهای هوشمند در زنجیره اصلی، اعتبار شبکه زنجیره جانبی را تایید نمی‌کند. بنابراین، باید اطمینان حاصل شود که زنجیره جانبی به درستی کار می‌کند زیرا زنجیره جانبی می‌تواند دارایی‌های زنجیره اصلی را کنترل کرده و آن‌ها را تحت تاثیر قرار دهد.

کانال پرداخت یا کانال اظهارنامه (State Channels)

کانال پرداخت یا اظهارنامه، یک محیط ارتباطی دو طرفه بین طرفین معامله است. طرفین، بخشی از بلاک چین را بسته و آن را به یک کانال تراکنش خارج از زنجیره متصل می‌کنند. این کار معمولا از طریق یک قرارداد هوشمند از پیش توافق شده یا یک امضای چندگانه انجام می‌شود. سپس طرفین یک تراکنش یا دسته‌ای از تراکنش‌ها را خارج از زنجیره انجام می‌دهند، بدون اینکه داده‌های تراکنش را فورا به دفتر کل توزیع شده (یعنی زنجیره اصلی) ارسال کنند. پس از تکمیل تمام تراکنش‌های مجموعه، «اظهارنامه» نهایی کانال برای اعتبارسنجی در بلاک چین پخش می‌شود. این مکانیزم امکان بهبود سرعت تراکنش و افزایش ظرفیت کلی شبکه را فراهم می‌کند. راه حل‌هایی مانند شبکه لایتنینگ بیت کوین و رایدن اتریوم بر اساس کانال‌های اظهارنامه‌ای عمل می‌کنند.

بلاک چین‌های تودرتو یا بلاک چین‌هایی درون بلاک چین اصلی (Nested blockchains)

این راه حل، متکی به مجموعه‌ای از زنجیره‌های ثانویه است که در بالای بلاک چین اصلی قرار دارند نوعی رابطه فرزند و والدین شکل می‌گیرد. بلاک چین‌های تودرتو، بر اساس قوانین و پارامترهای تعیین شده توسط زنجیره مادر عمل می‌کنند. زنجیره اصلی در اجرای تراکنش‌ها شرکت نمی‌کند و نقش آن به حل اختلاف در مواقع ضروری محدود می‌شود. کار روزانه به زنجیره‌های فرعی یا همان «فرزندها» واگذار می‌شود که پس از تکمیل شدن، تراکنش‌های پردازش‌شده را به زنجیره اصلی بازمی‌گردانند. پروژه پلاسمای OmiseGO نمونه‌ای از راه حل بلاک چین تودرتو در لایه 2 است.

محدودیت‌های مربوط به راه حل مقیاس‌پذیری لایه 1 و لایه 2

هر دو راه حل لایه 1 و لایه 2، دارای مزایا و معایب منحصر به فردی هستند. کار با لایه 1 می‌تواند موثرترین راه حل را برای بهبود پروتکل در مقیاس بزرگ ارائه دهد. با این حال، این بدان معناست که اعتبار سنج‌ها باید متقاعد شوند که تغییرات شبکه را از طریق هارد فورک بپذیرند.

یکی از مثال‌های احتمالی که در آن اعتبارسنج‌ها مخالف پذیرش تغییرات خواهند بود، تغییر از اثبات کار (Proof of Work) به اثبات سهام (Proof of Stake) است. استخراج‌کننده‌ها با این سوئیچ یا تغییر به یک سیستم کارآمدتر، درآمد خود را از دست خواهند داد و از بهبود مقیاس‌پذیری شبکه منع می‌شوند.

لایه 2 راه بسیار سریع‌تری برای بهبود مقیاس‌پذیری ارائه می‌دهد. با این حال، بسته به روش مورد استفاده، ممکن است امنیت بلاک چین اصلی تا حد زیادی از بین برود. کاربران به شبکه‌هایی مانند اتریوم و بیت کوین، برای انعطاف‌پذیری و سابقه امنیتی اعتماد دارند. اگر این جنبه‌ها از لایه 1 گرفته شوند، کاربران مجبور خواهند بود برای کارایی و امنیت، به تیم و شبکه در لایه 2 تکیه کنند.

بعد از لایه 1 و لایه 2 چه اتفاقی می‌افتد؟

یک سوال کلیدی این است که آیا با مقیاس‌پذیرتر شدن لایه 1، به راه حل‌های لایه 2 نیاز خواهیم داشت یا خیر؟ بلاک چین‌های موجود شاهد پیشرفت‌هایی هستند و همچنین شبکه‌های جدیدی با مقیاس‌پذیری خوب ایجاد ایجاد می‌شوند. با این حال، زمان زیادی طول می‌کشد تا سیستم‌های اصلی، مقیاس‌پذیری خود را بهبود بخشند و حتی این موضوع را نمی‌توان تضمین کرد. محتمل‌ترین گزینه این است که لایه 1 روی امنیت تمرکز کند و به شبکه‌های لایه 2 اجازه دهد تا خدمات خود را برای موارد استفاده خاص تنظیم کنند.

در آینده نزدیک، به دلیل بزرگ بودن جامعه کاربران و توسعه‌دهندگان در زنجیره‌های بزرگ مانند اتریوم، شانس زیادی برای این شبکه‌ها وجود دارد که همچنان تسلط خود را بر دنیای ارزهای دیجیتال حفظ کنند. شهرت و مجموعه بزرگ اعتبارسنج‌ها در شبکه‌های این چنینی، می‌تواند پایه محکمی برای ایجاد روش‌های مقیاس‌پذیر جدید در آن‌ها باشد.

جمع‌بندی

از زمان شروع به کار ارزهای دیجیتال، جستجو برای بهبود مقیاس‌پذیری، رویکردی دو جانبه با بهبودهای لایه 1 و راه‌حل‌های لایه 2 ایجاد کرده است. اگر سبد ارزهای دیجیتال متنوعی دارید، احتمال زیادی وجود دارد که در حال حاضر در معرض هر دو شبکه لایه 1 و لایه 2 قرار داشته باشید. اکنون، تفاوت‌های بین این دو و همچنین رویکردهای متفاوت برای مقیاس‌پذیری هر کدام را درک می‌کنید. قطعا تیم‌های توسعه‌دهنده در آینده روش‌های بهتری را نیز ارائه خواهند داد، اما باید منتظر بمانیم و ببینیم که کدام روش می‌تواند در بهینه‌ترین حالت ممکن فعالیت کرده و مخاطبان بیشتری جذب کند.