مشکل مقیاس‌پذیری (Scaling) در ارزهای دیجیتال چیست؟
فناوری بلاک چین به وجود آمد تا برخی از مشکلات سیستم‌های مالی سنتی همچون عدم شفافیت، متمرکز بودن و ایمنی را برطرف کند و در تعدادی از موارد نیز جایگزین آن‌ها گردد، ولی سوال اصلی این است که شبکه‌های بلاک چین تا چه اندازه جهت پذیرش توسط عموم آماده هستند؟
امروزه شبکه بلاک چین بیت کوین توانایی انجام ۷ تراکنش را در ثانیه دارد. در شبکه بلاک چین اتریوم این عدد به ۱۵ تراکنش در ثانیه می‌رسد؛ این در حالی‌ست که شبکه «ویزا کارت» (Visa Card) قادر است تا ۲۴ هزار تراکنش را در ثانیه پردازش کند.
از طرفی در انتهای سال ۲۰۱۷ نیز شاهد این بودیم که پس از افزایش بیش‌ازحد تعداد تراکنش‌ها در شبکه بیت کوین و اتریوم و بسیاری دیگر از ارزهای دیجیتال، اغلب تراکنش‌ها به علت افت سرعت این بلاک چین‌ها، برای زمانی طولانی در صف انتظار برای تایید مانده بودند. این مشکل باعث شد که به‌تبع کارمزد تراکنش‌ها نیز بسیار افزایش پیدا کند.
به‌صورت کلی به این‌چنین مشکلات رایج در شبکه بلاک چین ارزهای دیجیتال، عدم مقیاس‌پذیری گفته می‌شود. در این مطلب قصد داریم تا نگاه دقیقی به این مشکل انداخته و از زوایای گوناگون آن را بررسی کنیم.
مشکل مقیاس‌پذیری چیست؟
با توجه به محبوبیت و کاربردهایی که برای فناوری بلاک چین در نظر گرفته شده است، روزبه‌روز به تعداد افراد علاقه‌مند به عرصه بلاک چین و ارزهای دیجیتال افزوده می‌شود. ولی یکی از موانع اصلی رشد فناوری بلاک چین را بدون شک می‌توان مسئله مقیاس‌پذیری یا عدم تطابق با میزان تقاضا دانست.
در حقیقت مقیاس‌پذیری، قابلیت ارز دیجیتال در کنار آمدن با هجوم تراکنش‌های بالا در یک زمان واحد است. به‌عنوان‌مثال بیت کوین تعدادی تراکنش در ثانیه را به‌سادگی انجام می‌دهد، ولی اگر تعداد تراکنش‌های انجام‌شده در هر ثانیه از میزان مشخصی بیشتر شود، تراکنش‌های انجام‌نشده باید در صف انتظار قرار بگیرند. فردی که بالاترین کارمزد را پرداخت کند در جایگاه بالاتری در صف انتظار قرار می‌گیرد. بنابراین پرداخت کارمزدِ کمتر به معنای بیشتر منتظر ماندن برای تایید تراکنش است.
چنین شرایط ناخوشایندی درنتیجه محدودیت‌های موجود در شبکه بلاک چین روی می‌دهد. به‌طورمثال برای ذخیره اطلاعات موجود در یک بلوک، بازه مشخصی در نظر گرفته شده است. چنین محدودیت‌هایی سبب می‌شود که سیستم از خطر حملات سیستم توزیع‌شده DDoS در امان باشد.
تراکنش‌ها درواقع اطلاعاتی هستند که به‌منظور تایید هر تراکنش در بلوکها ذخیره می‌شوند. جهت ایجاد هر بلوک به زمان نیاز است. زمان ایجاد بلوک در هر رمز ارز متفاوت است؛ اما این پروسه برای بیت کوین ده دقیقه به طول می‌انجامد.
به‌منظور انجام تراکنش‌های فراوان به تعداد زیادی بلوک نیاز خواهد بود. ماینرها یا ولیدیتورها (بسته به نوع شبکه) جهت حل این مشکل به میدان آمده‌اند. آن‌ها از طریق تایید تراکنش‌ها موفق به رمزگشایی بلوکها می‌شوند. به نظر می‌رسد که همه از این شرایط راضی باشند؛ اما این‌طور نیست.
در حقیقت حتی باوجود ماینرها، کارمزد و اندازه کوچک بلوکْ باز هم امکان تایید همزمان و موفقیت‌آمیز تعداد زیادی از تراکنش‌ها در شبکه وجود ندارد. به‌این‌ترتیب اگر تعداد زیادی از تراکنش‌ها به سیستم هجوم بیاورند، سیستم قادر به مقابله با این مشکلات نخواهد بود. در این صورت رمز ارز به‌طور کامل متوقف می‌شود یا تمام تراکنش‌های در انتظار تایید لغو می‌شوند. چنین رویدادی اعتبار رمز ارز را خدشه‌دار می‌کند و درنتیجه قیمت آن را نیز کاهش می‌دهد.
سه‌گانه مقیاس‌پذیری
سه ویژگی اصلی بلاک‌چین‌ها درواقع عبارت‌اند از «مقیاس‌پذیری» (Scalability)، «غیرمتمرکز بودن» (Decentralization) و «امنیت» (Security). خالق اتریوم، «ویتالیک بوترین» (Vitalik Buterin)، می‌گوید که هیچ‌گاه یک بلاک چین نمی‌تواند همزمان سه پارامتر زیر را باهم داشته باشد، بلکه برای به دست آوردن دو ویژگی، باید سومین پارامتر را فدا کند.
به‌عنوان مثال بیت کوین و اتریوم شبکه‌هایی غیرمتمرکز و با امنیت بالا هستند، ولی در حال حاضر مشکل مقیاس‌پذیری را دارند. از طرفی هرکدام قصد دارند در آینده با به‌کار بردن تکنولوژی‌های جدید این مشکل را حل کنند.
حال در ادامه قصد داریم راهکارهای افزایش مقیاس‌پذیری شبکه‌های ارزهای دیجیتال و مزایا و معایب هرکدام از آن‌ها را موردبررسی قرار دهیم.
راهکارهای حل مشکل مقیاس‌پذیری در بلاک چین
مشکل مقیاس‌پذیری تا حد زیادی سرعت توسعه فناوری بلاک چین و ارزهای دیجیتال را کاهش داده است. به‌عنوان‌مثال دریافت رمز ارز در رستوران‌ها و فروشگاه‌ها چندان مقرون‌به‌صرفه نیست و دلیل این امر نیز احتمال به تعویق افتادن پرداخت و دیگر مشکلاتی متعاقب با این موضوع است.
در چنین شرایطی تمام توسعه‌دهندگان رمز ارز به دنبال یافتن راهکاری جهت حل مشکل مقیاس‌پذیری هستند. در ادامه قصد داریم به برخی از راه‌حل‌های ارائه‌شده جهت حل مشکل مقیاس‌پذیری در شبکه بلاک چین ارزهای دیجیتال اشاره کنیم.
افزایش اندازه بلوکها
چنین درخواستی در سال ۲۰۱۵ از سوی تعداد زیادی از شرکت‌ها و متخصصان مطرح شد. روی‌هم رفته، در آن زمان ماجراهای بسیاری در ارتباط با این موضوع وجود داشت. مفهوم کلی حاکی از آن است که گروهی از برنامه‌نویسان تصمیم گرفتند که رمز ارز جدیدی بر اساس پروتکل‌های بیت کوین پایه‌گذاری کنند.
اما این تصمیم منوط به این مسئله بود که ظرفیت هر بلوک در رمز ارز جدید برابر با هشت مگابایت باشد. گروه دیگری می‌خواهند که رمز ارز جدید را با پروتکل‌های بیت کوین راه‌اندازی کنند و تنها اندازه هر بلوک را افزایش دهند. در آغاز شرکت‌ها در جستجوی راهی جهت سازش بودند؛ اما درنتیجه مخالفت‌هایی بین توسعه‌دهندگان درگرفت.
نخستین گروه توسعه‌دهنده افرادی بودند که بعدها بیت کوین کش را ایجاد کردند و دومین گروه نیز افرادی بودند که شرکت Blockstream و پروتکل SegWit را پایه‌گذاری کردند.
در حال حاضر بیت کوین کش با بلوک‌های بزرگ‌تر در دسترس است، ولی این رویکرد راه‌حلی برای مشکلات به‌شمار نمی‌رود؛ چرا که این امکان وجود دارد حجم تراکنش‌ها از هشت مگابایت بیشتر شود. روی‌هم‌رفته ایده‌ی افزایش اندازه هر بلوک تضمینی برای عملکرد بهتر سیستم در زمان مواجهه با حجم زیادی از تراکنش‌ها نیست.
استفاده از راه حل‌‌های لایه دوم (Layer-Two Solutions)
یکی دیگر از راهکارهای افزایش مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاک چینی ایجاد یک شبکه مجزا بر روی بلاک چین اصلی است که به آن لایه دوم گفته می‌شود. فلسفه این روش آن است که نیازی نیست تک‌تک تراکنش‌ها بر روی بلاک چین اصلی ثبت شود و ظرفیت آن را اشغال کند، در عوض این تراکنش‌ها می‌توانند بر روی شبکه امن لایه دوم انجام شوند و در صورت لزوم بر روی بلاک چین هم ثبت شوند.
ازجمله این روش‌ها می‌توان به «شبکه لایتنینگ» (Lightening) بیت کوین که در حال حاضر راهکار اصلی بیت کوین برای حل مشکل مقیاس‌پذیری به‌شمار می‌رود و یا تکنولوژی «پلاسما» (Plasma) که قرار است در آینده بر روی شبکه اتریوم پیاده‌سازی شود اشاره کنیم.
انتقال امضای تراکنش‌ها از داخل بلوکها به مکانی دیگر
این راهکار از نقطه‌ای درگذشته و از پیشنهاد شرکت Blockstream شکل گرفت. پروتکل SegWit درواقع یک فورک نرم از بیت کوین به‌شمار می‌رود. این بدان معنا است که به‌روزرسانی‌های یک کد تأثیری روی ساختار اصلی رمز ارز نخواهد داشت، ولی کاستی‌های موجود در شبکه را کاهش می‌دهد.
بلوکی با امضای جداگانه چهار مگابایت اطلاعات را در خود جای می‌دهد. به‌این‌ترتیب تراکنش‌ها تنها دو مگابایت از حجم هر بلوک را به خود اختصاص می‌دهند. این راهکار بسیار خوب است؛ چراکه امضا چیزی در حدود نیمی از فضای هر بلوک را به خود اختصاص می‌دهد. قلب این راهکار در این حقیقت می‌تپد که انتقال امضای تراکنش‌ها از یک بلوک به ساختاری دیگر به‌خوبی انجام شود. بلوک‌های بزرگ‌تر با امضاهای جداگانه چهار مگابایت اطلاعات را در خود جای می‌دهند و تراکنش‌ها تنها دو مگابایت از حجم هر بلوک را به خود اختصاص می‌دهند.
شبکه لایتنینگ (Lightning)
این شبکه از کانال‌ها و نودهایی که در شبکه رمزدار وجود دارد استفاده می‌کند. مزیت اصلی این شبکه در این حقیقت نهفته است که انجام تراکنش‌ها در لحظه امکان‌پذیر است. درنهایت شما به ۲ نود و یک کانال برای انجام تراکنش‌ها نیاز خواهید داشت. سپس هر ۲ نود کارمزد مشخصی را جهت نگهداری از کانال تعیین می‌کنند. ظرفیتی که در این کانال‌ها جابه‌جا می‌شود از سپرده سرمایه‌گذاری تعیین می‌شود.
استفاده از الگوریتم‌های اجماع مقیاسپذیر
شاید بتوان گفت بسیاری از مشکلات مربوط به مقیاس‌پذیری مربوط به الگوریتم اجماع «گواه اثبات کار» (POW) است. بنابراین برای حل این مشکل و همچنین دیگر مشکلات الگوریتم اجماع گواه اثبات کار مثل مشکلات زیست‌محیطی ناشی از استخراج و تمرکز قدرت در استخرهای استخراج، جایگزین‌های زیادی برای ایجاد اجماع در شبکه‌های غیرمتمرکز به وجود آمده‌اند.
ازجمله این فرایندهای اجماع می‌توان به «اثبات سهام» (Proof of Stake) و دیگر الگوریتم‌ها یا فناوری Block Lattice که در ارز دیجیتال «نانو» (Nano) از آن استفاده‌شده اشاره کرد.
سخن پایانی
مقیاس‌پذیری یک مسئله نسبی و نه قطعی است؛ به این معنی که نمی‌توان عنوان کرد یک شبکه کاملا مقیاسپذیر است یا به هیچ عنوان مقیاسپذیر نیست. دلیل این موضوع آن است که پارامتر مقیاس‌پذیری بستگی به میزان تقاضا در شبکه دارد. درواقع مقیاس‌پذیری در طول زمان و به نسبت افزایش تقاضا در شبکه باید به روش‌های مختلف افزایش پیدا کند.
علاوه بر این، در یک شبکه متمرکز همچون شبکه ویزا کارت، دستیابی به مقیاس‌پذیری بسیار راحت‌تر است و با هزینه بر روی زیرساخت‌ها و سرورها می‌توان تعداد تراکنش‌ها در ثانیه را افزایش داد. ولی در یک شبکه غیرمتمرکز همچون بیت کوین و اتریوم، مسئله پیچیده‌تر است و توسعه‌دهندگان بلاک چین‌های مختلف در تلاش هستند تا این معضل را به هر شکل ممکن برطرف کنند.
