لایه دوم اتریوم چیست و چگونه به بهبود شبکه کمک می‌کند؟

مقیاس‌پذیری همواره یکی از بزرگترین مشکلات بلاکچین‌های لایه اولی مانند اتریوم بوده است و راهکارها لایه دوم، در واقع برای حل چنین مشکلاتی به وجود آمده‌اند. راهکارهای لایه دوم اتریوم در تلاش‌اند تا ضمن استفاده از مزایای شبکه اصلی، مشکلات آن را برطرف کنند. در این مقاله نوبیتکس مگ به طور کامل راهکارهای لایه دوم اتریوم را بررسی خواهیم کرد و بهترین و مشهورترین آن‌ها را مرور خواهیم کرد. 

لزوم پیدایش لایه دوم در بلاک چین

با ظهور یک فناوری تازه و همزمان با گسترش استفاده کاربران، همواره مشکلات و چالش‌های جدیدی به وجود می‌آید که باعث می‌شود که فناوری نوظهور مورد نظر خیلی زود مجبور باشد با نیاز کاربران سازگار، و سهولت را برایشان فراهم کند. این تطبیق با ایجاد تغییراتی کوچک و بزرگ امکان‌پذیر است. 

برای نمونه تلفن‌های هوشمند یکی از موارد قابل درک برای همه افراد است و اغلب ما شاهد تغییرات و بهسازی براساس تقاضا و نیاز کاربران در این دستگاه‌ها بوده‌ایم. تنها با میزانی ریزبینی متوجه می‌شویم که در 10 سال گذشته چقدر گوشی‌های هوشمند از نظر طراحی و امکانات پیشرفت داشته‌‌اند. فناوری شبکه‌های متکی بر بلاکچین نیز با همین نگرش در حال بهبود و دگرگونی هستند.

یکی از بزرگترین موارد برای بهبود کارایی شبکه‌های بلاکچینی، ایجاد و پیاده‌سازی راهکار لایه دوم بر روی آنها است. در این مقاله به طور دقیق‌تری به این سوال پاسخ خواهیم داد که چرا راهکار لایه 2 به خصوص لایه دوم اتریوم به وجود آمد و چرا  راهکارهای لایه دوم به بخشی جدایی ناپذیر از اکوسیستم اتریوم تبدیل شده‌اند. پیش از هر چیز بهتر است با اصطلاحات ارزدیجیتال مرتبط با این موضوع بیشتر آشنا شویم. 

لایه 2 اتریوم چیست؟

بر اساس تعریف خود وبسایت اتریوم، لایه دوم اتریوم اصطلاحی است که به طور دقیق به روش‌های مربوط به افزایش مقیاس‌پذیری و ظرفیت شبکه اتریوم اشاره دارد. احتمالا در زمان خرید اتریوم یا جابجایی توکن‌های ERC-20 با کندی شبکه یا هزینه بسیار زیاد گس (Gas) روبرو شده‌اید، راهکار لایه 2 اتریوم درست در این موارد نقش اساسی ایفا می‌کند.

راهکار لایه دوم اتریوم در واقع یک بلاک چین است که امنیت اتریوم را تامین می‌کند و باعث ارتقا قابلیت‌های آن می‌شود. به طور دقیق زمانی که از راهکارهای لایه 2 صحبت می‌شود، سازوکار به این سو می‌رود که تراکنش‌های موجود در بلاک چین اصلی (لایه 1 اتریوم) به لایه دوم اتریوم منتقل می‌شود و این در حالی است که لایه اول امنیت غیرمتمرکز مستحکمی را برای لایه دوم ایجاد می‌کند. بنابراین مشخص است که راهکارهای لایه دوم روی شبکه بلاک چین دیگری (مثل اتریوم یا بیت کوین) به عنوان یک پروتکل ثانویه کار می کنند. پروتکل های لایه 2 مستقل از لایه پایه یا بلاک چین لایه 1 هستند. راهکارهای لایه 2 با برداشتن بار مدیریت تراکنش‌ها از دوش بلاکچین اصلی، باعث می‌شوند که فرایندها ساده‌تر شده و در نتیجه سرعت شبکه به طور قابل توجهی افزایش یابد. در نتیجه ظرفیت و کارآمدی شبکه به طور ثابت و معناداری افزایش پیدا کند.

اهمیت استفاده از راهکار لایه 2 چیست؟

نه تنها در شبکه اتریوم بلکه با بررسی اغلب پروژه‌های متکی بر بلاک چین، چالش مشترکی را می‌توان مشاهده کرد که بهره‌مندی از راهکار لایه 2 می‌تواند به تغییرات و بهبود آن کمک شایانی کند. 

شیوه مدیریت ورفع و رجوع تراکنش‌های درون بلاک چین به گونه‌ای معماری شده است که از مکانیسم‌های مختلفی به منظور تأیید و تصدیق اعتبار این داده‌ها پیروی می‌کند. در نتیجه این امور به طور سنتی آهسته و زمانگیر در سازوکار بلاکچین پیش می‌روند. حال فرض کنید شبکه‌ای با این ویژگی‌ها که به خودی خود سریع طراحی نشده است مورد توجه کاربران زیادی قرار گیرد و استفاده‌های مختلفی برای آن تعریف شود. همه این موارد شبکه را با کابوس ازدحام و شلوغی روبرو می کند. در نتیجه پردازش این میزان تراکنش، عملا از عهده و توان شبکه خارج است و بدون شک در زمان‌هایی دچار اختلال شدید می‌شود.

همانطور که احتمالا تا به حال حدس زده‌اید کارشناسان در ابتدای امر، نیاز به راهکار لایه 2 غیر‌ضروری می‌پنداشتند زیرا شبکه‌های بلاک چین عمدتاً با ارزهای دیجیتال مرتبط بودند و توانایی کافی برای مدیریت ترافیک کاربران را از خود نشان می‌دادند. اما این رویه خیلی سریع در سال‌های اخیر دچار دگرگونی شده است و نگاه‌ بسیاری به سمت بازار بلاک چین چرخیده است. 

بنابراین با توجه به آنچه گفته شد در زمان پیدایش این سیستم، بلاک چین لایه 1، تمامی جنبه‌های اعتبار سنجی تراکنش‌ها بر عهده داشته است. اما با استقبال مردم و کسب و کارها از ساختار شفاف بلاک چین، به خصوص با ورود دیفای و توکن ‌های NFT ورق برگشت و نگرانی‌هایی در مورد سرعت پردازش شبکه بلاک چین به وجود آمد و در عین حال چالش‌های در مورد مقیاس پذیری و تجربه‌کاربری نیز رفته رفته بیشتر نمایان شدند. به طوری که اصلا بلاک چین اتریوم برای رفع مشکلات از این دست در شبکه بیت کوین معرفی شد. راهکار لایه 2 می تواند پشتیبانی مورد نیاز برای بلاک چین لایه 1 را با حذف وظایفی خاص از لایه اصلی فراهم کند.

بزرگترین اهمیت پروژه‌های راهکار لایه دوم اتریوم در حال حاضر به عملکردهای مرتبط با کاهش هزینه تراکنش‌ها، عدم محدودیت در ظرفیت و بهبود سرعت تراکنش و شبکه متمرکز شده است. با ورود راهکار Layer 2 بر معادله بلاکچین، کارایی شبکه‌های بلاک چین لایه 1 تضمین و تسهیل می‌شود. پردازش سریع و مقرون به صرفه تراکنش که به آن مقیاس پذیری نیز می گویند، نقش مهمی در پیشرفت فناوری بلاک چین و افزایش پذیرش همگانی آن ایفا می کند. برای آشنایی بیشتر با مسائل بیان شده، پیشنهاد می‌کنیم مقاله “اتریوم چیست” را مطالعه کنید.

پروتکل‌های رایج لایه دوم

با میزان کمی تحقیق متوجه می‌شویم که در بخش بلاک چین لایه دوم انواع مختلفی از راهکارها وجود دارد که در مقایسه راهکارهای لایه دوم متوجه می‌شویم با اینکه هدف اصلی آنها یکسان است اما در عملکرد و پیاده‌سازی تفاوت‌هایی نیز به چشم می‌خورد. از طرف دیگر نکته ای نیز باید مورد توجه قرار گیرد که در چند سال اخیر چقدر به اهمیت وجود راهکار لایه 2 توجه شده است و پروژه‌های مختلفی وارد رقابت با یکدیگر در این حوزه شده اند. در این بخش به معرفی رایج‌ترین راهکار لایه دوم می پردازیم.

بلاک چین تو در تو (Nested Blockchain)

بلاک چین‌های تودرتو یکی از اولین نمونه های پروتکل های لایه 2 در شبکه‌های بلاک چین هستند. ساختار بلاک چین تودرتو اغلب شامل یک زنجیره اصلی در کنار چندین زنجیره فرعی است. معماری موثر بلاک چین‌های تو در تو تضمین می کند که یک زنجیره می تواند به راحتی در پشت سر هم با زنجیره دیگر کار کند. اساس در این نوع راهکار لایه دوم، زنجیره اصلی روی تعیین وظایف و در عین حال کنترل پارامترها متمرکز است. زنجیره های فرعی نیز بر روی انجام تراکنش‌های مختلف زنجیره اصلی و گزارش آنها برای دریافت بازخورد و تایید متمرکز می‌شوند.

زنجیره‌های جانبی (Sidechains)

از معروف‌ترین راهکارهای لایه دوم شناخته شده تا به امروز می‌توان به زنجیره‌های جانبی اشاره کرد. همانطور که از نام این راهکار مشخص است، زنجیره جانبی یک بلاک چین جانبی یا فرعی است که به صورت دوطرفه با زنجیره اولیه مرتبط است. فرض کنید که این ساختار شکلی مانند جنگل دارد. در این سازوکار درختان به عنوان زنجیره جانبی عمل می کنند و خود جنگل به عنوان زنجیره اولیه و زنجیره اصلی در نظر گرفته می‌شود. هدف اصلی زنجیره‌های جانبی بر مدیریت دسته‌ای عظیم از تراکنش‌ها متمرکز است. به بیانی دیگر زنجیره جانبی می تواند با اعتبارسنجی تراکنش‌های مختلف از زنجیره اولیه پشتیبانی کند. بنابراین، زنجیره اصلی فرصت کافی برای تمرکز بر مسائل امنیتی شبکه را پیدا می کند.

کانال‌‌های وضعیت (State Channels)

راهکار دیگری که لایه دوم بلاک چین محسوب می‌شود به کانال‌های وضعیت یا State Channels معروف است. راهکار لایه دو کانال وضعیت به طرفین اجازه می دهد که مستقیماً در شبکه بلاک چین با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. کانال های وضعیت در واقع راهی برای انجام تراکنش‌ها را ایجاد کرده‌اند که زنجیره های اولیه در آن نقشی ایفا نمی‌کنند. در نتیجه، ماینرها می‌توانند زمان کمتری را برای تأیید تراکنش صرف کنند و در نتیجه این توان به سوی بهبود میزان پردازش روانه می‌شود.

کانال های وضعیت به بیانی دیگر برای تأیید تراکنش وابسطه به بلاک چین لایه 1 وابسته نیستند و از قراردادهای هوشمند برای این کار استفاده می کنند. هنگامی که یک تراکنش با موفقیت انجام می‌شود کانال های وضعیت از ذخیره سازی نتیجه در لایه اولیه اطمینان حاصل می کنند. البته مستندسازی جزئیات تراکنش نهایی در دفتر کل منجر به آسیب‌پذیری‌هایی می‌شود که دلیل آن، در معرض دید عمومی  بودن دفتر کل (لدجر) است.

رول آپ‌ها (Rollups)

از جدیدترین راهکارهای پیشنهادی برای افزایش مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاکچینی می‌توان به رول آپ ‌ها اشاره کرد. Rollup ها پروتکل‌های لایه 2 با توان محاسباتی خارج از زنجیره اولیه هستند. پس از انجام محاسبات مورد نیاز جزئیات تراکنش پس از یک بازه زمانی مشخص انتقال پیدا می‌کنند و در نتیجه پشتیبانی از نسخه ثبت شده نیز فراهم می‌شود.

ویژگی دیگر رول آپ‌ها کمک به مدیریت تراکنش‌ها در لایه اول است، البته این کار را بدون ایجاد هر گونه تداخلی در امور انجام می‌دهند. با توجه به این ویژگی‌ها می‌توان انتظار داشت که رول آپ‌ها به راحتی می‌توانند توان عملیاتی بسیار بالایی را برای تراکنش‌های بلاک چین ایجاد کنند و در عین حال هزینه‌ها را کاهش دهند. دو نوع متداول رول آپ ها شامل رول آپ های آپتیمیستیک (Optimistic) و رول آپ های دانش صفر (Zero-knowledge) است.

پلاسما (Plasma)

در میان راهکارهای لایه دو زنجیره پلاسما نامی است که با بلاکچین اتریوم گره خورده است. پلاسما یک بلاک چین مجزا است که برای اتصال به شبکه اصلی اتریوم طراحی شده است.  پلاسما با انتقال تراکنش‌ها به خارج از زنجیره، با مکانیزم خاص خود اعتبارسنجی بلاک‌ها را  اجرا می‌کند. زنجیره‌های پلاسما گاهی اوقات به عنوان زنجیره‌های «فرزند» یا «Child» شناخته می‌شوند که اساساً کپی‌های کوچک‌تری از شبکه اصلی اتریوم هستند. زنجیره‌های پلاسما از اثبات تقلب (Fraud proofs) مانند رول آپ‌های آپتیمیستیک برای داوری اختلافات استفاده می‌کنند.

با بهره‌مندی از درختان مرکل می‌توان به تعداد بی پایان از این زنجیره‌ها ساخت تا بتوان فشاری که بر روی پهنای باند زنجیره‌های مادر (از جمله Ethereum Mainnet) است را تخلیه و کاهش داد. البته با این که بخشی از امنیت این زنجیره‌ها از اتریوم (از طریق اثبات تقلب) بدست می‌آید اما امنیت و کارایی آنها به خاطر وجود برخی محدودیت‌ها در طراحی تحت تأثیر قرار گرفته است.

مزایای بهره‌مندی راهکارهای لایه دو

حال که با کارایی و نقش اصلی راهکارهای لایه دو آشنا شده‌ایم بهتر است به طور دقیق‌تری مزایای استفاده از آنها را مورد بررسی قرار دهیم.

بهبود امنیت

مهمترین مزیت پروژه‌های لایه 2 ، اطمینان از بهبود امنیت است. به طور کلی اگر بلاک چین های لایه 1 بخواهند تغییری در مقیاس پذیری خود ایجاد کنند، باید کارهای اساسی بر پایه پروتکل خود پیاده‌سازی کنند. در بیشتر موارد این تغییرات با مشکلاتی پیشبینی نشده‌ای روبرو می‌شوند. راهکارهای لایه 2 در بلاک چین به جلوگیری از مشکلات ناشی از تغییرات در معماری بلاک چین کمک می کند. راه حل های لایه 2 با لایه بلاک چین اولیه مطابقت دارند، بنابراین از هرگونه تغییر در لایه پایه یا پروتکل پایه جلوگیری می کنند.

بهبود مقیاس پذیری شبکه 

مزیت با ارزش دیگر پروتکل های لایه 2 به افزایش مقیاس پذیری مربوط است. پروتکل های لایه 2 برای اطمینان از توان عملیاتی بالاتر طراحی شده اند و در نتیجه فرصت هایی را برای مقیاس پذیری ایجاد می کنند. توان عملیاتی بالاتر می‌تواند به افزایش ظرفیت برنامه‌های بلاک چین به آسانی کمک کند تا تجربیات کاربری افراد به طور فزاینده‌ای در استفاده از این برنامه‌ها تسهیل شود.

کارمزد تراکنش‌های کمتر

راهکارهای لایه دوم اتریوم یا کلا پروتکل های لایه دو رویکردی مناسب در قبال مشکل بزرگ دیگر سیستم های بلاک چین معمولی ارائه می دهند. ماینرها مسئولیت اعتبارسنجی تراکنش ها در شبکه بلاک چین را بر عهده می گیرند و از الگوریتم های رمزنگاری بلاک چین برای تأیید تراکنش ها استفاده می کنند. اگر راهکار لایه دو وجود نداشته باشد منابع پردازشی زیاد صرف این فرایند می‌شود اما با اضافه شدن لایه دو به هزیه‌های تراکنش کاهش پیدا می‌کند در نتیجه هزینه کارمزد برای کاربران نیز کاهش پیدا می‌کند.

پروژه‌های نامدار راهکارهای لایه دو اتریوم

پالیگان (Polygon)

پالیگان یا ماتیک یکی از پروژه‌های معروف در زمینه راهکار لایه دو محسوب می‌شود که می‌تواند نقش بزرگی در بهبودمقیاس‌پذیری شبکه اتریوم ایفا کند. البته پروژه پالیگان به تنهایی خود یک پلتفرم همه فن حریف برای توسعه شبکه‌های مبتنی بر بلاک چین اتریوم محسوب می‌شود که توانایی اتصال آنها به یکدیگر را دارد. در همین راستا شبکه پالیگان تمام ابزارها و مؤلفه های مهم مورد نیاز توسعه دهندگان برای ایجاد نمونه های بهینه شده اتریوم را در خود دارد.

کارتزی (Cartesi)

یکی دیگر از نمونه های برجسته در میان راه حل های محبوب مقیاس پذیری اتریوم کارتزی نام دارد. همانند پالیگان، کارتزی نیز علاوه بر پرداختن به مسائل مقیاس پذیری و کارمزدهای بالای تراکنش ها توانایی‌های بیشتری دارد. راهکار لایه 2 کارتزی توانایی حل مشکلات سازگاری با فناوری قدیمی و اجزای نرم افزارهای مختلف را دارد که کار را در بسیاری از موارد برای توسعه‌دهندگان آسان می‌کند.

آربیتروم (Arbitrum )

آربیتروم یکی دیگر از پروژه‌های تاثیرگذار در میان راهکارهای لایه 2 اتریوم است. شرکت Off-chain Labs پروژه آربیتروم را با ویژگی‌هایی برای همکاری نزدیک با اتریوم توسعه داده‌ است، در نتیجه برنامه‌نویسان و توسعه‌دهندگان مسلط به زبان سالیدیتی (Solidity)  قادرند تا قراردادهای هوشمند خود را آسان‌تر با یکدیگر تلفیق کنند. سه جزء اصلی آربیتروم شامل اعتبار سنج، کامپایلر و EthBridge است.

کامپایلر به جمع‌آوری مجموعه‌ای از قراردادهای هوشمند Solidity در یک فایل اجرایی سازگار با اجرای بر روی AVM یا ماشین مجازی دلخواه (Arbitrary Virtual Machine) کمک می‌کند.

اعتبارسنج‌ها در درجه اول مسئول اکثر کارهای خارج از زنجیره در کنار نظارت بر وضعیت AVM هستند.

EthBridge نیز یک برنامه غیرمتمرکز است که در شبکه اصلی اتریوم مستقر شده است و نقش یک اتصال دهنده بین شبکه اصلی اتریوم و آربیتروم را می‌کند.

آپتیمیزم (Optimism) مثال دیگری راهکارهای لایه دو اتریوم است که می تواند بهبودهایی را در بخش کاهش هزینه تراکنش ها در شبکه اتریوم ارائه دهد. علاوه بر این، آپتیمیزم قادر است بهبودهای قابل توجهی در سرعت تراکنش برای کاربران اتریوم به وجود آورد. علاو بر این توسعه دهندگان به راحتی می توانند قراردادهای هوشمند Solidity با قابلیت اجرا بر روی Optimism ایجاد کنند.

آپتیمیزم  امکان تعامل کدهای خارج از زنجیره مانند UI و کیف پول با قراردادهای لایه 2 را در آپتیمیزم فراهم می کند.

سخن پایانی

با توجه به مسیری که دنیای بلاکچین در حال طی کردن است، در عمل ارزش پروتکل‌های لایه دو برای بسیاری مشخص شده است. راهکارهای لایه 2 یک رویکرد نوآورانه برای حل هر گونه نگرانی در مورد مقیاس پذیری شبکه های بلاک چین موجود ارائه می‌کنند. استفاده از فناوری بلاک چین هر روز که می گذرد به طور قابل توجهی در حال افزایش است و در عین حال مجموعه متنوعی از روش‌ها و رویکردهای نو نیز برای این سازوکار ارائه می شود.

 

به نظر می‌رسد که راهکارها و پروتکل‌های لایه ۲ بخش مهمی از آینده فناوری بلاک چین خواهند بود. همچنین در آینده انتظار می‌رود که راهکارهای لایه دو بتواند نقش جدیدتری برای شبکه‌های بلاک چینی ایفا کنند و امکانات، مزایا و کاربردهای متمایز جدیدی برای کاربران به ارمغان آورند.