مقیاس‌پذیری؛ پاشنه آشیل بلاکچین

یکی از مشکلات فعلی موجود در شبکه پرداختی بیت کوین، مربوط به تراکنش‌ها و بحث مقیاس‌پذیری شبکه است. مقیاس‌پذیری، به توان یک شبکه برای مدیریت افزایش تعداد تراکنش‌ها گفته می‌شود. یک شبکه مقیاس‌پذیر با افزایش تراکنش‌ها، سرعت بیشتری به کار می‌بخشد. ازآنجایی‌که همواره تعداد تراکنش‌ها در حال افزایش است؛ این یکی از ویژگی‌های مهم هر شبکه‌ای است. عوامل دخیل در مقیاس‌پذیری شامل توان عملیاتی، زمان تراکنش، تأخیر و امنیت هستند.

مشکل مقیاس‌پذیری در شبکه بیت کوین

زمانی که از بلاکچین صحبت می‌کنیم باید مسائل زمان بری مانند غیرمتمرکز بودن و یا زمان موردنیاز برای ساخت بلوک را نیز در نظر داشته باشیم. به صورت نظری، در یک سیستم غیرمتمرکز زمانی یک تراکنش تائید می‌شود که همه گره‌ها تراکنش را تائید کنند. و از سویی دیگر شبکه بیت کوین تنها می‌تواند تعداد معینی از تراکنش‌ها را در یک بازه زمانی مشخص در هر بلوک پردازش کند. همه این‌ها می‌توانند مقیاس‌پذیری شبکه بیت کوین را تحت تأثیر قرار دهند.

تائید تراکنش‌ها در بلاکچین به چه صورت است؟

همان‌طور که می‌دانید تراکنش‌ها در شبکه بیت کوین طی فرایندی به نام ماینینگ تائید می‌شوند. رایانه‌های ماینرها تراکنش‌هایی را که به بلوک ارسال‌شده‌اند؛ جمع می‌کنند. سپس گره‌ها تلاش می‌کنند تا اولین گره حل‌کننده یک معمای رمزنگاری‌شده باشند. هدف این است که اولین ماینر، تائید کننده بلوک جدید باشد. تنها بلوکی در بلاکچین پذیرفته می‌شود که تمام تراکنش‌های موجود در آن معتبر باشد و قبلاً جایی دیگر خرج نشده باشد.

وضعیت تایید تراکنش‌ها در شبکه بیت کوین

همان‌طور که ساتوشی ناکاموتو در وایت پیپر یا سپیدنامه بیت کوین تخمین زده بود، تقریباً هر ده دقیقه یک بلوک جدید ایجاد می‌شود. این زمان تقریبی به‌عنوان “زمان بلوک” شبکه بیت کوین شناخته می‌شود و مدت‌زمان تخمینی موردنیاز برای استخراج یک بلوک تازه است.

اندازه یا حجم یک بلوک معمولاً چیزی به اندازه یک مگابایت است. اگر استخراج یک بلوک در شبکه بیت کوین بیشتر از ده دقیقه طول بکشد؛ میزان “سختی شبکه” کاهش می‌یابد و اگر استخراج بلوک زمان کمتر از ده دقیقه طول بکشد، سختی شبکه افزایش می‌یابد. تنظیم سختی شبکه تقریباً در هر ۲۰۱۶  بلوک یک بار انجام می‌شود. این میزان تقریباً به معنای هر دو هفته یک بار است. 

حجم تایید تراکنش‌ها در بلاکچین بیت کوین چقدر است؟

 میزان دارایی و ارزش منتقل‌شده به شبکه بیت کوین و همین‌طور تعداد تراکنش‌های پردازش‌شده در این شبکه به طور سالانه در حال افزایش است. با توجه به اینکه اندازه هر تراکنش باید حداقل ۲۵۰ بایت باشد و اگر زمان استخراج هر بلوک ده دقیقه در نظر گرفته شود؛ شبکه بیت کوین می‌تواند حداکثر ۷ تراکنش در ثانیه (tps) را پردازش کند. این میزان برای شبکه اتریوم حدود ۱۵ تراکنش در ثانیه و برای شبکه ریپل که دارای رتبه سریع‌ترین است؛ ظرفیت پردازش حدود ۱۵۰۰ تراکنش در ثانیه است.

چرا مقیاس‌پذیری مهم است؟

یک شبکه در ابتدا باید قادر به پشتیبانی از تراکنش‌های روزمره باشد. این به این یعنی است که باید توان مدیریت مقدار معینی از تراکنش‌ها بدون تأخیر و مشکلات پردازشی را داشته باشد.
ثانیاً، شبکه باید اعتبار اینکه قادر به کنترل و مدیریت مقدار تراکنش‌های رو به رشد است را به دست آورد. این ویژگی همان مقیاس‌پذیری شبکه است که با رشد میزان تراکنش‌ها، اندازه، ظرفیت و همچنین امنیت، افزایش پیدا می‌کند. از سویی دیگر یک شبکه باید انگیزه کافی برای استخراج‌کنندگان در نظر بگیرد تا آن‌ها را به رقابت وادارد.
در مقایسه با ارائه‌دهندگان پرداخت سنتی مانند VISA یا PayPal، ظرفیت تراکنش ارزهای دیجیتال شده مانند بیت کوین و اتریوم بسیار کم است. رهبر جهان در پرداخت‌های دیجیتال،شبکه  ویزا، ادعا می‌کند که قادر به مدیریت بیش از ۶۵۰۰۰ تراکنش در ثانیه است و در واقع به طور متوسط در هر روز ۱۵۰ میلیون تراکنش را انجام می‌دهد. در مقابل، شبکه پرداخت پی پال تنها ۱۹۳ تراکنش در ثانیه یا حدود ۵ میلیون تراکنش در روز را انجام می‌دهد.
معیار اعتبار شبکه‌های پرداخت دو عامل سرعت و امنیت هستند؛ بنابراین زیرساخت‌های موجود در شبکه ارزهای دیجیتال باید به شکلی مناسب گسترش یابد که پاسخگوی حجم تراکنش‌های فزاینده و تعداد رو به رشد کاربران در آینده باشد.

تاکنون چه راه‌حل‌هایی برای افزایش مقیاس‌پذیری بیت کوین ارائه شده است؟

جامعه بیت کوین SegWit را در سال ۲۰۱۷ به‌عنوان یک انشعاب نرم (soft fork) بر روی پروتکل بیت کوین فعال کرد تا بتوان از راه‌حل‌های لایه دوم برای افزایش مقیاس‌پذیری بهره برد.  راه‌حل دیگری که بعد از سگویت پیشنهاد داده شد تپ روت است. تپ روت (Taproot) یک سافت فورک روی بلاکچین بیت کوین است. انتظار می رود که این به روز رسانی در زمان تایید بلوک شماره ۷۰۹۶۳۲ به عبارتی در ۲۳ آبان ۱۴۰۰ اتفاق بیفتد.  

شرایط جدیدی که تپ روت ایجاد میکند تغییر الگوریتم امضای تراکنش هاست. به عبارتی اگر انجام تراکنش به چندین امضا نیاز داشته باشد، الگوریتم جدید تمام امضاها را به یک امضای جدید تبدیل می کند. این اتفاق باعث افزایش حریم خصوصی و امنیت کاربران خواهد شد. از طرف دیگر تبدیل کردن چند امضا به یک امضا حجم اطلاعات انتقالی و ذخیره سازی روی بلاکچین را پایین می‌آورد. و در نهایت بخاطر استفاده‌ی کارآمدتر از فضا، تعداد تراکنش بیشتری در بلوک ها جا می شود که باعث افزایش تعداد تراکنش در ثانیه خواهد شد.

یکی دیگر از راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری که با هدف کاهش میزان داده در بلاکچین پیاده‌سازی شده است؛ شبکه لایتنینگ است. یک پروتکل پرداخت “لایه ۲” که در شبکه بیت کوین و مبتنی بر شبکه‌ای از کانال‌های پرداخت دو طرفه فعالیت می‌کند. با کمک این شبکه، تراکنش‌های روزمره، بدون پرداخت کارمزدهای غیرمعقول تسهیل می‌شوند.

در اواخر سال ۲۰۱۷  ظرفیت تراکنش‌ها به مرز شبکه نزدیک شد. برای حل مشکل مقیاس‌پذیری صدای دو گروه شنیده می‌شد. گروهی که می‌خواستند ظرفیت و اندازه  بلوک را افزایش دهند و گروه دیگری به اضافه کردن پروتکل‌های اضافی در لایه‌های بالاتر و راه‌حل‌های افزایش مقیاس‌پذیری به کمک تراکنش‌های خارج از زنجیره‌ای (Off chain)  اصرار داشتند. این راه‌حل تا حدودی شبیه به ساختار فعلی اینترنت است.

مقیاس‌پذیری افقی و عمودی؛ راه حلی برای افزایش ظرفیت

ویژگی دیگری که باید در مورد اثربخشی مقیاس‌پذیری به خاطر سپرد؛ با عنوان راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری افقی و عمودی شناخته می‌شوند. هر دو این راه‌حل‌ها دارای مزایا و معایبی در خصوص تمرکززدایی هستند.
مقیاس‌پذیری عمودی شامل افزایش قدرت پردازش و حافظه هر گره است. در نتیجه گره‌های قدرتمندتری در این نوع مقیاس‌پذیری ایجاد می‌شود و کارایی تراکنش‌های فردی بهبود می‌یابد. از طرف دیگر مقیاس‌پذیری افقی مستلزم افزودن ماشین‌های بیشتر به سیستم و بهبود میزان توان کلی است. به طور خلاصه، گره‌های کمتر و در نتیجه تمرکز بالاتر یک شبکه (مانند شبکه EOS) سرعت شبکه را افزایش می‌دهد اما شفافیت و تغییرناپذیری کلی این نوع شبکه به نسبت شبکه بسیار غیرمتمرکزی مانند بیت کوین بسیار کمتر است.

سخن پایانی

به نظر نمی‌رسد از نظر بحث فناوری، تنها یک راه‌حل مقیاس‌پذیری، مشکل‌گشای مقیاس‌پذیری شبکه بیت کوین باشد. بااین‌حال بسیاری از ارزهای دیجیتال دیگر در حال کار بر روی ارائه راه‌حل‌های مختلف برای این بحران هستند چراکه فناوری در حال پیشرفت است و چنین مشکلاتی می‌تواند معایب بزرگی برای یک شبکه باشند. در عین حال باید به این نکته توجه کنیم که بسیاری از راه‌حل‌هایی که در بلاکچین‌های دیگر اجرا شده از درجه غیرمتمرکز بودن شبکه میکاهد. بیت کوین به عنوان غیرمتمرکزترین رمزارز در دنیا شناخته شده است. با ایجاد و اجرای راه حل های افزایش مقیاس پذیری بدون کاستن از درجه غیرمتمرکز بودن می توان آینده ای روشن برای این رمزارز محبوب متصور بود.