معرفی لایه های بلاکچین و بررسی خصوصیات هر لایه

بلاکچین را می‌توان یک فناوری انقلابی دانست که بازارهای مالی را تحت‌تاثیر قرار داده است. یکی از بازارهای مالی که با ظهور این فناوری ایجاد شد بازار کریپتوکارنسی یا همان ارزهای دیجیتال است. اگر جز فعالان این بازار باشید احتمالاً اصطلاحاتی مانند لایه های بلاکچین، پروتکل‌های آن و… را شنیده‌اید. در این مقاله قصد داریم توضیحی جامع در مورد این اصلاحات گفته شده به شما ارائه دهیم؛ اما قبل از هر چیز باید به سؤال مهم blockchain چیست پاسخ دهیم.

بلاکچین چیست؟

بلاکچین در واقع لیستی از داده‌های غیرمتمرکز است که بین گره‌ها (نود) به اشتراک گذاشته می‌شود. این فهرست از بلاک‌های متعدد تشکیل شده که با استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری مثل PoS یا POW به هم مرتبط و ایمن می‌شوند. به بیان دیگر بلاکچین را می‌توان نوع خاصی از فناوری دفتر کل توزیع شده دانست که شامل لیستی از داده‌های روبه‌رشد است. این داده ها با استفاده از رمزنگاری به طور ایمن به یکدیگر وصل می‌شوند.

از آنجایی که بلاک‌ها حاوی کدها و اطلاعاتی از بلاک قبلی خود هستند و یک زنجیره را تشکیل می‌دهند، پس از انجام تراکنش امکان کنسل‌کردن وجود ندارد. زیرا برای این کار باید بلاک ها و تراکنش های پس از آن نیز کنسل شود.

شاید بسیاری از شما فکر کنید بلاکچین جز فناوری‌های نوظهور است. در واقع این فناوری از اوایل ۱۹۹۰ میلادی توسط اس هابر و دبلیو اسکات به جهان معرفی شد. اما زمانی محبوبیت آن افزایش یافت که برنامه‌ها و پروژه های کاربردی با استفاده از بلاکچین طراحی و راه‌اندازی شد. از مهم‌ترین این پروژه ها می‌توان به بیت‌کوین اشاره کرد.

اجزای فناوری بلاکچین

به‌طورکلی لایه های بلاکچین از پنج جز تشکیل شده که در ادامه این اجزا را معرفی کرده و در مورد هرکدام توضیحات مختصری ارائه می‌کنیم.

نودها یا گره‌ها

نودها در واقع کامپیوترهای متصل به اینترنت هستند که طبق برنامه‌ای خاص می‌توانند در یک شبکه حضور داشته باشند. برنامه کیف پول بیت‌کوین و بلاکچین نمونه‌ای از برنامه‌های این شبکه به‌حساب می‌آیند.

دفتر کل

دفتر کل را می‌توان به دو نوع توزیع شده و مشترک تقسیم‌بندی کرد.

۱. توزیع شده: دفتر کل توزیع شده به شرکت‌کنندگان یک سیستم بلاکچینی اجازه می‌دهد تا به پایگاه‌داده و محتویات آن دسترسی داشته باشند.

۲. مشترک: دفتر مشترک شامل لیستی از مقرراتیست که باید رعایت شود. برای دسترسی به اطلاعات دفتر توزیع شما باید کلیه مقررات موجود در دفتر مشترک را رعایت کنید.

الگوریتم اجماع

این الگوریتم را می‌توان اصلی‌ترین بخش یک شبکه دانست که وجود آن برای عملکرد درست شبکه و امنیت در بلاکچین ضروری است. در واقع این الگوریتم وضعیت فعلی شبکه و نحوه تصمیم‌گیری در مورد پذیرش تراکنش‌ها را نشان می‌دهد.

ماشین مجازی

ماشین‌های مجازی بخش مهمی از شبکه بلاکچین هستند که روی پلتفرم‌های معمولی مثل ویندوز نصب می‌شوند تا این سیستم‌ها به عملکردی مانند ماشین‌های محاسباتی دست پیدا کنند. با این کار سیستم‌های معمولی به دستگاهی مناسب برای فعالیت بر بستر شبکه‌های غیرمتمرکز تبدیل می‌شود.

شبکه همتا به همتا

شبکه همتا به همتا یکی از اجزای بلاکچین است که به‌وسیله آن گره‌های همتا بدون هیچ سرور مرکزی به یکدیگر متصل می‌شوند. در واقع این شبکه دسترسی گره‌ها به اطلاعات را تسهیل کرده و موجب جلوگیری ازدست‌رفتن اطلاعات می‌شود.

بررسی مقیاس‌پذیری بلاکچین

مقیاس‌پذیری در فناوری بلاکچین به معنی افزایش نرخ توان انجام عملیات محاسباتی است که در واقع میزان تراکنش در ثانیه را اندازه‌گیری می‌کند. به همین دلیل است که لایه های بلاکچین برای افزایش امنیت شبکه، نگهداری سوابق و … به پذیرش از طرف افراد پیش‌تری نیاز دارند تا نودهای سیستم افزایش پیدا کرده و اهداف شبکه محقق شود.

به تعداد تراکنش‌های انجام شده توسط یک سیستم در هر ثانیه خروجی گفته می‌شود. هرچه این میزان بیشتر باشد مقیاس‌پذیری افزایش می‌یابد. در حال حاضر شبکه‌های مختلفی برای پرداخت الکترونیکی مثل ویزا نت و بیت‌کوین وجود دارد. ویزا نت قادر است بیش از ۲۰۰۰۰ تراکنش در ثانیه را پردازش کند؛ اما زنجیره اصلی بیت‌کوین فقط قادر است ۷ تراکنش در ثانیه را پردازش کند.

از آنجایی که بیت‌کوین در دنیای تجارت جایگاه خود را پیدا کرده است، دولوپرها امیدوارند با توسعه لایه های بلاکچین (به‌ویژه لایه دو) و ایجاد هارمونی بین آن‌ها زمان پردازش را کاهش و سرعت شبکه را افزایش دهند.

نقش لایه ها در سه‌گانه بلاکچین

سه‌گانه بلاکچین در واقع به سه مفهوم تمرکززدایی، امنیت و مقیاس‌پذیری اشاره دارد. توجه داشته باشید که شبکه‌های غیرمتمرکز تنها قادر به داشتن دو مورد از این سه ویژگی به‌صورت هم‌زمان هستند. به همین دلیل یکی از این سه مفهوم باید قربانی شود. بسیاری از شبکه‌های بلاکچین در حال حاضر به امنیت و تمرکززدایی بیشتر توجه می‌کنند و مقیاس‌پذیری را قربانی این دو مفهوم می‌کنند.

پلتفرم اتریوم یکی از بهترین نمونه‌هایی است که می‌توان به آن اشاره کرد. این پلتفرم در تابستان سال ۲۰۲۲ با استقبال کاربران مواجه شد. این استقبال موجب زمان بر شدن تأیید تراکنش‌ها شد؛ زیرا اتریوم قصد نداشت تمرکززدایی و امنیت را فدای مقیاس‌پذیری کند. در نتیجه هزینه انجام تراکنش به‌شدت افزایش یافت و بسیاری از کاربران از انجام تراکنش در این شبکه صرف‌نظر کردند.

این مشکل در بیت‌کوین هم دیده می‌شود به همین دلیل است که بسیاری از استارتاپ‌ها و شرکت‌های فناوری در جهان به دنبال یافتن راه‌حلی برای ایجاد تعادل بین لایه های بلاکچین یک و دو هستند. اگر چنین تعادلی برقرار شود سرعت پذیرش این تکنولوژی افزایش‌یافته و همه چیز تغییر می‌کند.

معماری لایه های بلاکچین

بر اساس نظر کارشناسان، معماری لایه های بلاکچین را می‌توان به دو صورت تقسیم‌بندی کرد. برخی معتقدند که بلاکچین دارای ۷ لایه است و برخی دیگر معتقدند بلاکچین ۵ لایه دارد. در این مقاله مدل ۷ لایه‌ای را بررسی می‌کنیم.

لایه زیرساخت

لایه سخت‌افزار یا زیرساخت ( Hardware or infrastructure layer)، سروری است که اطلاعات روی آن ذخیره می‌شود. هنگامی که شخصی با استفاده از یک مرورگر بلاک چین این داده‌ها را از سرور فراخوانی می‌کند آنها در اختیار او قرار می‌گیرد.

به‌این‌ترتیب هر فردی می‌تواند با فردی دیگر ارتباط برقرار کند. در نتیجه برقراری ارتباط و تبادل اطلاعات یک شبکه همتا به همتا بسیار بزرگ از کامپیوترهای مختلف ایجاد می‌شود. تراکنش‌ها توسط این شبکه بزرگ تایید و در دفتر کل ثبت می‌شود. (به کامپیوترهای تشکیل‌دهنده این شبکه گره یا نود نیز گفته می‌شود).

لایه داده

لایه‌ای که تراکنش‌ها در آن ثبت و بلاک‌ها را ایجاد می‌کند لایه داده نام دارد. به بیان ساده وقتی تعداد تراکنش‌های یک گره به حد معینی رسید، داده در یک بلاک دسته‌بندی‌شده و در شبکه آپلود می‌شود. تمام بلاک‌ها به بلاک قبلی متصل و زنجیره‌ای بزرگ را ایجاد می‌کنند.

برای حفظ امنیت و یکپارچگی داده‌های موجود در لایه های بلاکچین، تراکنش‌ها به‌صورت دیجیتالی امضا می‌شوند. برای این منظور از یک کلید خصوصی استفاده می‌شود و هر کس به کلید عمومی دسترسی داشته باشد می‌تواند آن را تایید کند. این فرایند از دست‌کاری‌شدن اطلاعات در لایه داده‌ها جلوگیری می‌کند.

لایه شبکه

یکی دیگر از لایه های بلاکچین لایه شبکه است که به‌عنوان لایه P2P یا انتشار نام شناخته می‌شود. وظیفه اصلی این لایه برقراری ارتباط بین گره‌ها، کشف تراکنش‌ها و انتشار بلاک‌ها است. در واقع این لایه تضمین می‌کند که گره‌ها در محیطی امن بتوانند تعامل، انتشار و همگام‌سازی‌های لازم را انجام دهند. بزرگ‌ترین ویژگی لایه P2P توزیع حجم پردازش در گره‌های مختلف است.

لایه اجماع

اگر بخواهیم از بین تمام لایه های بلاکچین یکی را به‌عنوان مهم‌ترین لایه معرفی کنیم می‌توانیم به لایه اجماع اشاره کنیم. تفاوتی ندارد از اتریوم یا هایپر لجر استفاده می‌کنید. این لایه مسئول اعتبار سنجی بلوک‌ها و سفارش‌ها است.

لایه تشویق

این لایه وظیفه بررسی چگونگی جبران تلاش گره‌ها برای انجام تراکنش‌ها و مشخص‌کردن میزان پاداش هر گره را برعهده دارد. اجرای این لایه رابطه مستقیمی با نوع فرایند اجماع دارد. در برخی فرایندها نیازی به اجرای این لایه نیست. یکی دیگر از وظایف این لایه مشخص‌کردن حداقل کارمزد لازم برای انجام‌شدن یک تراکنش است.

لایه قراردادها

این لایه در واقع نحوه ارائه سرویس و اطلاعاتی که در اختیار گره‌ها قرار می‌گیرد را مشخص می‌کند. به‌طورکلی چهار نوع قرارداد وجود دارد که در ادامه آن‌ها را به شما معرفی می‌کنیم.

• قرارداد خدمات (Service Contract)
• قرارداد داده (Data Contract)
• قرارداد پیام (Message Contract)
• قرارداد سیاست و الزام‌آور (Policy and Binding)

لایه برنامه

این لایه از کدهای زنجیره‌ای، قراردادهای هوشمند و برنامه‌های غیرمتمرکز تشکیل شده است. پروتکل‌های این بخش به اجرا و برنامه تقسیم می‌شوند. روش کار لایه برنامه به این صورت است که برنامه‌ها دستورالعمل‌هایی را به لایه اجرا که مسئول اجرا تراکنش‌ها هستند ارجاع می‌دهد تا این بخش ماهیت قطعی بلاکچین را تایید کند.

پروتکل لایه های بلاکچین بر اساس مقیاس‌پذیری

نوع دیگری از تقسیم‌بندی لایه ها بر اساس مقیاس پذیری هم وجود دارد که در ادامه به معرفی آن خواهیم پرداخت.

لایه صفر بلاکچین چیست؟

در واقع لایه صفر و فناوری‌های موجود در آن ‌موجب ایجاد بیت‌کوین، اتریوم و سایر شبکه‌های بلاکچین شده است. معماری شبکه بلاکچین بر اساس این لایه عمل می‌کند که شامل سخت‌افزارها، اینترنت و اتصالاتی است که موجب می‌شود تا لایه یک به‌خوبی کار کند. نقش این لایه ایجاد ارتباط بین زنجیره‌ها و پشتیبانی از ارتباط ایجاد شده است. از مهم‌ترین پروژه‌هایی که بر بستر لایه صفر فعالیت دارند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• Polkadot
• Avalanche
• Cardano
• Cosmos

لایه اول بلاکچین چیست؟

لایه اول بلاکچین را می‌توان پایه شبکه دانست که امنیت آن با تغییر ناپذیری تامین می‌شود. لایه‌ای که مسئولیت فرایندهای برنامه‌نویسی، اجماع، زمان تایید بلاک، پارامترها، حل اختلاف و قوانین را برعهده دارد. این لایه در بین توسعه‌دهندگان و متخصص‌های حوزه بلاکچین به لایه پیاده‌سازی نیز معروف است.

از بین لایه های بلاکچین می‌توان این بخش را مرتبط با مشکلات مقیاس‌پذیری دانست. زیرا با پیوستن کاربران جدید به شبکه، نیاز به قدرت محاسباتی بیشتری برای حل مسائل و اضافه‌کردن بلاک‌ها به یکدیگر وجود دارد. برای حل این مشکل توسعه‌دهندگان از تکنیک‌های اجماع بهتری مانند اثبات سهام به‌جای اثبات کار استفاده کردند که مشکل مقیاس‌پذیری را به شکل قابل‌توجهی کاهش داد.

از مهم‌ترین پروژه‌هایی که بر بستر این لایه فعالیت می‌کنند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• اتریوم
• زنجیره هوشمند بایننس
• سولانا
• بیت‌کوین

لایه دوم بلاکچین چیست؟

این شبکه که به شبکه همپوشانی نیز معروف است در بالای لایه پایه قرار دارد و برای حل مشکل مقیاس‌پذیری برخی از تعاملات را حذف کرده و به طور مستقیم از لایه پایه استفاده می‌کند. در واقع این لایه یک ادغام شخص ثالث در ارتباط با لایه یک است و اضافه‌کردن گره‌ها توان عملیاتی سیستم را افزایش می‌دهد.

در واقع این پروتکل بهترین راه‌حل برای حل مشکل مقیاس‌پذیری در لایه های بلاکچین است که در ادامه در مورد لایه‌بندی‌های مختلف آن توضیحاتی را ارائه می‌کنیم.

ساختارهای مختلف در لایه دوم

بلاکچین تو در تو: در این حالت لایه یک، تنظیمات را انجام می‌دهد و لایه دو، رویه‌ها را اجرا می‌کند. فرض کنید مدیر یک مجموعه پروژه‌ای را دریافت می‌کند. پروژه را به بخش‌های کوچک تقسیم کرده و در اختیار کارمندان قرار می‌دهد. پس از اتمام هر بخش، کارمند پروژه را به همراه گزارشی به مدیر تحویل می‌دهد. در نتیجه حجم کار مدیر کاهش‌یافته و سرعت به میزان قابل‌توجهی افزایش می‌یابد.

کانال وضعیت: کانال وضعیت یا استیت چنل به دلیل ماهیتی که دارد می‌تواند سرعت انجام تراکنش‌ها را بهبود بخشد. تایید تراکنش‌ها در این کانال نیاز به مشارکت فوری ماینرها ندارد. به جای آن از یک منبع مجاور شبکه با مکانیسم چند امضایی یا قرارداد هوشمند برای تایید تراکنش‌ها استفاده می‌شود. پس از تأیید و نهایی‌شدن تراکنش‌ها تمامی آن‌ها به یک بلاکچین زیربنایی ارسال می‌شود.

زنجیره‌های جانبی: زنجیره جانبی یا ساید چین در کنار لایه های بلاکچین اجرا می‌شود و بیشتر برای تایید تراکنش‌های انبوه مورد استفاده قرار می‌گیرد. زنجیره‌های جانبی مکانیسم اجرای خود را دارند و از انتقال داده‌ها بین زنجیره‌ اصلی و جانبی برای افزایش سرعت و مقیاس‌پذیری استفاده می‌کنند.

رول آپ‌ها: این بخش از لایه‌بندی، در واقع راه‌حل مقیاس‌پذیری بلاک چین لایه دو برای تراکنش‌هایی هستند که خارج از شبکه لایه یک انجام می‌شوند. کاربران (نودها) از رول آپ‌ها سود می‌برند؛ زیرا توان عملیاتی شبکه را افزایش و هزینه‌های آن را کاهش می‌دهند.

از مهم‌ترین پروژه‌های این لایه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• شبکه لایتنینگ بیت‌کوین
• امگا پلاسما
• لوم نتورک
• پالیگان
• شبکه رایدن اتریوم

لایه سوم بلاکچین چیست؟

لایه سوم، لایه نهایی اکوسیستم بلاکچین است که کاربران از آن‌ برای استفاده در پروژه‌های گفته شده دو سطح قبل استفاده می‌کنند. این لایه علاوه بر ارائه رابط کاربری می‌تواند عملکردهای درون زنجیره‌ای و بین زنجیره‌ای مانند تأمین نقدینگی، صرافی‌های غیرمتمرکز و برنامه‌های کاربردی را نیز ارائه دهد. فناوری بلاکچین به لطف این لایه می‌تواند در تعاملات دنیای واقعی نیز مورد استفاده قرار بگیرد.

از مهم‌ترین پروژه‌های این لایه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• صرافی غیرمتمرکز یونی سوآپ
• بایننس
• کوین بیس
• پروتکل‌های مدیریت نقدینگی Avae

لایه های بلاکچین؛ راه‌حلی برای مشکلات شبکه

بدون تردید تنها راه موجود برای حل مشکلات سه‌گانه استفاده از لایه های بلاکچین است. استفاده همزمان از این لایه‌ها این امکان را فراهم می‌کند تا شبکه‌ها در کنار امنیت و تمرکززدایی، مقیاس‌پذیری را نیز تجربه کنند. چنین اتفاقی می‌تواند انقلابی بزرگ در بازار کریپتو ایجاد کند و جذابیت آن را دوچندان کند.