أساسيات شبكة الطبقة الثانية لبيتكوين

أدى ظهور نقوش بيتكوين إلى إضفاء حياة جديدة على نظام بيتكوين البيئي، مما دفع المزيد من الناس إلى إعادة الانتباه إلى بيتكوين، ويعتقد البعض أن هذا فتح صندوق باندورا لنظام بيتكوين البيئي. من بين العديد من التطورات التكنولوجية في نظام بيتكوين البيئي، تُعتبر البنية التحتية من الطبقة الثانية هي الأهم. تستند هذه المقالة إلى مقالات مشهورة على الإنترنت، وتبادل الآراء مع المتخصصين في الصناعة، وتجارب الفريق في تصميم وتطوير منتجات Web3، لتلخيص المعرفة الأساسية حول الطبقة الثانية لبيتكوين. نأمل أن تكون بمثابة حجر أساس لجذب المزيد من الأشخاص لإكمال الأفكار ذات الصلة، ودفع هذا المجال نحو التطور.

عالم البلوكشين يبدأ ببيتكوين وينتهي بنظام بيتكوين الإيكولوجي. يمكن اعتبار الإيثيريوم أيضًا استكشافًا لتقنية الجانبية لبيتكوين.

في هذه المقالة، "البناء على الطبقة الثانية" و"بناء الشبكة على الطبقة الثانية" لهما معنى متشابه، حيث أن البناء على الطبقة الثانية هو مفهوم أوسع. من أجل الحفاظ على التوافق مع المصطلحات الشائعة في الصناعة، سيتم استخدام تعبير "بناء الشبكة على الطبقة الثانية" في النص.

1. مهمة Layer2

لفهم المشكلات الأساسية التي تحتاج إلى حل في بناء الطبقة الثانية من بيتكوين، دعنا نبدأ بخصائص نظام البلوكشين الأساسية.

1.1 الخصائص الأساسية والمتطلبات للبلوكشين

نستعير المفهوم الذي قدمه فيتاليك: البلوكتشين هو "حاسوب عالمي". من هذا المنظور، سيكون من الواضح فهم الخصائص المتنوعة للبلوك تشين. فيما يلي ملخص لبعض الخصائص الأساسية:

الشفافية: هذه هي خاصية تخزين البيانات وتنفيذ التعليمات في "الحاسوب العالمي" المعروف باسم البلوكشين، وهي أيضًا الحاجة الداخلية التي تتطلب مشاركة العديد من العقد الموزعة عالميًا في الحساب. تلبي هذه الخاصية حق المستخدمين في معرفة البيانات، وهي نتيجة مشتركة لمتطلبات التعاون الداخلي لهذا "الحاسوب العالمي" واحتياجات المستخدمين الخارجية.

اللامركزية: هذه هي سمة هيكل "حاسوب العالم"، حيث يستند مستوى اللامركزية ومرونة تحمل الأخطاء نظريًا إلى نظرية جنرالات بيزنطة. مستوى اللامركزية هو مؤشر مهم على أمان البلوكشين، وهو أيضًا أساس لبعض الخصائص.

الأمان: يتكون الأمان من الاحتياجات الداخلية الناشئة عن خصائص هيكل "الحاسوب العالمي" والاحتياجات الخارجية للمستخدمين. من الناحية الجزئية، يتم ضمان الأمان بواسطة تقنيات مرتبطة بالتشفير، ومن الناحية الكلية، يتم ضمانه بواسطة لامركزية الهيكل، مما يمنع تأثير التزوير في البيانات الجزئية أو تدمير الهيكل الكلي على أمان "الحاسوب العالمي".

قدرة الحساب: واحدة من الوظائف الرئيسية لهذه الحاسبة العالمية، وهي سلسلة الكتل، هي القدرة على الحساب. يتم قياس هذه المؤشرات بشكل عام من خلال ما إذا كانت كاملة تورينغ أم لا. بعض السلاسل مصممة عمدًا لتكون غير كاملة تورينغ للحفاظ على ميزاتها الرئيسية. على سبيل المثال، شبكة بيتكوين، حيث لم يجعل ساتوشي ناكاموتو تعليمات شفرته كاملة تورينغ فحسب، بل عمد أيضًا إلى حذف بعض مجموعات التعليمات أثناء التطوير، مما ساهم في الحفاظ على استقرارها وأمانها. جميع التقنيات الكاملة تورينغ تهدف إلى توسيع قدرة حساب سلسلة الكتل. من منظور تصميم الطبقات، الأنظمة البسيطة أكثر ملاءمة لتكون في الطبقة الأساسية.

الأداء: في ظل قدرة حسابية متساوية، يعد الأداء قدرة رئيسية أخرى يتم فحصها في عالم الكمبيوتر الخاص بسلسلة الكتل. عادة ما يتم قياس ذلك باستخدام TPS، أي عدد المعاملات المعالجة في الثانية.

التخزين: يتم وصف blockchain بأنه "كمبيوتر عالمي"، لذلك يجب أن يكون له وظيفة تخزين، وهي القدرة على تسجيل البيانات. حاليًا، يتم التخزين بشكل أساسي داخل الكتل، ولا يزال التخزين على السلاسل الخارجية للكتل قيد التطوير.

الخصوصية: الخصوصية هي حاجة فرعية في "الحاسوب العالمي"، وهي تتطلب الحفاظ على نطاق حقوق منتجي البيانات ومستخدميها خلال عمليات الحساب والتخزين. هذا مدفوع أساسًا بالاحتياجات الخارجية للمستخدمين.

هناك مؤشر شامل آخر وهو القابلية للتوسع، وعادة ما يشير إلى قابلية التوسع في الهيكل بأكمله، تؤثر هذه الخاصية على معظم الخصائص الأساسية، على مستوى الهيكل، تعتبر قابلية توسع النظام مؤشرًا مهمًا جدًا.

تتقيّد العلاقات التنموية المتبادلة في معظم الخصائص الأساسية لهذه الشبكات البلوكتشين من خلال مثلث المستحيل. على سبيل المثال، فرضية DSS تعني اللامركزية، والأمان، وقابلية التوسع.

في الأنظمة الموزعة، مثل مثلث المستحيل، فإن مبدأ CAP يشير إلى أنه في نظام موزع، لا يمكن تحقيق التناسق، التوفر، وتحمل الأخطاء في تقسيم الشبكة في نفس الوقت. نظام البلوكشين هو نظام موزع يتضمن مشكلة الجنرالات البيزنطية، لذا فإنه ينطبق أيضًا على مبدأ CAP.

1.2 دور بناء الطبقة الثانية

ما هي الأدوار التي يجب أن تكتمل في بناء الطبقة الثانية؟ ما هي الوظائف التي توفرها؟ يجب أن يكون بناء الطبقة الثانية توسيعًا لنقص النظام في الطبقة الأولى، ويجب إنجاز الأمور التي لا تناسب النظام في الطبقة الأولى في بناء الطبقة الثانية.

من الخصائص المذكورة أعلاه لتقنية البلوكشين يمكن استخلاص استنتاج أولي، وهو أنه يجب توسيع هذه القدرات الأساسية: الشفافية العامة، اللامركزية، الأمان، القدرة الحسابية، الأداء، التخزين، الخصوصية وغيرها. بالإضافة إلى هذه القدرات الأساسية من الناحية التقنية، هناك مسألة اقتصادية مهمة يجب حلها، وهي خفض التكاليف، فعادةً ما تكون التكلفة الشاملة لتنفيذ المعاملات في شبكة من الطبقة الأولى مرتفعة، مما يتطلب استخدام شبكة من الطبقة الثانية لخفض هذه التكاليف.

ملخص الأمر في جملة واحدة هو أن الحلول التي تهدف إلى زيادة السعة، خفض التكاليف، وتخصيص الميزات هي جميعها بناء على الطبقة الثانية. بالنسبة للميزات المخصصة، لا تزال غير واضحة بما فيه الكفاية، أو غالبًا ما تكون مخفية تحت الميزتين الأوليين، مما يسبب بعض الالتباس. يمكننا فهم ذلك على أن ميزات الشبكة من الطبقة الأولى تتطلب درجات مختلفة من العديد من التطبيقات، ويمكن تعديل درجة تنفيذ الميزات المختلفة على الطبقة الثانية لبعض التطبيقات.

في بناء الطبقة الثانية، ستكون هناك تضحيات في القدرات الأساسية للبلوكشين، حيث سيتم تقليل بعض الخصائص، بل وحتى التخلي عن بعض الخصائص، في مقابل تحسين ملحوظ لبعض الخصائص الأخرى. على سبيل المثال: بعض الطبقات الثانية ستقلل من درجة اللامركزية والأمان من أجل تحسين الأداء؛ وبعض الطبقات الثانية، مثل شبكة البرق، ستغير هيكل النظام وطريقة التسوية لزيادة القدرة على المعالجة. وهناك أيضًا بعض الطبقات التي تعزز خاصية معينة دون تقليل الخصائص الأساسية، مثل طريقة معالجة RGB، التي زادت بشكل ملحوظ من الخصوصية ومقاومة الرقابة، ولكنها زادت من صعوبة التنفيذ الفني.

يجب أن يكون خفض التكاليف مطلبًا أساسيًا لجميع مشاريع الطبقة الثانية.

1.3 لماذا يجب القيام بتصميم طبقي؟

التصميم الطبقي هو وسيلة ومنهجية للإنسان للتعامل مع الأنظمة المعقدة، من خلال تقسيم النظام إلى هياكل طبقية متعددة وتحديد العلاقات والوظائف بين الطبقات، لتحقيق التخصيص، وقابلية الصيانة، وقابلية التوسع للنظام، مما يعزز من كفاءة التصميم وموثوقية النظام.

بالنسبة لنظام بروتوكولات واسع وكبير، فإن استخدام الطبقات سيكون له فوائد واضحة. هذا يجعل من السهل على الناس فهمه، ويسهل تقسيم العمل والتنفيذ، ويسهل تحسين الوحدات. مثل تصميم نموذج الطبقات السبع في ISO/OSI في الشبكات الحاسوبية، لكن في التنفيذ الفعلي، يمكن دمج بعض الطبقات، على سبيل المثال، بروتوكول الشبكة المحدد TCP/IP هو بروتوكول من أربع طبقات.

الميزات المحددة لتقسيم البروتوكول:

1. كل مستوى مستقل عن الآخر. لا تحتاج طبقة معينة إلى معرفة كيفية تنفيذ الطبقة التالية، بل تحتاج فقط إلى معرفة الخدمات المقدمة من خلال واجهة الطبقات. بهذه الطريقة، تنخفض درجة تعقيد المشكلة بأكملها. بمعنى آخر، كيفية إجراء العمل في الطبقة السابقة لا تؤثر على عمل الطبقة التالية، لذا عندما نقوم بتصميم العمل في كل طبقة، يكفي أن نضمن ثبات الواجهة، ويمكننا تعديل طريقة العمل داخل الطبقة بحرية.

2. مرونة جيدة. عندما يحدث أي تغيير في أي طبقة، طالما أن العلاقة بين الواجهات الطبقية تبقى كما هي، فلن تتأثر الطبقات التي فوقها أو تحتها. عندما تظهر ابتكارات تقنية في طبقة معينة أو عندما تحدث مشكلة في العمل في طبقة معينة، فلن تؤثر على عمل الطبقات الأخرى، وعند استبعاد المشكلة، تحتاج فقط إلى النظر في المشكلة الخاصة بتلك الطبقة.

3. يمكن تقسيمه هيكليًا. يمكن أن تتبنى كل طبقة التقنية الأكثر ملاءمة لتحقيق ذلك. غالبًا ما يكون تطور التكنولوجيا غير متماثل، والتقسيم الهرمي يتجنب بشكل فعال تأثير دلو الخشب، ولن تؤثر عدم كفاءة تقنية معينة على الكفاءة العامة للعمل.

4. سهل التنفيذ والصيانة. هذه البنية تجعل من السهل التعامل مع تنفيذ وتصحيح نظام ضخم ومعقد، حيث تم تقسيم النظام بالكامل إلى عدة أنظمة فرعية مستقلة نسبيًا. عند التصحيح والصيانة، يمكن تصحيح كل طبقة بشكل منفصل، مما يتجنب ظهور حالات عدم القدرة على العثور على المشاكل أو حلها.

5.يمكن أن يعزز العمل على المعايير. لأن كل طبقة من الوظائف والخدمات المقدمة لها قد تم توضيحها بدقة. فائدة المعايير هي أنه يمكن استبدال أي طبقة منها بحرية، مما يسهل الاستخدام والدراسة.

فكرة التصميم المعياري المتعدد الطبقات هي طريقة شائعة في مجال التكنولوجيا للتعامل مع مشروع هندسي ضخم يتطلب تعاونًا من عدة أشخاص وتحسينًا مستمرًا، وهي طريقة فعالة تم اختبارها من خلال الممارسة.

2. أفكار بناء متعددة لـ بيتكوين Layer2

هناك ثلاث مسارات بارزة لبناء الطبقة الثانية من بيتكوين:

(1)مسار التوسع القائم على السلسلة، مشابه جدًا للطبقة الثانية من EVM، هو هيكل البلوكشين؛

(2)بناءً على المسار الموزع، ويمثلها شبكة البرق، هي بنية موزعة.

(3)استنادًا إلى نظام مركزي، تمثل الفهارس المركزية، هي هيكل مركزي.

الطريقتان الأولى والثانية لهما خصائص مميزة، وقد تم استخدام بعض المنتجات التي تم تطويرها واستكشافها. بالنسبة للطريقة الأولى، بفضل النمو المزدهر للإيثيريوم واستكشاف سلاسل تقليد البيتكوين الأخرى، فإن التوسع من الطبقة الثانية المعتمد على السلسلة يصبح أسهل نسبيًا، وهناك المزيد من الحالات المرجعية. والطريقة الثانية المعتمدة على التوزيع عادة ما تكون أكثر صعوبة، وتطورها أبطأ قليلاً، ويمثلها شبكة البرق. الطريقة الثالثة مثيرة للجدل، لأنها لا تبدو كإنشاء من الطبقة الثانية، لكنها تبدو وكأنها أكملت وظيفة بناء الطبقة الثانية.

أي خطة بناء من الطبقة الثانية أفضل؟ نستخدم نتيجة السوق كمعيار قياس، الشبكة من الطبقة الثانية التي لديها أعلى قيمة إجمالية مقفلة (TVL) هي الخطة المثلى. مع مرور الوقت وتطور التكنولوجيا، ستكون هذه الخطة المثلى عملية تتغير.

بالنسبة لتعريف الشبكة من الطبقة الثانية لبيتكوين، طالما أنها تعتمد على شبكة بيتكوين، وتبني ارتباطات تقنية مع شبكة بيتكوين، وتتمتع بعض الخصائص التي تفوق شبكة بيتكوين من الطبقة الأولى، فإنها تعتبر جزءًا من بناء الشبكة من الطبقة الثانية لبيتكوين. بعبارة أخرى: طالما يتم استهلاك BTC كغاز، وتستخدم BTC كأصل أساسي، فإن الأنظمة التي توسع أداء بيتكوين تُعتبر من البناء من الطبقة الثانية. بناءً على هذا الحكم، يجب أن نعترف بالتصنيف الثالث لبناء الشبكة من الطبقة الثانية، وهو البناء من الطبقة الثانية ذو الهيكل المركزي.

تطور تقنية البيتكوين نفسها، مثل تعديل OP_RETURN، Taproot، توقيع Schnnor، MAST، Tapscript، يجب أن يتم تصميمها بهدف ربط الطبقة الأولى والثانية، وينبغي عدم استخدام هذه التقنيات لتطوير وظائف بشكل مفرط، لأن شبكة الطبقة الأولى مهما توسعت لن تحقق قفزة نوعية، ويجب أن يتم بناء الطبقة الثانية. ولكن في ظل عدم وجود منتجات بيتكوين من الطبقة الثانية أفضل، ستُستخدم هذه القدرات التقنية للربط بين الطبقتين بشكل مفرط لفترة من الوقت.

2.1 البناء على الطبقة الثانية المعتمدة على السلسلة

استكشفت سلاسل المحاكاة المبكرة لبيتكوين العديد من الأفكار، مثل "Colorcoin" و"CovertCoins" و"MasterCoin"؛ وسلاسل المحاكاة المختلفة لبيتكوين التي تهدف للتوسع، مثل BCH وBSV وBTG؛ وتقنيات السلاسل الجانبية المختلفة تعتمد على توسيع البنية الأساسية للسلاسل، ويمكن القول إنها نوع من الطبقة الثانية بالمعنى الواسع.

يشمل الإيثيريوم، وهو أيضا نوع من الاستكشافات المحسّنة القائمة على البيتكوين. في حالة عدم نجاح فيتاليك في إقناع فرق المشاريع الأخرى، قام بتشكيل فريقه الخاص لنشر الورقة البيضاء وتطوير نظام blockchain من الجيل الجديد، مستهدفًا عيوب البيتكوين: نظام UTXO بدون حسابات، لغة التنفيذ غير الكاملة، ضعف قابلية التوسع، وغيرها من المشكلات. على الرغم من أن هذا الاستكشاف للإيثيريوم ليس بناءً من الطبقة الثانية مباشرةً على البيتكوين، إلا أنه من الناحية الواسعة يُعتبر استكشافًا لبناء قائم على السلسلة.

استكشاف تحسينات غير مكتملة لبيتكوين مع إيثريوم، وكذلك تطوير والتحقق من الطبقة الثانية على إيثريوم، قدمت نماذج مرجعية لتطوير الشبكات القائمة على الطبقة الثانية على بيتكوين. تشمل الحلول المختلفة للتجميع، والحلول عبر السلاسل، وتقنية قنوات الرسائل، بالإضافة إلى تقنية تقسيم إيثريوم نفسها.