Blockchain هي تقنية ثورية تسمح بتبادل البيانات بشكل آمن وشفاف. ويستخدم سلسلة من الطبقات لتخزين ومعالجة المعلومات، والتي يشار إليها بالطبقات 0-3. كل طبقة لها غرضها ووظيفتها الخاصة، مما يسمح بوجود نظام شامل يمكنه التعامل مع مجموعة واسعة من المعاملات.
يتم تعريف Blockchain على أنها تقنية دفتر الأستاذ الموزع (DLT) التي تسهل التبادل الآمن والموثوق للأصول الرقمية بين طرفين أو أكثر. إنه نظام فريد يعمل كشبكة مفتوحة لامركزية لتخزين البيانات على أجهزة كمبيوتر متعددة في وقت واحد.
Layer1
للتحقق من المعاملات وإنهائها، تُعد الطبقة 1 هي السلسلة الأساسية التي يمكن بناء طبقات متعددة عليها. ويمكنها أن تعمل بشكل مستقل عن سلاسل الكتل الأخرى.
يمكن تقسيم layer1 إلى ثلاثة أجزاء:
طبقة البيانات — مسؤولة عن تخزين جميع البيانات المتعلقة بالمعاملات داخل الشبكة. ويشمل ذلك أشياء مثل سجل المعاملات، والأرصدة، والعناوين، إلخ. كما تساعد هذه الطبقة على التحقق من كل معاملة عبر استخدام خوارزميات تشفيرية (التحاشي/التجزئة hashing) لضمان الدقة والأمان.
طبقة الشبكة — مسؤولة عن التعامل مع الاتصالات بين المستخدمين على شبكة البلوك تشين. وهي مسؤولة عن بث المعاملات والرسائل الأخرى عبر الشبكة، وكذلك التحقق من دقة وشرعية هذه الرسائل.
طبقة الإجماع — تسمح لسلسلة الكتل بالوصول إلى اتفاق حول مجموعة القواعد التي يجب على جميع المستخدمين اتباعها عند إجراء المعاملات. تضمن هذه الطبقة أن جميع المعاملات صحيحة ومحدّثة من خلال استخدام خوارزميات إجماع مثل إثبات العمل (Proof of Work) أو إثبات الحصة (Proof of Stake) أو تحمل أخطاء البيزنطية (Byzantine Fault Tolerance).
طبقة التطبيق/العقد الذكي هي المكان الذي تحدث فيه معظم الوظائف داخل شبكة البلوك تشين. تحتوي هذه الطبقة على كود (أو عقود ذكية) يمكن استخدامه لبناء تطبيقات تعمل فوق منظومة البلوك تشين. هذه التطبيقات قادرة على تنفيذ المعاملات وتخزين البيانات بطريقة آمنة وموزعة. ليست كل بروتوكولات layer1 تمتلك وظائف العقود الذكية.
أمثلة على هذه الشبكات هي Bitcoin وSolana وEthereum وCardano — وجميعها لديها رمزها الأصلي (native token). يُستخدم هذا الرمز بدلًا من رسوم المعاملات، ويعمل كحافز للمشاركين في الشبكة للانضمام إليها.
ورغم أن هذه العملات لها تسميات/فئات مختلفة بحسب المشروع الأساسي، فإن هدفها يظل دون تغيير: توفير آلية دعم اقتصادية لوظائف البلوك تشين.
تعاني شبكات الطبقة 1 من مشكلات في التوسع، لأن البلوك تشين تكافح لمعالجة عدد المعاملات التي تتطلبها الشبكة. يؤدي ذلك إلى ارتفاع رسوم المعاملات بشكل كبير.
مشكلة البلوك تشين الثلاثية (Blockchain Trilemma)، وهي مصطلح صاغه Vitalik Buterin، تُذكر كثيرًا عند مناقشة الحلول المحتملة لهذه المشكلة؛ إذ يلزم موازنة اللامركزية والأمان وقابلية التوسع.
لدى العديد من هذه المقاربات مقايضاتها الخاصة؛ مثل تمويل العقد العملاقة (supernodes) — أي شراء أجهزة حوسبة فائقة وخوادم كبيرة — لزيادة قابلية التوسع، لكن ذلك يخلق بطبيعة الحال بلوك تشين مركزية.
مقاربات حل مشكلة البلوك تشين الثلاثية:
زيادة حجم الكتلة
يمكن أن يؤدي رفع حجم الكتلة في شبكة طبقة 1 إلى معالجة عدد أكبر من المعاملات بشكل فعال. ومع ذلك، لا يعد من العملي الحفاظ على كتلة كبيرة بلا حدود، لأن الكتل الأكبر تعني سرعات معاملات أبطأ بسبب متطلبات البيانات المتزايدة ونقص اللامركزية. هذا يعمل كحد يقيّد قابلية التوسع عبر زيادات حجم الكتلة، ما يحد من مكاسب الأداء المحتملة مقابل تكلفة قد تتمثل في انخفاض الأمان.
تغيير آلية الإجماع
على الرغم من أن آليات إثبات العمل (POW) لا تزال موجودة، إلا أنها أقل استدامة وقابلية للتوسع من نظيراتها في إثبات الحصة (POS). لهذا السبب انتقلت Ethereum من POW إلى POS؛ بهدف توفير خوارزمية إجماع أكثر أمانًا وموثوقية تعطي نتائج أفضل من ناحية قابلية التوسع.
التقطيع (Sharding)
التقطيع هو تقنية لتقسيم قواعد البيانات تُستخدم لتوسيع أداء قواعد البيانات الموزعة. من خلال تقسيم وتوزيع دفتر الأستاذ الخاص بالبلوك تشين عبر عدة عقد، يوفر التقطيع قابلية توسع محسّنة تزيد الإنتاجية في المعاملات، إذ يمكن لعدة «شرَد» معالجة المعاملات بالتوازي. وينتج عن ذلك أداء أفضل ووقت معالجة أقل بكثير مقارنة بالنهج التسلسلي التقليدي.
شبيه بتناول كعكة مقسمة إلى شرائح. وبهذا الشكل، حتى مع زيادة حجم البيانات أو أي ازدحام في الشبكة، تصبح الشبكات المُجزأة أكثر كفاءة لأن جميع العقد المشاركة تعمل معًا بشكل متزامن في معالجة المعاملات.
الطبقة 2
تُبنى بروتوكولات الطبقة 2 فوق بلوك تشين الطبقة 1 لمعالجة مشكلات قابلية التوسع دون إرهاق الطبقة الأساسية بشكل زائد.
يتم ذلك عبر إنشاء إطار عمل ثانوي يُشار إليه بـ «خارج السلسلة» (off the chain)، يسمح بحصول إنتاجية اتصال أفضل وأزمنة معاملات أسرع مما يمكن أن تدعمه الطبقة 1.
باستخدام بروتوكولات الطبقة 2، تتحسن سرعات المعاملات وتزداد الإنتاجية في المعاملات، ما يعني أنه يمكن معالجة المزيد من المعاملات مرة واحدة ضمن فترة زمنية محددة. وقد يكون ذلك مفيدًا للغاية عندما تصبح الشبكة الأساسية مزدحمة وتبطؤ، لأنه يساعد على تقليل تكاليف رسوم المعاملات وتحسين الأداء العام.
إليك عدة طرق تُحل بها Layer2 مشكلة التوسع الثلاثية:
القنوات (Channels)
توفر القنوات حلًا من حلول الطبقة 2 يسمح للمستخدمين بإجراء عدة معاملات خارج السلسلة (off-chain) قبل الإبلاغ عنها على الطبقة الأساسية. يتيح ذلك معاملات أسرع وأكثر كفاءة. توجد نوعان من القنوات: قنوات الدفع والقنوات الخاصة بالحالة (state channels). تتيح قنوات الدفع مجرد المدفوعات، بينما تُمكّن قنوات الحالة من أنشطة أوسع بكثير، مثل تلك التي تحدث عادةً على البلوك تشين، مثل التعامل مع العقود الذكية.
العيب هو أن المستخدمين المشاركين يجب أن يكونوا معروفين للشبكة، وبالتالي لا يمكن فتح المشاركة للجميع. إضافة إلى ذلك، سيتعين على جميع المستخدمين رهن رموزهم في عقد ذكي multi-sig قبل التعامل مع القناة.
بلازما
أنشأ جوزيف بون وفيتالik بوتيرين إطار عمل بلازما، ويستخدم إطار بلازما العقود الذكية والأشجار العددية لإنشاء «سلاسل فرعية»، وهي نسخ من سلسلة الكتلة الأصلية — المعروفة أيضًا باسم «السلسلة الرئيسية».
تتيح هذه الطريقة نقل المعاملات بعيدًا عن السلسلة الرئيسية إلى السلسلة الفرعية، مما يحسن سرعة المعاملات ويقلل رسومها، وتعمل بشكل جيد مع حالات محددة مثل محافظ العملات الرقمية.
قام مطورو بلازما بتصميمه خصيصًا لضمان أنه لا يمكن لأي مستخدم تنفيذ معاملات قبل انتهاء فترة انتظار محددة.
ومع ذلك، لا يمكن استخدام هذا النظام للمساعدة في توسيع نطاق العقود الذكية العامة.
سلاسل جانبية
تملك السلاسل الجانبية، وهي سلاسل كتل تعمل بالتوازي مع السلسلة الرئيسية أو الطبقة 1، عدة خصائص مميزة تفرقها عن سلاسل الكتل الكلاسيكية. تأتي السلاسل الجانبية بسلاسل كتل مستقلة خاصة بها، وغالبًا ما تستخدم آليات إجماع مختلفة ولها متطلبات حجم كتلة مختلفة عن الطبقة 1.
ومع ذلك، وعلى الرغم من أن السلاسل الجانبية لديها سلاسلها المستقلة الخاصة بها، فإنها لا تزال تتصل بالطبقة 1 باستخدام آلة افتراضية مشتركة. وهذا يعني أن أي عقود أو معاملات يمكن استخدامها على شبكات الطبقة 1 متاحة أيضًا للاستخدام على السلاسل الجانبية، ما يخلق بنية تحتية واسعة للتوافق البيني بين نوعي السلاسل.
التجميعات (Rollups)
تُحقق التجميعات التوسع عبر تجميع عدة معاملات على السلسلة الجانبية في معاملة واحدة على الطبقة الأساسية، واستخدام SNARKs (براهين تشفيرية موجزة غير تفاعلية حول المعرفة) كأدلة تشفيرية.
توجد نوعان من التجميعات — التجميعات ZK والتجميعات التفاؤلية (Optimistic) — لكن الاختلاف يكمن في قدرتها على الانتقال بين الطبقات.
تستخدم التجميعات التفاؤلية آلة افتراضية تتيح ترحيلًا أسهل من Layer1 إلى Layer2، بينما تتخلى التجميعات ZK عن هذه الميزة لتحقيق كفاءة وسرعة أكبر.
الطبقة 0
تلعب بروتوكولات الطبقة 0 دورًا محوريًا في تمكين نقل الأصول، وتحسين تجربة المستخدم، وتقليل العوائق المرتبطة بالتوافق البيني بين السلاسل. توفر هذه البروتوكولات للمشاريع على الطبقة 1 حلًا فعالًا لمواجهة مشكلات رئيسية، مثل صعوبة الانتقال بين منظومات Layer1.
لا يوجد تصميم واحد لبروتوكولات الطبقة 0؛ إذ يمكن اعتماد آليات إجماع ومعلمات كتل مختلفة لأغراض التمييز. وتعمل بعض رموز الطبقة 0 كمرشح فعّال لمكافحة البريد العشوائي، بحيث يجب على المستخدمين رهن هذه الرموز قبل أن يتمكنوا من الوصول إلى النظم البيئية المرتبطة بها.
تُعد Cosmos بروتوكول طبقة 0، وتشتهر بمجموعة أدواتها مفتوحة المصدر، المكوّنة من Tendermint وCosmos SDK وIBC. تتيح هذه العروض للمطورين إنشاء حلولهم الخاصة لسلاسل الكتل بسلاسة داخل بيئة قابلة للتشغيل البيني؛ إذ تمكّن البنية المعتمدة على التعاون (mutualistic) المكونات من التفاعل مع بعضها بحرية. وقد تحقق هذا التصور التعاوني لعالم افتراضي في «Cosmoshood»، كما صاغه بحب أتباعها المخلصون — بما يسمح لشبكات البلوك تشين بالازدهار بشكل مستقل مع وجودها معًا، مجسدة «إنترنت البلوك تشين».
مثال شائع آخر هو Polkadot.
الطبقة 3
الطبقة 3 هي البروتوكول الذي يشغّل حلول البلوك تشين المبنية على التطبيقات. ويُشار إليها عادةً باسم «طبقة التطبيقات»، إذ تزود بروتوكولات الطبقة 1 بإرشادات لمعالجتها. وهذا يتيح للـ dapps والألعاب والتخزين الموزع وغيرها من التطبيقات المبنية فوق منصة بلوك تشين أن تعمل بشكل صحيح.
بدون هذه التطبيقات، ستكون بروتوكولات الطبقة 1 وحدها محدودة جدًا من ناحية الفائدة؛ لذلك تعد الطبقة 3 ضرورية لإطلاق إمكاناتها.
الطبقة 4؟
لا توجد طبقة 4. الطبقات التي تمت مناقشتها تُسمى الطبقات الأربع للبلوك تشين، لكن ذلك لأننا نبدأ العد من 0 في عالم البرمجة.
الخلاصة
تعتمد قابلية توسيع شبكات البلوك تشين بشكل كبير على بنيتها المعمارية وحزمة التقنيات التي تستخدمها. تؤدي كل طبقة في الشبكة دورًا مهمًا في تمكين إنتاجية أعلى وتحقيق توافق بيني مع سلاسل كتل أخرى. تشكل بروتوكولات الطبقة 1 الطبقة الأساسية أو السلسلة الرئيسية، بينما توفر السلاسل الجانبية والتجميعات وبروتوكولات الطبقة 0 دعمًا إضافيًا للتوسع.
توفر بروتوكولات الطبقة 3 تعليمات تسمح للمستخدمين بالوصول إلى التطبيقات المبنية على كامل النظام. معًا، تساهم هذه العناصر جميعها في إنشاء بنية تحتية قوية غير قائمة على الثقة (trustless) قادرة على التعامل مع المعاملات على نطاق واسع بأمان.