فهم تحدي البلوكتشين الثلاثي: التحديات والحلول الابتكارية

النقاط الرئيسية

• يشير معضلة البلوكشين إلى التحدي المتمثل في تحسين الأمان، واللامركزية، وقابلية التوسع في شبكات البلوكشين في الوقت نفسه.
• تحسين خاصية واحدة يتطلب عادةً المساومة في واحدة أو كلا الخاصيتين الأخريين.
• تقوم المشاريع الرائدة بتنفيذ مجموعة متنوعة من الأساليب التقنية بما في ذلك آليات التوافق البديلة، وحلول الطبقة الثانية، وتقسيم البيانات للتصدي لهذه التحديات.
• بينما لم تحل أي شبكة بلوكتشين التحدي الثلاثي بشكل كامل، فإن الابتكارات المستمرة تخلق تصاميم شبكات أكثر توازنًا.

التحدي الأساسي

تواجه عملية تبني تقنية البلوكشين العالمية عقبة كبيرة: سعة معالجة المعاملات. لكي تتمكن سلاسل الكتل من تحقيق التبني السائد، يجب أن تتعامل مع بيانات أكبر بكثير بسرعات أعلى، مما يسمح لمزيد من المستخدمين بالتفاعل مع الشبكات دون مواجهة تباطؤ أو تكاليف زائدة.

ومع ذلك، فإن الهيكل الأساسي للشبكات اللامركزية يخلق توتراً داخلياً - فزيادة قابلية التوسع غالباً ما تضر إما باللامركزية أو بالأمان. هذه التحدي، المعروف باسم معضلة البلوكشين، يمثل واحدة من العقبات التقنية الأكثر أهمية في الصناعة. يستكشف المطورون عبر النظام البيئي حلولاً متعددة بما في ذلك آليات التوافق المبتكرة، وتقنية التقسيم، وشبكات التوسع من الطبقة الثانية.

فهم معضلة البلوكشين

في جوهرها، تعتبر البلوكشين دفتر أستاذ رقمي موزع حيث يتم ترتيب كتل البيانات زمنياً وتأمينها من خلال إثباتات تشفيرية. إن تنفيذ هذه التقنية عبر الصناعات يحول بالفعل أنظمة التشغيل والمعاملات في العديد من القطاعات.

الرؤية الأساسية هي أن البلوكشينات اللامركزية والآمنة يمكن أن تخلق أنظمة حيث لم تعد الوسطاء من الطرف الثالث ضرورية لوظائف الشبكة. ومع ذلك، يتفق خبراء الصناعة على نطاق واسع على أنه لكي تحقق تقنية البلوكشين اعتمادًا واسع النطاق، يجب معالجة الثلاثية بشكل فعال.

أشهرها مؤسس الإيثيريوم فيتاليك بوتيرين، يبرز معضلة البلوكتشين الصعوبات التي تواجهها شبكات البلوكتشين لتحقيق مستويات مثالية عبر الخصائص الثلاثة الأساسية في آن واحد. تقوية إحدى الخصائص يتطلب عادةً تقديم تنازلات في واحدة على الأقل من الخصائص الأخرى.

الأعمدة الثلاثة

اللامركزية

تتميز شبكات البلوكشين باللامركزية، حيث تعمل بدون سيطرة مركزية من أي فرد أو شركة أو منظمة. تظل هذه الشبكات مفتوحة لجميع المشاركين، مع توزيع السيطرة عبر النظام البيئي بأكمله. يتمتع كل مشارك بالوصول إلى نفس السجل، ويمكن للشبكة التحقق من البيانات المزيفة ورفضها بشكل جماعي إذا حاول أي مشارك التلاعب بالسجلات.

تأمل في التباين بين البيتكوين وأنظمة البنوك التقليدية. تعمل البنوك كوسائط موثوقة للمعاملات وتحافظ على سجلات مركزية. ومع ذلك، فإن بلوكتشين البيتكوين يوزع جميع البيانات عبر الشبكة بأكملها، مما يمكّن من التحقق الجماعي والتأكيد قبل إضافة بيانات جديدة إلى السجل. وهذا يخلق نظامًا يعمل بشكل مستقل عن الأطراف الثالثة.

يمكن أن تتيح اللامركزية إمكانيات الويب 3، والتي تتناقض مع الإنترنت في الوقت الحاضر (ويب 2) الذي تهيمن عليه المواقع والتطبيقات التي تتحكم بها الشركات. يتيح الويب 3 للمستخدمين التحكم في بياناتهم وهويتهم الرقمية.

ومع ذلك، فإن اللامركزية تقدم بعض التنازلات. نظرًا لأن عددًا من المستخدمين يجب أن يتوصلوا إلى توافق بشأن كل معاملة، فإن المعالجة تكون عادةً أبطأ من الأنظمة المركزية. وهذا يجعل قابلية التوسع ( القدرة على معالجة المزيد من المعاملات في الثانية) تحديًا حاسمًا للشبكات اللامركزية.

الأمان

الأمان أمر حيوي لشبكات البلوكشين، حيث أنه بدون ذلك، يمكن للمهاجمين المساس بالنظام وتغيير سجلات المعاملات. لا تحتوي الأنظمة المركزية ولا اللامركزية على ضمانات أمان متأصلة. تستفيد الأنظمة المركزية من تحكم أكثر صرامة وسرعة في اتخاذ القرارات، لكنها تقدم نقاط فشل فردية وتعتمد بشكل كبير على قدرات فرق الأمان الخاصة بها.

في الأنظمة اللامركزية، يجب تحقيق الأمان بدون سلطة مركزية. بيتكوين، على سبيل المثال، تجمع بين التشفير مع إثبات العمل (PoW). كل كتلة بيانات ترتبط بالكتلة السابقة من خلال توقيعات رقمية فريدة (hashes)، مما يجعل التلاعب قابلًا للاكتشاف على الفور.

تضيف PoW طبقة أمان إضافية من خلال مطالبة المعدنين بحل ألغاز رياضية معقدة من خلال العمل الحاسوبي المكثف قبل التحقق من المعاملات. وهذا يجعل الهجمات مكلفة وصعبة التنفيذ، على الرغم من أنه يؤدي أيضًا إلى معالجة أبطأ للمعاملات عن عمد.

حجم الشبكة يؤثر أيضًا على الأمان - كلما زاد عدد المشاركين (nodes) في الشبكة، زادت أمانها. الشبكات الأكبر تجعل من الصعب بشكل متزايد على الجهات الفاعلة الخبيثة السيطرة على النظام.

نظريًا، إذا كانت كيان يتحكم في أكثر من نصف قوة الحوسبة للشبكة، فيمكنه تنفيذ "هجوم 51%"، مما قد يمكّن من استغلالات مثل إنفاق العملات المشفرة مرتين.

قابلية التوسع

تشير القابلية للتوسع إلى قدرة البلوك تشين على معالجة عدد متزايد من المعاملات في الثانية (TPS). لكي تدعم تقنية البلوك تشين الاعتماد السائد مع وجود مليارات من المستخدمين المحتملين، يجب أن تعالج المعاملات بسرعة وبشكل ميسور وموثوق. في الممارسة العملية، غالبًا ما تأخذ القابلية للتوسع أولوية أقل مقارنة باللامركزية والأمان في تصميم البلوك تشين.

للمقارنة، يمكن لمعالجات الدفع المركزية مثل فيزا التعامل مع الآلاف من المعاملات في الثانية لأنها تعمل في بيئات مغلقة ومصرح بها دون الحاجة إلى توافق عالمي من الآلاف من العقد المستقلة.

تجب على سلاسل الكتل العامة، بالمقابل، معالجة كل معاملة من خلال العديد من المراجعين المستقلين. هذه التحقق الموزع يحد بطبيعته من الأداء: تقوم الطبقة الأساسية لبيتكوين بمعالجة حوالي 5 معاملات في الثانية، بينما تتعامل إيثيريوم مع حوالي 18 معاملة في الثانية.

حتى مع استبدال إثبات الحصة (PoS) بالتحقق من العمل في بعض الشبكات، لا يزال شرط الاتفاق العالمي يفرض قيودًا. بدون حلول قابلة للتطوير بشكل فعال، يؤدي الاستخدام المتزايد إلى ازدحام الشبكة، وتباطؤ معالجة المعاملات، وزيادة الرسوم.

حلول مبتكرة لمشكلة الثلاثة

أكثر الطرق وضوحًا لمعالجة ثلاثية معضلة البلوكشين هي تقليل عدد المدققين في الشبكة لزيادة السرعة والإنتاجية. ومع ذلك، فإن ذلك سيضعف بشكل كبير اللامركزية من خلال تركيز السيطرة بين عدد أقل من المشاركين، بينما قد يهدد الأمان عن طريق جعل الشبكة أكثر عرضة للهجمات.

هذا يُظهر المعضلة الثلاثية: اللامركزية والأمان مترابطان بعمق، وهندسة البلوكشين تجعل تحسين القابلية للتوسع أمرًا صعبًا دون المساس بالسمات الأساسية التي تؤسس الثقة. التحدي الرئيسي هو تعزيز أداء البلوكشين دون التضحية بالخصائص الأساسية التي تجعل هذه الشبكات موثوقة.

الأساليب والتطورات التقنية

لا توجد حل واحد لمعضلة الثلاثية، لكن المطورين والباحثين استكشفوا طرقًا مختلفة مع نتائج واعدة:

1. تقنية الشاردينغ

تقسيم الشاردينغ البلوكتشين إلى أقسام أصغر (shards)، حيث يحتفظ كل قسم بدفتر حساباته الخاص ويعالج المعاملات بشكل مستقل. تنسق السلسلة الرئيسية التفاعلات بين الأقسام، مما يوزع عبء العمل ويحسن قابلية التوسع بشكل عام.

على سبيل المثال، يقوم بروتوكول NEAR بتنفيذ نموذج تقسيم يسمى Nightshade 2.0، والذي يتوسع ديناميكيًا عن طريق تقسيم الشبكة إلى قطع متوازية. اعتبارًا من عام 2025، تعمل الشبكة على 8 قطع نشطة وتحقق نهائية المعاملة في حوالي 600 مللي ثانية.

2. آليات التوافق البديلة

أحد العوامل التي تسهم في معضلة بيتكوين هو آلية توافق الآراء PoW المستخدمة لأغراض الأمان. يمثل تطوير أساليب توافق بديلة استراتيجية واحدة لمعالجة المعضلة.

في شبكات البلوكتشين المعتمدة على إثبات الحصة (PoS)، يجب على مدققي المعاملات أن يقوموا برهن (lock) رموزهم بدلاً من حل الألغاز الحسابية المعقدة. هذا يلغي الحاجة إلى أجهزة التعدين المتخصصة، مما يجعل المشاركة كمدققين أكثر سهولة وكفاءة في استهلاك الطاقة مع إمكانية تحسين قابلية التوسع.

إثبات السلطة (PoA) يقدم نهجًا آخر، حيث يؤمن الشبكات من خلال هويات المدققين بدلاً من الأصول المرهونة. في أنظمة PoA، عدد محدود من المشاركين الموثوق بهم والمعتمدين مسبقًا يتحققون من المعاملات وينشئون الكتل. هذا يعزز بشكل كبير قابلية التوسع ولكنه يقلل من اللامركزية.

تقوم بعض الشبكات بتنفيذ نماذج هجينة لتحقيق التوازن بين هذه المساومات. تستخدم سلسلة BNB الذكية إثبات السلطة المرهونة (PoSA)، حيث يقوم المدققون برهن الرموز للمشاركة في إنتاج الكتل، مما يحقق أوقات كتل تبلغ حوالي ثلاث ثوان. تجمع شبكة Conflux بين عناصر إثبات العمل مع هيكل الرسم البياني الموجه غير الدائري (DAG) لتحسين معدل الإنتاج مع الحفاظ على خصائص الأمان لإثبات العمل.

3. حلول الطبقة الثانية

نهج آخر يتضمن بناء حلول التوسع على القمم الموجودة من سلاسل الكتل بدلاً من تعديل بنية الأساس الخاصة بها. تقوم حلول الطبقة الثانية بمعالجة المعاملات خارج السلسلة الرئيسية ومن ثم تسوية النتائج مرة أخرى إليها. هذا يقلل من الازدحام، ويخفض رسوم المعاملات، ويحافظ على أمان سلسلة الكتل الأساسية.

تجمع Rollups معاملات متعددة خارج السلسلة وتقدم دليلاً مضغوطاً واحداً إلى السلسلة الرئيسية للتحقق. تفترض rollups المتفائلة مثل Arbitrum أن المعاملات صالحة ما لم يتم تحديها، بينما تستخدم rollups المعتمدة على المعرفة الصفرية مثل Scroll أدلة تشفيرية لتأكيد الصلاحية دون الكشف عن جميع تفاصيل المعاملات. اعتمدت Ethereum بشكل متزايد خارطة طريق مركزية تعتمد على rollup، مع حدوث أجزاء كبيرة من نشاط التمويل اللامركزي (DeFi)، والألعاب، وNFT على حلول Layer 2 لتعزيز السرعة وتقليل التكاليف.

تمكن قنوات الدولة المشاركين من إجراء المعاملات خارج السلسلة، مع تسجيل فقط حالات الفتح والإغلاق على سلسلة الكتل. تعتبر شبكة بيتكوين لايتنينغ مثالاً على هذا النهج، حيث تسهل المعاملات السريعة ومنخفضة التكلفة عن طريق الحفاظ على معظم النشاط خارج السلسلة بينما تستخدم طبقة بيتكوين الأساسية للتسوية النهائية.

التقدمات الحديثة

تواصل صناعة البلوكشين إحراز تقدم كبير في معالجة المعضلة الثلاثية. تُظهر تحديثات البروتوكول الأخيرة مثل EIP-4844 (Proto-Danksharding) على إيثريوم كيف يمكن للشبكات تعزيز القابلية للتوسع دون المساس بالأمان أو اللامركزية. يقدم هذا التحديث "الكتل" - وهي بنية بيانات جديدة تقلل بشكل كبير من التكاليف لعمليات التمديد من الطبقة الثانية من خلال تحسين كيفية تخزين البيانات على البلوكشين.

تحت التطوير النشط، يهدف الشاردينغ الكامل إلى تحسين قابلية التوسع بشكل أكبر من خلال توزيع الحمل الحسابي بشكل أكثر كفاءة عبر عقد الشبكة. تُظهر هذه الابتكارات، جنبًا إلى جنب مع التطورات الأخرى مثل التنفيذ المتوازي وفصل المقترح والباني، التزام الصناعة بإنشاء شبكات بلوكتشين توازن بين الخصائص الثلاثة الحرجة.

توقعات الصناعة

تظل معضلة سلسلة الكتل تحديًا كبيرًا أمام التكنولوجيا لتحقيق كامل إمكانياتها. ومع ذلك، فإن الجهود المستمرة مثل خريطة طريق إيثريوم التي تركز على التجميع وظهور سلاسل الكتل المودولارية عالية الأداء تظهر مسارات واعدة للمضي قدمًا. تهدف هذه الابتكارات إلى تعزيز قابلية التوسع مع الحفاظ على الأمان واللامركزية، مما يقرب الصناعة من دعم تطبيقات سلسلة الكتل على نطاق عالمي.

بينما تستمر منصات التداول الرائدة في دمج هذه الحلول المبتكرة، سيستفيد المستخدمون من تحسين سرعات المعاملات، وانخفاض التكاليف، وزيادة موثوقية الشبكة، كل ذلك مع الحفاظ على الفوائد الأساسية لتقنية البلوكشين.