ما هو مفارقة الثلاثية في blockchain؟

الكتلة لكل ثانية معالجة محدود من المعاملات. على سبيل المثال، يمكن لشبكة البيتكوين معالجة حوالي سبع معاملات في الثانية. بعد اعتماد تقنية البلوكشين بشكل واسع، ستشهد قدرات معالجة البيانات والسرعة ارتفاعًا كبيرًا، ولن يؤدي زيادة عدد المستخدمين إلى إبطاء الشبكة أو ارتفاع التكاليف. ومع ذلك، فإن المبادئ الأساسية لتصميم العديد من الشبكات اللامركزية تركز على تحسين قابلية التوسع، مما غالبًا ما يضعف اللامركزية أو الأمان. هذا هو ما يُعرف بـ “مفارقة الثلاثية للبلوكشين”. يحاول المطورون تجربة آليات توافق مختلفة، بالإضافة إلى حلول التوسع مثل التجزئة، السلاسل الجانبية، وقنوات الحالة، على أمل حل هذه المشكلة.

مقدمة

باختصار، البلوكشين هو قاعدة بيانات رقمية موزعة. يتم تنظيم الكتل البياناتية بترتيب زمني. ترتبط هذه الكتل بواسطة إثباتات التشفير وتحصل على حماية أمنية. تُطبق هذه التقنية في مختلف الصناعات، وتغير طرق عملنا وحياتنا.

هذه الفكرة تعني أنه بعد ظهور بلوكشين آمن ولامركزي، يمكن للناس الحفاظ على استمرارية العالم دون الاعتماد على شبكة أو سوق طرف ثالث. ومع ذلك، يعتقد الخبراء عمومًا أن انتشار هذه التقنية على نطاق واسع يتطلب أولاً حل مشكلة أساسية، وهي ما يُناقش كثيرًا: “مفارقة الثلاثية للبلوكشين”.

جعل فيتاليك بوتيرين، أحد مؤسسي إيثريوم، هذا المصطلح معروفًا على نطاق واسع. لفهم هذا المفهوم، من الضروري معرفة العناصر الثلاثة الأساسية في البلوكشين: اللامركزية، الأمان، وقابلية التوسع. تشير “مفارقة الثلاثية للبلوكشين” إلى أن من الصعب جعل هذه الثلاثة تصل إلى أعلى مستوى في آنٍ واحد. عادةً، تعزيز إحدى الخصائص يؤدي إلى تراجع أخرى.

سيدرس هذا المقال العناصر الثلاثة للمفارقة، مع شرح تفصيلي لكل منها. سيساعدنا التعمق في علاقة كل عنصر مع الآخر على فهم كيفية وجود هذه المفارقة وأسبابها. كما سيركز المقال على بعض الحلول المقترحة من قبل المطورين.

ما هي اللامركزية؟

وفقًا للتصميم، تتمتع شبكات البيتكوين وغيرها من شبكات البلوكشين المماثلة بخصيصة اللامركزية. لا تُدار هذه الشبكات من قبل فرد أو منظمة واحدة، بل هي لامركزية. الشبكة مفتوحة لجميع المشاركين. لذلك، فإن السيطرة موزعة تمامًا، وليست في يد كيان واحد. يمكن للجميع الوصول إلى البيانات نفسها. إذا حاول شخص ما التلاعب بالسجلات أو الاحتيال على النظام، يمكن للمشاركين الآخرين رفض البيانات الخاطئة.

هذه العملية تقنية ومعقدة، وسنأخذ شبكة البيتكوين كمثال، حيث لا تتضمن طرفًا ثالثًا للتحكم. نقارن ذلك بالاعتماد على البنوك في النظام المالي. تعزز البنوك الثقة بين طرفي المعاملة وتضمن حفظ السجلات بشكل صحيح. لكن، في بلوكشين البيتكوين، يتم مشاركة البيانات مع جميع المشاركين لضمان التحقق من صحتها قبل إضافتها إلى قاعدة البيانات الرقمية. ومن هنا، وُجد نظام لا يتطلب طرفًا ثالثًا.

تُوفر اللامركزية إمكانية لويب 3.0. الإنترنت الحالي في مرحلته Web2.0. مواقع الويب والتطبيقات تسيطر عليها شركات كبرى، لكن المستخدمين يخلقون المحتوى. أما Web3 فهو الاتجاه التالي. في إنترنت Web3، يتحكم الناس في بياناتهم وحياتهم الرقمية باستخدام تقنية البلوكشين اللامركزية.

لكن، من المهم ملاحظة أن تشغيل هذه الأنظمة الموزعة يتطلب توافق عدد كبير من المشاركين على صحة جميع البيانات، مما يتطلب مشاركة المعلومات ومعالجتها، وهو ما يؤدي إلى تباطؤ المعاملات. لذلك، تحتاج البلوكشين إلى التوسع، أي القدرة على معالجة المزيد من البيانات بسرعة أكبر. سنناقش ذلك عند الحديث عن قابلية التوسع.

بالإضافة إلى ذلك، لتحقيق اللامركزية، يجب أولاً ضمان أمان البلوكشين الأساسي. إذا كان البلوكشين غير آمن، فإن المهاجمين يمكن أن يستغلوا الثغرات ويعبثوا بالبيانات. هذا يقودنا إلى الجزء الثاني من المفارقة: الأمان.

ما هو أمان البلوكشين؟

بدون أمان، فإن درجة اللامركزية في البلوكشين لا فائدة منها. يجب أن يكون الشبكة قوية بما يكفي لمقاومة هجمات الكيانات الخبيثة. الأنظمة المركزية مغلقة، وبالتالي يمكنها ضمان الأمان. يمكن للسيطرة أن تضمن عدم تداخل البيانات. لكن، في أنظمة لامركزية يشارك فيها الجميع، كيف يمكن تحقيق الأمان؟

هذه مسألة معقدة. لنأخذ البيتكوين كمثال، حيث يعتمد أمان اللامركزية على آلية التوافق المعروفة باسم “إثبات العمل” (PoW). من منظور التشفير، كل كتلة تحتوي على توقيع رقمي، يُعرف أيضًا بـ “القيمة التجزئية” (Hash). أي تعديل على البيانات يغير قيمة التجزئة، مما يجعل الاتصال بين الكتل غير قابل للتغيير. أي محاولة لتغيير البيانات تُكتشف بسرعة من قبل باقي الشبكة.

يلعب إثبات العمل دورًا مهمًا في ضمان أمان سجل العملات الرقمية. فهم آلية إثبات العمل يتطلب جهدًا، لكن من أجل الشرح، يكفي أن نتذكر أن أعضاء الشبكة يمكنهم فقط التحقق من المعاملات الجديدة وإضافتها إلى السجل من خلال عملية “التعدين”. يتطلب ذلك استخدام قوة الحوسبة لحل مسائل رياضية معقدة، حيث تنفذ أجهزة الحاسوب العديد من عمليات التجزئة. رغم أن إثبات العمل آمن، إلا أنه بطيء نسبيًا، مما يثير مشكلة قابلية التوسع.

كما أن عدد المشاركين (العُقد) في الشبكة كلما زاد، زادت أمانها. فكلما زاد عدد المشاركين، أصبح من الصعب على المهاجمين السيطرة على النظام. هذا يرتبط بما يُعرف بـ “هجوم 51%”. المفهوم هو أنه إذا سيطر كيان واحد (أو مجموعة من المهاجمين) على أكثر من 50% من قوة التجزئة للشبكة، يمكنه عكس التوافق والتلاعب بالبيانات، مثل مشكلة الإنفاق المزدوج.

باختصار، الأمان هو أساس نجاح البلوكشين. إذا غاب الأمان، يمكن للمهاجمين السيطرة على الشبكة، وتصبح بلا قيمة.

ما هو قابلية التوسع؟

قابلية التوسع تعني قدرة البلوكشين على زيادة سرعة المعاملات في الثانية. إذا أرادت تقنية البلوكشين خدمة مجتمع أوسع أو مليارات المستخدمين، فإن التوسع ضروري. لكن، هذا هو التحدي الذي لا تزال العديد من شبكات البلوكشين تكافح من أجله.

السبب هو أن اللامركزية والأمان هما المسألتان الأساسيتان في البلوكشين، لذلك يحظيان دائمًا بالأولوية. اللامركزية هي جوهر فكرة وأهداف البلوكشين. معظم شبكات البلوكشين المعروفة تلتزم بهذه المبادئ. كما ذكرنا سابقًا، فإن الأمان هو المطلب الأساسي لنجاح وقيمة البلوكشين.

لكن، إعطاء الأولوية للامركزية والأمان يجعل قابلية التوسع مشكلة. الحد الأقصى لعدد المعاملات التي يمكن أن تعالجها سلسلة واحدة محدود جدًا. على سبيل المثال، تدعي أنظمة الدفع المركزية مثل فيزا أنها يمكنها معالجة 24,000 معاملة في الثانية، لأن الشبكة مغلقة، ولا تتأثر بعقد عامة أو توافق. لنقارن بين شبكات البلوكشين المعروفة.

وفقًا لتقرير بلومبرج لعام 2022، “حتى سبتمبر، كانت قدرة البيتكوين على معالجة المعاملات تتجاوز 7 معاملات في الثانية، بينما كانت شبكة إيثريوم الثانية الأكثر شعبية محدودة بـ 15 معاملة في الثانية تقريبًا. بالمقارنة مع منصات المعاملات التقليدية، فإن هذا بطيء جدًا لدرجة تثير الشك.”

كما ذكرنا، فإن طبيعة آلية إثبات العمل، بالإضافة إلى طريقة معالجة المعلومات في الشبكة، تقيّد سرعة المعاملات في هذه الشبكات. ومع تزايد مستخدمي تقنية البلوكشين، ستؤدي محدودية قدرة المعالجة إلى ازدحام الشبكة.

لماذا توجد مفارقة الثلاثية للبلوكشين؟

الحل الأكثر وضوحًا لهذه المشكلة هو تقليل عدد المشاركين في التحقق وإضافة البيانات إلى الشبكة، بهدف التوسع وزيادة السرعة. لكن، هذا يقلل من اللامركزية، ويجعل السيطرة في يد عدد قليل من المشاركين. قلة المشاركين تعني زيادة احتمالية الهجمات، وتضعف الأمان.

وهكذا، تتكون المفارقة: في التصميم الأساسي لعمل البلوكشين، اللامركزية والأمان مرتبطان ارتباطًا وثيقًا، مما يصعب تحقيق قابلية التوسع. الثلاثة في حالة تنافس وتضاد. كيف يمكن دفع التوسع دون المساس باللامركزية أو الأمان، أو كليهما؟

حلول مفارقة الثلاثية للبلوكشين

لا توجد حل واحد شامل للمفارقة. نظرًا لأهمية حل المشكلة، اقترحت المجتمعات العديد من الحلول المختلفة، وحققت نتائج جيدة. لنستعرض بعض الاتجاهات الرائجة، لنعرف آخر التطورات في هذا المجال.

1. التجزئة (Sharding)

هي تقسيم البلوكشين أو قاعدة البيانات إلى أجزاء أصغر، تُدار بشكل مستقل. يقلل هذا من عبء معالجة جميع المعاملات والتفاعلات على سلسلة واحدة. يُطلق على كل جزء من البلوكشين اسم “شارد” (Shard)، وله سجل خاص به. يمكن لهذه الشُرُد معالجة المعاملات بشكل مستقل، لكن يتم إدارة التفاعل بينها بواسطة سلسلة رئيسية أو “سلسلة موجهة”. هذا يغير من بنية الشبكة الأساسية، لذا يُعتبر التجزئة ترقية لقابلية التوسع في طبقة 1.

2. آليات التوافق المختلفة

سبب رئيسي في مفارقة الثلاثية هو أن نظام إثبات العمل يضمن الأمان. لتحقيق أمان النظام، لا بد من وجود المعدنين، وخوارزمية العملة المشفرة، وقوة الحوسبة اللامركزية الضخمة، وهو ما يؤدي إلى بطء النظام. البحث عن طرق أخرى لضمان التوافق هو أحد الحلول للمفارقة. ولهذا، تحولت إيثريوم من إثبات العمل إلى إثبات الحصة (PoS).

في نظام إثبات الحصة، يراهن المشاركون (يقفلون) رموزهم المميزة للمشاركة في التحقق من المعاملات، دون الحاجة إلى أجهزة تعدين متخصصة. إضافة المزيد من المدققين أسهل وأسرع. آلية إثبات الحصة تعتبر واحدة من العديد من الطرق لتحقيق التوسع.

3. حلول الطبقة الثانية (Layer-2)

التجزئة وآليات التوافق هي حلول من نوع Layer-1، تهدف إلى تعديل التصميم الأساسي للشبكة. لكن، يطور مطورون آخرون حلولًا على البنية الحالية، لمحاولة حل مفارقة الثلاثية. بمعنى آخر، يعتقدون أن الحل يكمن في الشبكات من الطبقة الثانية، أو “Layer 2”. من الأمثلة على ذلك السلاسل الجانبية (Sidechains) وقنوات الحالة (State Channels).

السلاسل الجانبية هي شبكات مستقلة تتصل بالسلسلة الرئيسية. من خلال هذا الإعداد، يمكن للأصول أن تتنقل بحرية بين السلسلتين. المهم أن السلاسل الجانبية يمكن أن تعمل وفق قواعد مختلفة، لتحقيق التسرع والتوسع. بالمثل، قنوات الحالة تنقل المعاملات خارج السلسلة الرئيسية، وتخفف من عبء Layer 1. لا تستخدم قنوات الحالة سلسلة مستقلة، بل تعتمد على العقود الذكية، بحيث يمكن للمستخدمين التفاعل مع بعضهم دون نشر المعاملات على البلوكشين. فقط يتم تسجيل بداية ونهاية القناة على البلوكشين.

الخلاصة

مفارقة الثلاثية للبلوكشين تعيق قدرة تقنية البلوكشين على إحداث تغيير عالمي. إذا كانت الشبكة يمكنها معالجة عدد قليل من المعاملات في الثانية للحفاظ على اللامركزية والأمان، فسيكون من الصعب تحقيق الانتشار الواسع. ومع ذلك، فإن أحدث الحلول المقترحة من قبل المطورين تشير إلى أن الشبكة ستحتاج إلى مواصلة التقدم التقني لتحقيق قفزات في قدرات معالجة البيانات في المستقبل. @E0@E0