أساسيات شبكة بيتكوين الطبقة الثانية

أدى ظهور النقوش على البيتكوين إلى إضفاء حيوية جديدة على نظام البيتكوين البيئي، مما جعل المزيد من الناس يعيدون الاهتمام بالبيتكوين. يعتقد البعض أن هذا فتح صندوق باندورا لنظام البيتكوين البيئي. من بين العديد من التطورات التكنولوجية في نظام البيتكوين البيئي، يعتبر البناء من الطبقة الثانية حيويًا. تستند هذه المقالة إلى بعض المقالات المعروفة وتبادل الآراء مع العديد من الأصدقاء، وتلخص المعرفة الأساسية حول الطبقة الثانية من البيتكوين، على أمل أن تكون نقطة انطلاق لتحفيز تطوير هذا المجال.

عالم البلوكشين يبدأ ببيتكوين وينتهي بنظام بيئي لبيتكوين. يمكن أيضًا اعتبار الإيثريوم نوعًا من استكشاف تقنية السلاسل الجانبية لبيتكوين.

1. مهمة الطبقة الثانية Layer2

لفهم القضايا الأساسية التي تحتاج إلى حل في بناء الطبقة الثانية من بيتكوين، نبدأ أولاً من الخصائص الأساسية لنظام البلوكشين.

1.1 الخصائص الأساسية والمتطلبات لتقنية البلوكتشين

يمكننا أن نعتبر blockchain "كمبيوتر عالمي". من هذا المنظور، سيكون من الواضح فهم الخصائص المتعددة للـ blockchain. دعونا نلخص بعض الخصائص الأساسية:

الشفافية العامة: هذه هي خاصية تخزين البيانات وتنفيذ التعليمات في "الحاسوب العالمي" المعتمد على البلوكتشين، وهي أيضًا خاصية داخلية تتطلب مشاركة العديد من العقد الموزعة عالميًا في الحساب. تلبي هذه الخاصية حق المستخدمين في المعرفة بالبيانات، وهي نتيجة مشتركة لمتطلبات التعاون الداخلي لهذا "الحاسوب العالمي" واحتياجات المستخدمين الخارجية.

اللامركزية: هذه هي الخصائص المعمارية "للحاسوب العالمي"، يتم دعم درجة اللامركزية وموثوقيتها نظريًا من خلال نظرية جنرالات بيزنطية. تعتبر درجة اللامركزية مؤشرًا مهمًا لسلامة blockchain، وهي أيضًا أساس لبعض الخصائص.

الأمان: يتكون الأمان من احتياجات داخلية ناتجة عن خصائص البنية التحتية لهذه "الحاسوب العالمي" واحتياجات خارجية من المستخدمين. على المستوى الدقيق، يضمن الأمان تقنيات مرتبطة بالتشفير، وعلى المستوى الكلي، يضمنه اللامركزية للبنية التحتية، مما يمنع تأثير تزوير البيانات الدقيقة أو تدمير البنية التحتية على أمان هذه "الحاسوب العالمي".

قدرة الحساب: إحدى الوظائف الرئيسية لهذه الحاسوب العالمي المتمثل في blockchain هي قدرة الحساب. لقياس هذه المعلمة، نستخدم عادة ما إذا كانت كاملة تيرلنج. بعض السلاسل، للحفاظ على ميزاتها الرئيسية، تم تصميمها عمدًا لتكون غير كاملة تيرلنج. على سبيل المثال، شبكة بيتكوين، حيث لم يجعل ساتوشي ناكاموتو تعليمات رمزه كاملة تيرلنج فحسب، بل قام أيضًا عمدًا بحذف بعض مجموعة التعليمات خلال تطورها، مما حافظ على استقرارها وأمانها. جميع التقنيات الكاملة تيرلنج تهدف إلى توسيع قدرة الحساب للبلوكشين. من منظور تصميم الطبقات، فإن الأنظمة البسيطة أكثر ملاءمة لتكون تحتية.

الأداء: في ظل تساوي قدرة الحساب، يعتبر الأداء قدرة رئيسية أخرى لفحص حواسيب عالم blockchain. يتم قياسه عادةً عن طريق TPS، أي عدد المعاملات المعالجة في الثانية.

التخزين: يُوصَف البلوكتشين بأنه "حاسوب العالم"، لذا يجب أن يكون له وظيفة تخزين، وهي القدرة على تسجيل البيانات. حاليًا، يتم التخزين بشكل أساسي داخل الكتل، ولا يزال التخزين خارج الكتل على السلسلة قيد التطوير.

الخصوصية: الخصوصية هي مطلب فرعي في "الحاسوب العالمي"، أي الحاجة إلى الحفاظ على نطاق صلاحيات منتجي البيانات ومستخدميها أثناء عملية الحساب والتخزين. هذا مدفوع أساسًا بالاحتياجات الخارجية للمستخدمين.

هناك مؤشر شامل يتعلق بالقدرة على التوسع، وعادة ما يشير إلى قدرة التوسع في الهيكل بأكمله، هذه الخاصية تؤثر على معظم الخصائص الأساسية، على مستوى الهيكل، تعتبر قدرة النظام على التوسع مؤشراً هاماً جداً.

في الخصائص الأساسية لهذه الشبكات، غالبًا ما تقيد العلاقة المتبادلة بينها مثلث الاستحالة. على سبيل المثال، فرضية DSS تشير إلى اللامركزية والأمان وقابلية التوسع.

في الأنظمة الموزعة، مثل مثلث الاستحالة، هناك مبدأ CAP، حيث يشير CAP إلى أنه في نظام موزع، لا يمكن تحقيق التناسق، التوفر، وتحمل الأخطاء الناتجة عن التقسيم في آن واحد. نظام blockchain هو نظام موزع يتضمن مشكلة الجنرالات البيزنطية، لذا فهو ينطبق أيضاً على مبدأ CAP.

1.2 دور بناء الطبقة الثانية

ما هي الأدوار التي يجب أن تكتمل في بناء الطبقة الثانية؟ وما هي الميزات التي توفرها؟ يجب أن يكون بناء الطبقة الثانية تكملة لنقص النظام في الطبقة الأولى، بحيث يُنجز ما لا يناسب أن يتم في النظام في الطبقة الأولى في بناء الطبقة الثانية.

من الخصائص الأساسية التي تم تلخيصها أعلاه في تقنية البلوك تشين، يمكن أن نستنتج استنتاجًا أوليًا بأنه يجب توسيع هذه القدرات الأساسية: الشفافية العامة، اللامركزية، الأمان، القدرة الحاسوبية، الأداء (، معدل نقل البيانات )، التخزين، الخصوصية، وغيرها. بالإضافة إلى هذه القدرات الأساسية من الناحية التقنية، هناك مشكلة اقتصادية مهمة أخرى تحتاج إلى الحل، وهي خفض التكاليف، حيث أن التكلفة الإجمالية لتنفيذ المعاملات في الشبكة من الطبقة الأولى عادة ما تكون مرتفعة، مما يستدعي استخدام الشبكة من الطبقة الثانية لتقليل هذه التكاليف.

ملخص في جملة واحدة هو أن الحلول في ثلاثة أبعاد لزيادة السعة، وتقليل التكاليف، وتخصيص الميزات هي جميعها بناءات من الطبقة الثانية. بالنسبة للميزات المخصصة، فهي حالياً ليست واضحة بما فيه الكفاية، أو غالباً ما تكون مخفية في الميزتين الأولى والثانية، مما يجعلها بعض الشيء محيرة. يمكننا فهم ذلك بهذه الطريقة، خصائص الشبكة من الطبقة الأولى تتطلب درجات مختلفة للعديد من التطبيقات، ويمكن تعديل مستويات تنفيذ مختلف الخصائص على الطبقة الثانية لبعض التطبيقات.

في بناء الطبقة الثانية، ستختلف القدرات الأساسية للبلوك تشين من حيث الأولويات، مما قد يؤدي إلى تقليل بعض الخصائص، وحتى التخلي عن بعضها، في مقابل تحسين ملحوظ لبعض الخصائص الأخرى. على سبيل المثال: بعض الطبقات الثانية، من أجل تحسين الأداء، ستقلل من درجة اللامركزية، وستقلل من الأمان؛ وبعض الطبقات الثانية، لزيادة سعة المعالجة، مثل شبكة البرق، ستغير من هيكل النظام وطريقة التسوية. وهناك بعض الطبقات التي تعزز خاصية معينة دون تقليل الخصائص الأساسية، مثل طريقة معالجة RGB، التي زادت بشكل ملحوظ من الخصوصية ومقاومة الرقابة، لكنها زادت من صعوبة التنفيذ التقني.

يجب أن يكون خفض التكاليف أحد المتطلبات الأساسية لجميع البنى التحتية من الطبقة الثانية.

1.3 لماذا يجب القيام بتصميم متعدد المستويات؟

تصميم الطبقات هو وسيلة ومنهجية تعالج بها البشرية الأنظمة المعقدة، من خلال تقسيم النظام إلى هياكل متعددة المستويات وتحديد العلاقات والوظائف بين هذه الطبقات، لتحقيق تجزئة النظام، وقابلية الصيانة، وقابلية التوسع، وبالتالي تحسين كفاءة التصميم وموثوقية النظام.

بالنسبة لنظام البروتوكولات الواسع والكبير، فإن استخدام الطبقات سيكون له فوائد واضحة. فذلك يجعل من السهل على الناس فهمه، ويسهل تقسيم العمل وتحقيقه، بالإضافة إلى سهولة تحسين الوحدات. مثل تصميم نموذج الطبقات السبع في ISO/OSI في الشبكات الحاسوبية، ولكن في التنفيذ المحدد، يمكن دمج بعض الطبقات، على سبيل المثال، بروتوكول الشبكة المحدد TCP/IP هو بروتوكول من أربع طبقات.

المزايا المحددة لتقسيم البروتوكول:

1.الطبقات مستقلة عن بعضها البعض. لا تحتاج طبقة معينة إلى معرفة كيفية تنفيذ الطبقة التالية، بل تحتاج فقط إلى معرفة الخدمات المقدمة من خلال واجهات الطبقات. وبهذه الطريقة، ينخفض مستوى تعقيد المشكلة بشكل عام. بمعنى آخر، كيفية عمل الطبقة السابقة لا تؤثر على عمل الطبقة التالية، لذا يمكننا أثناء تصميم العمل في كل طبقة ضمان عدم تغيير الواجهة، ويمكننا تعديل طريقة العمل داخل الطبقة بحرية.

2.المرونة الجيدة. عندما يحدث أي تغيير في أي طبقة، ما دام أن العلاقة بين الواجهات بين الطبقات تبقى كما هي، فإن الطبقات فوق أو تحت هذه الطبقة لن تتأثر. عندما تظهر ابتكارات تقنية في طبقة معينة أو تظهر مشكلات في العمل في طبقة معينة، فلن تؤثر على عمل الطبقات الأخرى، وعند استبعاد المشكلة، سيكون من الضروري فقط النظر في المشكلة بشكل منفرد لهذه الطبقة.

3.يمكن تقسيم الهيكل. يمكن لكل طبقة استخدام التقنية الأكثر ملاءمة للتطبيق. غالبًا ما يكون تطور التقنية غير متناسق، والتقسيم الهرمي يتجنب بشكل فعال تأثير دلو الماء، ولن تتأثر الكفاءة العامة للعمل بسبب عدم كفاية التقنية في جانب معين.

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

5.يمكن أن يعزز العمل على المعايير. لأن كل طبقة من الوظائف والخدمات المقدمة لها قد تم توضيحها بدقة. فائدة المعايير هي إمكانية استبدال أي طبقة منها بحرية، مما يجعلها مريحة جدًا للاستخدام والدراسة.

فكر التصميم المعياري متعدد الطبقات هو طريقة شائعة في مجال التقنية للتعامل مع مشروع هندسي كبير يتطلب تعاون العديد من الأشخاص ويحتاج إلى تحسين مستمر، وهو أسلوب تم اختباره عملياً وفعال.

2. أفكار بناء مختلفة لLayer2 للبيتكوين

هناك ثلاث طرق بارزة لبناء الطبقة الثانية للبيتكوين:

(1)نوع واحد هو مسار التوسع القائم على السلسلة، ومشابه كثيرًا للطبقة الثانية من EVM، وهو هيكل blockchain؛

(2)نوع يعتمد على الهيكل الموزع، يتمثل في شبكة البرق، هو هيكل موزع.

(3) وهناك نوع آخر يعتمد على نظام مركزي، يتمثل في الفهرس المركزي، وهو هيكل مركزي.

الطريقتان الأولى والثانية لهما خصائص مميزة، وهناك بعض المنتجات المستخدمة وبعض المنتجات التي لا تزال قيد الاستكشاف. بالنسبة للطريقة الأولى، نتيجة للتطور الكبير للإيثيريوم واستكشاف سلاسل محاكاة البيتكوين الأخرى، فإن التوسع من الطبقة الثانية المعتمد على السلسلة يكون أسهل نسبيًا، ويمكن الإشارة إلى المزيد من الحالات الدراسية. بينما الطريقة الثانية المعتمدة على التوزيع عادة ما تكون أكثر صعوبة، وتطورها أبطأ قليلاً، ومن أبرزها شبكة البرق. الطريقة الثالثة مثيرة للجدل، لأنها لا تبدو كإنشاء من الطبقة الثانية، لكنها تبدو وكأنها قد أكملت وظائف إنشاء الطبقة الثانية.

أي خطة لبناء الطبقة الثانية أفضل؟ سنستخدم نتيجة اختبار السوق كمعيار، وأي شبكة طبقة ثانية لديها أعلى قيمة إجمالية مقفلة (TVL) ستكون هي الخطة المثلى. مع مرور الوقت وتطور التكنولوجيا، ستكون هذه الخطة المثلى عملية متغيرة.

بالنسبة لتعريف الشبكة الثانية لبيتكوين، طالما أنها تعتمد على شبكة بيتكوين، وتبني ارتباطًا تقنيًا مع شبكة بيتكوين، وبعض الخصائص التي تفوق شبكة بيتكوين من الطبقة الأولى، تعتبر جميعها بناءً للشبكة الثانية لبيتكوين. بعبارة أخرى: طالما يتم استهلاك BTC كغاز، واستخدام BTC كأصل أساسي، فإن أي نظام يوسع أداء بيتكوين يعتبر بناءً من الطبقة الثانية. بناءً على هذا الحكم، يجب أن نعترف بنوع ثالث من بناء الشبكة الثانية، وهو بناء الشبكة الثانية بالهيكل المركزي.

تطوّر تقنية البيتكوين نفسها، مثل تعديل OP_RETURN، Taproot، توقيع Schnnor، MAST، Tapscript، يجب أن يكون مصمماً لغرض الربط بين الطبقة الأولى والطبقة الثانية، ولا ينبغي استخدام هذه التقنيات لتطوير وظائف كثيرة، لأنه حتى مع توسيع الشبكة من الطبقة الأولى، لن يكون هناك اختراق نوعي، ويجب أن يتم بناء الطبقة الثانية. لكن في ظل عدم وجود منتجات أفضل من البيتكوين للطبقة الثانية، ستُستخدم هذه القدرات التقنية للربط بين الطبقة الأولى والطبقة الثانية بشكل مفرط لفترة من الوقت.

2.1 البناء من الطبقة الثانية على السلسلة

استكشفت سلاسل العملات المقلدة للبيتكوين في المراحل المبكرة العديد من الأفكار مثل "Colorcoin"( العملات الملونة) و"CovertCoins" و"MasterCoin"؛ وسلاسل العملات المقلدة للبيتكوين المختلفة مثل BCH( بيتكوين كاش) وBSV( بيتكوين SV) وBTG( بيتكوين جولد)؛ وتستند تقنيات السلاسل الجانبية المختلفة إلى حالات بناء التوسع على السلسلة، ويمكن القول إنها نوع من الطبقة الثانية بمعنى واسع.

يشمل الإيثيريوم، وهو أيضاً نوع من الاستكشاف المحسن القائم على بِتكوين. في ظل عدم نجاح فيتاليك في إقناع فرق المشاريع الأخرى، قام بتشكيل فريقه الخاص لإصدار الأوراق البيضاء وتطوير نظام سلسلة الكتل من الجيل الجديد، مستهدفاً عيوب بِتكوين مثل: نظام UTXO بدون حسابات، لغة التنفيذ غير المكتملة، وسوء قابلية التوسع. على الرغم من أن هذا الاستكشاف للإيثيريوم ليس بناءً من الطبقة الثانية على بِتكوين مباشرة، إلا أنه من الناحية الواسعة يمثل استكشافاً مبنياً على السلسلة.

استكشاف تحسينات غير كاملة لـبيتكوين بواسطة الإيثريوم، بالإضافة إلى تطوير والتحقق من الطبقة الثانية على الإيثريوم، قدمت حالات مرجعية لتطوير الشبكات القائمة على الطبقة الثانية على بيتكوين. إن خطط Rollup المختلفة، وخطط التفاعل بين السلاسل، وتقنيات قنوات الرسائل، بالإضافة إلى تقنية تقسيم الإيثريوم نفسها، تجعل بيئة تقنيات الإيثريوم مزدهرة، مما جعل العديد من الناس يعتقدون لفترة أن اتجاه ومستقبل تطوير السلاسل العامة قد تحدد، وأن البيئة التي يمثلها الإيثريوم قد انتصرت.