تكنولوجيا البلوكشين تغيّر جذريًا طريقة تسيير الأعمال والتفاعل بين الناس. إنها أداة قوية لتخزين البيانات ومشاركتها ومعالجتها بشكل آمن. لفهم كيفية عمل البلوكشين، من المهم النظر إلى طبقاته المختلفة. كل طبقة من بنية البلوكشين تخدم غرضًا مختلفًا ولها خصائص مميزة تؤثر على كيفية عملها. في هذا المقال، سنستكشف المستويات المختلفة للبلوكشين وكيف تعمل معًا للحفاظ على البيانات آمنة ومؤمنة.
النقاط الرئيسية
- البلوكشين هو دفتر أستاذ موزع يحتوي على كتل مستخرجة، تضم معلومات عن كل معاملة تتم في الشبكة.
- قابلية التوسع في تكنولوجيا دفتر الأستاذ الموزع تعني قدرة الشبكة على العمل بزيادة الإنتاجية، والتي تُعبر عنها زيادة تدفق المعاملات لكل وحدة زمنية.
- بنية البلوكشين هي تسلسل هرمي من العناصر المترابطة، حيث يقوم كل منها بوظيفة محددة للشبكة.
ما هي تكنولوجيا البلوكشين وكيف تعمل؟
البلوكشين هو دفتر أستاذ رقمي غير قابل للتلف يُستخدم لتأمين البيانات والسجلات المعاملاتية. كلما أضيفت كتل جديدة من هذه السجلات، ينمو البلوكشين، حيث تُحدّث العُقد حول العالم نسخها من السلسلة عند كل إضافة. يمكن تتبع هذه المعاملات إلى بداية الكتلة بفضل الطابع الزمني الخاص بها. اللامركزية، تقليل تكاليف الصيانة، الشفافية (في حالة البلوكشين العامة)، وعدم القدرة على التغيير بدون موافقة المشاركين هي بعض الفوائد التي توفرها تكنولوجيا دفتر الأستاذ الموزع. يقول الخبراء إن إزالة العنصر البشري واستخدام الخوارزميات الرياضية الحاسوبية أيضًا يسهم في فعالية هذه التكنولوجيا.
البلوكشين هو تكنولوجيا حديثة متعددة الوظائف في تقاطع التمويل وعلوم الحاسوب التي تسمح بتبادل المعلومات بدون الحاجة إلى ثقة كاملة. يتيح البلوكشين المعاملات المباشرة بين الأطراف بدون الحاجة إلى مستودع بيانات مركزي أو وسيط لضمان المعاملة. يتم تحقيق ذلك من خلال سجل كامل وغير قابل للتغيير لكل المعاملات، حيث يمكن لجميع المشاركين في منصة البلوكشين الوصول الكامل إلى هذه السجلات — لا يمكن تغيير السجلات المدخلة بالفعل في قاعدة البيانات من قبل المشاركين أو تجمعاتهم.
عملية التعدين هي الآلية الأساسية لكتابة العمليات الجديدة (في نموذج Proof of Work) إلى الكتل في البلوكشين مفتوح المصدر. يعتمد هذا النهج على تنظيم المنافسة بين المشاركين في الشبكة، الذين يقومون بعمليات حسابية للعثور على هاش الكتلة الجديدة والتنافس على الوقت المستغرق. مع زيادة (أو انخفاض) قوة المعالجة من قبل المعدنين، تقوم الشبكة بضبط تعقيد الخوارزمية للحفاظ على وقت تقريبي ثابت لتوليد كتل جديدة في السلسلة. هذا النهج يجعل توليد كتلة تفي بشرط التأكيد صعبًا لأن العديد من “التوليفات العشوائية” يجب تجربتها حتى يتم تأكيد الكتلة.
اليوم، مشكلة تكيف الشبكة هي واحدة من أكبر المشاكل في صناعة التشفير. يتم حل هذا القلق بنشاط من خلال استخدام حلول الطبقة 1-2.
ما هي قابلية التوسع في البلوكشين؟
البلوكشين هو نظام موزع يركز على هدفين: من ناحية، يسمح للجميع بإضافة معاملات جديدة إلى جدول زمني مشترك للمعاملات، ومن ناحية أخرى، يضمن أن تكون الفترة الزمنية لبيانات المعاملات محمية من التغييرات والعبث. يحقق نظام البلوكشين كلا الهدفين من خلال بنية بيانات غير قابلة للتغيير تُضاف فقط التي تحل لغز التجزئة في كل مرة تُضاف فيها كتلة جديدة. حل لغز التجزئة يستغرق وقتًا، لذا فإن أي محاولة لتغيير تسلسل المعاملات تتطلب جهدًا كبيرًا. لسوء الحظ، تأتي مثل هذه البنية على حساب تقليل سرعة معالجة البيانات، وهو ما يؤدي إلى قابلية التوسع المحدودة للنظام.
قابلية التوسع هي قدرة شبكة أو قاعدة بيانات على زيادة أدائها في ظل ظروف التحميل الزائد. هناك توسيع عمودي (عن طريق تحسين الأجهزة) وتوسيع أفقي (عن طريق توزيع الحمل بالتساوي على مقاطع صغيرة). يتم تحقيق الأول بزيادة قدرة العقد المركزية، والثاني – بطرق برمجية. عادةً ما تُعرف قابلية التوسع في بروتوكول البلوكشين بقدرة معالجة المزيد من المعاملات في الثانية من خلال سلاسل الكتل العادية. يمكن اعتبار العديد من أنظمة البلوكشين قابلة للتوسع هذه الأيام، لكن إنتاجيتها تختلف على نطاق واسع. عندما يُطلق على نظام ما بأنه قابل للتوسع، فإنه يحقق TPS أعلى من الأنظمة الحالية من خلال تغيير بروتوكول الإجماع و/أو تحسين بعض معايير النظام.
توجد اليوم عدة مخططات لقابلية التوسع لشبكات البلوكشين، الرئيسية منها هي Proof-of-Work، Proof-of-Stake، وتحمل الخطأ البيزنطي (BFT). بينما قد تختلف كل هذه المخططات في الشكل والمفهوم، يمكن أن يكون أداؤها مشابهًا من حيث الإنتاجية. في الواقع، تهدف جميع المقاربات إلى تحقيق أقصى استفادة من عرض النطاق الترددي لنقل الرسائل وتوفير تعقيد الرسائل بدون عوائق. الفرق الأساسي بينها هو أن قابلية التوسع في الأنظمة الموزعة تتطلب زيادة خطية في أداء النظام وعدد الخوادم (العقد)، وهو أمر غير قابل للتحقيق بشكل أساسي للبلوكشين بسبب اللامركزية.
بنية البلوكشين: التعريف والنظرة العامة
كل بلوكشين موجود اليوم في فضاء التشفير هو نظام متعدد المكونات من العناصر المترابطة، حيث تضمن كل عملية صحيحة لكل منها استقرار بنية البلوكشين بأكملها. البنية هي مجموعة من المستويات، حيث يتم تنفيذ عمليات معينة في كل منها تؤثر بطريقة أو بأخرى على الجوانب الفردية لأداء الشبكة وتحدد إمكانية توسعها.
الطبقة المادية
طبقة البنية التحتية للأجهزة هي الطبقة الأساسية للبلوكشين. تحتوي على العقد التي تعالج وتخزن معاملات دفتر الأستاذ. الشبكات النظير إلى النظير هي أساس منصات البلوكشين. في هذه الشبكة، تتصل العقد لتبادل البيانات ومشاركتها بين مختلف الأجهزة. يُسمح لكل عقدة في الشبكة بتتبع البيانات عشوائيًا أثناء المعاملات.
ميزة مميزة لشبكات البلوكشين هي أنه بغض النظر عن المجموعة التي تتحقق من الكتلة المُعدنة حديثًا، يتم تحديث المعلومات عنها لجميع العقد في نفس الوقت. وبالتالي، تعمل عقدة التحقق كخادم، بينما تعمل عقد التحديث كعميل في هذه الحالة. مثل هذا النظام، حيث يمكن لكل عقدة أن تعمل كخادم وعميل في نفس الوقت، يستند إلى المستوى الأساسي، والغرض الرئيسي منه هو ضمان حماية دفتر الأستاذ المشفر للبلوكشين من الوصول غير المصرح به من خلال التحقق وتخزين معاملات البلوكشين بطريقة لامركزية.
لتحقيق هذا الهدف، يتم إنشاء قاعدة بيانات موزعة تخزن جميع المعلومات في تنسيق البلوكشين الذي يكون شفافًا وكرونولوجيًا. يتم التحقق من جميع البيانات أو المعاملات التي تتم على البلوكشين بواسطة هذه الطبقة باستخدام آليات إجماع مختلفة.
طبقة البيانات
طبقة البيانات هي سلسلة آمنة ومستقرة تعمل كقاعدة بيانات لتخزين معلومات المعاملات. بمجرد أن يتم التحقق من عدد معين من المعاملات بواسطة العقد، يتم إضافتها إلى كتلة وربطها بالكتلة السابقة في السلسلة (باستثناء كتلة البداية، التي هي أول كتلة في السلسلة). تحتوي كل كتلة على تفاصيل أساسية مثل جذر شجرة ميركل، تجزئة الكتلة السابقة، التاريخ، والبيانات الأخرى ذات الصلة. هذا
تستخدم كل معاملة في البلوكشين توقيعًا رقميًا تم إنشاؤه باستخدام مفتاح خاص محفوظ في محفظة المرسل. نظرًا لأن هذا المفتاح متاح فقط للمرسل، لا يمكن لأي شخص آخر الوصول إلى البيانات. بالإضافة إلى ذلك، يحمي التوقيع الرقمي هوية المالك، والتي تكون مشفرة للأمان. تُعرف هذه المرحلة من العملية بـ “النهائية”.
طبقة الشبكة
طبقة الشبكة هي الطبقة الثالثة في بنية البلوكشين، وتُعرف أيضًا بطبقة النظير إلى النظير. وهي مسؤولة عن إدارة وصيانة بنية الشبكة الخاصة بالبلوكشين وهي طبقة التوزيع، حيث تتم عملية إنشاء الكتل، وإضافة الكتل، والتواصل بين العقد. يستخدم العقد والمعدنين قوة الحوسبة لحل المشكلات الرياضية المعقدة في هذه الطبقة لنقل بيانات المعاملات عبر شبكة النظير إلى النظير والتحقق من المعاملات بشكل متسق. بهذه الطريقة، تضمن طبقة الشبكة شرعية المعاملات.
تسمح طبقة النظير إلى النظير في بنية البلوكشين للعقد بتبادل البيانات حول المعاملات والتوصل إلى اتفاق بشأن صلاحيتها. هذه الطبقة مسؤولة عن السماح بالتواصل النظير إلى النظير بين العقد وتُعرف أحيانًا بطبقة “التفرع”. تحتوي على آليات مثل شبكات النظير إلى النظير، نقل البيانات، والتحقق.
طبقة الإجماع
طبقة الإجماع ضرورية للبلوكشين. تحدد قاعدة الإجماع بين العقد وهي مسؤولة عن الوظائف الحيوية للبلوكشين. يتم تحقيق الإجماع بطريقة لامركزية، مما يعني عدم الحاجة إلى سلطة مركزية. تتحكم عدة عقد في بيانات المعاملات، ويجب على جميعها توثيق معاملات بعضها البعض والموافقة عليها. إذا فشلت طبقة الإجماع، فإن نظام البلوكشين بأكمله يفشل أيضًا.
تضمن طبقة الإجماع أن جميع العقد في الشبكة قادرة على التحقق من بيانات المعاملات والموافقة عليها، مما يضمن أن كل التفاصيل المخزنة داخل البلوكشين معتمدة من قبل كل عقدة. تتضمن هذه الطبقة الخوارزميات والبروتوكولات التي تمكن العديد من أجهزة الكمبيوتر من الوصول إلى اتفاق عند إنشاء كتل جديدة أو تعديل السجلات الحالية.
طبقة التطبيقات
في طبقة التطبيق توجد البرامج التي توفر الطبيعة الحتمية للبلوكشين. تسهل هذه الطبقة التواصل بين الأجهزة الاستهلاكية والبلوكشين وتعتبر الواجهة الأمامية التي تواجه المستخدم. يعمل مكدس البلوكشين، بدوره، كواجهة خلفية. يمكن للمطورين نشر البرامج على قمة هذا المكدس وجعل الكمبيوتر ينفذها.
تتكون طبقة التطبيق لشبكة البلوكشين من النصوص البرمجية، واجهات برمجة التطبيقات (APIs)، واجهات المستخدم، الأطر، العقود الذكية، والتطبيقات اللامركزية (dApps). تنقسم إلى جزأين: طبقة التطبيق وطبقة التنفيذ. الجزء الأول يبدأ المعاملات بينما يقوم الجزء الثاني بعملية التحقق. وأخيرًا، تنفذها الطبقة الدلالية.
طبقات بروتوكولات البلوكشين
غالبًا ما تُعرض بنية البلوكشين كنظام مستوي هرمي، حيث تحتوي كل طبقة على ميزاتها ووظائفها. بغض النظر عن طريقة الإجماع المستخدمة داخل بنية البلوكشين، توفر الطبقات مجموعة من الحلول لتوسيع الشبكة. دعونا نلقي نظرة أقرب على هذه الطبقات.
الطبقة 0
يشكل بروتوكول L0 أساس بنية البلوكشين L1. أحد الأساليب لمعالجة عقبات التوافقية والتكيف الحالية التي تواجه تكنولوجيا البلوكشين هو بروتوكول L0، الأساس لشبكات وتطبيقات البلوكشين.
الشبكات التي تم إنشاؤها باستخدام نفس بروتوكول L0 يمكنها التواصل تلقائيًا مع بعضها البعض دون استخدام جسور خاصة. يمكن لـ البلوكشينات في النظام البيئي البناء على وظائف وحالات استخدام بعضها البعض باستخدام بروتوكولات نقل مختلفة بين السلاسل أو L0. غالبًا ما يؤدي هذا إلى أوقات معاملات أسرع وكفاءة أكبر.
في معظم الحالات، يعمل بروتوكول L0 كبلوكشين أساسي، يدعم بيانات المعاملات من سلاسل L1 متعددة. بالإضافة إلى بروتوكولات الشبكة التي تسمح بنقل الرموز والبيانات بين دفاتر التشفير المختلفة، هناك سلاسل L1 مبنية على بروتوكولات L0. من بروتوكول L0 إلى آخر، يمكن أن تختلف بنية هذه المكونات الثلاثة واتصالاتها بشكل كبير.
الطبقة 1
تشمل دفاتر التوزيع من الطبقة 1 سلاسل الكتل التي تعالج وتنهي المعاملات داخل نفسها. تؤدي هذه الطبقة مهام كبيرة وأساسية تدعم أساسيات الشبكة: لغات البرمجة، حل النزاعات، طريقة الإجماع، والقيود.
طريقة شائعة لتوسيع الطبقة 1 لزيادة إنتاجية المعاملات هي التقسيم. يمكن استخدام هذا النوع من طرق تقسيم قواعد البيانات مع دفاتر التوزيع على سلاسل الكتل. يتم تقسيم الشبكة وعقدها إلى عدة شرائح لتوزيع عبء العمل وزيادة إنتاجية المعاملات. تتحكم كل شريحة في جزء من نشاط الشبكة. لذلك، لكل شريحة معاملاتها وعقدها وكتلها الفردية.
الطبقة 2
حلول الطبقة 2 هي حلول بنية تحتية في شكل تطبيقات وبرمجيات مبنية على قمة سلاسل الكتل الأساسية. يمكنها التعامل مع أحجام كبيرة من المعاملات وتقليل الحمل على الشبكة الأساسية. هناك الآن العديد من الخيارات لحلول الطبقة الثانية: السلاسل الجانبية، القنوات الحالة، وعمليات التجميع المتفائلة وZK. تم تصميم حلول الطبقة 2 لتجاوز قيود التوسع والعزل والمرونة المنخفضة للمطورين.
الطبقة 3
الطبقة 3، المعروفة أيضًا بطبقة التطبيق، هي ساحة التطبيقات والخدمات الشبكية اللامركزية وبروتوكولات استخدامها. بينما تدعم بعض سلاسل الكتل، مثل Ethereum أو Solana (SOL)، نظامًا بيئيًا مستقرًا لتطبيقات الطبقة 3، إلا أن Bitcoin غير مناسب لذلك. حاليًا، حلول الطبقة 2 من شبكة Bitcoin الأساسية هي الأكثر شعبية. تحاول بعض المشاريع دمج قدرات DApp في نظام BTC البيئي من خلال تفرعات الشبكة الأصلية.
الخاتمة
دفتر الأستاذ الموزع هو نظام متطور يعمل كقاعدة للعديد من المنتجات الرقمية وتطبيقات ومشاريع العملات المشفرة. مع استمرار تطوير وتحسين قابلية التوسع في شبكات البلوكشين للعملات المشفرة المختلفة، سيصبح استخدام تكنولوجيا دفتر الأستاذ الموزع أكثر انتشارًا. تفتح هذه النوعية من التكنولوجيا العديد من التطبيقات المحتملة التي يمكن أن يكون لها تأثير كبير على حياتنا وطريقة إجراء الأعمال.
