ما الفرق الذي يميز Layer 1 عن Layer 2؟

ما هي معضلة البلوكشين الثلاثية؟

تشهد تكنولوجيا البلوكشين توسعاً يتجاوز القطاع المالي لتشمل العديد من الصناعات الأخرى، مما أدى إلى تزايد أهمية قابلية التوسع ضمن أنظمة البلوكشين. فتعزيز قدرة النظام على المعالجة يمكّن البلوكشين من دعم تطبيقات جديدة وزيادة حجم المعاملات. وغالباً ما تتركز المناقشات حول قابلية التوسع على دور حلول الطبقة الأولى (Layer 1) والطبقة الثانية (Layer 2).

تم تطوير طبقات البلوكشين لتعزيز أمان الشبكة وسلامة البيانات. في هذا المقال، نستعرض آلية تكامل هذه الطبقات لتحسين قابلية التشغيل البيني عبر شبكات البلوكشين المختلفة.

تشير معضلة قابلية التوسع في البلوكشين إلى التحدي في تحقيق ثلاثة عناصر رئيسية في آن واحد: الأمان، واللامركزية، وقابلية التوسع. وقد أصبحت هذه المعضلة إحدى القيود الأساسية في تطور تكنولوجيا البلوكشين.

وفقاً للمعضلة، يمكن للبلوكشين تحسين عنصرين فقط من بين العناصر الثلاثة في الوقت نفسه، مما يجعل من الصعب تقنياً تحقيق أقصى استفادة منها جميعاً. تاريخياً، اضطرت مشاريع البلوكشين إلى التضحية بأحد العناصر للحفاظ على عمل النظام.

على سبيل المثال، يمنح Bitcoin الأولوية للامركزية والأمان على حساب قابلية التوسع. وتواجه Ethereum تحديات مماثلة أثناء سعيها لرفع قدرة المعالجة مع الحفاظ على الأمان واللامركزية.

حتى الآن، لم تحقق أي عملة مشفرة توازناً مثالياً بين العناصر الثلاثة. كل مشروع يفضل عنصرين—وأحياناً ثلاثة—ويقوم بمقايضة العنصر الثالث عند الضرورة.

قام العديد من المطورين بتطبيق حلول تقنية لمعالجة مشكلة قابلية التوسع ومعضلة الثلاثية. وتظهر هذه الحلول حسب التنفيذ ضمن الطبقة الأولى أو الثانية.

بعض مشاريع العملات المشفرة قادرة على معالجة آلاف المعاملات في الثانية، لكن غالباً ما يكون ذلك على حساب اللامركزية أو الأمان. بينما تبقى Bitcoin وEthereum أمثلة بارزة على عملات رقمية شديدة الأمان واللامركزية. كما تبرز Cardano وAvalanche وSolana كمشاريع طبقة أولى تركز على حل تحديات التوسع التي تواجه Bitcoin وEthereum.

حلول التوسع في الطبقة الأولى

لفهم الفروق بين حلول التوسع في الطبقة الأولى والثانية، من المفيد البدء بتعريف الطبقة الأولى. كما يشير الاسم، تمثل شبكة البلوكشين من الطبقة الأولى طبقة البروتوكول الأساسية، وتعد البنية التحتية النهائية لتسجيل جميع المعاملات.

تعزز حلول التوسع في الطبقة الأولى الطبقة الأساسية للبلوكشين بهدف زيادة قابلية التوسع. وتقدم هذه الحلول طرقاً متعددة لرفع قدرة الشبكة على المعالجة. فعلى سبيل المثال، يمكن تعديل قواعد البروتوكول الأساسي مباشرة لتحسين سعة وسرعة المعاملات، وزيادة القدرة الكلية للشبكة لاستيعاب المزيد من البيانات والمستخدمين.

عند مقارنة شبكات الطبقة الأولى والثانية، تبرز حلّان رئيسيان لتوسعة الطبقة الأولى: تعديلات آلية الإجماع والتجزئة (sharding). كلا النهجين أساسيان لتحقيق التوسع على مستوى الطبقة الأولى.

على سبيل المثال، تعتبر آليات الإجماع مثل إثبات الحصة (Proof of Stake – PoS) أكثر كفاءة من إثبات العمل (Proof of Work – PoW) على مستوى البلوكشين. يحافظ PoS على أمان الشبكة مع خفض استهلاك الموارد الحاسوبية بشكل ملحوظ. بينما تقوم التجزئة بتوزيع عبء الشبكة على مجموعات بيانات متعددة أو "shards"، مما يسمح بالمعالجة المتوازية.

المزايا

• تعزيز قابلية التوسع: زيادة قابلية التوسع هي أبرز مزايا حلول البلوكشين من الطبقة الأولى. فمن خلال تعديل البروتوكول الأساسي، يمكن لهذه الحلول رفع قدرة الشبكة على المعالجة.

• الحفاظ على الأمان واللامركزية: توفر حلول الطبقة الأولى قابلية توسع عالية مع الحفاظ على اللامركزية والأمان، مما يضمن موثوقية الشبكة وأمانها.

• تسهيل تطوير النظام البيئي: تتيح حلول الطبقة الأولى دمج أدوات تقنية وابتكارات جديدة مباشرة في البروتوكول الأساسي، مما يدعم نمو النظام البيئي.

العيوب

قابلية التوسع المحدودة من أبرز التحديات في شبكات الطبقة الأولى. غالباً ما تواجه Bitcoin وسلاسل البلوكشين الكبرى الأخرى صعوبة في معالجة المعاملات عند ارتفاع الطلب. ومن الجدير بالذكر أن آلية PoW في Bitcoin تتطلب موارد حوسبة كبيرة وتستهلك طاقة عالية.

تؤثر تغييرات الطبقة الأولى بشكل مباشر على البروتوكول الأساسي، ويتطلب تنفيذها مراجعة دقيقة وتوافقاً مجتمعياً واسعاً. وعند تطبيق التغييرات، يصعب الرجوع عنها إذا ظهرت مشكلات لاحقاً.

معالجة تحديات الطبقة الأولى

توسيع شبكات الطبقة الأولى يتطلب تحديثات أساسية في البلوكشين. وتتركز الأساليب التالية على تحسينات جوهرية في الشبكة.

تحسينات آلية الإجماع

تعد خوارزميات الإجماع آليات أساسية لتحقيق الاتفاق داخل شبكات البلوكشين. ومن أبرزها PoW وPoS، ولكل منها خصائص وفوائد مميزة.

يظل PoW هو خوارزمية الإجماع الأكثر انتشاراً، لكنه يعاني من انخفاض القدرة على المعالجة وارتفاع استهلاك الطاقة. إذ يتعين على المعدنين حل مسائل رياضية معقدة تتطلب قوة حوسبة كبيرة. في المقابل، يمنح PoS قدرة معالجة أعلى من PoW.

في أنظمة PoS، يعالج المشاركون في الشبكة كتل المعاملات ويصادقون عليها بناءً على حيازاتهم من الأصول المشفرة، دون الحاجة إلى عمليات حوسبة كثيفة للطاقة. وهذا يسمح بمعالجة سريعة للمعاملات مع استهلاك طاقة أقل. وقد أكملت Ethereum انتقالها إلى PoS لتعزيز سعة الشبكة واللامركزية مع الحفاظ على الأمان.

التجزئة (Sharding)

أصبحت التجزئة، المأخوذة من أنظمة قواعد البيانات الموزعة، من أبرز حلول التوسع في الطبقة الأولى. فهي تقسم الحالة العامة لشبكة البلوكشين إلى مجموعات بيانات منفصلة تُعرف باسم "shards".

بدلاً من إدارة كل عقدة لكامل الشبكة، يتم تقسيم المسؤوليات إلى مهام أكثر قابلية للإدارة. ويمكن للشبكة عندئذ معالجة shards متعددة بالتوازي، ما يسمح بتنفيذ العديد من المعاملات في الوقت نفسه. وتُخصص كل عقدة في الشبكة إلى shard محدد بدلاً من الاحتفاظ بنسخة كاملة من البلوكشين، مما يقلل عبء العمل على كل عقدة ويرفع كفاءة الشبكة.

ترسل كل shard إثباتاتها إلى السلسلة الرئيسية وتتواصل مع shards أخرى من خلال اتصال بيني لتبادل العناوين والحالات والأرصدة. يحافظ هذا النظام على التنسيق والتناسق عبر الشبكة. وتعد Ethereum 2.0 وZilliqa وQtum وTezos من أبرز البروتوكولات التي تطبق تكنولوجيا التجزئة.

حلول التوسع في الطبقة الثانية

الهدف الرئيسي من حلول التوسع في الطبقة الثانية هو الاستفادة من شبكات أو تقنيات مبنية فوق بروتوكول البلوكشين. تسهم البروتوكولات خارج السلسلة أو الشبكات الداعمة في تعزيز قابلية التوسع والكفاءة لشبكات البلوكشين.

تنقل حلول الطبقة الثانية عبء المعاملات من البروتوكول الأساسي إلى هياكل خارجية، وترفع النتائج النهائية للمعاملات إلى السلسلة الرئيسية. يخفف هذا التفويض عبء العمل عن البروتوكول الأساسي، مما يتيح قابلية التوسع.

تعد شبكة Lightning، التي تُستخدم لتوسعة Bitcoin، من أبرز حلول الطبقة الثانية. فهي تعالج المعاملات خارج السلسلة ولا تسجل سوى النتيجة النهائية على السلسلة الرئيسية، ما يوفر معاملات سريعة ومنخفضة التكلفة. كما تحظى حلول طبقة ثانية أخرى باهتمام كبير في قطاع البلوكشين.

المزايا

• الحفاظ على أمان ولامركزية الطبقة الأولى: تعالج حلول الطبقة الثانية المعاملات خارج السلسلة، ما يسمح للشبكة بالحفاظ على أمان ولامركزية الطبقة الأولى، وتعمل السلسلة الرئيسية كطبقة تسوية نهائية لضمان الموثوقية والأمان.

• تسريع المعاملات الصغيرة: تتيح المعالجة خارج السلسلة تنفيذ المعاملات الصغيرة بسرعة كبيرة، مما يجعل حالات الاستخدام كالدفع الفوري والمدفوعات الصغيرة قابلة للتطبيق.

• خفض تكاليف المعاملات: تقلل المعالجة خارج السلسلة من رسوم المعاملات عبر تخفيف الازدحام على السلسلة الرئيسية.

العيوب

• تحديات التشغيل البيني: يقتصر مستخدمو الطبقة الثانية على بروتوكولات الحل الذي يختارونه، مما قد يعيق الاتصال بين شبكات البلوكشين المختلفة. ويظل التشغيل البيني بين حلول الطبقة الثانية أحد التحديات.

• مخاطر الأمان والخصوصية: قد يؤدي معالجة المعاملات خارج الطبقة الأولى إلى ظهور مخاطر جديدة، ما يتطلب تدابير أمان قوية للمعالجة خارج السلسلة.

• تجزئة السيولة: قد يؤدي تعدد حلول الطبقة الثانية إلى تجزئة السيولة، وبالتالي التأثير على تجربة المستخدم النهائي.

معالجة تحديات الطبقة الثانية

تم تطوير العديد من الأساليب التقنية لمعالجة تحديات الطبقة الثانية. فيما يلي نستعرض الحلول التقنية الرئيسية للطبقة الثانية.

سلاسل البلوكشين المتداخلة: توزيع المعالجة عبر هياكل الأب والابن

سلاسل البلوكشين المتداخلة هي هياكل هرمية حيث تحتوي سلسلة رئيسية على سلاسل فرعية مبنية فوقها. تحدد السلسلة الرئيسية القواعد والمعايير العامة للشبكة، بينما تتكفل السلاسل الفرعية بمعالجة مهام محددة.

يقلل توزيع المعالجة عبر علاقات الأب والابن من عبء السلسلة الرئيسية، مما يعزز قابلية التوسع. كما يمكن للسلاسل الفرعية اعتماد آليات إجماع خاصة بها وتخصيصها لحالات استخدام معينة. ويعد مشروع OMG Plasma مثالاً بارزاً على بنية البلوكشين المتداخل من الطبقة الثانية على Ethereum.

قنوات الحالة: معاملات خارج السلسلة بسرعة فائقة

تربط قنوات الحالة البلوكشين بقنوات معاملات خارجية، ما يتيح تواصلاً ثنائياً مباشراً. ولا تتطلب قنوات الحالة مصادقة من عقد الشبكة الرئيسية، ما يسرّع معالجة المعاملات بشكل كبير.

يقوم المشاركون بتسجيل الحالة الأولية للقناة على السلسلة الرئيسية، ثم يتعاملون خارج السلسلة بحرية. وبعد الانتهاء، يتم تسجيل الحالة النهائية والتغييرات فقط على السلسلة الرئيسية، ما يضمن تسجيل النتيجة النهائية فقط دون المعاملات الوسيطة، لتحقيق أقصى كفاءة.

تشمل أبرز أمثلة قنوات الحالة: Liquid Network وRaiden Network الخاصة بـ Ethereum وCeler وBitcoin Lightning. ومع ذلك، قد تتخلى قنوات الحالة عن بعض اللامركزية في سبيل تحقيق التوسع.

السلاسل الجانبية: سلاسل موازية مستقلة

السلاسل الجانبية هي سلاسل معاملات مستقلة تعمل بالتوازي مع سلسلة البلوكشين الرئيسية. قد تستخدم آليات إجماع مختلفة عن تلك الخاصة بالسلسلة الرئيسية ويمكن تصميمها لتحقيق سرعة وقابلية توسع أكبر. تتولى السلسلة الرئيسية مسؤولية الأمان العام والتحقق من سجلات المعاملات المجمعة وحل النزاعات.

على عكس قنوات الحالة، تنشر السلاسل الجانبية المعاملات وتُصمم بحيث لا تؤثر أي خروقات أمنية فيها على السلسلة الرئيسية، ما يقلل من المخاطر على الشبكة الرئيسية.

ومع ذلك، يتطلب بناء سلسلة جانبية تطوير بنية تحتية من البداية، ما قد يكون مكلفاً ويحتاج إلى موارد كبيرة. كما تستلزم السلاسل الجانبية مجموعات تحقق خاصة بها، مما ينتج عنه نموذج أمان منفصل عن السلسلة الرئيسية.

الفروق الجوهرية بين الطبقة الأولى والثانية

هناك عدة فروق رئيسية بين حلول التوسع في الطبقة الأولى والثانية. توضح الأقسام التالية هذه الفروق بالتفصيل.

1: التعريف

تشير الطبقة الأولى إلى طرق توسيع تقوم بترقية طبقة البلوكشين الأساسية لرفع سرعة المعالجة وقدرتها، بما يشمل زيادة حجم الكتل وتغيير آلية الإجماع. تعمل حلول الطبقة الأولى على تحسين أداء الشبكة من خلال تعديل البروتوكول الأساسي.

تشير الطبقة الثانية إلى حلول خارج السلسلة تخفف العبء عن السلسلة الرئيسية من خلال معالجة البيانات خارجياً. وتقوم بروتوكولات أو شبكات أو تطبيقات الطبقة الثانية بمعالجة معاملات أو بيانات محددة، ثم ترفع النتائج إلى البلوكشين الرئيسي، ما يخفف العبء ويوفر معاملات أسرع.

2: طريقة التشغيل

يركز توسيع الطبقة الأولى على تغييرات في صلب البروتوكول ضمن الشبكة. ويتطلب تنفيذ حلول الطبقة الأولى تعديل بروتوكول البلوكشين نفسه، مما يصعّب الرجوع عن التغييرات في حال تراجع حجم المعاملات. وتستلزم هذه التغييرات توافقاً مجتمعياً وترقية على مستوى الشبكة.

في المقابل، تعمل حلول الطبقة الثانية كحلول خارجية مستقلة، وتبلغ النتائج النهائية فقط إلى بروتوكول البلوكشين الرئيسي، ما يتيح توسيعاً مرناً دون الحاجة لتعديلات على السلسلة الرئيسية.

3: أنواع الحلول

تشمل حلول الطبقة الأولى تعزيزات في آلية الإجماع والتجزئة، وقد يشمل ذلك أيضاً تعديلات في حجم الكتلة أو سرعة توليد الكتل. تعمل هذه الأساليب على تحسين الأداء عبر تعديل البنية الأساسية للبلوكشين.

أما في الطبقة الثانية، فلا توجد تقريباً أي قيود على التنفيذ. يمكن لأي بروتوكول أو شبكة أو تطبيق أن يعمل كحل طبقة ثانية خارج السلسلة، ما يوفر توسيعاً مرناً لمجموعة واسعة من الاستخدامات.

4: الجودة

تعد الطبقة الأولى المصدر الموثوق للمعلومات وتدير التسوية النهائية للمعاملات، وتستخدم الرموز الأصلية وتوفر الوصول إلى موارد الشبكة. الابتكار في تصميم آليات الإجماع هو سمة أساسية. وبما أن تغييرات الطبقة الأولى تؤثر في الشبكة كافة، يتطلب الأمر تخطيطاً وتنفيذاً دقيقين.

توفر الطبقة الثانية وظائف مماثلة للطبقة الأولى مع زيادة القدرة على المعالجة والبرمجة وخفض تكاليف المعاملات. لكل حل طبقة ثانية طريقته في إعادة ربط المعاملات إلى الطبقة الأولى، وتستفيد الطبقة الثانية من أمان السلسلة الرئيسية لتحقيق معاملات سريعة ومنخفضة التكلفة.

مستقبل توسعة البلوكشين

تُعد قابلية التوسع إحدى العقبات الرئيسية أمام التبني الواسع للبلوكشين. ومع ازدياد الطلب على العملات المشفرة، ستحتاج منصات البلوكشين إلى قدرة توسع أكبر. لكل من حلول الطبقة الأولى والثانية مزايا وتكاليف مختلفة.

تقدم حلول الطبقة الأولى تحسينات أساسية تضمن استدامة الشبكة على المدى الطويل، فيما توفر حلول الطبقة الثانية تعزيزات فورية لقابلية التوسع وتحسن تجربة المستخدم. لذا، سيعتمد مستقبل توسعة البلوكشين على تكامل الحلول من الطبقتين.

في السنوات الأخيرة، اعتمدت مشاريع بلوكشين عديدة استراتيجيات توسعة شاملة تجمع بين الطبقة الأولى والثانية. على سبيل المثال، تعمل Ethereum على تطوير التجزئة كحل طبقة أولى، وrollups كحل طبقة ثانية.

ظهر أيضاً مفهوم الطبقة الصفر (Layer 0)، حيث توفر بلوكشينات الطبقة الصفر بنية تحتية أساسية لإنشاء سلاسل جديدة وتمكين التشغيل البيني بين السلاسل المختلفة. وتستطيع السلاسل المبنية على الطبقة الصفر التواصل فيما بينها ومع سلاسل غير أصلية. وتعد الطبقة الصفر الأساس لسلاسل الطبقة الأولى. ومن الأمثلة البارزة: Cosmos وPolkadot وAvalanche، حيث تعد Cosmos قاعدة لعدة منصات بلوكشين رئيسية.

مستقبلاً، من المتوقع أن يتطور نظام البلوكشين إلى بنية متعددة الطبقات تجمع بين الطبقة الصفر والأولى والثانية، ما يحل معضلة الأمان واللامركزية وقابلية التوسع، ويمكّن البنية التحتية للبلوكشين من دعم التبني واسع النطاق.

الأسئلة الشائعة

ما هي الفروق الجوهرية بين الطبقة الأولى والثانية؟

الطبقة الأولى هي الطبقة الأساسية للبلوكشين، بينما الطبقة الثانية تتكون من تقنيات خارج السلسلة مبنية عليها. تعالج الطبقة الثانية المعاملات خارج السلسلة الرئيسية، ما يعزز قابلية التوسع بشكل كبير ويخفض رسوم الغاز.

ما هي مزايا وعيوب حلول الطبقة الثانية مثل Lightning Network أو Polygon؟

تشمل المزايا الرئيسية انخفاض الرسوم، وسرعة المعاملات المرتفعة، وتحسين تجربة المستخدم. أما العيوب فتشمل المساومة على الأمان واللامركزية، وتجزئة الشبكة بين حلول الطبقة الثانية، وزيادة التعقيد على المستخدم.

متى يُفضل اختيار الطبقة الأولى مقابل الطبقة الثانية؟

تعد الطبقة الأولى الأنسب للمعاملات الكبيرة التي تتطلب أماناً قوياً، في حين أن الطبقة الثانية مثالية للمعاملات الصغيرة المتكررة التي تستفيد من السرعة وانخفاض الرسوم. ويسمح اختيار الطبقة المناسبة لكل حالة باستخدام معاملات فعّالة.

هل الطبقة الثانية آمنة؟ وهل هناك مخاطر إضافية مقارنة بالطبقة الأولى؟

تُعد الطبقة الثانية آمنة بشكل عام، لكنها تنطوي على مخاطر أمان أعلى قليلاً من الطبقة الأولى. وتتمثل المخاوف الرئيسية في جودة تدقيق العقود الذكية ومستوى مركزية المنسقين (sequencers). وتعمل البروتوكولات الرائدة باستمرار على رفع مستويات الأمان، ومن المتوقع أن تضاهي الطبقة الأولى مع مرور الوقت.

كيف تختلف حلول الطبقة الثانية بين Bitcoin وEthereum؟

تدعم حلول الطبقة الثانية في Ethereum العقود الذكية والمعاملات المعقدة، بينما تركز حلول الطبقة الثانية في Bitcoin على المدفوعات البسيطة. تتفوق Ethereum في توريث الأمان، بينما تعطي Bitcoin الأولوية لكفاءة المعاملات.