أساسيات شبكة الطبقة الثانية من بيتكوين

أدى ظهور نقوش البيتكوين إلى إدخال حيوية جديدة في نظام البيتكوين البيئي، مما أثار اهتمام الناس بالبيتكوين مرة أخرى. يعتقد البعض أن هذا قد فتح صندوق باندورا لنظام البيتكوين البيئي. من بين العديد من التطورات التكنولوجية في نظام البيتكوين البيئي، تعتبر البنية التحتية من الطبقة الثانية حيوية. تهدف هذه المقالة إلى تلخيص المعرفة الأساسية حول الطبقة الثانية من البيتكوين، على أمل أن تُلهم الآخرين وتساهم في تطور هذا المجال.

عالم البلوكشين بدأ ببيتكوين، وينتهي بنظام بيتكوين البيئي. يمكن أيضًا اعتبار إيثريوم نوعًا من استكشاف تقنية الجانبية لبيتكوين.

يمكن استخدام "البناء على الطبقة الثانية" و"بناء الشبكة على الطبقة الثانية" بشكل متبادل في هذه المقالة، وعادة ما يكون الأخير أكثر تحديدًا، بينما الأول أكثر عمومية. ومع ذلك، للحفاظ على الاتساق مع المصطلحات الشائعة في الصناعة، سنستخدم أيضًا مفهوم "بناء الشبكة على الطبقة الثانية".

1. مهمة Layer2

لفهم القضايا الأساسية التي تحتاج إلى حل في بناء الطبقة الثانية من البيتكوين، نبدأ أولاً بخصائص نظام البلوكشين الأساسية.

1.1 الخصائص الأساسية والاحتياجات لتقنية البلوكشين

نحن نتبنى المفهوم الذي قدمه فيتاليك: blockchain هو "كمبيوتر عالمي". من هذا المنظور، سيكون من الواضح فهم العديد من خصائص blockchain. سنقوم أيضًا بتحليل إمكانية تطوير هذا "الكمبيوتر العالمي" بناءً على هيكل فون نيومان.

تشمل الخصائص الأساسية للبلوكشين:

شفافية: هذه هي الخصائص المتعلقة بتخزين البيانات وتنفيذ التعليمات في "الكمبيوتر العالمي" المعروف باسم البلوكشين، وهي أيضًا نتيجة الحاجة الداخلية لحسابات تتطلب مشاركة العديد من العقد الموزعة عالمياً. تلبي هذه الخاصية حق المستخدمين في المعرفة حول البيانات، وهي نتيجة مشتركة لمتطلبات التعاون الداخلي لهذا "الكمبيوتر العالمي" واحتياجات المستخدمين الخارجية.

اللامركزية: هذه هي خاصية بنية "الكمبيوتر العالمي"، حيث يتم دعم درجة اللامركزية والقدرة على تحمل الأخطاء نظريًا من خلال نظرية الجنرالات البيزنطيين. تعتبر درجة اللامركزية مؤشرًا هامًا على أمان البلوكشين، وهي أيضًا أساس بعض الخصائص.

الأمان: يتكون الأمان من احتياجات داخلية ناتجة عن الخصائص المعمارية لهذه "الحاسوب العالمي" واحتياجات خارجية للمستخدمين. يتم ضمانه على المستوى الجزئي من خلال تقنيات مرتبطة بالتشفير، وعلى المستوى الكلي من خلال لامركزية الهيكل.

قدرة الحوسبة: واحدة من الوظائف الرئيسية لهذا الكمبيوتر العالمي، وهو blockchain، هي القدرة على الحوسبة. وعادة ما تقاس بقدرة تيرنغ. تم تصميم بعض الشبكات عن عمد لتكون غير كاملة من حيث تيرنغ للحفاظ على الخصائص الرئيسية.

الأداء: في حالة تساوي القدرة الحاسوبية، يعتبر الأداء القدرة الرئيسية الأخرى التي يتم تقييمها في عالم الحوسبة على البلوكشين. وعادة ما يتم قياسه بعدد المعاملات التي تتم معالجتها في الثانية، TPS( ).

التخزين: يجب أن تحتوي blockchain ك"الكمبيوتر العالمي" على وظيفة التخزين، أي القدرة على تسجيل البيانات. في الوقت الحالي، يتم التخزين بشكل أساسي داخل الكتل، ولا يزال التخزين خارج الكتل الأكثر تخصصًا قيد التطوير.

الخصوصية: الخصوصية هي متطلبات فرعية في "الحاسب العالمي"، أي الحاجة إلى الحفاظ على نطاق صلاحيات منتجي البيانات ومستخدميها خلال عملية الحساب والتخزين. يتم دفع ذلك بشكل رئيسي من خلال المتطلبات الخارجية للمستخدمين.

تخضع معظم هذه الخصائص الأساسية للبلوكشين لتقييد مثلث المستحيل، مثل فرضية DSS: لا يمكن تحقيق اللامركزية (Decentralization)، والأمان (Security)، وقابلية التوسع (Scalability) في نفس الوقت بشكل مثالي.

1.2 دور بناء الطبقة الثانية

دور البناء على الطبقة الثانية هو توسيع عيوب النظام من الطبقة الأولى، وإكمال الوظائف التي لا يمكن للنظام من الطبقة الأولى تحقيقها. بعبارة أخرى، يجب على البناء على الطبقة الثانية توسيع هذه القدرات الأساسية: الشفافية العامة، اللامركزية، الأمان، القدرة الحاسوبية، الأداء ( السعة )، التخزين، الخصوصية وغيرها. بالإضافة إلى الجانب التقني، يجب أيضًا معالجة مسألة اقتصادية مهمة: خفض التكاليف.

باختصار، تم تصميم بناء الطبقة الثانية كحل لزيادة السعة، وتقليل التكاليف، وتخصيص الخصائص في ثلاثة أبعاد.

في بناء الطبقة الثانية، قد يتم التخلي عن بعض القدرات الأساسية للبلوكشين، مما قد يؤدي إلى تقليل أو حتى التخلي عن بعض الخصائص، في مقابل تحسين كبير لخصائص أخرى. على سبيل المثال، بعض الطبقات الثانية تقلل من درجة اللامركزية والأمان لزيادة الأداء؛ وبعضها يغير بنية النظام وطرق التسوية لزيادة القدرة على معالجة البيانات. وهناك أيضًا بعض الحلول التي تعزز خاصية معينة دون تقليل الخصائص الأساسية، مثل RGB الذي زاد من الخصوصية ومقاومة الرقابة، ولكنه زاد أيضًا من صعوبة التنفيذ الفني.

1.3 لماذا يجب القيام بتصميم طبقي؟

تصميم الطبقات هو طريقة شائعة للتعامل مع الأنظمة المعقدة، من خلال تقسيم النظام إلى هياكل طبقية متعددة وتحديد العلاقات والوظائف بين كل طبقة، لتحقيق نمذجة النظام وقابليته للصيانة وقابليته للتوسع، وبالتالي تحسين كفاءة تصميم النظام وموثوقيته.

بالنسبة لنظام البروتوكولات الضخم، فإن استخدام التصميم الطبقي له فوائد واضحة: يسهل الفهم، ويقسم العمل، ويسمح بتحسين الوحدات. مثل نموذج ISO/OSI ذو السبع طبقات في الشبكات الحاسوبية، ولكن في التنفيذ الفعلي قد يتم دمج بعض الطبقات، مثل بروتوكول TCP/IP ذو الأربع طبقات.

تشمل مزايا التصميم الطبقي:

1. كل طبقة مستقلة، ولا تؤثر الطبقات العليا والسفلى على بعضها البعض
2. مرونة جيدة، التغير في طبقة واحدة لا يؤثر على الطبقات الأخرى
3. الهيكل قابل للتقسيم، ويمكن استخدام أفضل التقنيات لكل طبقة
4. سهل التنفيذ والصيانة
5. تعزيز المعايير

2. أفكار بناء عدة لـ بيتكوين Layer2

بيتكوين的二层建设主要有三种路线:

(1) مسار التوسع القائم على السلسلة، مثل الطبقة الثانية المتوافقة مع EVM، هو هيكل blockchain؛

(2) بناءً على الهيكل الموزع ، تمثل شبكة البرق ، هيكل موزع؛

(3) يعتمد على نظام مركزي، ممثلاً بمؤشر مركزي، وهو هيكل مركزي.

لقد تم تطبيق واستكشاف الطريقتين السابقتين بشكل عملي. الطريقة الأولى، بسبب النمو المزدهر للإيثريوم واستكشاف سلاسل تقليد البيتكوين الأخرى، من السهل نسبيًا تنفيذها. في حين أن الطريقة الثانية القائمة على التوزيع عادة ما تكون أكثر صعوبة، وتطورها أبطأ، وتمثلها شبكة البرق. الطريقة الثالثة مثيرة للجدل، حيث يبدو أنها ليست مثل بناء الطبقة الثانية، لكنها تبدو وكأنها أكملت وظائف بناء الطبقة الثانية.

يمكننا استخدام القيمة الإجمالية لقفل الأصول (TVL) كمعيار، كلما زادت قيمة TVL، كانت الحلول من الطبقة الثانية أفضل. مع مرور الوقت وتطور التكنولوجيا، ستتغير الحلول المثلى باستمرار.

بالنسبة لشبكة الطبقة الثانية لبيتكوين، طالما أنها تعتمد على شبكة بيتكوين، وتُنشئ ارتباطًا تقنيًا، وتتمتع ببعض الخصائص المتفوقة على شبكة الطبقة الأولى لبيتكوين، يمكن اعتبارها من ضمن بناء شبكة الطبقة الثانية لبيتكوين. بعبارة أخرى، فإن أي نظام يستهلك BTC كغاز، ويستخدم BTC كأصل أساسي، ويعمل على توسيع أداء بيتكوين يُعتبر من ضمن البناء الطبقي الثاني.

2.1 البناء القائم على السلسلة من المستوى الثاني

استكشفت سلاسل البيتكوين المقلدة في المراحل المبكرة العديد من الأفكار، مثل "Colorcoin"(، "CovertCoins" و"MasterCoin"؛ ومختلف سلاسل البيتكوين المتفرعة للتوسع، مثل BCH)بيتكوين كاش(، BSV)بيتكوين SV(، BTG)بيتكوين جولد(؛ وتعتبر تقنيات السلاسل الجانبية المختلفة أمثلة على بناء التوسيع القائم على السلسلة، ويمكن اعتبارها طبقة ثانوية بالمعنى الواسع.

يمكن اعتبار الإيثريوم أيضًا استكشافًا لتحسينات قائمة على البيتكوين. قام فيتاليك بتطوير نظام blockchain من الجيل الجديد استجابةً لعيوب البيتكوين مثل نظام عدم الحسابات UTXO، ولغة التنفيذ غير القابلة للتيرلينغ، وسوء قابلية التوسع، وغيرها ). على الرغم من أن الإيثريوم ليس بناءً من الطبقة الثانية مباشرةً على البيتكوين، إلا أنه من منظور واسع يُعتبر استكشافًا للبناء القائم على السلسلة.

استكشاف التحسينات التي تفتقر إليها الإيثيريوم مقارنةً بالبيتكوين ، بالإضافة إلى تطوير والتحقق من الطبقة الثانية للإيثيريوم ، قدمت مرجعًا لتطوير الشبكة الثانية المبنية على سلسلة البيتكوين. لقد دفعت مجموعة متنوعة من حلول Rollup ، وحلول عبر السلاسل ، وتقنيات قنوات الرسائل ، بالإضافة إلى تقنية تقسيم الإيثيريوم ، التطور المزدهر للنظام البيئي التكنولوجي للإيثيريوم.

تتضمن البنية التحتية من المستوى الثاني المستندة إلى السلسلة في بيتكوين نوعين نموذجيين من السلاسل: أحدهما هو نموذج الحساب المتوافق مع EVM، والآخر هو نموذج UTXO المشابه لبيتكوين. تشمل الحالات الموجودة ( التعريف الواسع من المستوى الثاني ): إيثيريوم، بوليجون، Bsc، أربيتروم، وما إلى ذلك، هي نموذج حساب EVM، بينما CKB( نيرفوس )، تشيا هي نموذج UTXO.

علاوة على ذلك، ستنضم المشاريع التي نجحت في الطبقة الثانية على الإيثيريوم أيضًا إلى بناء الطبقة الثانية من البيتكوين. بالنسبة لهذه المشاريع، سيكون عبء العمل والتحديات المتعلقة بتحويلها إلى الطبقة الثانية من البيتكوين أقل نسبيًا. استنادًا إلى نضج وتطور التجميعات على الإيثيريوم، قد تصبح هذه الطريقة في بناء الطبقة الثانية هي السائدة في مناقشات التوسع، وهي أيضًا الحل الأسرع تأثيرًا.

مزايا وعيوب بناء الطبقة الثانية المعتمدة على السلسلة:

المميزات:

• حافظت على معظم الخصائص الأساسية للبلوكشين
• عادة ما تحل مشكلة الاكتمال التورينغ
• خفض رسوم المعاملات بشكل ملحوظ
• وسعت إلى حد ما قدرة الشبكة
• حالات البناء غنية، والتقنية سهلة التنفيذ نسبياً
• نقل التطبيقات العليا سهل

العيوب:

• لا تزال محكومة بتقنية البلوك تشين، وتحسين الأداء محدود
• قد تحتاج إلى تقليل مستوى اللامركزية أو الأمان لزيادة الأداء
• قد تحتاج إلى بناء طبقة على الطبقة الثانية (Layer3 أو Layer4)

(# 2.2 بناء الطبقة الثانية على أساس أنظمة موزعة

بعض مشاريع الطبقة الثانية مبنية على أنظمة موزعة، حيث أن هيكلها وإطارها لم يعد هيكل سلسلة الكتل، بل هو نظام موزع قائم على القناة. شبكة البرق هي مثال نموذجي.

تتكون الأنظمة الموزعة من عمليات وقنوات محدودة. لنقل الرسائل، يجب التحكم في البيانات والأحداث والقنوات، وهي مشكلة معقدة بالفعل. تشير "القناة" هنا إلى مفهوم القناة العليا، مثل قنوات الدفع في شبكة البرق، وقنوات الرسائل في Nostr، وليس مفهوم القناة الأساسية في الشبكات الموزعة.

البنية التحتية من الطبقة الثانية المعتمدة على التوزيع تنقسم إلى فئتين:

)1### فقط أكمل نقل القيمة، مثل شبكة البرق؛

(2) أكمل نقل القيمة، وأكمل تقنية مكتملة تورينغ، مثل RGB.

تواجه البنية التحتية من الطبقة الثانية القائمة على التوزيع، بسبب ارتباطها بنقل القيمة، العديد من التحديات التي تتجاوز مجرد نقل الرسائل، مثل سعة القيمة الإجمالية داخل القناة، صرامة المعاملات، ومنع الاستهلاك الثانوي. ولذلك، فإن تطوير هذا النوع من البنية التحتية من الطبقة الثانية يسير ببطء، ولا توجد العديد من الحالات الناضجة.

تحقيق حساب كامل تورين على مثل هذه الطبقة الثانية، أي إنشاء نظام آلة افتراضية كامل تورين على القناة، يعتبر أكثر صعوبة. كما أن بروتوكول RGB يحقق حساب كامل تورين على النظام الموزع من خلال التحقق من العميل، وإغلاق لمرة واحدة.

تشمل حالات بناء الطبقة الثانية المعتمدة على نظام موزع في البيتكوين: شبكة البرق، RGB، وغيرها. وفقًا لمعايير البناء من الطبقة الثانية بشكل عام، هل يمكن اعتبار Nostr أيضًا جزءًا من بناء نظام الطبقة الثانية المعتمد على آلية القناة؟ يمكن أن تكون حالات استخدام القناة في الإيثريوم مثل Connext وRaiden وPerun، كمجالات للبحث المتعمق.

مزايا وعيوب بناء الطبقة الثانية المعتمدة على الأنظمة الموزعة:

المزايا:

• النظام أصبح أكثر لامركزية
• الشبكة من الطبقة الثانية يمكن أن تستوعب عدد لا يحصى من العقد
• خصوصية وقدرة على مقاومة الرقابة أقوى
• من الناحية النظرية، تتمتع بتوسع غير محدود وأداء عالي جدا

العيوب:

• التنفيذ التقني معقد
• خوارزميات التوجيه في الأنظمة الموزعة الضخمة، تقسيم القيمة وخوارزميات التغليف معقدة
• تفتقر الخبرة في التنفيذ الهندسي والبنية التحتية في مجال نقل القيمة
• تحقيق نظام كامل لتورينج (Channel+ حساب ) هو تحدٍ هائل

(# 2.3 بناء الطبقة الثانية على النظام المركزي

هياكل الفهرسة المركزية مثل Ordinals، أو الفهارس لبعض العقد الوظيفية هي أيضًا هياكل مركزية، وهي نوع من أفكار البناء من الطبقة الثانية. هذه الطريقة لا تُعترف بها كثيرًا، لأنها مركزية بشكل مفرط، وتُعطي توسعًا محدودًا لشبكة الطبقة الأولى. تعتمد جميع الخصائص الأساسية لمختلف سلاسل الكتل التي تبني على هياكل مركزية على شبكة الطبقة الأولى، حيث أن الطبقة الثانية تعمل فقط كوظائف حسابية وإحصائية بسيطة، مما يجعلها تبدو غير ضرورية، ويمكن استبدالها في أي وقت. لكن من منظور On-Chain وOff-Chain، وكذلك من زاوية تعزيز قدرة شبكة الطبقة الأولى، فإن هذه الهياكل المركزية تُعتبر أيضًا توسيعًا من الطبقة الثانية.

بخلاف Ordinals، يمكن اعتبار البورصات المركزية أيضًا من هذه الحالات.

مزايا وعيوب بناء الطبقة الثانية على الأنظمة المركزية:

المميزات:

• الأنظمة المركزية ناجحة جدًا