آیا شاردینگ مشکل مقیاس‌پذیری فناوری بلاک چین را حل می کند؟

در حال حاضر، مشکل مقیاس‌پذیری بلاک چین (blockchain) بزرگترین مانع در سر راه این فناوری است که مانع از پذیرش عام آن می‌شود. در نسخه بلاک چین همتا به همتا و بدون نیاز به اجازه‌ای که توسط ساتوشی ناکاموتو (Satoshi Nakamoto) پیشنهاد شد، هر نود (node) مجبور است که همه داده‌های شبکه را پردازش کند.

نود‌ها در شبکه اغلب قابلیت‌های متفاوتی دارند. در طراحی استاندارد ناکاموتو، عملکرد شبکه توسط عملکرد ضعیف‌ترین نود کامل موجود در شبکه محدود شده است. راه‌حلی ساده لوحانه برای حل این مشکل این است که این نود‌های ضعیف بلاک چین را از مشارکت خارج کنیم و تنها نود‌های قوی و سریع بتوانند در شبکه مشارکت داشته باشند.

برداشتن نود‌های ضعیف باعث متمرکز شدن بلاک چین می‌شود

این راه‌حل به قیمت متمرکز شدن شبکه تمام خواهد شد. رسالت اصلی بلاک چین ایجاد بستری غیر متمرکز است و این با رسالت اصلی بلاک چین در تضاد است. مدیریت و راه‌اندازی این نود‌های قوی اغلب پرهزینه است. محققان سراسر جهان راه‌حل‌های متفاوتی را برای حل مشکل مقیاس‌پذیری پیشنهاد داده‌اند که به نظر می‌رسد که شاردینگ (sharding) بهترین آنها باشد. البته در مورد نحوه اعمال شاردینگ اختلاف نظر‌هایی وجود دارد.

پروژه‌هایی مانند اتریوم (Ethereum نسل دوم و کاردانو (Cardano)، بلاک چین خود را بر اساس شاردینگ توسعه داده‌اند. این گونه پروژه‌ها دارای الگوی مشابهی در طراحی خود هستند و همه آنها متکی بر الگوریتم اجماع گواه اثبات سهام هستند. در رویکرد شاردینگ گواه اثبات سهام، هر مشارکت‌کننده برای مشارکت در فرآیند اعتبار‌سنجی بلاک باید مقداری کوین را به گرو بگذارد.

هر اعتبار‌سنج می‌تواند اقدام به استیکینگ (staking) متعدد کند و رای‌های مختلفی را جمع‌آوری کند. کاربری که مقدار خاصی کوین را گرو گذاشته است، می‌تواند از طریق یک مکانیسم انتخابی شبه تصادفی به اعتبار‌سنج تبدیل شود. بعضی از طرفداران شاردینگ گواه اثبات سهام اغلب مفهوم استیکینگ را با اعتبار‌سنج اشتباه می گیرند.

استیکینگ با اعتبارسنجی تفاوت دارد

استیکینگ را سرمایه‌گذاران انجام می‌دهند و ممکن است صد‌ها یا هزاران سرمایه‌گذار در شبکه موجود باشد. ممکن است بخش عمده استیکینگ توسط یک موجودیت خاص کنترل شود که در این صورت شبکه بسیار متمرکز خواهد شد. بنابراین، ادعا کردن اینکه این نوع استیکینگ توسط اعتبار‌سنج‌های جداگانه انجام می‌شود، نه تنها گیج‌کننده و گمراه‌کننده است، بلکه بسیار شرورانه نیز است.

رویکرد ما در اینجا، متمایز کردن مشارکت‌کنندگان از استیکینگ آنهاست. برای روشن شدن بیشتر بحث، اجازه دهید وارد محاسبات شویم. فرض کنید تعداد D شارد مختلف در شبکه وجود دارد و بعضی از مشارکت‌کنندگان به تعداد S استیکینگ انجام می‌دهند.

پس احتمال این که این مشارکت‌کننده به عنوان اعتبار‌سنج در آن بلاک چین انتخاب شود، از طریق فرمول زیر محاسبه می‌شود:

 

انتظار محاسباتی این تابع یک و صفر است. اگر مشارکت‌کننده به اعتبار‌سنج تبدیل شود، این مقدار یک خواهد بود و اگر عکس این قضیه روی دهد، این عدد صفر خواهد بود. حاصل جمع این تابع‌ها بر روی شارد‌ها برابر با تعداد شارد‌هایی است که توسط مشارکان اعتبار‌سنجی شده است.

بنابراین، انتظار ریاضی تعداد شارد‌های اعتبار‌سنجی شده توسط یک مشارکت‌کننده از طریق فرمول زیر به دست می‌آید:

به عنوان مثال، در شبکه آزمایشی اتریوم نسل دوم، D برابر با ۶۴ است. بر طبق این فرمول، مشارکت‌کننده‌ای که ۴۴ استیکینگ انجام می‌دهد، با متوسط ۳۲ شارد اعتبار‌سنجی می‌کند.

این یعنی که مشارکت‌کننده نصف داده‌های بلاک چین را مدیریت خواهد کرد. این مشارکت‌کننده به دانلود و پردازش نصف داده‌های شبکه می‌پردازد. شاردینگ گواه اثبات سهام پیشرفتی برجسته است که بار نود‌های ضعیف را در سیستم کاهش می‌دهد. البته این پیشرفت خیلی هم چشمگیر نیست و هنوز بار زیادی را بر دوش نود‌های ضعیف باقی می‌گذارد.

ممکن است در اینجا این تصور به ذهن آید که نیازی به محبوس کردن ۴۴ استیک نیست. اگر مشارکت‌کننده منابع محدودی دارد، می‌تواند یک یا دو استیک را محبوس کند و یک یا دو شارد را پردازش کند. متاسفانه، در طراحی شاردینگ گواه اثبات سهام، کمیته‌های شارد به صورت دوره‌ای ترکیب می‌شوند تا از حملات مخالفان انطباقی جلوگیری به عمل آید.

این مخالفان نود‌هایی را هدف می‌گیرند و از طریق حملاتی آنها را فاسد می‌کنند. این نود‌ها سرمایه خود را در اثر مجازات موجود از دست می‌دهند و کمیته را ترک می‌کنند. در نهایت، یک عامل مخرب می‌تواند کنترل کل کمیته را در دست بگیرد. بر خلاف سیستم گواه اثبات کار، در اینجا نود می‌تواند سریعا بعد از حمله کار خود را از سر بگیرد و به فعالیت خود ادامه دهد.

بنابراین ترکیب و بهم آمیختن کمیته بخش مهمی از شاردینگ است. بعد از این ترکیب مجدد، کمیته‌ها دوباره انتخاب می‌شوند و مشارکت‌کنندگان به عنوان اعتبار‌سنج برای شارد‌های دیگر تعیین می‌شوند.

متاسفانه به منظور اجرای صادقانه وظایف و تایید تراکنش‌ها، مشارکت‌کنندگانی که تنها یک استیکینگ انجام داده‌اند، مجبورند وضعیت شارد را دانلود کنند که این مقدار نسبتا عظیمی از ترافیک است. مشارکت‌کنندگان برای اینکه بتوانند کار خود را ادامه دهند، یا باید همه تراکنش‌های خرج نشده را بدانند و یا باید از همه موجودی‌های اکانت (account) اطلاع داشته باشند.

اجازه دهید مقداری محاسبات را انجام دهیم. فرض کنید که هر استیک برای ۱۸۰ روز انجام شده است و هر استیک روزی یکبار به عنوان اعتبار‌سنج انتخاب می‌شود. توجه داشته باشید که فرمول بالا به طور کامل در این مورد هم کار می‌کند. در اینجا، D را برابر با ۶۴ و S را برابر با ۱۸۰ در نظر می‌گیریم.

این مشارکت‌کننده به طور متوسط ۶۰ از ۶۴ شارد را دانلود می‌کند. این تقریبا به معنی تمامی بلاک چین است. به مثالی دیگر توجه کنید. فرض کنید مشارکت‌کننده اقدام به انجام ۴ استیکینگ کرده است. پس او بعد از ۱۱ روز، تقریبا ۳۲ شارد را دانلود خواهد کرد که این تقریبا نصف وضعیت شبکه است.

ما در اینجا باری را که بر دوش سرمایه‌گذاران خرد است مورد توجه قرار می‌دهیم. از طرف دیگر، سرمایه‌گذاران ثروتمندی نیز داریم که استیکینگ زیادی انجام داده‌اند. یک سرور با ۶۴ واحد پردازنده را تصور کنید که ۶۴ شارد را اعتبار‌سنجی می‌کند. مدیریت چنین سروری، کاری نسبتا ساده است.

وقتی که قاتی کردن کمیته انجام می‌شود، نیازی به دانلود و یا به روز رسانی وضعیت شاردینگ نیست. تنها لازم است که کلید‌های همراه با استیکینگ‌ها را دوباره بر هم زده و قاتی کرد. بنابراین این عملکرد برای سرمایه‌گذاران بزرگ پرهزینه نیست و کار آسانی است. حتما تا حالا متوجه شده‌اید که منظور از سرور در اینجا همان نود کامل است. در این طراحی، افرادی که بتوانند نود کامل را مدیریت کنند، هزینه بیشتری در ترافیک شبکه صرفه‌جویی خواهند کرد.

ممکن است فردی بگوید که ۶۰ کمتر از ۶۴ است و نصف وضعیت نیز کل وضعیت نیست. بله درست است، این راه‌حل باعث صرفه‌جویی در پول بسیار زیادی نمی‌شود و درخور ۱۰ سال توسعه و زحمت نیست. هنوز هم نود‌های ضعیف بار زیادی بر دوش دارند و این ممکن است حل مشکل مقیاس‌پذیری بلاک چین را از طریق شاردینگ با شکست مواجه کند.

گواه اثبات کار مشکل مقیاس‌پذیری را بهتر حل می‌کند

پروژه‌های مختلف در اعمال شاردینگ گواه اثبات سهام با هم تفاوت‌هایی دارند، اما در کل نقص‌هایی ذاتی در این طراحی وجود دارد. جالب است بدانید که برای کاهش فشار بر نود‌های ضعیف، لازم نبود که شاردینگ حتما بر اساس گواه اثبات سهام باشد. اگر شاردینگ بر اساس گواه اثبات کار باشد، نود‌های ضعیف بهتر از پس اوضاع برخواهند آمد. در این حالت، همه مشارکان بر اساس تلاش خود مزد می‌گیرند. در نتیجه، مدیریت نود‌های ضعیف سود‌آور باقی خواهد ماند.

در مورد گواه اثبات کار، چیزی در گرو نیست تا در مورد آن نگران حمله باشیم و بنابراین می‌توانیم بگوییم که گواه اثبات کار گزینه بهتری برای حل مشکل مقیاس‌پذیری بلاک چین است.

نظر شما چیست؟ آیا شاردینگ می‌تواند راه‌حل مشکل مقیاس‌پذیری بلاک چین باشد؟ نظرات خود را با ما در میان بگذارید.