أساسيات شبكة الطبقة الثانية لبيتكوين

أدى ظهور النقوش الخاصة بالبيتكوين إلى إضفاء حياة جديدة على بيئة البيتكوين، مما جعل المزيد من الأشخاص يعيدون الانتباه إلى البيتكوين. يعتقد البعض أن هذا يفتح صندوق بندورا لبيئة البيتكوين. في العديد من التطورات التقنية في بيئة البيتكوين، تعتبر البنية التحتية من الطبقة الثانية هي الأهم. تستند هذه المقالة إلى مقالات مشهورة على الإنترنت، وتبادل الآراء مع العديد من الأصدقاء، بالإضافة إلى تجارب الفريق في تصميم وتطوير منتجات Web3، وتلخص المعرفة الأساسية عن الطبقة الثانية للبيتكوين.

عالم blockchain يبدأ بـ بيتكوين وينتهي بـ بيتكوين生态. يمكن اعتبار Ethereum أيضًا استكشافًا لتقنية side chain لـ بيتكوين.

في هذه المقالة، تعتبر مفهومي "البناء من الطبقة الثانية" و"بناء الشبكة من الطبقة الثانية" متبادلين. البناء من الطبقة الثانية هو مفهوم أوسع، ولكنه يتماشى مع المصطلحات الشائعة في الصناعة، لذا قد يتم استخدام "بناء الشبكة من الطبقة الثانية".

1. مهمة Layer2

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

1.1 الخصائص الأساسية ومتطلبات البلوكشين

تستخدم هذه المقالة مفهومًا قدمه فيتاليك: blockchain هو "كمبيوتر عالمي". من هذا المنظور، سيكون من الواضح فهم العديد من خصائص blockchain. في وقت لاحق، سنحلل أيضًا إمكانية تطور هذا "الكمبيوتر العالمي" بناءً على بنية فون نيومان للكمبيوتر.

تشمل الخصائص الأساسية للبلوكشين:

• شفافية علنية: خصائص تخزين البيانات وتنفيذ التعليمات في "الحاسوب العالمي" للبلوكشين، هي أيضًا حاجة داخلية للمشاركة في الحساب من قبل العقد الموزعة عالميًا. تلبي حق المستخدمين في معرفة البيانات.

• لامركزية: الخصائص المعمارية لـ "حاسوب العالم" في البلوكشين. تدعم نظرية جنرالات بيزنطة مدى اللامركزية ومتانة النظام. تعتبر درجة اللامركزية مؤشراً هاماً على أمان البلوكشين.

• الأمان: يتكون من الطلبات الداخلية الناتجة عن خصائص "الكمبيوتر العالمي" والطلبات الخارجية التي يحتاجها المستخدمون. على المستوى الجزئي يضمنه تكنولوجيا التشفير، وعلى المستوى الكلي يضمنه الهيكل اللامركزي.

• القدرة الحاسوبية: الوظيفة الرئيسية ل"كمبيوتر العالم" في البلوكشين. عادة ما يتم قياسها باستخدام القدرة على التحقق من صحة تورينغ. تم تصميم بعض السلاسل عمدًا لتكون غير مكتملة من حيث القدرة على التحقق من صحة تورينغ للحفاظ على الخصائص الرئيسية.

• الأداء: في حالة تساوي القدرة الحاسوبية، يتم دراسة قدرة أخرى رئيسية ل"الكمبيوتر العالمي" على البلوكشين. عادة ما يتم قياس ذلك بعدد المعاملات التي يمكن معالجتها في الثانية (TPS() ).

• التخزين: يجب أن تتمتع البلوكشين ك"حاسوب عالمي" بقدرة على تسجيل البيانات. حاليًا، يتم التخزين بشكل أساسي داخل الكتلة، ولا تزال تقنية التخزين على السلاسل الخارجية للكتل في مرحلة التطوير.

• الخصوصية: تتطلب الحفاظ على نطاق صلاحيات منتجي البيانات ومستخدميها خلال عمليات الحساب والتخزين ( بما في ذلك مقاومة الرقابة ). مدفوعة أساسًا بالاحتياجات الخارجية للمستخدمين.

هناك مؤشر شامل آخر وهو القابلية للتوسع، ويشير إلى قابلية التوسع للهيكل بأكمله، مما يؤثر على معظم الخصائص الأساسية. على مستوى الهيكل، تعتبر القابلية للتوسع للنظام مؤشراً هاماً.

تحدد معظم هذه الخصائص الأساسية للبلوك تشين بواسطة مثلث المستحيل. كما تنص فرضية DSS: اللامركزية (Decentralization)، الأمان (Security) وقابلية التوسع (Scalability) لا يمكن تحقيقها جميعًا.

في الأنظمة الموزعة، فإن مثلث المستحيل المشابه هو مبدأ CAP: الاتساق (Consistency)، التوافر (Availability)، وتحمل التقسيم (Partition tolerance) لا يمكن تحقيق الثلاثة معًا. نظام blockchain هو نظام موزع مع مشكلة الجنرالات البيزنطية، وهو أيضًا ينطبق عليه مبدأ CAP.

1.2 دور البناء على الطبقة الثانية

ما هي الأدوار التي يجب أن تكتمل في بناء الطبقة الثانية؟ ما هي الوظائف التي يجب أن توفرها؟ من المؤكد أن بناء الطبقة الثانية يهدف إلى توسيع نقاط الضعف في النظام من الطبقة الأولى، وسيتم إكمال الأمور التي لا تناسب النظام من الطبقة الأولى في الطبقة الثانية.

من الخصائص المستخلصة من ملخص blockchain يمكن استنتاج استنتاج أولي، وهو أنه يجب توسيع هذه القدرات الأساسية: الشفافية العامة، اللامركزية، الأمان، القدرة الحسابية، الأداء (، القدرة على المعالجة )، التخزين، الخصوصية، وغيرها. بالإضافة إلى القدرات الأساسية من الزاوية التكنولوجية، هناك مشكلة اقتصادية مهمة تحتاج إلى حل، وهي خفض التكاليف. التكاليف الإجمالية لتنفيذ المعاملات على الشبكة الأساسية مرتفعة نسبيًا، وتحتاج الشبكة الثانوية إلى خفض هذه التكاليف.

باختصار، من أجل زيادة السعة، وتقليل التكاليف، وخصائص التخصيص، فإن الحلول في الأبعاد الثلاثة هي بناء الطبقة الثانية. بالنسبة لخصائص التخصيص، لا تزال غير واضحة بما يكفي حتى الآن، أو غالبًا ما تكون مخفية في الخصائص الأولى. يمكن فهم ذلك على أنه، خصائص الشبكة من الطبقة الأولى تلبي متطلبات تطبيقات مختلفة بدرجات متفاوتة، ويمكن في الطبقة الثانية إعادة ضبط درجة تحقيق مختلف الخصائص لبعض التطبيقات.

في بناء الطبقة الثانية، ستكون القدرات الأساسية للبلوكشين مختارة وفقًا للاحتياجات، وقد يتم تقليل بعض الخصائص أو حتى التخلي عن بعض الخصائص، من أجل تحسين بعض الخصائص بشكل ملحوظ. على سبيل المثال:

• بعض الطبقات الثانية لتحسين الأداء، ستقلل من درجة اللامركزية، وستقلل من الأمان؛
• بعض الطبقات الثانية لزيادة القدرة على المعالجة، مثل شبكة البرق، ستغير من هيكل النظام وطرق التسوية.
• هناك بعض الميزات التي تعزز خاصية معينة دون تقليل الخصائص الأساسية، مثل طريقة معالجة RGB، مما يزيد بشكل واضح من الخصوصية ومقاومة الرقابة، ولكن يزيد من صعوبة التنفيذ الفني.

في الأمثلة التالية، سترى بناءً من الطبقة الثانية يقلل أو يغير عدة خصائص في وقت واحد.

يجب أن يكون خفض التكاليف هو الحاجة الأساسية لجميع مشاريع البناء من المستوى الثاني.

1.3 لماذا يجب القيام بتصميم طبقي؟

التصميم الطبقي هو وسيلة ومنهجية للتعامل مع الأنظمة المعقدة، من خلال تقسيم النظام إلى هياكل متعددة المستويات وتعريف العلاقات والوظائف بين كل مستوى، لتحقيق نمطية النظام وسهولة صيانته وقابليته للتوسع، مما يعزز كفاءة وموثوقية تصميم النظام.

تتمتع الأنظمة البروتوكولية الواسعة والكبيرة بفوائد واضحة عند استخدام الهيكل الهرمي. هذا يجعل من السهل فهمها، ويسهل تقسيم العمل لتحقيق تحسينات متعددة الوحدات. كما هو الحال في تصميم نموذج الطبقات السبع لـ ISO/OSI في الشبكات الحاسوبية، ولكن في التنفيذ الفعلي، يمكن دمج بعض الطبقات، مثل بروتوكول الشبكة المحدد TCP/IP الذي يتكون من أربع طبقات.

مزايا تقسيم البروتوكولات:

1. كل مستوى مستقل عن الآخر. لا يحتاج أي مستوى إلى معرفة كيفية تنفيذ المستوى التالي، بل يحتاج فقط إلى معرفة الخدمات المقدمة من خلال واجهات المستوى. ينخفض مستوى تعقيد المشكلة بأكملها. كيفية عمل المستوى السابق لا تؤثر على عمل المستوى التالي، ويجب على تصميم كل مستوى ضمان عدم تغيير الواجهة، مما يسمح بتعديل طريقة العمل داخل المستوى بحرية.

2. مرونة جيدة. إذا حدث تغيير في أي طبقة، طالما أن علاقة واجهة الطبقات لا تتغير، فإن الطبقات الأخرى لا تتأثر. عندما تظهر ابتكارات تقنية أو مشكلات في طبقة معينة، فلن تؤثر على عمل الطبقات الأخرى، وعند استبعاد المشكلة، يجب أن يؤخذ في الاعتبار فقط المشكلة المنفصلة لهذه الطبقة.

3. يمكن تقسيمها هيكليًا. يمكن لكل طبقة استخدام التقنية الأنسب لتحقيق ذلك. غالبًا ما يكون تطور التكنولوجيا غير متماثل، ويعمل التقسيم الطبقي على تجنب تأثير دلو الخشب، ولن يؤثر نقص الكفاءة في جانب واحد على الكفاءة العامة للعمل.

4. من السهل تحقيقها وصيانتها. هذه البنية تجعل من السهل التعامل مع تنفيذ وتصحيح الأنظمة الكبيرة والمعقدة، لأن النظام بأكمله قد تم تقسيمه إلى عدة نظم فرعية مستقلة نسبياً. أثناء التصحيح والصيانة، يمكن تصحيح كل طبقة بشكل منفصل، مما يمنع حدوث حالات عدم القدرة على العثور على المشكلة أو حلها.

5. تعزيز العمل نحو المعايير. لأن كل مستوى من الوظائف والخدمات التي يقدمها له وصف دقيق. فائدة المعايير هي أنه يمكن استبدال أي مستوى منها بحرية، مما يسهل الاستخدام والبحث.

فكرة التصميم الطبقي المعياري هي طريقة شائعة في المجال التقني للتعامل مع المشاريع الهندسية الكبيرة التي تتطلب تعاون العديد من الأشخاص والتحسين المستمر، وهي طريقة تم التحقق من فعاليتها من خلال الممارسة.

2. أفكار مختلفة لبناء Layer2 لبيتكوين

تحليل ذو صلة باستخدام بناء الطبقة الثانية لبيتكوين كحالة. هناك ثلاث مسارات بارزة لبناء الطبقة الثانية لبيتكوين:

(1)مسار التوسع القائم على السلسلة، مشابه جدًا للطبقة الثانية من EVM، هو هيكل blockchain؛

(2)استنادًا إلى هيكل موزع، يمثل شبكة البرق، هو هيكل موزع.

(3)الخط الذي يعتمد على النظام المركزي، والذي يمثل الفهرس المركزي، هو الهيكل المركزي.

الطرقتان الأوليان لهما ميزات فريدة، وهناك بعض المنتجات المستخدمة والمنتجات التي تُستكشف. الطريقة الأولى، بسبب النمو المزدهر للإيثيريوم واستكشاف سلاسل تقليد البيتكوين الأخرى، فإن التوسع من الطبقة الثانية القائم على السلسلة يكون نسبيًا أسهل، وهناك المزيد من الحالات المرجعية. الطريقة الثانية القائمة على التوزيع عادة ما تكون أكثر صعوبة، وتطورها أبطأ، مع شبكة البرق كممثل. الطريقة الثالثة مثيرة للجدل، لأنها لا تبدو كإنشاء من الطبقة الثانية، ولكن يبدو أنها تُكمل وظائف إنشاء الطبقة الثانية.

أي خطة بناء من الطبقة الثانية أفضل؟ نحن نستخدم نتائج السوق كمعيار للتقييم، أي شبكة من الطبقة الثانية لديها أعلى قيمة إجمالية مقفلة TVL( Total Value Locked)، فهذه هي الخطة المثلى. مع مرور الوقت وتطور التكنولوجيا، ستكون الخطة المثلى عملية متغيرة.

بالنسبة لتعريف شبكة الطبقة الثانية من بيتكوين، طالما أنها تعتمد على شبكة بيتكوين وت建立 ارتباطًا تقنيًا مع شبكة بيتكوين، وتتمتع ببعض الميزات التي تفوق شبكة الطبقة الأولى من بيتكوين، فإنها تعتبر من بناء شبكة الطبقة الثانية من بيتكوين. بعبارة أخرى: طالما يتم استهلاك BTC كغاز، ويكون BTC هو الأصل الأساسي، فإن الأنظمة التي توسع من أداء بيتكوين تُعتبر من بناء الطبقة الثانية. بناءً على هذا الحكم، يجب علينا الاعتراف بنوع ثالث من بناء شبكة الطبقة الثانية، وهو بناء الطبقة الثانية ذو الهيكل المركزي.

تطوير تقنية بيتكوين نفسها، مثل تعديل OP_RETURN، Taproot، توقيع Schnorr، MAST، Tapscript، يجب أن يكون مصممًا لتحقيق الربط بين الطبقة الأولى والثانية، ولا ينبغي استخدام هذه التقنيات بشكل مفرط لتطوير الميزات، لأن شبكة الطبقة الأولى مهما تم توسيعها لن تحقق طفرة نوعية، ويجب البناء على الطبقة الثانية. لكن في غياب منتجات بيتكوين للطبقة الثانية الأكثر فاعلية، ستكون هذه القدرات التقنية في ربط الطبقة الأولى والثانية مستخدمة بشكل مفرط لفترة من الوقت.

2.1 البناء على الطبقة الثانية القائمة على السلسلة

استكشفت سلاسل تقليد البيتكوين المبكرة العديد من الأفكار، مثل "Colorcoin"( العملات الملونة)، و"CovertCoins" و"MasterCoin"؛ كما ظهرت سلاسل تقليد البيتكوين المتنوعة التي تهدف إلى توسيع السلسلة، مثل BCH( بيتكوين كاش)، BSV( بيتكوين SV)، BTG( بيتكوين جولد)؛ وتستند تقنيات الجوانب المختلفة إلى بناء توسيع السلسلة، ويمكن القول إنها طبقة ثانوية بمعناها الواسع.

يشمل الإيثيريوم، وهو أيضًا استكشاف لتحسين بيتكوين. عندما لم تنجح فيتالك في إقناع فرق المشاريع الأخرى، قام بتشكيل فريقه الخاص لنشر الورقة البيضاء وتطوير نظام بلوكتشين من الجيل الجديد، مستهدفًا عيوب بيتكوين: نظام UTXO بدون حسابات، لغة التنفيذ غير المكتملة تورينغ، ضعف قابلية التوسع وغيرها من القضايا. على الرغم من أن هذا الاستكشاف من الإيثيريوم ليس بناءً مباشرًا من الطبقة الثانية على بيتكوين، إلا أنه من الناحية الواسعة يعد استكشافًا بناءً على السلسلة.

استكشاف التحسينات غير المكتملة لإيثيريوم مقارنة ببيتكوين، بالإضافة إلى تطوير الطبقة الثانية والتحقق منها على إيثيريوم، قدمت حالات مرجعية لتطوير الشبكات القائمة على الطبقة الثانية على بيتكوين. إن خطط Rollup المختلفة، وحلول عبر السلاسل، وتقنيات قنوات الرسائل، بالإضافة إلى تقنية الشظايا الخاصة بإيثيريوم، جعلت من النظام البيئي التكنولوجي لإيثيريوم مزدهرًا، مما جعل العديد يعتقدون لفترة أن اتجاه تطوير السلاسل العامة ومستقبلها قد تم تحديدهما، وأن النظام البيئي الذي يمثله إيثيريوم قد انتصر. في الواقع، هذا أيضًا يمثل نوعًا من النضج النسبي في بناء الطبقة الثانية القائم على السلسلة. لكن بناء الطبقة الثانية القائم على السلسلة هو مجرد طريقة واحدة لبناء الطبقة الثانية، ولديه مزايا وعيوب خاصة به، ولا يزال بحاجة إلى تقنيات طبقة ثانية أخرى لإكمال النظام البيئي للطبقة الثانية بأكمله.

تتضمن البنية التحتية من الطبقة الثانية المستندة إلى السلسلة في البيتكوين نوعين نموذجيين من السلاسل، أحدهما هو نموذج الحساب المتوافق مع EVM، والآخر هو نموذج UTXO المشابه للبيتكوين. لدينا حالات ( التي نستخدم فيها تعريف الطبقة الثانية على نطاق واسع ) بما في ذلك: مثل إيثيريوم، بوليغون، Bsc، أربيتروم، وما إلى ذلك، كلها نماذج حساب EVM، مثل CKB(Nervos)، تشيا كلها نماذج UTXO.

بالإضافة إلى ذلك، ستنضم المشاريع من الطبقة الثانية التي نجحت على الإيثريوم إلى بناء الطبقة الثانية على البيتكوين القائم على السلسلة. بالنسبة لهذه المشاريع من الطبقة الثانية على الإيثريوم، ستكون متطلبات العمل والتحديات لتحويلها إلى الطبقة الثانية على البيتكوين أقل. مع نضوج وتطور rollup على الإيثريوم والنتائج النظرية الناتجة، ستصبح هذه الطريقة في بناء الطبقة الثانية هي السائدة في مناقشات التوسع، وهي أيضًا الحل الذي يحقق نتائج بسرعة.

ما مدى نجاح هذا التحول؟ لا يزال بحاجة إلى اختبار التطوير. يمكن إجراء بعض الأحكام الأولية حول مزايا وعيوب هذا البناء القائم على الطبقة الثانية.

**ما هي مزايا وعيوب البناء الثاني القائم على السلسلة؟