مع استمرار النقاش حول زيادة السعة في العملات المشفرة، يجري تطوير بعض الحلول المحتملة لفترة طويلة.

خاصة في حالة الإيثريوم (ETH)، حيث يتم التركيز بشكل كبير على اللامركزية والأمن على حساب قابلية زيادة السعة، يعتبر تطبيق مفهوم التشظي بالتزامن مع تطبيق مفهوم إثبات الحصة، آلية ضرورية، تستطيع الشبكة من خلالها النمو لمستويات عملية مع الحفاظ على اللامركزية والأمان.

التشظي موضوع معقد، خاصة عندما تطبق على شبكة نظير لنظير، لامركزية مثل الإيثريوم، حيث يتم تحديث الحالة العالمية للشبكة باستمرار. فما المقصود بالتشظي وكيف تساعد شبكة البلوكتشين على النمو؟

خلفية عن التشظي والحوسبة الموزعة

في الحقيقة، تقنية التشظي أقدم بكثير من تكنولوجيا البلوكتشين، وقد تم تطبيقها في أنظمة عدة، بدئاً من قواعد البيانات التجارية وصولاً إلى قاعدة بيانات سبانر Spanner العالمية الخاصة بغوغل Google. تعتبر التشظي في الأساس طريقة لتقسيم البيانات أفقياً داخل قاعدة بيانات. بشكل أعم، يتم تقسيم قاعدة البيانات إلى أجزاء صغيرة تسمى “شظيات”، وتشكل قاعدة البيانات الأصلية عند جمعها معاً.

في شبكة البلوكتشين الموزعة، تتألف الشبكة من سلسلة من العقد مرتبطة عبر اتصال نظير لنظير، دون تحكم مركزي. كما هو الحال مع أنظمة البلوكتشين الحالية، تخزن كل عقدة جميع حالات الشبكة وتعالج جميع المعاملات. بالرغم من أن هذا الأمر يوفر مستوى عال من الأمان عبر اللامركزية، خاصة في أنظمة إثبات العمل مثل البتكوين والإيثريوم، إلا أنه يؤدي إلى مشاكل كبيرة في كيفية زيادة سعة الشبكة نفسها.

تشظي الإيثريوم

في حالة الإيثريوم على سبيل المثال، تخزن كل عقدة في شبكة الإيثريوم حالة البلوكتشين بالكامل، بما في ذلك الأرصدة الحسابية، والتخزين، وكود العقد البرمجي. للأسف، بما أن حجم الشبكة يزيد بمعدل أسي، يتزايد الإجماع خطياً فقط. سبب هذه المحدودية هو الحاجة إلى التواصل بين العقد للتوصل إلى إجماع.

لا تمتلك العقد في الشبكة امتيازات، وكل عقدة في الشبكة تخزن وتعالج كل المعاملات. وكنتيجة لهذا، وفي شبكة بحجم الإيثريوم تصبح مشاكل تكاليف الوقود المرتفعة وأوقات تأكيد المعاملات الطويلة ملحوظة في فترات الضغط على الشبكة. وتتوقف سرعة الشبكة على سرعة كل عقدة منفردة بدلاً من حصيلة أجزائها.

يساعد التشظي في تخفيف حدة هذه المشاكل عن طريق توفير حل مهم لكن معقد. تشمل الفكرة تجميع مجموعات فرعية من العقد في شظيات تقوم بدورها بمعالجة المعاملات الخاصة بتلك القطعة. وتسمح للنظام بمعالجة العديد من المعاملات على التوازي، وبالتالي يسهم هذا بشكل كبير في زيادة إنتاجية الشبكة.

هناك طريقة أبسط لشرح الأمر. تخيل تقسيم الولايات المتحدة إلى ولايات. في الوقت الذي تكون فيه كل ولاية (شظية في هذه الحالة) جزءاً من الولايات المتحدة الكبرى (شبكة الإيثريوم)، إلا أن لكل منها أدوار محددة، وحدود فاصلة، ومجموعات جزئية من السكان. لكنها تتشارك في نفس الوقت لغة وثقافة عالمية كجزء من شبكتها الأكبر التي تكون الولايات المتحدة.

أو على حد تعبير فيتاليك بوتيرين نفسه: “تخيلوا أن شبكة الإيثريوم انقسمت إلى آلاف الجزر. كل جزيرة تقوم بمهمتها. ولكل جزيرة خصائص فريدة وكل من ينتمي لتلك الجزيرة، مثل الحسابات المختلفة، بإمكانهم التفاعل مع بعضهم البعض، وبإمكانهم الاستفادة من ميزاتها بحرية. وإذا أرادت الأجزاء التواصل مع شبكة أخرى، سيكون عليهم استخدام بروتوكول اتصال معين”.

وكما ترون، فإن فكرة تشظي الشبكة إلى أجزاء أكثر فاعلية، تسمح للشبكة بأن تعمل بحصيلة سرعة أجزائها، بدلاً من أن تتقيد بسرعة كل عقدة منفردة. 

تطبيق التشظي في البلوكتشينات

سنتسمر في اتخاذ الإيثريوم مثالاً في مقالنا هذا، لأنها أشهر وأصعب محاولة للتشظي في عالم البلوكتشين، حيث يطبق مطورو الإيثريوم تقنية تعرف بـ “تشظي الحالة”.

الحالة اللحظية لشبكة الإيثريوم تسمى الحالة العالمية، وهي الحالة التي بإمكان الجميع رؤيتها عند النظر إلى البلوكتشين في لحظة معينة. الجزء المعقد في تطبيق التشظي في الإيثريوم، هو أن تقسيم العقد إلى مجموعات فرعية أصغر، سيفرض على هذه المجموعات الأصغر أن تكون قادرة على معالجة مجموعات معينة من المعاملات وتحديث حالة الشبكة في نفس الوقت، بالإضافة إلى ضمان صلاحيتها أيضاً.

من المفترض تطبيق التشظي في الإيثريوم على مرحلتين، على الأرجح بعد تطبيق مفهوم إثبات الحصة في الشبكة. المرحلة الأولى ستكون طبقة البيانات التي تحتوي على الإجماع على البيانات الموجودة في الشظيات المختلفة. المرحلة الثانية ستكون طبقة الحالة. قد تكون الإحاطة بهذا الأمر صعبة، لذا إليكم بيان عام بكيفية عمل هذه التقنية في الأسفل.

يقسم الإيثريوم الشبكة إلى عدد من الشظيات. ويخصص لكل شظية مجموعة معينة من المعاملات، تحدد عبر جمع حسابات معينة (من بينها العقود الذكية) في الشظية. لكل مجموعة تحويلات ترويسة وجسد يتكونان من الآتي:

الترويسة 

• رقم الشظية التعريفي لمجموعة المعاملات
• اختيار المصدقين عبر عملية انتقاء عشوائي (للتصديق على المعاملات في الشظية).
• جذر الحالة (حالة جذر ميركل للشظية قبل وبعد إضافة المعاملات). 

الجسد 

• كل المعاملات التي تنتمي لمجموعات المعاملات التي هي جزء من شظية معينة. 

لكل شظية (Shard) تحويلات خاصة به وتحدث هذه المعاملات بين الحسابات الأصلية في هذه الشظية. عند التصديق على التحويل، تتغير حالة الشبكة ويتم تحديث ميزانيات الحسابات وذاكرة التخزين وغيرها. وللتصديق على مجموعة المعاملات، يجب أن يتطابق جذر مجموعة المعاملات السابق مع جذر الجزء في الحالة العالمية. إذا تطابقا يتم التصديق على مجموعة المعاملات ويتم تحديث الحالة العالمية من خلال جذر معين لحالة الرقم التعريفي للجزء. 

وبدلاً من أن تحتوي كل كتلة من الإيثريوم على جذر للحالة فقط، تحتوي الآن كذلك على جذر لمجموعة التحويل. جذر مجموعة التحويل هو جذر ميركل لكل مجموعات التحويل في شظية معينة من كتلة المعاملات. في الأساس هناك جذر ميركل لكل الشظيات المختلفة التي تحتوي مجموعات تحويل محدثة ومصدق عليها. ويخزن هذا الجذر في البلوكتشين مع جذر الحالة المحدث. 

تطبيق مفاهيم شجرة ميركل في هذا الهيكل مهم لضمان مصداقية البلوكتشين. فهم كيفية عمل شجرة ميركل وجذر ميركل تحديداً، قد يساعدك على الإحاطة بهذه المفاهيم بسهولة.

ويتحقق الإجماع في الشظية عبر تطبيق مفهوم إثبات الحصة على مجموعة عقد مختلفة مختارة عشوائياً، في شظية ما في دورة الإجماع. لا يحسم هذا الأمر الإجماع وحسب، وهو أمر ضروري داخل الشظية، بل يقدم آلية دفاعية ضد أي هجوم قد لا تستطيع آلية إثبات العمل في سلسل الكتل مجابهته، في هذه الحالة. 

وبذلك تنخفض طاقة الحوسبة اللازمة لإخضاع شظية معينة لآلية إثبات العمل في الشبكة المتشظية انخفاضاً هائلاً، وتقل كذلك قدرة الفاعلين السيئين على السيطرة على شظية ما عبر قوة الحوسبة. بإمكان هؤلاء الفاعلين الهجوم على الشظيات الأخرى عبر بروتوكولات التواصل التي تعد واحدة من أهم وأعقد الخصائص التي تتميز بها بنية التشظي. والانتقاء العشوائي للمصادقين داخل الشظية قد يحبط هذا النوع من الهجمات، بما أن الفاعلين السيئين لن يعرفوا في أي شظية سيقعون قبل أن يتم اختيارهم فيها فعلياً. ثم بعدها تجرى عملية الانتقاء العشوائي لمصادقين من بين مجموعة المصادقين المختارين عشوائياً في المرحلة الأولى. 

بروتوكول الاتصال حيوي ومهم حتى تعمل بنية التشظي بشكل سليم في النظام. يمكننا أن نعتبر بروتوكول الاتصال وكأنه لغة موحدة تتشاركها عدد من الولايات، التي تشكل معاً دولة أكبر مثل الولايات المتحدة مثلاً. لكن تصميم هذا البروتوكول صعب للغاية ويجب أن يتم هذا التصميم بحيث لا يستخدم هذا البروتوكول إلا عند الضرورة فقط. ويصبح هذا البروتوكول ضرورياً عندما تحتاج عقدة ما معلومات ليست مخزنة في شظيتها وتريد إيجاد الشظية التي تحتوي هذه المعلومات. هذا النوع من الاتصال يعرف بالاتصال بين الشظيات. 

يتم الاتصال بين الشظيات عبر تطبيق مفهوم فاتورة المعاملات، إذ تخزن فاتورة المعاملة في جذر ميركل حتى يسهل التصديق عليها، لكنها ليست جزءاً من جذر الحالة. الشظية التي تتلقى معاملة من شظية أخرى، تفحص جذر ميركل حتى تضمن عدم انقضاء الفاتورة. في الأساس تخزن هذه الفواتير في ذاكرة مشتركة تستطيع الشظيات الأخرى التصديق عليها دون تعديلها. وعبر التخزين الموزع لهذه الفواتير تستطيع الشظيات التواصل فيما بينها. 

مستقبل التشظي

من المتوقع أن تطبق بنية التشظي في الإيثريوم بعد تحديث آلية كاسبر لإثبات الحصة. ومؤخراً شهدت الإيثريوم 2 بعض التطويرات منها تطبيق كاسبر وبنية التشظي. يبدو أن موعد تطبيق كاسبر سيكون في عام 2019 بينما سيطبق مفهوم التشظي في عام 2020 أو 2021. 

طبق مفهوم التشظي في عدد من العملات الأخرى كذلك، أهمها الزيليكا (ZIL). لكن الزيليكا لا تطبق مفهوم تشظي الحالة وتركز على زيادة إنتاجية البلوكتشين عبر تسهيل المعاملات والتشظي الحوسبية.

الخاتمة

يعد مفهوم التشظي بتقدم حل للمشكلة التي تتجاهلها منصات البلوكتشين في الفترة الحالية وهي مشكلة النمو. وفي الوقت الذي تخضع شبكة البتكوين السريعة لمرحلة الاختبار وتظهر تقدماً واعداً حتى الآن، فإن الحل الذي تقدمه شبكة إثريوم يجلب معه تحديات وصعوبات فريدة وقد وصفت بأنها حاسوب عالمي نجح في اجتياز اختبار تيورنغ Turing. (بمعنى آلة تستطيع اتخاذ قرارات بناء على قواعد معينة وتغيير حالة النظام).

لن تعمل تقنية التشظي إلا على مستوى البروتوكول (أحد مستويات الاتصال)، لذا لن يكون المستخدم النهائي أو مطور التطبيقات مضطراً لتعلمها. بغض النظر عن ذلك، فإن محاولة الإيثريوم تطبيق مفهوم تشظي الحالة في شبكة ضخمة ولامركزية، مشروع هائل وإنجاز مذهل حال تطبيقه بنجاح.