مسئله سه گانه بلاکچین چیست؟

اختراع بلاکچین دوران جدیدی از سازماندهی جامعه را با معرفی همکاری غیرمتمرکز از طریق مجموعه داده‌های قابل اعتماد و قابل بررسی به صورت جمعی، آغاز کرد. بلاکچین‌ها به عنوان مجموعه‌ای از پروتکل‌ها راهی را برای کار کردن افراد با یکدیگر، به صورت مستقیم و بدون دخالت سایر طرف‌ها، خصوصی یا عمومی، فراهم می‌کنند. با این حال، تکنولوژی بلاکچین غیرمتمرکز تک رشته‌ای به نقطه‌ای پیشرفت کرده است که به طور قابل توجهی توسط مسئله سه گانه بلاکچین محدود می‌شود. مسئله سه گانه بلاکچین محدودیت‌هایی را اعمال می‌کند که در آن فقط دو از سه ویژگی می‌توانند بهینه شوند: قابلیت مقیاس‌پذیری، غیرمتمرکز بودن، و امنیت.

• قابلیت مقیاس‌پذیری: ظرفیت چیست؟ چند تراکنش در ثانیه (TPS) می‌توان پردازش کرد؟

• غیرمتمرکز بودن: چند گره در حال اجرای بلاکچین هستند؟

• امنیت: چقدر سخت است که به سیستم حمله کنیم یا آن را سانسور کنیم؟

مسئله سه گانه بلاکچین پیشنهاد می‌کند که بلاکچین‌ها فقط می‌توانند بین ویژگی‌های قابلیت مقیاس‌پذیری، غیرمتمرکز بودن، و امنیت معامله کنند، اما نمی‌توانند همزمان همه سه خاصیت را داشته باشند. به عنوان مثال، بلاکچین‌ها می‌توانند سعی کنند با افزایش اندازه بلوک برای تراکنش در ثانیه بالاتر (TPS)، بر مقیاس غلبه کنند، اما این منجر به افزایش پهنای باند، محاسبه، و نیازمندی‌های ذخیره‌سازی برای گره‌ها می‌شود. افزایش نیازمندی‌های گره باعث کاهش تعداد گره‌هایی می‌شود که یک شبکه را تشکیل می‌دهند، که غیرمتمرکز بودن شبکه را کاهش می‌دهد. استدلال‌های مشابهی می‌توان برای معاملات مربوط به قابلیت مقیاس‌پذیری و امنیت و همچنین غیرمتمرکز بودن و امنیت ارائه کرد، با این حال، ما در اینجا وقت نمی‌گذاریم که این موارد را بپوشانیم، اما خوانندگان علاقه‌مند می‌توانند در اینجا بیشتر بیاموزند.

ما ادعا می‌کنیم که مسئله سه گانه بلاکچین فقط در زمینه‌ای که دو عملکرد از بلاکچین با هم ادغام می‌شوند، یعنی اجماع و سازگاری، محدودیت واقعی است. با این حال، اگر ما درک کنیم که این دو عملکرد می‌توانند جدا شوند، فضای طراحی دیگر توسط مسئله سه گانه بلاکچین محدود نیست بلکه توسط قضیه CAP که مفهوم قدیمی‌تری در پایگاه‌های داده توزیع شده است، محدود می‌شود.

قضیه CAP به ما اجازه می‌دهد که مسئله بلاکچین را به صورت مشکلی در پایگاه داده توزیع شده بررسی کنیم اگر ما اجماع و سازگاری را با هم ادغام نکنیم. برای درک مجموعه جدیدی از معاملات پس از جدا کردن اجماع و سازگاری، ما باید ویژگی‌هایی را که توسط قضیه CAP بحث می‌شوند تعریف کنیم:

• سازگاری: آیا تمام گره‌ها حالت داده یکسانی دارند؟

• تحمل پارتیشن: آیا گره‌های شبکه می‌توانند با دانش محدود از وضعیت کلی شبکه کار کنند؟

• دسترسی به داده: آیا گره‌های شبکه قادر به ارائه دسترسی خواندن به حالت فعلی هستند؟

در این ساختار جدید، ما می‌توانیم پیشنهاد دهیم که مجموعه‌های شارد داده ایجاد کنیم، یعنی بلاکچین‌های مستقل، که باعث افزایش ظرفیت خواهد شد، اما سازگاری جهانی را فدا می‌کند، تحمل پارتیشن را کاهش می‌دهد و همچنین دسترسی به داده در یک زمینه جهانی را کاهش می‌دهد. با این حال، در هر بلاکچین مستقل یا شارد ما می‌توانیم ویژگی‌های مجموعه داده‌های سازگار، تحمل پارتیشن، و دسترسی را حفظ کنیم تا زمانی که شاردهای بلاکچین فردی به محدودیت پهنای باند شبکه برخورد کنند که مشکل بومی بلاکچین‌های تک رشته‌ای است.

در حال حاضر، ما واقعا چیز جدیدی نگفته‌ایم، و توپولوژی پیشنهادی در بسیاری از پیشنهادات مقیاس‌پذیری مانند ETH 2.0 ظاهر شده است. با این حال، قطعه کلیدی که ما اشاره کرده‌ایم اما هنوز در مورد آن بحث نکرده‌ایم این است که چگونه ما می‌توانیم سازگاری را از اجماع جدا کنیم در حالی که یک سیستم امن، قابل مقیاس‌پذیری، غیرمتمرکز را حفظ می‌کنیم.

تقسیم وضعیت بدون تقسیم هش

تلاش‌های فعلی که برای افزایش امنیت طراحی‌های ماژولار (زنجیره‌های جانبی، رول آپ‌ها و اعتبارسنج‌های PoS) انجام شده است، قربانی مرکزیت از طریق زیرساخت، چاه‌های نقدینگی و اعتبارسنج‌های مورد اعتماد با مکانیسم‌های ناکافی مبارزه می‌شوند.

اتریوم ادعا می‌کند که تقسیم یک سیستم اثبات کار می‌تواند نرخ هش مورد نیاز برای تجاوز به بخشی از شبکه را کاهش دهد. این یکی از دلایلی است که آن‌ها می‌خواهند به اثبات سهم بروند.

با این حال، Quai یک راه حل جدید پیشنهاد می‌کند که در آن می‌توان وضعیت را در یک سیستم مبتنی بر هش تقسیم کرد بدون اینکه هش را از طریق یک فرآیند به نام استخراج ادغام شده تقسیم کند.

استخراج ادغام شده با استخراج ادغام شده Namecoin در بیتکوین در سال 2014 شروع شد. Namecoin ادعا کرد که استخراج ادغام شده امنیت شبکه را برای هر دو Namecoin و Bitcoin افزایش داد چون دیگر ماینرها نیازی به انتخاب بین استخراج یکی یا دیگری ندارند. این یک ویژگی بنیادین مهم است در هنگام تصمیم‌گیری در مورد چگونگی مقیاس‌پذیری یک سیستم بلاکچین ماژولار زیرا امکان دارد چندین زنجیره فرززیر مجموعه داشته باشیم که همه آن‌ها می‌توانند توسط همان مقدار هش امن شوند.

با اجازه دادن به استخراج ادغام شده در مجموعه‌ای از زنجیره‌های ماژولار، ماینرها قادر هستند بسیاری از زنجیره‌های هم‌پیچیده را که مجموعه مشترکی از قوانین، سیاست پولی و توکن پایه را به اشتراک می‌گذارند، امن کنند. بافت بلاکچین یک شبکه با مقاومت در برابر سیبیل (یعنی امنیت) ایجاد می‌کند که حداقل به اندازه (اگر بهتر نباشد) اجماع ناکاموتو خوب است.

بلاکچین‌های استخراج ادغام شده سلسله مراتبی

شبکه Quai استخراج ادغام شده سلسله مراتبی را به عنوان راه حلی برای مقیاس‌پذیری بلاکچین‌ها بدون اینکه غیرمتمرکز بودن یا امنیت را تهدید کند، پیشنهاد می‌کند. استخراج ادغام شده سلسله مراتبی از طریق سلسله مراتبی از زنجیره‌ها که در یک ساختار طبقه‌بندی شده ترتیب داده شده‌اند، کار می‌کند. زنجیره در بالا، Prime، بزرگترین پاداش استخراج را دارد اما همچنین بیشترین سختی و کندترین بلوک‌ها را دارد. سطوح بعدی، Regions، و مناطق دارای سختی پایین‌تر به ترتیب، و بلوک‌های سریع‌تر که امکان زنده بودن بیشتری را فراهم می‌کنند.

هر یک از بلاکچین‌ها در سلسله مراتب به طور اساسی زنجیره‌های مستقلی هستند که به هیچ یک از زنجیره‌های دیگر وابسته نیستند. آن‌ها یک توکن و سیاست پولی مشترک دارند، اما قوانین اجماع محلی اجرا می‌شوند. برای استخراج در این زمینه، یک ماینر باید حداقل یک قطعه از درخت (prime، 1 region، و 1 child zone) را استخراج کند که می‌تواند به صورت خودسرانه انتخاب کند. توانایی اینکه فقط بتوان یک قطعه را در بافت کلی استخراج کرد، اطمینان می‌دهد که همانطور که ظرفیت شبکه افزایش می‌یابد، ماینرها هنوز می‌توانند بدون اینکه مجبور باشند نیازمندی‌های گره را با ظرفیت معامله به صورت فوق‌خطی افزایش دهند، شرکت کنند.

یک ویژگی مهم که نتیجه استخراج ادغام شده یک قطعه از سلسله مراتب است، چیزی است که ما آن را بلوک همزمان می‌نامیم. وقتی بلوک‌ها در یک زمینه استخراج ادغام شده پیشنهاد می‌شوند، سربرگ باید ارجاعاتی به تمام بلاکچین‌هایی که با هم استخراج ادغام شده‌اند را شامل شود. در Quai، این به صورت یک سربرگ ظاهر می‌شود که به طور موثر آرایه‌ای از 3 سربرگ مربوط به Prime، Region، و Zone است.

یک بلوک در یک بلاکچین اگر شرایط سختی برای آن در زمینه آن بلاکچین را برآورده کند، پیدا می‌شود. این به این معنی است که فقط 1 بخش از سربرگ همیشه در هر زمینه منفرد معتبر است. با این حال، اگر یک بلوک اولیه پیدا شود، آنگاه هر دو بلوک region و بلوک zone نیز پیدا خواهند شد زیرا سختی زنجیره‌های فرزند همیشه کمتر خواهد بود. وقتی این اتفاق می‌افتد، این را بلوک همزمان می‌نامند. ویژگی مهم این بلوک این است که ارجاعات متقابل قابل تأیید و قابل تأیید را ایجاد می‌کند که می‌تواند برای انتقال وضعیت از یک زنجیره به زنجیره دیگر استفاده شود. این به طور موثر پل‌های غیرمتمرکز بین تمام بلاکچین‌ها در شبکه را ایجاد می‌کند که امکان تعامل را فراهم می‌کند.

قاعده طولانی‌ترین زنجیره سلسله مراتبی (hlcr)

قاعده طولانی‌ترین زنجیره سلسله مراتبی مکانیسم اجماعی است که در آن حقیقت استاندارد شبکه بر اساس بلاکچین با بیشترین حذف انتروپی تجمعی یا Prime است. اگر کسی سعی کند یک Zone را برگرداند، باید از طریق Prime همزمان برگردد. برای برگرداندن Prime یک مهاجم باید یک زنجیره را ارائه دهد که به اندازه Prime انتروپی را حذف کرده است. قاعده طولانی‌ترین زنجیره سلسله مراتبی مقاومت در برابر حملات Sybil معادل با اجماع Nakamoto را به دست می‌آورد زیرا تمام زنجیره‌ها مقدار حذف انتروپی تجمعی را که در Prime در هر بلوک همزمان نشان داده شده است، به دست می‌آورند حتی وقتی که فقط با نرخ کندتری متناسب با قدرت هش در هر زنجیره مربوطه در بلوک همزمان پیشرفت می‌کنند.

شبکه Quai یک معماری قابل مقیاس‌پذیری را به دست می‌آورد زیرا در قضیه سه گانه CAP معاملاتی انجام می‌دهد که با تأخیر در اجماع جهانی، امکان افزایش ظرفیت را فراهم می‌کند. یک معامله ذاتی وجود دارد که در حال انجام است. همانطور که شبکه Quai با افزودن شاردهای اجرایی ظرفیت را افزایش می‌دهد، معاملات متقاطع زنجیره زمان بیشتری برای قابل خرج شدن در زنجیره مقصد خواهند داشت.

مسئله سه گانه بلاکچین چیست؟

اختراع بلاکچین دوران جدیدی از سازماندهی جامعه را با معرفی همکاری غیرمتمرکز از طریق مجموعه داده‌های قابل اعتماد و قابل بررسی به صورت جمعی، آغاز کرد. بلاکچین‌ها به عنوان مجموعه‌ای از پروتکل‌ها راهی را برای کار کردن افراد با یکدیگر، به صورت مستقیم و بدون دخالت سایر طرف‌ها، خصوصی یا عمومی، فراهم می‌کنند. با این حال، تکنولوژی بلاکچین غیرمتمرکز تک رشته‌ای به نقطه‌ای پیشرفت کرده است که به طور قابل توجهی توسط مسئله سه گانه بلاکچین محدود می‌شود. مسئله سه گانه بلاکچین محدودیت‌هایی را اعمال می‌کند که در آن فقط دو از سه ویژگی می‌توانند بهینه شوند: قابلیت مقیاس‌پذیری، غیرمتمرکز بودن، و امنیت.

• قابلیت مقیاس‌پذیری: ظرفیت چیست؟ چند تراکنش در ثانیه (TPS) می‌توان پردازش کرد؟

• غیرمتمرکز بودن: چند گره در حال اجرای بلاکچین هستند؟

• امنیت: چقدر سخت است که به سیستم حمله کنیم یا آن را سانسور کنیم؟

مسئله سه گانه بلاکچین پیشنهاد می‌کند که بلاکچین‌ها فقط می‌توانند بین ویژگی‌های قابلیت مقیاس‌پذیری، غیرمتمرکز بودن، و امنیت معامله کنند، اما نمی‌توانند همزمان همه سه خاصیت را داشته باشند. به عنوان مثال، بلاکچین‌ها می‌توانند سعی کنند با افزایش اندازه بلوک برای تراکنش در ثانیه بالاتر (TPS)، بر مقیاس غلبه کنند، اما این منجر به افزایش پهنای باند، محاسبه، و نیازمندی‌های ذخیره‌سازی برای گره‌ها می‌شود. افزایش نیازمندی‌های گره باعث کاهش تعداد گره‌هایی می‌شود که یک شبکه را تشکیل می‌دهند، که غیرمتمرکز بودن شبکه را کاهش می‌دهد. استدلال‌های مشابهی می‌توان برای معاملات مربوط به قابلیت مقیاس‌پذیری و امنیت و همچنین غیرمتمرکز بودن و امنیت ارائه کرد، با این حال، ما در اینجا وقت نمی‌گذاریم که این موارد را بپوشانیم، اما خوانندگان علاقه‌مند می‌توانند در اینجا بیشتر بیاموزند.

ما ادعا می‌کنیم که مسئله سه گانه بلاکچین فقط در زمینه‌ای که دو عملکرد از بلاکچین با هم ادغام می‌شوند، یعنی اجماع و سازگاری، محدودیت واقعی است. با این حال، اگر ما درک کنیم که این دو عملکرد می‌توانند جدا شوند، فضای طراحی دیگر توسط مسئله سه گانه بلاکچین محدود نیست بلکه توسط قضیه CAP که مفهوم قدیمی‌تری در پایگاه‌های داده توزیع شده است، محدود می‌شود.

قضیه CAP به ما اجازه می‌دهد که مسئله بلاکچین را به صورت مشکلی در پایگاه داده توزیع شده بررسی کنیم اگر ما اجماع و سازگاری را با هم ادغام نکنیم. برای درک مجموعه جدیدی از معاملات پس از جدا کردن اجماع و سازگاری، ما باید ویژگی‌هایی را که توسط قضیه CAP بحث می‌شوند تعریف کنیم:

• سازگاری: آیا تمام گره‌ها حالت داده یکسانی دارند؟

• تحمل پارتیشن: آیا گره‌های شبکه می‌توانند با دانش محدود از وضعیت کلی شبکه کار کنند؟

• دسترسی به داده: آیا گره‌های شبکه قادر به ارائه دسترسی خواندن به حالت فعلی هستند؟

در این ساختار جدید، ما می‌توانیم پیشنهاد دهیم که مجموعه‌های شارد داده ایجاد کنیم، یعنی بلاکچین‌های مستقل، که باعث افزایش ظرفیت خواهد شد، اما سازگاری جهانی را فدا می‌کند، تحمل پارتیشن را کاهش می‌دهد و همچنین دسترسی به داده در یک زمینه جهانی را کاهش می‌دهد. با این حال، در هر بلاکچین مستقل یا شارد ما می‌توانیم ویژگی‌های مجموعه داده‌های سازگار، تحمل پارتیشن، و دسترسی را حفظ کنیم تا زمانی که شاردهای بلاکچین فردی به محدودیت پهنای باند شبکه برخورد کنند که مشکل بومی بلاکچین‌های تک رشته‌ای است.

در حال حاضر، ما واقعا چیز جدیدی نگفته‌ایم، و توپولوژی پیشنهادی در بسیاری از پیشنهادات مقیاس‌پذیری مانند ETH 2.0 ظاهر شده است. با این حال، قطعه کلیدی که ما اشاره کرده‌ایم اما هنوز در مورد آن بحث نکرده‌ایم این است که چگونه ما می‌توانیم سازگاری را از اجماع جدا کنیم در حالی که یک سیستم امن، قابل مقیاس‌پذیری، غیرمتمرکز را حفظ می‌کنیم.

تقسیم وضعیت بدون تقسیم هش

تلاش‌های فعلی که برای افزایش امنیت طراحی‌های ماژولار (زنجیره‌های جانبی، رول آپ‌ها و اعتبارسنج‌های PoS) انجام شده است، قربانی مرکزیت از طریق زیرساخت، چاه‌های نقدینگی و اعتبارسنج‌های مورد اعتماد با مکانیسم‌های ناکافی مبارزه می‌شوند.

اتریوم ادعا می‌کند که تقسیم یک سیستم اثبات کار می‌تواند نرخ هش مورد نیاز برای تجاوز به بخشی از شبکه را کاهش دهد. این یکی از دلایلی است که آن‌ها می‌خواهند به اثبات سهم بروند.

با این حال، Quai یک راه حل جدید پیشنهاد می‌کند که در آن می‌توان وضعیت را در یک سیستم مبتنی بر هش تقسیم کرد بدون اینکه هش را از طریق یک فرآیند به نام استخراج ادغام شده تقسیم کند.

استخراج ادغام شده با استخراج ادغام شده Namecoin در بیتکوین در سال 2014 شروع شد. Namecoin ادعا کرد که استخراج ادغام شده امنیت شبکه را برای هر دو Namecoin و Bitcoin افزایش داد چون دیگر ماینرها نیازی به انتخاب بین استخراج یکی یا دیگری ندارند. این یک ویژگی بنیادین مهم است در هنگام تصمیم‌گیری در مورد چگونگی مقیاس‌پذیری یک سیستم بلاکچین ماژولار زیرا امکان دارد چندین زنجیره فرززیر مجموعه داشته باشیم که همه آن‌ها می‌توانند توسط همان مقدار هش امن شوند.

با اجازه دادن به استخراج ادغام شده در مجموعه‌ای از زنجیره‌های ماژولار، ماینرها قادر هستند بسیاری از زنجیره‌های هم‌پیچیده را که مجموعه مشترکی از قوانین، سیاست پولی و توکن پایه را به اشتراک می‌گذارند، امن کنند. بافت بلاکچین یک شبکه با مقاومت در برابر سیبیل (یعنی امنیت) ایجاد می‌کند که حداقل به اندازه (اگر بهتر نباشد) اجماع ناکاموتو خوب است.

بلاکچین‌های استخراج ادغام شده سلسله مراتبی

شبکه Quai استخراج ادغام شده سلسله مراتبی را به عنوان راه حلی برای مقیاس‌پذیری بلاکچین‌ها بدون اینکه غیرمتمرکز بودن یا امنیت را تهدید کند، پیشنهاد می‌کند. استخراج ادغام شده سلسله مراتبی از طریق سلسله مراتبی از زنجیره‌ها که در یک ساختار طبقه‌بندی شده ترتیب داده شده‌اند، کار می‌کند. زنجیره در بالا، Prime، بزرگترین پاداش استخراج را دارد اما همچنین بیشترین سختی و کندترین بلوک‌ها را دارد. سطوح بعدی، Regions، و مناطق دارای سختی پایین‌تر به ترتیب، و بلوک‌های سریع‌تر که امکان زنده بودن بیشتری را فراهم می‌کنند.

هر یک از بلاکچین‌ها در سلسله مراتب به طور اساسی زنجیره‌های مستقلی هستند که به هیچ یک از زنجیره‌های دیگر وابسته نیستند. آن‌ها یک توکن و سیاست پولی مشترک دارند، اما قوانین اجماع محلی اجرا می‌شوند. برای استخراج در این زمینه، یک ماینر باید حداقل یک قطعه از درخت (prime، 1 region، و 1 child zone) را استخراج کند که می‌تواند به صورت خودسرانه انتخاب کند. توانایی اینکه فقط بتوان یک قطعه را در بافت کلی استخراج کرد، اطمینان می‌دهد که همانطور که ظرفیت شبکه افزایش می‌یابد، ماینرها هنوز می‌توانند بدون اینکه مجبور باشند نیازمندی‌های گره را با ظرفیت معامله به صورت فوق‌خطی افزایش دهند، شرکت کنند.

یک ویژگی مهم که نتیجه استخراج ادغام شده یک قطعه از سلسله مراتب است، چیزی است که ما آن را بلوک همزمان می‌نامیم. وقتی بلوک‌ها در یک زمینه استخراج ادغام شده پیشنهاد می‌شوند، سربرگ باید ارجاعاتی به تمام بلاکچین‌هایی که با هم استخراج ادغام شده‌اند را شامل شود. در Quai، این به صورت یک سربرگ ظاهر می‌شود که به طور موثر آرایه‌ای از 3 سربرگ مربوط به Prime، Region، و Zone است.

یک بلوک در یک بلاکچین اگر شرایط سختی برای آن در زمینه آن بلاکچین را برآورده کند، پیدا می‌شود. این به این معنی است که فقط 1 بخش از سربرگ همیشه در هر زمینه منفرد معتبر است. با این حال، اگر یک بلوک اولیه پیدا شود، آنگاه هر دو بلوک region و بلوک zone نیز پیدا خواهند شد زیرا سختی زنجیره‌های فرزند همیشه کمتر خواهد بود. وقتی این اتفاق می‌افتد، این را بلوک همزمان می‌نامند. ویژگی مهم این بلوک این است که ارجاعات متقابل قابل تأیید و قابل تأیید را ایجاد می‌کند که می‌تواند برای انتقال وضعیت از یک زنجیره به زنجیره دیگر استفاده شود. این به طور موثر پل‌های غیرمتمرکز بین تمام بلاکچین‌ها در شبکه را ایجاد می‌کند که امکان تعامل را فراهم می‌کند.

قاعده طولانی‌ترین زنجیره سلسله مراتبی (hlcr)

قاعده طولانی‌ترین زنجیره سلسله مراتبی مکانیسم اجماعی است که در آن حقیقت استاندارد شبکه بر اساس بلاکچین با بیشترین حذف انتروپی تجمعی یا Prime است. اگر کسی سعی کند یک Zone را برگرداند، باید از طریق Prime همزمان برگردد. برای برگرداندن Prime یک مهاجم باید یک زنجیره را ارائه دهد که به اندازه Prime انتروپی را حذف کرده است. قاعده طولانی‌ترین زنجیره سلسله مراتبی مقاومت در برابر حملات Sybil معادل با اجماع Nakamoto را به دست می‌آورد زیرا تمام زنجیره‌ها مقدار حذف انتروپی تجمعی را که در Prime در هر بلوک همزمان نشان داده شده است، به دست می‌آورند حتی وقتی که فقط با نرخ کندتری متناسب با قدرت هش در هر زنجیره مربوطه در بلوک همزمان پیشرفت می‌کنند.

شبکه Quai یک معماری قابل مقیاس‌پذیری را به دست می‌آورد زیرا در قضیه سه گانه CAP معاملاتی انجام می‌دهد که با تأخیر در اجماع جهانی، امکان افزایش ظرفیت را فراهم می‌کند. یک معامله ذاتی وجود دارد که در حال انجام است. همانطور که شبکه Quai با افزودن شاردهای اجرایی ظرفیت را افزایش می‌دهد، معاملات متقاطع زنجیره زمان بیشتری برای قابل خرج شدن در زنجیره مقصد خواهند داشت.