Open Systems Interconnection (Açık Sistemler Arası Bağlantı)

Open Systems interconnection (OSI) modeli, bilgisayar ağlarında farklı cihazlar ve yazılımlar arasındaki iletişimi standartlaştırmak amacıyla geliştirildi. Ayrıca OSI, oldukça aşina olunmuş bir modeldir. Blockchain mimarisini daha iyi anlayabilmek amacıyla, anlatımlarımızdaki benzetmelerde yer yer OSI modelinden faydalanacağız.Bu amaçla yazımızın başında kısaca OSI modeline ve katmanlarına değinmek istedim. Şunu belirtmek gerekir ki; blockchain teknolojisi, OSI modelindeki katmanlara tam olarak uymayan, özgün ve yenilikçi yaklaşımlar da sunmaktadır. OSI modelinin katmanları şunlardır;

1. Phsical Layer (Fiziksel Katman): Fiber, Wireles, Hubs…

2. Data Link Layer (Veri Bağlantı Katmanı): Ethernet, PPP…

3. Network Layer (Ağ Katmanı): IP, ICMP…

4. Transport Layer (Taşıma Katmanı):TCP, UDP…

5. Session Layer (Oturum Katmanı): API’s, Sockets…

6. Presentation Layer (Sunum Katmanı): SSL, SSH, IMAP, JPEG, MPEG…

7. Application Layer (Uygulama Katmanı): HTTP, FTP, DNS, SSH…

BLOCKCHAIN MİMARİSİ

A-Monolitik Ağlar (Monolithic Blockchains)

Monolitik ağlar, genelde benzer temel işlevleri tek bir katmanda birleştirir. Bu yapılar başlangıçta basitlik sağlasa da zamanla ölçeklenebilirlik, verimlilik ve esneklik açısından ciddi sınırlamalar doğurur. Temel olarak beş katman altında Monolitik ağların mimarisini inceleyeceğiz. İlk katman daha çok donanım ve alt yapısal özellikleri kapsasa da sonraki dört katman birbiriyle koordine hareket eden birbirine bağımlı ayrılmamış yapılar gibi düşünülebilir. Benzetme yapmak gerekirse bu katmanlar, tek bir katman gibi hareket eder; çünkü etkileşimleri oldukça iç içe geçmiştir ve bağımsız modüller şeklinde birbirlerinden ayrılmamışlardır. Genel olarak Monolitik ağların katmanlarına birlikte göz atalım;

1-Hardware Infrastructure Layer (Donanım Altyapı Katmanı):

Sunucu, bilgi işlem, depolama ve ağ bağlantı gibi temel donanım kaynaklarını barındırır. Bu katman peer client’leri (Node/Düğüm) içerir ve peer client’ler peer to peer (P2P) şeklinde birbirleriyle Data (Veri) paylaşımı yaparlar. Bu şekilde dağınık defter teknolojisi (Distributed Ledger) uygulanmış olur.

2-Data Layer (Veri Katmanı):

Data layer, bloklardan oluşur. Bu bloklar, blockchain üzerinde gerçekleştirilen işlemlerin değiştirilemez ve şeffaf bir kaydını içerir. Her bir node tarafından onaylandıktan sonra, oluşturulan blok, ağdaki son bloğa kriptografik olarak bağlanır. Her node, bu blokların bir kopyasını depolar. Bu süreç, ağdaki işlemler devam ettikçe progresif bir şekilde devam eder. Ayrıca, sadece ağdaki üretilmiş ilk blok (Genesis Block), kendisinden önceki bir bloğa bağlanmamıştır. Bu başlık altında inceleyebileceğimiz State Layer (Durum Katmanı) ise, blockchaindeki mevcut durumu (Hesap bakiyeleri, akıllı sözleşmelerin mevcut durumu vb.) yansıtır. Yani State Layer’a, blockchainin anlık görüntüsü denilebilir.

3-Network Layer (Ağ Katmanı):

Network layer, düğümler arası iletişimi (Inter-Node Communication) sağlar. Bu katman düğümler arasındaki veri transferlerinde; verinin nasıl paketleneceğini, iletilip yönlendirileceğini ve teslim edileceğini belirleyen protokolleri içerir. Yani düğümlerin iletişimlerini, birbirlerini bulmalarını, tanımalarını; yeni blokların transferlerini ve ağa eklenmelerini sağlar. Blockchain mimarisindeki Network Layer, daha iyi anlaşılması açısından OSI modelindeki hem Network Layer’ın hem de Transport Layer’ın işlevlerine benzer görevleri gerçekleştirebildiği söylenebilir**. Ayrıca Transport Layer blockchain mimarilerinde ayrı bir katman olarak da tanımlanabilir.**

4-Consensus Layer (Konsensus Katmanı):

İşlemlerin onaylanmasından sorumlu katmandır. Her işlem konsensus mekanizması tarafından doğrulanır. İşlemin ağın kurallarına uygun olup olmadığı, işlem için gerekli bakiye ve işlem imzasının geçerliliği kontrol edilir.İşlemlerin onaylanması için düğümlerin mutabakat sağlaması gerekir ve başarılı işlemlerin tüm nodelar tarafından onaylanıp ağa eş zamanlı olarak dahil edilmesi sağlanır. Konsensus katmanı ağın saldırılara ve manipülasyonlara karşı güvenliğini sağlar ayrıca ağın bütünlüğünü korur, tüm düğümlerin aynı veri setini paylaşmasını sağlar. Çeşitli konsensus mekanizmaları vardır, bunlardan bazıları şunlardır: Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS), Delegated Proof of Stake (DPoS)…

5-Application Layer(Uygulama Katmanı):

Application Layer, blockchain mimarisinde en son seviyede bulunur ve son kullanıcıya doğrudan hizmet verilir. Kullanıcı blockchain ile etkileşime geçer; smart contracts (akıllı sözleşmeler), web arayüzleri, decentralized applications (merkeziyetsiz uygulamalar, dApps), mobil uygulamalar, API’lar (Application Programming Interface), blockchain üzerindeki verileri okuma, varlık yönetimi gibi özellikleri kapsar. Kısacası kullanıcı deneyimi (User Experience, UX) ve kullanıcı arayüzü (User Interface, UI) üzerinde yoğunlaşır ve kullanıcıların blockchain ile sorunsuz etkili bir şekilde etkileşimlerini sağlar.

B-MODÜLER AĞLAR (MODULAR BLOCKCHAINS)

Modüler ağların, monolitik ağlara göre daha esnek, ölçeklenebilir ve verimli bir mimari yapısı vardır. Bu ağların mimarileri tanımlanırken genelde dört katman üzerinde durulur; Data Availability Layer (Veri Erişebilirliği Katmanı), Consensus Layer (Uzlaşma Katmanı), Execution Layer (Yürütme Katmanı) ve Settlement Layer (Yerleşim Katmanı). Monoliitk ağların aksine Modüler ağlar bu katmanları birbirlerinden ayırıp her katmanın işlevini en iyi şekilde yerine getirmesine olanak tanır öte yandan Modüler ağlardan bu katmanların birbiriyle olan etkileşimleri oldukça karmaşıktır. Sonuç olarak tüm katmanların yükleri tek bir ağdaki aynı düğümlere yüklenmemiş olur. Ayrıca yeni teknolojilerin ağa entegrasyonu Modüler ağlarda daha kolaydır.

Peki bu katmanlar; Monolitik mimaride bahsettiğimiz katmanların hangilerine denk düşerler, Monolitik ağlara göre işleme biçimlerinde farklılıklar var mı ve işlevleri nelerdir bunlara değinelim.

1-Data Availability Layer (Veri Erişebilirliği Katmanı):

Bu katman ağdaki tüm katılımcılar tarafından verilerin erişilebilir olmasını sağlar. Diğer üç katmanın da Data availability katmanına ihtiyacı vardır. Tahmin edilebileceğiniz gibi monolitik mimaride işlediğimiz Data Layer a denk düştüğü söylenebilir, ayrıca Network Layer gibi veri iletimi ve dağıtımıyla da ilgilidir ancak odak noktası güvenliktir. Güvenlik, şeffaflık ve ölçeklenebilirlik açısından kritik öneme sahiptir.

2-Consensus Layer (Konsensus Katmanı):

Modüler mimarideki Consensus Layer’ın temel görevi ağ üzerindeki işlemlerin sırasını (Squencing, sıralanma) ve bunların nasıl kabul edileceğini belirlemektir. Ayrıca işlemlerin doğrulanmasını sağlayan mekanizmaları da içerir. Monolitik mimarideki Consensus Layer ve Network Layer’ın görevlerinin bir kısmını da üstlenir yani Network Layer’ın görevleri Modüler mimaride Data Availability ve Consensus Layer’a paylaştırılmıştır diyebiliriz.

3-Execution Layer (Yürütme Katmanı):

Execution Layer, akıllı sözleşmelerin ve diğer işlem mantıklarının çalıştırıldığı katmandır. Özellikle blockchain uygulamalarının işlevselliğini sağlar. Kısacası Monolitik mimaride görüdğümüz Application Layer’a benzer şekilde son kullanıcıyla etkileşime geçilen katmandır.

4-Settlement Layer (Mutabakat Katmanı):

Settlement Layer, işlemlerin ağ üzerinde kalıcı, değiştirilemez kaydının oluşturulmasını sağlar ve nihai sonuç blockchain üzerine kaydedilir. Monolitik mimarideki Consensus Layer’ın görevlerinin bir kısmını üstlendiği söylenebilir.

Sonuç,

Modüler mimarilerde yukarıda işlenmiş katmanların yükleri farklı ağlara farklı şekillerde yüklenerek bu katmanların etkileşimlerinde, işleyişlerinde farklılıklar gözlenebilir ve bu kombinasyonlarla farklı çözümler ortaya konulabilir (Rollup, Validium ve Sovereign Rollup çözümleri gibi…). Bu işleyişleri proje bazlı inceleyerek daha fazla detaya yer vermek işleyiş şekillerinin daha anlaşılır olmasını sağlayacaktır.

POLYMER LABS

Polymer Labs’ın yegane amacı tüm zincirler için Inter Blockchain Communication (IBC, Blokzincirler Arası İletişim) yönlendiricisi olmaktır. Polymer Labs başlangıçta bir Cosmos Appchaindi ancak IBC protokolüyle birlikte farklı blockchain ağları arasında daha kolay, güvenli veri aktarımını sağlamak ve en geniş ekosistemlerden birine sahip olan Ethereum’un Layer 2 (Katman 2) çözümlerinin ölçeklenebilirlik potansiyeli gibi çeşitli nedenlerden dolayı Ethereum Layer 2’ye geçme kararı aldı. Dolayısıyla yegane amacı olan tüm zincirler arası iletişimde rol oynamanın başlangıcını Ethereum ağında yapacak. (Aşina olmadığımız terimler için ileride kısa açıklamalarla bir sözlük yapmaya çalıştım.)

İlk önce Polymer’in yapı taşlarına, ardından işleyiş mekanizmalarına değinmeye çalışacağım.

Polymer’in yapı taşlarını oluşturacak katmanlar şu şekildir:

-Settlement (Mutabakat): OP Stack ile sağlanacak.

-Execution (Yürütme): Cosmos SDK ile sağlanacak.

-Data Availability (Veri Erişilebilirliği): EigenDA tarafından sağlanacak

**-Proving (Kanıtlama): **OP Stack’in modüler Fault Proof (Hata Kanıtı) sistemi tarafından sağlanacak (Interactive Fraud Proofs ve Zero Knowledge Validity Proofs’u içerir)

Bu katmanların içinde Consensus Layer’ı göremedik; bunun yerine Proving var. Farklı işleyişlerin gözlemlenebileceğinden bahsetmiştik. Proving, blok üretiminin ve konsensusun bir parçası olmaktan ziyede ağdaki işlemlerin, durum değişikliklerinin doğruluğunu kanıtlamak için kullanılır. Provingin tercih edilmesinin ana nedenleri, ölçeklenebilir ağlarda verimliliği arttırırken maliyeti düşürmesidir. Ayrıca Polymer, kendi içinde bir konsensus katmanına ihtiyaç duymaz. Genellikle Ethereum gibi başka ağların konsensus mekanizmalarıyla oluşturulmuş verileri, Provingle hızlı ve güvenli şekilde kanıtlaması yeterlidir.

Peki Polymer hangi katmanların görevlerini üstlenecek?

Tahmin edeceğiniz gibi Polymer, Polymer; Transport Layer ve State Layer’ı içerecek (Insource). Tüm bunların sayesinde ilk gerçek Modüler Birlikte Çalışabilirlik Protokolü (Interoperability Protocol) oluşturulacak. Trasport Layer tamamen, State Layer ise kısmen (Proving katmanına ihtiyaç olacak) Polymer tarafından sağlanacak; ardından IBC uyumsuz ağa kurulacak olan Application Layer ve Light Clientlerle (Hafif İstemci) ağ IBC uyumlu hale gelecek. Polymer;, bu modüler protocolün, Celestia üzerinde Roll Up yayımlamak kadar dolay olduğunu söyler.

Polymer’in bu katmanları, OSI modeline ve Celestia’nın yapısına benzetmesi şu şekildedir;

Polymer Labs, benzetmelerden yola çıkarak Ethereum’a sağlayabileceği sonsuz ölçeklenebilirlik ve birlikte çalışabilirlik modelini şu şekilde anlatıyor:

Ethereum’u, yeni internet olarak; Layer 2’leri, bulut sağlayıcıları ve veri merkezleri olarak; Layer 3’leri, mikroservisler veya aplikasyonlar olarak tanımlarsak; Polymer servis ağı olan Istio’ya benzetilir. Istio, ağ mimarilerinde ağ için trafik kontrol sistemini oluşturur. Istio; güvenlik, hata kontrolü gibi sistemleri kontrol ederek mikro servislerle olan iletişimi performanslı şekilde sağlar. Benzetme şu şekilde Polymer Labs tarafından betimlenmiştir;

Peki, tüm ağlar arası iletişimde kilit role sahip olabilecek bu IBC ağı nasıl sağlanacak?

Öncelikle, Polymer Labs, geçtiğimiz ocak ayının başında, IBC reposuna multi-hop (çoklu atlama) spesifikasyonunu eklediğini duyurdu. Multi-hop spesifikasyonu, IBC ağlarındaki gereksiz bağlantıların çıkarılmasını sağlayarak lineer bir kompleks oluşmasını sağlar. Sonuç olarak, dense bağlantı şemasından, birlikte çalışabilirlik ve ölçeklenebilirlik için önemli olan sparse bağlantı şemasına geçiş sağlanır. Ağlar arası iletişim tek bir IBC bağlantısıyla sağlanabilir. Bu şemada Polymer merkez rol oynar.

IBC ağının temel bileşenlerini; Light Client’ler (Hafif İstemciler), Relayer’lar (Aktarıcılar), Connection’lar (Bağlantılar), Kanallar (Channels) ve Paketler oluşturur. Ayrıca çeşitli doğrulama ve güvenlik mekanizmalarını da içerir. Light Client’ler, tüm ağ bilgilerini içermeden (Merkle Proof gibi yöntemlerle) ağlar arasındaki güveni sağlarlar. Relayer’lar; taşıyıcı görevini üstlenirler, zincirler arası mesajları taşırlar. Connection’lar ağların arasında güvenli bir iletişim kanalı kurarlar. Channel’lar ise, Connectionlar içindeki özel amaçlar için iletişimi sağlayan yapılardır; belirli türdeki mesajları iletirler. Paketler ise IBC ağı üzerinde taşınan veri paketleridir.

Polymer bu yapısıyla Ethereum’un birlikte çalışılabilirlik merkezi olma yolunda ilerliyor; kim bilir, belki de bir gün tüm ağlar için bir iletişim merkezi olacak…

**SÖZLÜK**

Inter Blockchain Communication (Blokzincirler Arası İletişim): Başlangıçta Cosmos ağında popüler hale gelmiştir. Farklı ağlar arasındaki veri iletişimini sağlar. Bu veri sadece kripto para olarak düşünülmemelidir. Standart köprülerden farkı, sınırlı etkileşimleri yoktur ve daha güvenlidir.

**Cosmos Appchain: **Cosmos ekosisteminde kurulan ağlar için kullanılır.

**Layer 0: **Üzerinde farklı ağların kurulabilmesine olanak sağlayıp, bu ağların altapı katmanlarıdır. Ölçeklenebilirlik için üretilmiş çözümlerdir.(Örnek: Cosmos, Polkadot…)

**Layer 1: **Blockchain’in kendisini oluşturan yapıların tamamını içeren temel protokollerdir. (Örnek: Bitcoin, Ethereum…)

**Layer 2: **Layer 1’ler üzerine inşa edilirler. Ölçeklenebilirlik için üretilmiş çözümlerdir. (Örnek: Lightning Network, Optimism…)

**Layer 3: **Son kullanıcıyla etkileşime geçilen blokzincir üzerinde üretilen uygulamalardır. (Örnek: Merkeziyetsiz Borsalar, NFT marketleri…)

**OP Stack (OP Yığını): **Ethereum tabanlı Optimism ekosistemi için geliştirilmiş açık kaynaklı yazılım geliştirme yığınıdır.

**Cosmos SDK (Software Developer Kit, Yazılım Geliştirme Kiti): **Blockchain uygulamalarının geliştirilmesi için Cosmos tarafından sunulan açık kaynaklı modüler bir araç setidir.

**EigenDA: **Blokzincir ağlarında veri erişilebilirliğini sağlamak için tasarlanmış yeni bir teknolojidir. Ölçeklenebilirlik açısından önemli bir araçtır.

**Fault Proof: **Sistemdeki kötü niyetli, hatalı veya yanlış işlemlerin tespit edilmesini sağlayan bir mekanizmadır.

**Interactive Fraud Proofs (Etkileşimli Dolandırıcılık Kanıtları): **Fault Proof mekanizması içindedir. Kötü niyetli ya da hatalı işlemleri kanıtlanması için verilerin sunulmasının gerektiği mekanizmadır. Şüphe olduğunda devreye girer.

**Zero Knowledge Validity Proofs (Sıfır Bilgi Gerçekli Kanıtları): **Verinin içeriğinin açığa çıkması gerekmeden kanıtlandığı kriptografik bir mekanizmadır.

**Roll Up: **Birden fazla işlemi toplayıp grup halinde işlemleri ana ağa gönderen ölçeklenebilirlik sorunu için kullanılan yapılardır. Ethereum katman 2 çözümleri bu yöntemi kullanır

-Referanslar: