در عصر دیجیتالی کنونی، فناوری بلاکچین به عنوان یکی از پرچمداران انقلاب صنعتی چهارم، نقشی کلیدی در تحول دیجیتال ایفا می‌کند. بلاکچین با قابلیت‌های بی‌نظیری چون امنیت بالا، شفافیت و غیرمتمرکزسازی، پتانسیل تغییردادن بسیاری از صنایع را دارد.
بااین‌حال، همچون هر فناوری نوظهوری، بلاکچین نیز با چالش‌هایی مواجه است که مهم‌ترین آنها مربوط به مقیاس‌پذیری، سرعت تراکنش و هزینه‌های آن است. در پاسخ به این چالش‌ها، مفهوم لایه‌های بلاکچین به وجود آمده است. این لایه‌ها با هدف رفع محدودیت‌ها و بهبود عملکرد شبکه‌های بلاکچین، به توسعه و پیاده‌سازی این فناوری سرعت بخشیده‌اند. در این مقاله، به بررسی جامع لایه‌های بلاکچین و نقش آنها در حل مشکلات شبکه خواهیم پرداخت.
بلاکچین چیست؟
بلاکچین یک ساختار داده‌ای توزیع‌شده و غیرمتمرکز است که اطلاعات را درون بلاک‌هایی ذخیره می‌کند. هر بلاک حاوی داده‌هایی است که مربوط به تعدادی تراکنش می‌شود و بلاک‌ها به‌صورت زنجیره‌ای به یکدیگر متصل هستند، به‌طوری‌که هر بلاک جدید به بلاک قبلی لینک می‌شود. این اتصال به وسیله‌ی یک هش رمزنگاری شده انجام می‌گیرد که امنیت بالایی را برای زنجیره فراهم می‌کند. نکته‌ی کلیدی در بلاکچین این است که داده‌ها به‌صورت غیرمتمرکز ذخیره و مدیریت می‌شوند؛ به این معنا که هیچ نهاد یا فردی به‌تنهایی کنترل کاملی بر آن ندارد.
در بلاکچین اطلاعات به‌صورت دائمی و غیرقابل‌تغییر ذخیره شوند، به این معنی که پس از ثبت یک تراکنش در بلاکچین، تغییر یا حذف آن بدون اطلاع دیگر شرکت‌کنندگان امکان‌پذیر نخواهد بود.
از بلاکچین در زمینه‌های مختلفی مانند ارزهای دیجیتال (مانند بیت کوین و اتریوم)، قراردادهای هوشمند، سیستم‌های رأی‌گیری، سلامت دیجیتال و زنجیره تأمین استفاده می‌شود. مزایای اصلی استفاده از بلاکچین شامل افزایش امنیت، کاهش هزینه‌های مرتبط با معاملات مالی، کاهش زمان انجام تراکنش‌ها و ایجاد یک سیستم شفاف و قابل‌ردیابی می‌شود.
در حقیقت، بلاکچین به ما کمک می‌کند تا در دنیای دیجیتالی امروز، اعتمادی ایجاد کنیم که پیش‌ازاین نیازمند نهادهای واسطه بود.
اجزای فناوری بلاکچین
فناوری بلاکچین از چندین جزء اصلی تشکیل شده است که همگی با هم کار می‌کنند و یک سیستم دیجیتالی مطمئن، شفاف و غیرمتمرکز را ایجاد می‌کنند.
- نودها: نودها کامپیوترها یا دستگاه‌هایی هستند که به شبکه‌ی بلاکچین متصل شده‌اند و نقش حیاتی در حفظ امنیت و توزیع داده‌ها دارند. هر نود یک کپی از دفترکل بلاکچین را نگهداری می‌کند و با دیگر نودها برای تأیید صحت تراکنش‌ها و بلاک‌ها همکاری می‌کند. این فرایند دموکراتیک باعث می‌شود که هیچ نهاد یا فردی نتواند بر شبکه کنترل داشته باشد و درنهایت امنیت و شفافیت بلاکچین را بهبود می‌بخشد.
- دفتر کل: دفتر کل، پایگاه داده‌ای است که در آن تمام تراکنش‌های انجام شده در شبکه‌ی بلاکچین ثبت می‌شوند. این دفتر کل به‌صورت توزیع شده بین تمام نودهای شبکه نگهداری می‌شود، به این معنی که هر تغییری در دفتر کل باید توسط اکثریت نودها تأیید شود.
- الگوریتم اجماع: الگوریتم اجماع، مکانیزمی است که توسط آن نودهای شبکه بلاکچین بر سر صحت تراکنش‌ها و بلاک‌های جدید به توافق می‌رسند. این مکانیزم‌ها می‌توانند شامل اثبات کار (PoW)، اثبات سهام (PoS)، و دیگر روش‌ها باشند که هر کدام ویژگی‌ها و مزایای منحصربه‌فرد خود را دارند. الگوریتم‌های اجماع امنیت شبکه را تضمین می‌کنند و از حملات مخرب جلوگیری می‌کنند.
- ماشین مجازی: ماشین مجازی (مخصوصاً در بلاکچین‌هایی که از قراردادهای هوشمند پشتیبانی می‌کنند، مانند اتریوم) یک محیط اجرایی است که اجرای کد قراردادهای هوشمند را در شبکه امکان‌پذیر می‌سازد. این ماشین‌ها به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند که برنامه‌های غیرمتمرکز (DApps) را بسازند.
- شبکه همتا به همتا: شبکه همتا به همتا (P2P) اساس فناوری بلاکچین است و اشتراک‌گذاری داده‌ها و تراکنش‌ها بین تمام شرکت‌کنندگان در شبکه را امکان‌پذیر می‌سازد. این شبکه‌سازی به افزایش امنیت، شفافیت، و کارایی در انجام تراکنش‌ها کمک می‌کند و به کاربران اجازه می‌دهد که به‌صورت مستقیم و بدون واسطه با یکدیگر تعامل داشته باشند.
هر یک از این اجزا نقش مهمی در کارکرد و امنیت بلاکچین ایفا می‌کنند.
لایه‌های بلاکچین
ازآنجاکه بلاکچین‌ها فاقد یک نهاد کنترل‌کننده متمرکز هستند، تمامی تراکنش‌ها باید ایمن باشند و داده‌ها باید به طور ایمن بر روی یک دفتر کل توزیع‌شده نگهداری شوند. فناوری دفتر کل توزیع‌شده (DLT) از یک پروتکل از پیش تعیین‌شده پیروی می‌کند.
بلاکچین با چندین کامپیوتر (نود) در سراسر شبکه فعالیت می‌کند و آن کامپیوترها به یک «اجماع» می‌رسند تا داده‌های مربوط به تراکنش‌ها را تأیید کنند. همزمان با ورود ورودی‌های جدید، هر نود این ورودی‌ها را بررسی می‌کند و آنها را تأیید می‌کنند. برای امکان‌پذیر ساختن این نوع منحصربه‌فرد از تأیید تراکنش‌ها، بلاکچین‌ها دارای یک معماری لایه‌ای هستند.
بر اساس نظر برخی از متخصصان بلاکچین، پنج لایه در فناوری بلاکچین وجود دارد:
- لایه زیرساخت یا سخت‌افزاری
- لایه داده
- لایه شبکه
- لایه اجماع
- لایه‌های کاربردی و ارائه
بااین‌حال، لایه‌های بلاکچین می‌توانند بر اساس تکنولوژی نیز طبقه‌بندی شوند:
- لایه صفر
- لایه اول
- لایه دوم
- لایه سوم
در زیر به بررسی این لایه‌ها می‌پردازیم.
معماری بلاکچین (Blockchain Architecture)
معماری بلاکچین به چگونگی طراحی، ساختاردهی و ارتباط بین اجزای مختلف یک شبکه بلاکچین اشاره دارد. این معماری معمولاً به چندین لایه تقسیم می‌شود که هر کدام نقش خاصی در کارکرد کلی سیستم دارند. در زیر به بررسی این لایه‌ها می‌پردازیم:
- لایه زیرساخت سخت‌افزاری (Hardware Infrastructure Layer)
این لایه اساس فیزیکی شبکه بلاکچین را تشکیل می‌دهد و شامل تمام سخت‌افزارهای موردنیاز برای اجرای نودهای شبکه است. این لایه شامل کامپیوترهای شخصی، سرورها، و دستگاه‌های تخصصی مانند ASICs برای استخراج است. زیرساخت سخت‌افزاری برای ایجاد و حفظ شبکه‌های پایدار و امن، حیاتی است.
- لایه داده (Data Layer)
لایه داده، جایی است که تراکنش‌ها و بلاک‌ها ذخیره می‌شوند. این لایه شامل ساختار بلاک‌ها، طراحی دفتر کل توزیع شده و مکانیزم‌های رمزنگاری برای تضمین امنیت داده‌ها است.
- لایه شبکه (Network Layer)
لایه شبکه مسئولیت مدیریت ارتباطات بین نودها را بر عهده دارد. این لایه شامل پروتکل‌های ارتباطی، روش‌های انتشار تراکنش و بلاک‌ها، و نحوه پیداکردن و اتصال به نودهای دیگر در شبکه است. این لایه برای اطمینان از توزیع گسترده و مؤثر داده‌ها در سراسر شبکه طراحی شده است.
- لایه اجماع (Consensus Layer)
لایه اجماع قلب تپنده‌ی فناوری بلاکچین است و مکانیزم‌هایی را فراهم می‌آورد که از طریق آنها نودها بر سر یک نسخه واحد یعنی دفتر کل به اجماع می‌رسند. این لایه شامل الگوریتم‌های اجماع مانند اثبات کار (PoW) و اثبات سهام (PoS) است.
- لایه اپلیکیشن (Application Layer)
لایه اپلیکیشن شامل کاربردها و خدماتی است که روی بلاکچین اجرا می‌شوند، مانند قراردادهای هوشمند، برنامه‌های غیرمتمرکز (DApps) و ارزهای دیجیتال و… این لایه نقطه تماس کاربران نهایی با فناوری بلاکچین است.
دسته‌بندی لایه‌های بلاکچین از نظر تکنولوژی و پروتکل
همان‌طور که گفته شد لایه‌های بلاکچین را می‌توان از نظر تکنولوژی آنها نیز دسته‌بندی کرد که در زیر به معرفی این لایه‌ها می‌پردازیم:
لایه صفر (Layer 0) چیست؟
لایه صفر در بلاکچین به زیرساخت‌های پایه‌ای اشاره دارد که سایر لایه‌های بلاکچین، مانند لایه‌های ۱ (مانند بیت کوین و اتریوم) و لایه‌های ۲ (مانند Lightning Network یا شبکه‌های Plasma)، بر روی آن ساخته می‌شوند. لایه صفر به عنوان بستری زیرین عمل می‌کند که امکان اتصال و تعامل بین شبکه‌های مختلف بلاکچینی را فراهم می‌آورد و در نتیجه، به مقیاس‌پذیری، امنیت و انعطاف‌پذیری کمک می‌کند.
لایه صفر بلاکچین چه ویژگی‌هایی دارد؟
- قابلیت اتصال: لایه صفر امکان اتصال و تعامل بین بلاکچین‌های مختلف را فراهم می‌آورد که این امر به افزایش قابلیت همکاری (Interoperability) بین شبکه‌های مختلف کمک می‌کند.
- مقیاس‌پذیری: با فراهم‌آوردن بستری برای اجرای شبکه‌های لایه دوم و راه‌حل‌های شاردینگ، به بهبود مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاکچین کمک می‌کند.
- امنیت افزایش‌یافته: ازآنجاکه لایه صفر امکان توزیع بهتر منابع را فراهم می‌آورد، به تقویت امنیت کلی شبکه‌های بلاکچین کمک می‌کند.
- انعطاف‌پذیری: لایه صفر امکان سازگاری و تطبیق‌پذیری با فناوری‌ها و استانداردهای مختلف را فراهم می‌آورد که این امر به افزایش انعطاف‌پذیری شبکه کمک می‌کند.
لایه صفر چه محدودیت‌هایی دارد؟
- پیچیدگی فنی: توسعه و نگهداری زیرساخت‌های لایه صفر می‌تواند به دلیل نیاز به همکاری و ادغام فناوری‌های مختلف، پیچیده باشد.
- مشکلات قابلیت همکاری: باوجوداینکه هدف از لایه صفر افزایش قابلیت همکاری بین بلاکچین‌ها است، اما دستیابی به استانداردهای مشترک برای امکان اتصال راحت بسیار چالش‌برانگیز است.
- نیاز به توافق گسترده: برای کارکرد مؤثر این لایه، به توافق گسترده‌ای بین شبکه‌های مختلف و فناوری‌های بلاکچینی نیاز است.
نمونه‌هایی از بلاکچین‌های لایه صفر
- Polkadot (DOT): فراهم آورنده قابلیت همکاری بین شبکه‌های بلاکچین مختلف با استفاده از یک شبکه مرکزی به نام Relay Chain و Parachains.
- Cosmos (ATOM): با استفاده از مفهومی به نام IBC ، به بلاکچین‌های مختلف امکان می‌دهد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و داده‌ها را به اشتراک بگذارند.
- Avalanche (AVAX): ارائه‌دهنده یک زیرساخت قابل مقیاس با استفاده از شاردینگ و توانایی پردازش هزاران تراکنش در ثانیه.
لایه صفر با فراهم‌آوردن بستری برای تعامل و همکاری میان شبکه‌های مختلف، نقش کلیدی در توسعه و گسترش اکوسیستم بلاکچین ایفا می‌کند و به عنوان بنیادی برای ساختارهای بلاکچینی نسل بعدی عمل می‌کند.
لایه اول بلاکچین (Layer 1) چیست؟
لایه اول بلاکچین به زیرساخت اصلی یا پایه‌ای اشاره دارد که تراکنش‌ها مستقیماً روی آن ثبت و پردازش می‌شوند. این لایه شامل بلاکچین‌هایی می‌شود که به طور مستقل عمل می‌کنند و نیازی به لایه اضافی یا بستر دیگری برای انجام تراکنش‌های خود ندارند. لایه ۱ به عنوان بنیادی‌ترین سطح در معماری بلاکچین عمل می‌کند و مسئولیت اصلی آن ایجاد و حفظ یک دفتر کل توزیع شده و امن است.
ویژگی‌های لایه اول بلاکچین
- خودکفایی: لایه اول بلاکچین‌ها به‌صورت مستقل عمل می‌کنند و برای پردازش تراکنش‌ها و ذخیره‌سازی داده‌ها به سیستم‌های خارجی وابسته نیستند.
- امنیت: این لایه از طریق الگوریتم‌های اجماع مانند اثبات کار (PoW) یا اثبات سهام (PoS)، امنیت شبکه را تضمین می‌کند.
- شفافیت و غیرمتمرکز بودن: بلاکچین‌های لایه اول به طور طبیعی شفاف و غیرمتمرکز هستند، به این معنا که هیچ نهاد یا فردی کنترل مطلق بر شبکه ندارد.
محدودیت‌های بلاکچین لایه اول
- مقیاس‌پذیری: یکی از چالش‌های اصلی بلاکچین‌های لایه اول، محدودیت در مقیاس‌پذیری است. با افزایش تعداد کاربران و تراکنش‌ها، برخی از شبکه‌ها ممکن است با مشکلاتی در زمان پردازش و هزینه‌های تراکنش روبرو شوند.
- سرعت تراکنش: در برخی موارد، زمان لازم برای تأیید تراکنش‌ها می‌تواند نسبتاً طولانی باشد که این مسئله می‌تواند تجربه کاربری را تحت‌تأثیر قرار دهد.
- مصرف انرژی: الگوریتم‌های اجماع مانند اثبات کار (PoW) می‌توانند به مصرف بالای انرژی منجر شوند که این مسئله نگرانی‌های زیست‌محیطی را به همراه دارد.
نمونه‌هایی از بلاکچین لایه اول
- بیت کوین (Bitcoin): اولین و معروف‌ترین بلاکچین که به عنوان یک سیستم پرداخت دیجیتال و ارز دیجیتال (BTC) عمل می‌کند.
- اتریوم (Ethereum): ارائه‌دهنده پلتفرمی برای اجرای قراردادهای هوشمند و برنامه‌های غیرمتمرکز (DApps).
- کاردانو (Cardano): یک پلتفرم بلاکچین که بر روی ارائه قابلیت‌های پیشرفته توسط یک معماری لایه‌بندی شده تمرکز دارد و از اثبات سهام به عنوان الگوریتم اجماع خود استفاده می‌کند.
بلاکچین‌های لایه اول به عنوان بستری اصلی برای توسعه اکوسیستم دیجیتال و فناوری‌های نوآورانه عمل می‌کنند.
لایه دوم بلاکچین (Layer 2) چیست؟
لایه دوم بلاکچین به راه‌حل‌ها و پروتکل‌هایی اشاره دارد که روی بلاکچین‌های لایه اول (مانند بیت کوین یا اتریوم) ساخته شده‌اند تا مشکلات مربوط به مقیاس‌پذیری، سرعت تراکنش و هزینه‌ها را بهبود ببخشند. این لایه با ایجاد یک لایه اضافی برای پردازش تراکنش‌ها کار می‌کند، به‌طوری‌که تنها نتیجه نهایی (حاصل تراکنش‌های متعدد) به بلاکچین اصلی (لایه ۱) بازگردانده می‌شود. این امر به کاهش فشار روی شبکه اصلی و افزایش کارایی کلی شبکه کمک می‌کند.
ویژگی‌های لایه دوم بلاکچین
- کاهش بار روی شبکه اصلی: این لایه با انجام بخشی از پردازش‌ها خارج از بلاکچین اصلی، به کاهش بار و فشار روی شبکه کمک می‌کند.
- افزایش سرعت تراکنش: تراکنش‌ها در لایه دوم می‌توانند با سرعت بالاتری نسبت به شبکه اصلی انجام شوند، زیرا از ساختارهای سبک‌تر و کارآمدتری استفاده می‌کنند.
- کاهش هزینه تراکنش: با کاهش فشار روی شبکه اصلی، هزینه‌های تراکنش نیز معمولاً کاهش می‌یابند، زیرا نیاز به پرداخت هزینه‌های بالا برای اولویت‌بندی تراکنش‌ها کمتر است.
نمونه‌هایی از بلاکچین لایه دوم
- Lightning Network (برای بیت کوین): یک شبکه پرداخت آف‌چین (خارج از زنجیره) که امکان انجام تراکنش‌های فوری و با هزینه بسیار پایین را برای کاربران فراهم می‌کند.
- Plasma (برای اتریوم): یک فریمورک برای ایجاد شبکه‌های زنجیره‌ای فرعی که می‌توانند به‌صورت مستقل عمل کنند و تنها در نهایت نتایج را به شبکه اصلی اتریوم بازگردانند.
- Optimistic Rollups و ZK-Rollups (برای اتریوم): این تکنولوژی‌ها تراکنش‌ها را در خارج از زنجیره اصلی پردازش می‌کنند و تنها داده‌های متراکم شده را برای تأیید نهایی به بلاکچین اصلی ارسال می‌کنند و به طور قابل‌توجهی سرعت تراکنش را افزایش داده و هزینه‌ها را کاهش می‌دهند.
لایه دوم بلاکچین‌ها راه‌حل‌های مهمی برای مواجهه با چالش‌های مقیاس‌پذیری و کارایی در شبکه‌های بلاکچین ارائه می‌دهند. با پیشرفت در این تکنولوژی‌ها، انتظار می‌رود که بلاکچین‌ها بتوانند در آینده به طور گسترده‌تری در اپلیکیشن‌ها و خدمات مختلف استفاده شوند.
لایه سوم بلاکچین (Layer 3) چیست؟
لایه سوم در معماری بلاکچین به بخشی از اکوسیستم اشاره دارد که معمولاً شامل اپلیکیشن‌ها و خدماتی است که روی لایه‌های زیربنایی (لایه ۱ و لایه ۲) ساخته شده‌اند. این لایه معمولاً به عنوان لایه اپلیکیشن شناخته می‌شود و شامل برنامه‌های کاربردی غیرمتمرکز (DApps)، قراردادهای هوشمند، و… است که برای تسهیل تعامل کاربر با بلاکچین طراحی شده‌اند. هدف از لایه سوم ارائه راه‌حل‌هایی برای کاربردهای واقعی و بهبود تجربه کاربری در استفاده از فناوری بلاکچین است.
ویژگی‌های لایه سوم بلاکچین
- قابلیت همکاری (Interoperability): امکان تعامل و همکاری راحت‌تر بین بلاکچین‌های مختلف و اپلیکیشن‌های مبتنی بر بلاکچین را فراهم می‌کند.
- تجربه کاربری بهبودیافته: با ارائه تجربه‌ی کاربری دوستانه به کاهش پیچیدگی استفاده از بلاکچین کمک می‌کند.
- توسعه‌پذیری: امکان ایجاد و توسعه اپلیکیشن‌های غیرمتمرکزی که قابلیت استفاده در سطح جهانی و در مقیاس‌های بزرگ را دارند، فراهم می‌کند.
نمونه‌هایی از بلاکچین لایه سوم
- برنامه‌های غیرمتمرکز (DApps): اپلیکیشن‌هایی که مستقیماً روی بلاکچین اجرا می‌شوند و از قراردادهای هوشمند برای اجرای عملیات خود استفاده می‌کنند. مثل بازی‌های غیرمتمرکز، پلتفرم‌های مالی غیرمتمرکز (DeFi) و بازارهای NFT.
- سرویس‌های اوراکل: سرویس‌هایی که داده‌های خارج از بلاکچین را به قراردادهای هوشمند داخل بلاکچین ارائه می‌دهند، مانند Chainlink که امکان دسترسی به داده‌های دنیای واقعی را برای اجرای شرایط قرارداد فراهم می‌کند.
لایه سوم به عنوان رابط بین فناوری بلاکچین و کاربران نهایی عمل می‌کند. این لایه با هدف ارائه راه‌حل‌هایی که استفاده از بلاکچین را آسان‌تر، سریع‌تر و کاربردی‌تر می‌کنند، ایجاد شده‌اند.
لایه‌های بلاکچین، به عنوان راه‌حل‌های نوآورانه‌ای برای غلبه بر چالش‌های موجود در شبکه‌های بلاکچین، نقش مهمی در پیشبرد این فناوری دارند.
از لایه اول که پایه و اساس شبکه را تشکیل می‌دهد، گرفته تا لایه دوم که به مقیاس‌پذیری و کارایی کمک می‌کند، و در نهایت لایه سوم که تجربه کاربری را بهبود می‌بخشد، هر لایه به‌نوعی به رفع نیازهای خاص شبکه می‌پردازد.
این تقسیم‌بندی لایه‌ای امکان می‌دهد تا فناوری بلاکچین قدم‌های بزرگ‌تری به سمت پذیرش جهانی و کاربردهای گسترده‌تر بردارد.
با پیشرفت‌های مستمر در هر یک از این لایه‌ها، آینده‌ای روشن برای بلاکچین و استفاده‌های متنوع آن قابل‌پیش‌بینی است.
