معرفی انواع لایه های بلاکچین و تفاوت میان آن‌ها

تمام افراد علاقه‌مند به فناوری بلاکچین و کریپتوکارنسی‌ها قطعاً در حین بررسی پروژه‌های مورد نظر خود با عباراتی مانند پروتکل‌های لایه اول و لایه دوم مواجه شده‌اند. با این حال، ممکن است شما ندانید که منظور از این پروتکل‌ها چیست و چرا اهمیت دارند. در این مقاله قصد داریم تا شما را با لایه های بلاکچین و چگونگی اعتماد و اجماع در زنجیره بلاکچین آشنا کنیم. اگر شما هم به این موضوع علاقه‌مند هستید تا انتهای این مقاله همراه ما باشید تا با لایه های بلاکچین آشنا شوید:

بلاکچین چیست؟

برای درک بهتر لایه های بلاکچین و دلیل بوجود آمدن این لایه ها باید به این مقدمه کوتاه اشاره کرد که بلاکچین ترکیبی منحصربه‌فرد از فناوری‌های مختلفی مانند فناوری دفتر کل توزیع شده (Distributed Ledger Technology)، علم کریپتوگرافی (Cryptography) و نظریه بازی (Game Theory) می‌باشد. علم کریپتوگرافی به رشته ریاضی و کامپیوتر مرتبط بوده و کدگذاری و رمزگشایی داده‌ها را در برمی‌گیرد. از طرف دیگر، فناوری دفتر کل توزیع شده (DLT)، تضمین‌کننده یک رویکرد جدید و به سرعت در حال تکامل، برای ثبت و اشتراک‌گذاری اطلاعات در چندین پایگاه داده می‌باشد.

نکته حائز اهمیت این است که هر دفتر کل حاوی سوابق اطلاعاتی یکسانی است که توسط یک شبکه توزیع‌شده از سرورهای رایانه‌ای، که به آن‌ها نود گفته می‌شود، نگهداری و کنترل می‌شود. بنابراین، DLT به عنوان یک پایگاه داده توزیع شده با ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد در نظر گرفته می‌شود.

ترکیب این فناوری‌ها با یکدیگر موجب اعتمادسازی در بین افراد یا طرف‌هایی می‌شود که در غیر این صورت به هم اعتماد نداشتند. این فناوری‌ها به کاربران اجازه می‌دهند تا با خیال راحت، پول نقد و داده‌های خود را از طریق شبکه‌های بلاکچینی معامله کنند. برای اطمینان از امنیت و مقیاس‌پذیری، لایه های بلاکچین با ویژگی های متمایز به وجود آمده اند.

در واقع، شبکه‌های بلاکچینی به دلیل عدم وجود نهادهای واسط یا متمرکز باید امنیت و در عین حال مقیاس‌پذیری بالایی داشته باشند تا بتوانند تعداد بالایی از کاربران را در سراسر جهان پشتیبانی کنند. بنابراین می‌توان گفت که لایه های بلاکچین به دلیل نیاز به مقیاس‌پذیری و حفظ امنیت به وجود آمده‌اند.

لایه های بلاکچین

در شبکه بلاکچین، هر شرکت‌کننده ورودی‌های جدید را تماشا، تأیید و به‌روز رسانی می‌کند. فناوری بلاکچین از مجموعه‌ای از بلاک‌ها تشکیل شده که حاوی تراکنش‌های انجام شده در شبکه می‌باشند. وقتی در مورد لایه های بلاکچین صحبت می‌کنیم، توجه به این نکته مهم است که دو راه برای درک فناوری بلاکچین وجود دارد. اولین راه، درک نحوه عملکرد معماری بلاکچین (Blockchain Architecture) است. از منظر معماری، لایه های بلاکچین پنج دسته هستند: لایه سخت‌افزار، لایه داده، لایه شبکه، لایه اجماع و لایه اپلیکیشن.

دومین راه، تقسیم لایه های بلاکچین بر اساس پروتکل است. به‌طور کلی می‌توان گفت که پروتکل به مجموعه قوانین حاکم بر یک شبکه اشاره دارد. پروتکل بلاکچین از چهار لایه تشکیل شده است که این چهار لایه عبارت است از: لایه صفر، لایه اول بلاکچین، لایه دوم بلاکچین و لایه سوم بلاکچین. در ادامه این مقاله هر کدام از این دسته‌ها را به طور جداگانه مورد بررسی قرار می‌دهیم.

۱) معماری بلاکچین (Blockchain Architecture)

لایه زیرساخت سخت‌افزاری (Hardware Infrastructure Layer)

لایه سخت‌افزاری، داده‌های بلاکچین را به صورت ایمن روی سرور ذخیره می‌کند. بنابراین، ما از طریق معماری کلاینت سرور به این داده‌ها دسترسی داریم. هنگامی که ما از برنامه‌های بلاکچین استفاده می‌کنیم، ماشین سرویس گیرنده درخواستی را برای دسترسی به سرور داده ارسال می‌کند و از آنجا که بلاکچین‌ها شبکه‌هایی از نوع P2P هستند، مشتریان را به صورت همتا به همتا برای اشتراک‌گذاری داده‌ها به یکدیگر وصل می‌کنند. بنابراین، این لایه چیزی نیست جز شبکه وسیعی از دستگاه‌هایی که با یکدیگر ارتباط داشته و داده تبادل می‌کنند و به همین صورت، یک دفتر کل توزیع شده به وجود می‌آورند.

پیشنهاد ویژه: کتاب آموزش مبانی ارز دیجیتال

لایه داده (Data layer)

بخش داده بلاکچین از یک لیست به هم پیوسته از بلاک‌ها تشکیل شده که تراکنش‌ها در آن مرتب شده‌اند. وقتی تعداد مشخصی از تراکنش‌ها توسط نودها احراز هویت می‌شوند، داده‌ها در یک «بلاک» دسته‌بندی شده و در بلاکچین آپلود و به بلاک قبلی متصل می‌شوند. به همین صورت یک زنجیره از بلاک‌ها ساخته شده و در نهایت گسترش می‌یابد. هش ریشه درخت مرکل (Merkle tree’s root hash) به همراه هش بلاک قبلی، تاریخ و … در هر بلاک وجود دارد که این امر امنیت، یکپارچگی و انکارناپذیری سیستم‌های بلاکچینی را تضمین می‌کند.

در هر بلاک، هر تراکنش به صورت دیجیتالی با کلید خصوصی کیف پول فرستنده امضا می‌شود. از آنجا که این کلید فقط برای فرستنده در دسترس است، هیچکس امکان دستکاری داده‌ها را ندارد و به همین دلیل، این مرحله «مرحله نهایی» نامیده می‌شود. از طرف دیگر، امضای دیجیتال با کمک رمزگذاری داده‌ها از هویت مالک نیز محافظت می‌کند.

لایه شبکه (Network layer)

لایه شبکه که به عنوان لایه انتشار یا لایه P2P نیز شناخته می‌شود، ارتباط بین نودها را هدایت کرده و علاوه بر این، به کشف نود، شناسایی نود، تراکنش‌ها، تولید بلاک و انتشار بلاک کمک می‌کند. تراکنش‌ها در بلاکچین، توسط نودها انجام می‌شوند. بنابراین، معماری همتا به همتای بلاکچین، نودها را قادر می‌سازد تا بر سر قانونی بودن تراکنش‌ها به توافق برسند. این لایه تضمین می‌کند که نودها می‌توانند یکدیگر را کشف کرده، اطلاعات را منتشر و با یکدیگر همگام شوند تا اعتبار زنجیره بلاکچین را به وجود آورند.

لایه اجماع (Consensus layer)

قلب همه لایه‌ها، لایه اجماع است. این همان لایه‌ای است که عملکرد کلیدی بلاکچین را که همان مکانیسم اجماع بین نودهاست، فعال می‌کند. علاوه بر این، در این لایه، امکان اجماع به صورت غیرمتمرکز وجود دارد. از این رو نیاز به یک مرجع مرکزی برای این کار نیست و این در واقع، همان رویکرد تمرکززدایی در شبکه بلاکچین است. به همین دلیل، هر تراکنش توسط تعداد زیادی از نودها پردازش می‌شود و برای تأیید اعتبار هر تراکنش، نودها باید با یکدیگر توافق داشته باشند.

نکته حائز اهمیت این است که هیچ نود واحدی امکان کنترل و دستکاری داده‌های یک تراکنش را ندارد. به‌طورکلی می‌توان گفت که این لایه، پروتکل را مدیریت می‌کند و اگر از کار بیفتد، کل سیستم بلاکچین مختل می‌شود.

لایه اپلیکیشن (Application layer)

این لایه موجب تسهیل استفاده از شبکه بلاکچین می‌شود و از قراردادهای هوشمند، کدهای زنجیره‌ای و برنامه‌های کاربردی غیرمتمرکز (DApps) تشکیل شده است. لایه اپلیکیشن به عنوان بخش فرانت اِند (Front End) شبکه بلاکچین عمل می‌کند و اساساً همان چیزی است که کاربر معمولاً هنگام کار در یک شبکه بلاکچین با آن مواجه می‌شود.

پروتکل‌های لایه اپلیکیشن به دو لایه برنامه (Application layer) و لایه اجرا (Execution layer) تقسیم می‌شوند. قراردادهای هوشمند، قوانین و کد زنجیره‌ای بخشی از لایه اجرا به شمار می‌آیند و هر لایه نقش خود را در مسیر تراکنش‌ها ایفا می‌کند. به‌طورکلی، یک تراکنش از لایه برنامه شروع شده و سپس به لایه اجرا می‌رود جایی که در آن اعتبارسنجی اتفاق می‌افتد و در نهایت در لایه معنا (Semantic layer) اجرا می‌شود.

۲) پروتکل بلاکچین (لایه های بلاکچین بر اساس پروتکل)

لایه صفر (Layer zero)

لایه صفر بلاکچین به عنوان زیربنای بلاکچین عمل کرده و از اینترنت، سخت‌افزار و اتصالاتی تشکیل شده است که به عملکرد لایه بعدی کمک می‌کند. این اجزا، یک فناوری را تشکیل می‌دهند و بلاکچین را قادر می‌سازد تا کار کند. به‌طورکلی می‌توان گفت که لایه صفر از لایه زیرساخت سخت‌افزاری (Hardware Infrastructure Layer)، لایه داده (Data Layer)، ماینرها و اعتبارسنج‌ها تشکیل شده است.

عملکرد بین زنجیره‌ای (Inter-chain operability) یکی دیگر از ویژگی‌های لایه صفر است که به بلاکچین‌ها امکان ارتباط با یکدیگر را می‌دهد. در واقع، متخصصین معتقدند که این ویژگی به عنوان یک بخش مهم از بلاکچین به حل مشکل مقیاس‌پذیری می‌پردازد. کاردانو، آوالانچ، پولکادات و کازماس از مهم‌ترین نمونه‌های لایه صفر هستند.

پیشنهاد مطالعه: ۹ کاربرد بلاکچین در زندگی واقعی

لایه اول بلاکچین (Layer one)

لایه اول بلاکچین، وظایف بیشتری را برعهده داشته و فعالیت‌های اساسی یک شبکه بلاکچینی مانند حل اختلاف، مکانیسم اجماع، زبان‌های برنامه نویسی، پروتکل‌ها و محدودیت‌ها را انجام می‌دهد. به‌طورکلی می‌توان گفت که لایه اول بلاکچین نماد یک بلاکچین واقعی است. یکی از مشکلات اصلی شبکه‌های بلاکچینی، موضوع مقیاس‌پذیری شبکه است. به‌طوری‌که با ورود افراد بیشتر به یک شبکه بلاکچینی به توان محاسباتی بالاتری برای حل معادله و اضافه کردن بلاک‌های جدید به زنجیره نیاز است و در نتیجه هزینه‌ انجام تراکنش‌ها بالاتر و زمان پردازش طولانی‌تر می‌شود.

مشکل مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاکچینی با ظهور مکانیسم‌های اجماع بهبود یافته مانند اثبات سهام و شاردینگ (تقسیم عملیات محاسباتی به بخش‌های کوچکتر) کاهش می‌یابد اما با این حال، تاریخ نشان داده است که وجود این مکانیسم‌ها نیز به طور کامل برای حل این مشکل کافی نیست. اتریوم، زنجیره هوشمند بایننس، بیتکوین و سولانا همگی نمونه‌هایی از لایه اول بلاکچین هستند.

لایه دوم بلاکچین (Layer two)

لایه دوم بلاکچین با افزایش تعداد نودها و با هدف رفع مشکل مقیاس‌پذیری لایه های زیرین به وجود آمده است. این لایه از شبکه‌های همپوشانی تشکیل شده که در بالای لایه های پایه قرار می‌گیرند. به‌طورکلی برای توضیح لایه دوم بلاکچین می‌توان اینگونه گفت که لایه دوم یک شبکه جدید است که لایه اول بلاکچین را بازسازی کرده و اعتبارسنجی تراکنش‌ها را مدیریت می‌کند. در اکوسیستم بلاکچین، لایه دوم در بالای لایه اول قرار داشته و دائماً در حال تبادل اطلاعات با آن است. با این حال، لایه اول بلاکچین تنها مسئول ایجاد بلاک‌های جدید و مدیریت افزودن آن‌ها به زنجیره بلاکچین است.

بنابراین، پروتکل‌ها معمولاً از لایه دوم برای حل چالش‌ مقیاس‌پذیری بلاکچین با حذف برخی از تعاملات از لایه های پایه و در نتیجه افزایش توان عملیاتی سیستم استفاده می‌کنند. در نتیجه، قراردادهای هوشمند تضمین می‌کنند که معاملات خارج از زنجیره نیز از مقررات شبکه پیروی خواهند کرد. جالب است بدانید که به همین دلیل لایه دوم بلاکچین، محبوب‌ترین رویکرد برای حل مشکل مقیاس‌پذیری شبکه است. لایه های تودرتو، جمع‌آوری‌ها و زنجیره‌های جانبی نمونه‌هایی از معماری لایه دوم هستند که به رفع چالش‌های بلاکچین پرداخته‌اند. شبکه لایتنینگ بیتکوین نمونه‌ای از لایه دوم بلاکچین است.

لایه سوم بلاکچین (Layer three)

لایه اپلیکیشن، لایه سوم بلاکچین را تشکیل می‌دهد. این لایه میزبان برنامه‌ها و پروتکل‌های فعال‌کننده است. به‌طورکلی، لایه سوم بلاکچین آخرین لایه اکوسیستم بلاکچین می‌باشد و لایه‌ای است که با چشم انسان قابل مشاهده می‌باشد. در این لایه، شرکت‌کنندگان در نهایت با رابط‌های کاربری (UI) تعامل خواهند داشت. در واقع، هنگامی که شما با لایه اول و دوم کار می‌کنید، هدف این لایه، ارائه سادگی و سهولت است.

لایه سوم بلاکچین نه تنها رابط کاربری را فراهم می‌کند، بلکه ابزارهایی را در قالب عملکرد درون زنجیره‌ای و بین زنجیره‌ای مانند صرافی‌های غیرمتمرکز، تأمین نقدینگی و برنامه‌های استیکینگ ارائه می‌دهد. برنامه‌های غیرمتمرکز (dApps) نوعی رابط لایه سوم هستند که برنامه‌های کاربردی مرتبط با فناوری بلاکچین را ارائه می‌کنند. نمونه‌های دیگر لایه سوم بلاکچین عبارتند از:

• صرافی‌های غیرمتمرکز رمزنگاری مانند Pancake Swap و Uniswap
• ارائه‌دهندگان کیف پول مانند Binance و Coinbase
• پروتکل‌های مدیریت نقدینگی مانند Compound و Aave
• مکانیسم‌های پرداخت مانند تورنادو کش (Tornado Cash)

جمع‌بندی لایه های بلاکچین

موضوع «مقیاس‌پذیری» یکی از دلایلی است که مانع پذیرش گسترده بلاکچین در بین عموم مردم می‌شود. در حال حاضر، تمایل به گسترش فناوری بلاکچین همراه با تقاضا برای دارایی‌های دیجیتال در حال افزایش است. از آنجا که هر کدام از سطوح بلاکچین، مجموعه‌ای از محدودیت‌های خاص به خود را دارد، تنها راه برای رفع مشکل مقیاس‌پذیری، ساخت یک سیستم مقیاس‌پذیر می‌باشد. با توجه به اینکه لایه اول بلاکچین به عنوان پایه و اساس تمام سیستم‌های غیرمتمرکز عمل می‌کند، برای اکوسیستم بلاکچین بسیار ضروری و مهم است.

از طرف دیگر، پروتکل‌های لایه دوم بلاکچین، مشکل مقیاس‌پذیری بلاکچین را حل می‌کنند اما متأسفانه در حال حاضر، بخش اعظم پروتکل‌های لایه سوم بلاکچین مانند اپلیکیشن‌های غیرمتمرکز فقط بر روی لایه اول و بدون توجه به لایه دوم بلاکچین اجرا می‌شوند. بنابراین منطقی است که این سیستم‌ها مطابق انتظارات ما عمل نکنند. به‌طور کلی می‌توان گفت که فناوری بلاکچین بسیار پیچیده بوده و هنوز در ابتدای مسیر پر پیچ و خم می‌باشد. بنابراین، سال‌ها طول می‌کشد تا بلاکچین به اهداف واقعی خود برسد. امیدواریم در پایان این مقاله با انواع لایه های بلاکچین آشنا شده باشید.

 منبع