مقدمة

معضلة البلوكتشين

نظرًا لللامركزية وعدم التغيير والشفافية، أصبحت تقنية البلوكتشين أساسًا للابتكار في مختلف الصناعات. ومع ذلك، فإن معضلة البلوكتشين المعروفة جيدًا قد تحدت باستمرار اعتمادها - صعوبة تحقيق اللامركزية والأمان والقابلية للتطوير في نفس الوقت. هذه العوامل الثلاثة مترابطة بطبيعتها، مما يجعل من الصعب على أنظمة البلوكتشين تحسين كل واحدة منها في نفس الوقت.

• التموز يضمن أن شبكة البلوكتشين تعمل بشكل مستقل عن أي كيان تحكمي واحد. ومع ذلك، قد تؤدي شبكة متموزة إلى حدوث تقليل في كفاءة المعاملات.
• الأمان أمر أساسي لحماية الشبكة من الهجمات الضارة، ولكن تعزيز الأمان غالبًا ما يتطلب موارد حسابية إضافية، مما قد يبطئ من معالجة المعاملات.
• تركز قابلية التوسع على تحسين سرعة المعاملات والقدرة، ومع ذلك، غالبًا ما يأتي تحقيق هذا على حساب إما اللامركزية أو الأمان.

مع توسيع تطبيقات البلوكتشين، أصبح العثور على توازن مثالي ضمن مثلث الصراع التحدي الرئيسي للمطورين والباحثين.

مخطط: تثليما البلوكتشين (المصدر:منزل التكنولوجيا)

خارطة طريق إثيريوم

حدد المؤسس المشارك ل Ethereum Vitalik Buterin هدفا طموحا للمرحلة التالية من توسيع نطاق شبكة Ethereum: تجاوز 100000 معاملة في الثانية. في منشور مدونة في أكتوبر 2024 ، فكر في الأيام الأولى لتقنية blockchain ، مسلطا الضوء على استراتيجيتين أساسيتين للتوسع تم تحديدهما في خارطة طريق Ethereum: بروتوكولات Sharding و Layer 2 (L2).

• يقلل التجزئة من العبء على العقد الفردية من خلال السماح لها بالتحقق وتخزين مجموعة صغيرة فقط من المعاملات، على غرار كيفية عمل شبكات الند للند مثل بت تورنت. هذا النهج يعزز قابلية توسيع الشبكة من خلال توزيع العبء بكفاءة.
• تعتمد بروتوكولات الطبقة 2 على شبكة إيثريوم الرئيسية، حيث تحتفظ بالبيانات والحسابات خارج السلسلة بينما تستمد ضمانات أمان إيثريوم.

Diagram: The Surge – 2023 Roadmap Edition (Source: مدونة فيتاليك)

تم تحقيق تقدم كبير في استراتيجية توسيع إيثيريوم خلال عام 2024. ومع ذلك، هناك تحديات عدة تستمر:

• تتطلب اللفات عرض نطاق بيانات كبير على السلسلة، مما يعني أنها لا تزال تعتمد بشكل كبير على موارد الشبكة الرئيسية للإيثريوم.
• المتسلسلون المركزيون في الروولابات يشكلون مخاطر الرقابة على المعاملات واستغلال القيمة التعدينية للمعدن.
• تجبر البنية البيانية المتجزئة من الطبقة 2 المطورين على التعامل مع تحديات التوافق وتعقيدات اتخاذ القرارات في جيت.اي.او

تؤكد مدونة فيتاليك أن الأولوية الحالية هي تنقيح خريطة ال Rollup المركزية بينما تضمن مرونة ولامركزية Layer 1 (L1) لل Ethereum. في هذا السياق، ظهرت ابتكارات جديدة في توسيع القدرات مثل Based Rollups و Preconfirmation:

• سلاسل المشتركة: توفير خدمة ترتيب المعاملات الموحدة لعدة سلاسل من الطبقة 2. ومع ذلك، كمشغلين من الطرف الثالث، يقدمون مخاوف الثقة والحوافز.
• الرول ابز المستندة: تعتمد على L1 Ethereum لتسلسل المعاملات، مما يبسط البنية التحتية ويعزز اللامركزية. ومع ذلك، يظل سرعة تأكيد المعاملات مقيدة بوقت الكتل في Ethereum.
• التأكيد الأولي: يقدم تأكيدًا مبدئيًا للصفقات من خلال مراقبة نشاط مجموعة الذاكرة قبل الإدراج الرسمي في كتلة. يقلل هذا بشكل كبير من أوقات انتظار المستخدمين، مما يفتح آفاقًا جديدة لتحسين الكفاءة وتجربة المستخدم.

سيتناول مقال اليوم مبادئ الإعداد المسبق التقنية، استخداماته، وكيف يساعد في تحقيق توازن أفضل بين الكفاءة واللامركزية في شبكات البلوكتشين.

ما هو التأكيد المسبق؟

مفهوم التحقق المسبق

يمكن فهم التأكيد المسبق على أنه التزام موثوق به بالمعاملة قبل تأكيدها رسميا على blockchain. توفر هذه الآلية إشارة تأكيد مبكرة ، مما يقلل من أوقات انتظار المستخدم ويحسن كفاءة المعاملات. إنه مفيد بشكل خاص في السيناريوهات ذات الحجم الكبير أو الحساسة للوقت حيث تكون التغذية الراجعة السريعة أمرا بالغ الأهمية.

التحقق المسبق مشابه للحالات في العالم الحقيقي حيث يتم إعطاء التزام أولي قبل التأكيد النهائي:

• حجوزات المطاعم: عندما تحجز طاولة، يؤكد المطعم حجزك، ولكن التأكيد النهائي يحدث عند وصولك. هذا يشبه التأكيد المسبق - معاينة موثوقة لتنفيذ مستقبلي.
• طلبات التسوق عبر الإنترنت: عندما تقوم بطلب، قد يظهر الحالة بأنها "قيد المعالجة"، مما يعني أن التاجر قد تلقى طلبك وحجز المخزون. ومع ذلك، يتطلب التأكيد النهائي التحقق من الدفع والشحن. هذا يعكس تأكيدات سلسلة الكتل مسبقًا، حيث يُعتمد المعاملة مؤقتًا ولكنها تتطلب لاحقًا التحقق النهائي.
• حجز الرحلة: بعد شراء تذكرة، يتم حجز مقعدك مؤقتًا، ممثلاً تأكيدًا مسبقًا. يحدث التأكيد النهائي أثناء إجراء عملية تسجيل الوصول. بالمثل، يوفر التأكيد المسبق في البلوكتشين التزامًا أوليًا للمعاملة دون كونه التأكيد النهائي لها.

مفهوم 0conf لبيتكوين

في أوائل مراحل البلوكتشين، استكشفت مجتمع بيتكوين مفهومًا مماثلًا يُسمى "0conf" (معاملات بدون تأكيد). هذا النهج سمح بأن تُعتبر المعاملات صالحة مؤقتًا قبل تأكيدها بالكامل على البلوكتشين.

كانت 0conf مفيدة بشكل خاص لسيناريوهات الدفع السريعة التي تتطلب معالجة العملية التي تتم فورًا. ومع ذلك، نظرًا لمخاطر الإنفاق المزدوج، حيث يمكن للجهات الخبيثة بث صفقات متعارضة، لم تصبح 0conf حلاً رئيسيًا أبدًا.

التأكيد المُسبق على أساس سلسلة إيثيريوم

في عام 2023 ، وسع باحث blockchain Uri Klarman مفهوم التأكيد المسبق إلى Ethereum ، حيث قدم فكرة "التأكيد المسبق القائم على السلسلة". كان الابتكار الرئيسي هو أن التأكيدات المسبقة المستقبلية ترث سجلات التأكيد المسبق السابقة ، مما يشكل سلسلة تأكيد مسبق مستمرة تعزز موثوقية المعاملات.

في نفس العام، قدم فريق برايمف تقنية تأكيد مسبقة متقدمة أكثر عن طريق تصميم mev-commit، وهي منصة تهدف إلى تنسيق قيمة المستخرج من التعدين (MEV). من خلال دمج آلية مزاد، جعل mev-commit عملية تأكيد المعاملات أكثر كفاءة وموثوقية.

ما هي المشاكل التي تهدف الإعداد المسبق لحلها؟

في تكنولوجيا البلوكتشين - ولا سيما في الأنظمة التي تعتمد Rollup - فإن عدم كفاءة تأكيد المعاملات كانت لفترة طويلة نقطة ألم رئيسية بالنسبة لتجربة المستخدم. عندما يقوم المستخدمون بإرسال المعاملات على الطبقة 2 (L2)، يعتمد التأكيد النهائي على نشر البيانات مرة أخرى إلى الطبقة 1 (L1). يُثير هذا العملية تحديات عدة، خاصة في حالات التداول عالي التردد أو سيناريوهات التمويل اللامركزي (DeFi)، مثل:

• تأخير المعاملات وعدم اليقين في التأكيد
  في آليات ال Rollup، تتطلب التأكيد النهائي لصفقة المستخدم انتظار تكوين كتلة L1. يمكن تأخير هذه العملية بسبب الازدحام في الشبكة أو مشاكل تسلسل الصفقات. على سبيل المثال، في Optimistic Rollups، نافذة التحدي تستمر عادة لمدة سبعة أيام لمنع الصفقات الاحتيالية، مما يسبب تأخيرًا في السحب وتقليل السيولة. بينما توفر ZK Rollups تأكيدًا أسرع، إلا أن تكوين البراهين على عدم المعرفة يتطلب موارد حوسبة كبيرة.

• الخسائر في التداول عالي التردد
  يعتمد مستخدمو DeFi والتحكيم على سرعة التنفيذ للاستفادة من فرص السوق. ومع ذلك، عندما يستغرق تحقيق الصفقة وقتًا طويلاً أو عند تغيير ترتيب الصفقة، قد يتعرض المستخدمون لخسائر مالية.

• قضايا الثقة مع المسلسلات المركزية
  يعتمد معظم Rollups على سويقنسر مركزي لترتيب المعاملات، مما يعرض للمخاطر المحتملة مثل الرقابة على المعاملات وتنفيذ المعاملات غير العادل بسبب القيمة الخاصة للتعدين (MEV).

الحل قبل التأكيد

يوفر التأكيد المسبق تأكيدًا أوليًا قبل تسجيل المعاملات رسميًا على السلسلة الرئيسية، مما يعالج المشاكل المذكورة أعلاه:

• تقليل وقت انتظار المستخدم - يوفر تغذية ردود فعل في الوقت الحقيقي حول حالة المعاملة، مما يقلل من عدم اليقين الناتج عن التأخير.
• تعزيز ثقة المستخدم - يتيح للمستخدمين تتبع تقدم المعاملة بشكل أكثر شفافية، مما يزيد من الثقة في الشبكة.
• يحسن شفافية تسلسل المعاملات - يلتزم بترتيب المعاملات مسبقًا، مما يخفف من الخسائر المالية الناجمة عن تغيير ترتيب الطلبات.

الفروقات بين الآليات ما قبل التأكيد والتأكيد التقليدي

المفهوم الأساسي والعملية

• آلية التأكيد التقليدية:

  • تُرسل الصفقة أولاً إلى مجموعة الذاكرة، ثم ينتظر المُنقبون لتُعبِّئتها في الكتلة التالية. لا تُعتبر الصفقة مُؤكّدة رسميًا إلا بعد التحقق من الكتلة من خلال آلية توافق (مثل دليل العمل (PoW) أو دليل الحصة (PoS)). هذه العملية تتطلب الانتظار على الأقل وقت توليد كتلة واحدة.

• قبل التأكيد:

  • بعد أن يدخل الصفقة إلى حوض الذاكرة، يتم توقع احتمال تضمينها في الكتلة التالية بناءً على عوامل مثل رسوم الغاز والأولوية وظروف الشبكة. يمكن للمستخدمين استقبال إشارة تأكيد أولية خلال بضع ثوانٍ، دون الانتظار لعملية توليد الكتلة بالكامل.
  • لتحسين الموثوقية، يمكن أن توفر الطبقة 2 (L2) المُرتّبة المركزية (على سبيل المثال، الـ Rollups) التزامات، أو يمكن استخدام آليات التأكيد المسبق على السلسلة.

سرعة التأكيد

• آلية التأكيد التقليدية:
• تتطلب تأكيد الصفقة الانتظار لجيل الكتلة وتأكيدات متعددة.
• بمجرد أن يتم تضمين معاملة في كتلة، تصبح تلك الكتلة جزءًا من البلوكتشين.
• كلما تم ربط المزيد من الكتل اللاحقة به، زاد عدد التأكيدات الخاصة به، مما يجعل العملية أكثر أمانًا.
• يمكن أن تؤدي ازدحام الشبكة أو تأخيرات التوافق إلى بطء العملية.

موثوقية التأكيد

• آلية التأكيد التقليدية:

  • موثوقية عالية - بمجرد تأكيد عملية مرات عديدة، تصبح عملية التبادل لا يمكن عكسها ولا يمكن تغييرها، مما يجعلها مثالية لتطبيقات الأمان العالي.
  • ضمان النهوض - يتم دعم التأكيد بواسطة آلية توافق البلوكتشين، وبمجرد أن تصل المعاملة إلى عدد معين من التأكيدات، يكاد يكون من المستحيل استردادها.

• قبل التأكيد:

  • التزام أولي فقط - يوفر توقعًا بأن الصفقة من المحتمل أن تُدرج في الكتلة التالية ولكنه لا يضمن النهوية.
  • خطر إعادة ترتيب أو إلغاء - إذا تغيرت ظروف الشبكة أو تصرف جهاز التسلسل بشكل مختلف، فقد يتم إسقاط المعاملة أو إعادة ترتيبها مجددًا. مناسب لسيناريوهات السرعة العالية حيث لا تكون النهاية النهائية حاسمة.

تكنولوجيا وتكاليف التنفيذ

• الآلية التقليدية للتأكيد:
  • يعتمد تمامًا على آلية توافق البلوكتشين.
• التأكيد المسبق:
  • يتطلب تحليل البيانات الشاملة لذاكرة الانتظار، وخوارزميات ترتيب المعاملات، والمسلسلات الموثوق بها.
  • يحتاج إلى آليات احتياطية في حال فشل مرحلة التأكيد المسبق.

الجدول: مقارنة بين الآلية التقليدية والتأكيد المسبق (المصدر: مجموعة البوابة)

دراسة الحالة: التأكيد الأولي في تايكو

تعزيز الكفاءة واللامركزية بآلية التأكيد المسبق لـ Taiko

Taiko هو مشروع تراكمي ZK-EVM لامركزي مبني على Ethereum. يركز تصميمها الأساسي على تحقيق التوافق الكامل مع Ethereum مع الاستفادة من آلية التأكيد المسبق ونظام الاقتراح اللامركزي لمعالجة قضايا كفاءة المعاملات والإنصاف.

(المصدر:موقع Taiko الرسمي)

نظرة عامة على تايكو

• تجربة مستخدم سلسة – إيف إم تايكو متوافقة تمامًا مع إيثريوم، دون الحاجة إلى إعادة الترجمة أو التغييرات على أدوات التطوير. يمكن للمطورين استخدام عقود إيثريوم الذكية والأدوات الحالية دون تعديل.
• مدفوعة من قبل المجتمع - تايكو مفتوحة بالكامل المصدر، مما يسمح للمجتمع باستخدام وتعديل كودها بحرية، مع تعزيز اللامركزية ومشاركة المجتمع.
• نهج الأمان أولاً - كما هو الحال مع تايكو القائم على إيثيريوم، تتميز بشبكة من المقترحين والمثبتين غير المرخصين واللامركزية، مما يورث الأمان واللامركزية من إيثيريوم.
• تسلسل معتمد على إثيريوم - تستخدم تايكو آلية تسلسل المعاملات المعتمدة على إثيريوم، حيث يتولى محققو إثيريوم ترتيب المعاملات. وهذا يضمن البساطة مع الحفاظ على حيوية إثيريوم والحيادية المصغرة في الثقة.

آلية تأكيد Taiko المسبقة

آلية تسلسل Taiko المعتمدة تسمح لمحققي Ethereum بالمشاركة مباشرة في ترتيب المعاملات في الطبقة 2 (L2). يمكن للمحققين جسر ETH إلى شبكة Taiko باستخدام خدمة الجسر التابعة لـ Taiko لتوفير التأكيد الفوري المسبق، مما يعزز فورية المعاملة وتجربة المستخدم مع الحفاظ على اللامركزية والأمان.

نموذج Taiko’s Based Contestable Rollup (BCR)

تتبنى Taiko نموذج التجميع القابل للتنافس (BCR) ، المصمم لضمان العدالة والشفافية من خلال نظام مفتوح وبدون إذن:

• ✅ كامل الإذن واللامركزية - يمكن لأي شخص المشاركة في نظام تايكو دون الحاجة إلى أذونات خاصة، مما يضمن درجة عالية من اللامركزية.
• ✅ نموذج المقترح التنافسي - يتنافس المقترحون على القيمة القصوى التي يمكن استخراجها (MEV) والحوافز الاقتصادية الأخرى، مع تحمل المسؤولية التشغيلية وتحسين كفاءة النظام واستقراره.
• ✅ تسلسل متكامل مع إثيريوم - يقضي تايكو على الحاجة إلى مسلسل مركزي من خلال مشاركة نفس الدور كمقترحي كتل إثيريوم، معتمدًا تمامًا على بنية إثيريوم.
• ✅ آلية انتخاب القائد - في أي وقت معطى، يتم انتخاب مقترح واحد فقط كقائد، مما يمنحه حقوق حصرية لإنهاء كتلة. وهذا يتجنب إهدار الموارد والصراعات.

ملاحظة: حاليًا، يستخدم Taiko SGX كدليل على بيئة التنفيذ الموثوقة (TEE)، ويستخدم RiscZero و SP1 للأدلة بدون معرفة (ZKP)، ويستخدم Guardian (التحقق من التوقيع المتعدد) من قبل Taiko Labs. يمكن العثور على مزيد من التفاصيل في توثيق Taiko.

مثال: عملية تجميع تايكو القابلة للتحدي

نظرة عامة على العملية:

اقتراح الكتلة - يقدم المقترح كتلة جديدة.

تقديم الإثبات الأساسي - يقدم بروفير من الدرجة الأولى (على سبيل المثال ، باستخدام SGX TEE) دليلا على صحة الكتلة ويوفر إيداع TAIKO كضمان.

فترة التبريد والتحدي (~4 ساعات) - خلال هذا الوقت، يمكن لأي شخص تحدي صحة البرهان عن طريق تقديم إيداعه الخاص (مثلاً، "سيندي" في الرسم البياني).

التحقق المتقدم من البرهان - يقوم المثبت على الطبقة العليا (على سبيل المثال، باستخدام ZKPs من RiscZero أو Succinct) بالتحقق من صحة البرهان الأساسي.

النتائج والحوافز:

• إذا كان الدليل الأساسي صحيحا → يحصل المحترف الأساسي على ودائعه ويكسب مكافأة ، بينما يفقد المنافس إيداعه.
• إذا كان الدليل الأساسي غير صحيح → يحصل المتحدي على استرداد إيداعه ويكسب مكافأة، بينما يفقد المثبت الأساسي إيداعه.

يضمن هذا الآلية الدليل متعددة الطبقات أن أي شخص يمكنه تحدي الأدلة على مستويات مختلفة، مما يعزز الأمان واللامركزية للنظام.

مخطط: مثال على عملية Taiko للبكرات القابلة للمنافسة (المصدر:وثائق تايكو للتحقق من صحة اللفة)

استنتاج

تظهر تقنية ما قبل التأكيد كحلا رئيسيًا لتحسين كفاءة معاملات البلوكتشين وتجربة المستخدم. بينما توفر آليات التأكيد التقليدية أمانًا وموثوقية عاليين، إلا أنها تعاني من تأخير طويل وكفاءة منخفضة، مما يجعلها غير مناسبة للتداول عالي التردد والتطبيقات في الوقت الحقيقي مثل الدفع. تساعد تقنية ما قبل التأكيد، من خلال تغذية راجعة سريعة ونهج الالتزام الأولي، في التقليل من هذه القيود، وتقديم تجربة معاملة أكثر فورية وشفافية للمستخدمين.

على سبيل المثال، يدمج مشروع Taiko نموذج Rollup التنافسي لتحقيق توازن بين اللامركزية والكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، تضمن هيكل البرهان متعدد الطبقات وآلية انتخاب القادة في Taiko العدالة والأمان من خلال الحوافز الاقتصادية والمنافسة الشفافة، مما يعتبر مرجعًا قيمًا لتصاميم توسيع البلوكتشين المستقبلية.

ومع ذلك، فإن التحقق المسبق ليس حلاً مثاليًا. لا تزال موثوقية التأكيدات الأولية وخطر إلغاء المعاملات يتطلبان مزيدًا من الأمان التقني وآليات الاحتياط. الابتكار المستمر ضروري لتعزيز تجارب المعاملات مع التصدي لمعضلة البلوكتشين الثلاثية المتمثلة في اللامركزية والأمان والقابلية للتوسعة.

بالإضافة إلى الابتكار التقني البحت، فإن التأكيد المسبق هو أداة لبناء الثقة يمكن أن تسرع من اعتماد التكنولوجيا البلوكتشين. مع توسيع تكنولوجيا التأكيد المسبق لتشمل مجالات أوسع بعيدة عن التداول عالي التردد إلى المدفوعات اليومية، ستصبح التكنولوجيا البلوكتشين متكاملة أكثر في الحياة اليومية، مما يساعد على تحقيق رؤية الشمول المالي العالمي.