مقدمة لماسا
10–11–2020
سلاسل الكتل الحالية التي تتناسب مع الإنتاجية العالية للمعاملات هي إما مركزية أو غير آمنة
بالنسبة لـ ماسا، قمنا بتصميم بنية جديدة ، تسمى بلوك كليك، تعمل على زيادة معدل نقل المعاملات إلى 10000 معاملة في الثانية دون التضحية باللامركزية أو الأمان. تعتمد هندستنا على تجزئة المعاملات في الرسم البياني للكتل متعدد مؤشرات الترابط. في منشور المدونة هذا ، نقدم المفاهيم الرئيسية لـ بلوك كليك. يمكنك أيضًا الغوص في الورقة الفنية أو التفاعل مع شبكة الاختبار الحية على الرابط التالي ونحن نتطلع الى الاستماع تعليقاتك
TL DR :
نحن نجمع بين تجزئة المعاملات وبنية الرسم البياني للكتل متعددة مؤشرات الترابط مما يتيح الكتل المتوازية مع المعاملات المتوافقة
نقوم بتوسيع قاعدة إجماع ناكاموتو لتشمل حالة الكتل المتوازية ، مما يسمح بإجماع آمن ولامركزي باستخدام إثبات الحصة
يمكن لبنية بلوك كليك التعامل مع آلاف المعاملات في الثانية ، على قدم المساواة مع الأنظمة المالية التقليدية
كانت لدينا مشكلة التوسع
سلاسل الكتل الحالية لا تتوسع. لكي تصبح بدائل قابلة للتطبيق للحلول المالية الكلاسيكية ، يجب أن تكون البلوكشين قادرة على التعامل مع عدد من المعاملات المشابهة لتلك الموجودة في الأنظمة الكلاسيكية. حاليًا ، يسمح البيتكوين بـ 5 معاملات فقط في الثانية (تكس ، س) في الشبكة بالكامل بينما يسمح الايثريوم بـ 15–20 تكس ، س. هذه الأرقام ليست قريبة حتى من تلك الموجودة في الأنظمة المالية الكلاسيكية. على سبيل المثال ، تعامل نظام فيزا مع 111 مليار معاملة في عام 2017 (متوسط 3500 تكس ، س). نتيجة لذلك ، يمكن أن تزدحم البلوكشين بسهولة كما يتضح من الضجيج كريبتوكيتيس
لماذا؟ بنية البيانات وقاعدة إجماع ناكاموتو
تنبع قيود سلاسل الكتل من تصميمها ذاته. يتم تعريف البلوك تشين على أنه “أفضل” سلسلة لشجرة الكتل ، حيث تشير كل كتلة إلى كتلة أصل واحدة في الشجرة بالإضافة إلى تحمل مجموعة من المعاملات
عندما تنشئ عقدة كتلة ، فإنها تبث الكتلة إلى العقد الأخرى لشبكة نظير إلى نظير ، والتي بدورها تنقلها إلى العقد الأخرى ، وهكذا حتى تدرك معظم العقد الكتلة. تستغرق هذه العملية وقتًا ، خاصةً إذا كانت الكتل كبيرة. في لحظة معينة ، قد تكون العقد المختلفة على دراية بمجموعات فرعية مختلفة من الكتل المنشأة. نتيجة لذلك ، قد تبث عقدتان كتلتين مع نفس الكتلة الأصلية ، حتى لو كانتا صادقة. وهذا ما يسمى بالشوكة ، وهو يؤدي إلى ظهور سلسلتين بديلتين من الكتل الناشئة من نفس كتلة الأصل.
بسبب تأخيرات الانتشار ، لم تشاهد العقدة أ بعد الكتلة التي تم إنشاؤها بواسطة العقدة سي(الكتلة الزرقاء) وتقوم بإنشاء كتلة (حمراء) تشير إلى نفس الأصل (الأصفر). ينتج عن هذا شوكة.
نظرًا لأن السلاسل البديلة يمكن أن تحتوي على مجموعات مختلفة وغير متوافقة من المعاملات ، تحتاج العقد إلى الاتفاق على سلسلة مشتركة واحدة لتحقيق توافق في الآراء بشأن المعاملات المنفذة. تُعرف الطريقة الأنيقة لتحقيق الإجماع في شبكة لامركزية بقاعدة إجماع ناكاموتو. من وجهة نظر العقدة ، تكمن الفكرة في تقييم كل سلسلة من سلسلة الكتل من خلال تخصيص ملاءمة قياسية لها ، وإنتاج كتل جديدة فقط من خلال تمديد سلسلة أقصى قدر من الملاءمة. سلسلة الملاءمة القصوى هي تلك التي يشار إليها باسم “البلوك تشين”: يتم اعتبار المعاملات التي تظهر في كتل البلوك تشين فقط منفذة.
من أجل منع هجمات سايبل ، يجب أن تمثل اللياقة شيئًا يصعب إنشاؤه أو الحصول عليه: مورد. في أنظمة إثبات العمل مثل البتكوين ، يتم تعريف ملاءمة السلسلة على أنها إجمالي العمل الحسابي الذي يتم إجراؤه لإنشاء جميع الكتل الخاصة بها. في أنظمة إثبات الحصة مثل تيزوس ، ترتبط ملاءمة السلسلة بالعدد الإجمالي للعملات المعدنية التي تم وضعها على المحك في كتل السلسلة. ناكاموتو هي قاعدة الإجماع الأكثر استخدامًا للكتل اللامركزية ، ولكن تم تنفيذ العديد من آليات الإجماع الأخرى. للبحث في آليات الإجماع ، نوصي بالبدء هنا أو هناك
تحافظ قاعدة إجماع ناكاموتو بسلاسة على تركيز العقد على بلوكشين واحد مشترك طالما أن معدل حدوث الانقسام يظل معقولًا. يضمن حجم الكتلة الصغير الذي يناسب معاملات قليلة ، وتردد كتلة منخفض (1 ميغابايت كل 10 دقائق في المتوسط في بيتكوين ) أنه في معظم الأوقات ، يمكن بث كتلة إلى الشبكة بأكملها قبل إنشاء كتلة أخرى. وبالتالي ، فإن معدل الانقسام يكون منخفضًا والإجماع سهل ، لكن متوسط عدد المعاملات التي تتم معالجتها في الثانية محدود
دفع الحدود؟
يمكن زيادة عدد تكس , س بطريقة ساذجة إما عن طريق زيادة تردد الكتلة (معدل إنشاء الكتل) أو عن طريق زيادة حجم الكتلة لتناسب المزيد من المعاملات لكل كتلة. ومع ذلك ، هذا ممكن فقط إلى حد صغير.
إذا زاد تردد الكتلة كثيرًا (لنفترض أن كتلة واحدة تبلغ 1 ميجابايت في الثانية) ، فإن الكتل لديها وقت قليل للنشر في الشبكة قبل العثور على كتلة أخرى: تنشئ العقد العديد من الكتل غير المتوافقة ، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل الانقسام وفشل الإجماع. إذا تم بدلاً من ذلك زيادة حجم الكتلة أكثر من اللازم (لنقل إلى 1 جيجابايت) ، فإن البث الكتلي يصبح بطيئًا للغاية ، ويصبح معدل الانقسام مرتفعًا ، ويفشل الإجماع أيضًا.
تم توضيح هذه المشكلة في الفيديو أدناه ، حيث نقوم بمحاكاة شبكة من العقد تكتشف الكتل في إعداد إثبات العمل.
https://massa.net/_nuxt/videos/classicalblockchain.1860ea8.mp4
أدت العديد من العملات المشفرة إلى زيادة عدد المعاملات في الثانية عن طريق تغيير حجم الكتلة أو تردد الكتلة. على سبيل المثال ، زاد بيتكوين كاش من حجم الكتلة بمعامل 8 ، مما أدى إلى زيادة عدد المعاملات في الثانية بنفس المقدار. لكن هذا الرقم لا يزال منخفضًا جدًا. من أجل زيادة عدد المعاملات التي تتم معالجتها بشكل كبير ، من الضروري الاعتماد على مناهج أخرى
تقييد حجم الشبكة؟
تتمثل إحدى طرق تقليل الوقت اللازم لنقل الكتل في الشبكة في الحد من حجم الشبكة. على سبيل المثال في ايوس ، لا يُسمح إلا لـ 21 من منتجي البلوكات المعتمدين بمعالجة المعاملات ، والتي تنتج حوالي 3000–4000 تكس س. في ريبل ، تقرر شركة واحدة من يمكنه أن يصبح مدققًا وينتج الكتل ، بحيث يمكن أن يصل البروتوكول إلى حوالي 1500 تكس س.
ومع ذلك ، فإن تقييد حجم الشبكة لا يتوافق مع فكرة وجود شبكة لامركزية مفتوحة يمكن لأي عقدة المشاركة فيها دون إذن. كما صاغها مطورو ايثريوم ، يبدو أن هناك مشكلة ثلاثية في قابلية التوسع في بنيات بلوك تشين الحالية: المقايضة بين اللامركزية وقابلية التوسع والأمان.
وبالتالي فإن التحدي الحقيقي يكمن في تصميم بلوك تشين القادر على التعامل مع آلاف المعاملات مع الحفاظ على اللامركزية والآمنة تمامًا ، مما يسمح لآلاف العقد بالمشاركة في إنتاج الكتلة والإجماع
تغيير هيكل البيانات وقواعد الإجماع؟
في الآونة الأخيرة ، كانت هناك عدة محاولات لتوسيع نطاق العملات اللامركزية من خلال التغييرات في هيكل البيانات وقواعد الإجماع. يقوم أحد خطوط العمل بتنفيذ تجزئة المعاملات ، والتي تتمثل في توزيع المعاملات على عدة مجموعات (“شظايا”) يمكن معالجتها بشكل متوازٍ ، مثل ايلاستيكو أو زيليكا. ومع ذلك ، في هذه البروتوكولات ، يجب أن تتفق العقد التي تعالج القطع المختلفة بانتظام على بلوك تشين المشترك ، مما يحد من فوائد التوازي للتجزئة.
يسعى خط عمل آخر إلى توسيع هيكل شجرة الكتل إلى هيكل رسم بياني للكتل من خلال السماح للكتل بأن يكون لها أكثر من أصل واحد. تم وصف هياكل الرسم البياني للكتل غير الدورية الموجهة (كتلة د اي ج) في [ليفينبيرج ، 2015] ، [سومبولينسكي ، 2015] و [سومبولينسكي ، 2016]. ومع ذلك ، في هذه البروتوكولات ، يمكن أن تكون المعاملات من كتلة واحدة غير متوافقة مع المعاملات من كتلة موازية أخرى لأن المعاملات نفسها غير مجزأة. يلزم إجراء عملية تصويت إضافية لطلب المعاملات واختيار المعاملات التي يتم تنفيذها
محلول بلوك كليك المستخدم في ماسا
بلوك كليك هي بنية جديدة تجمع بين تجزئة المعاملات وكتلة د اي ج متعددة الخيوط. إنه يحل مشكلة قابلية التوسع من خلال موازنة بنية البيانات وتكييف قاعدة الإجماع
https://massa.net/_nuxt/videos/blockclique.df7a113.mp4
بلوك كليك هيكل البيانات وحكم الإجماع
في بنية بلوك كليك ، يمكن إنشاء الكتل بعدد ثابت من الخيوط. تشير الكتلة التي تم إنشاؤها في مؤشر ترابط معين إلى كتلة أصل في كل سلسلة من سلاسل الرسائل. بنية البيانات الناتجة عبارة عن رسم بياني غير دوري موجه متعدد الخيوط للكتل (د اي ج متعدد مؤشرات الترابط)
ومع ذلك ، يمكن أن يحاول العنوان إنفاق نفس العملات مرتين عن طريق تنفيذ معاملات في خيطين متوازيين في نفس الوقت. يمنع بلوك كليك مثل هذا الإنفاق المزدوج من خلال السماح لعنوان معين بإنفاق العملات في سلسلة محددة فقط (يتم تحديدها بواسطة البتات الأولى من العنوان). وبالتالي ، فإن الكتل من سلسلة رسائل معينة تحتوي فقط على معاملات مع عناوين الإدخال التي تنتمي إلى هذا الموضوع. تُعرف هذه العملية باسم تجزئة المعاملة. ومع ذلك ، يمكن أن يكون إخراج المعاملة أي عنوان ، بغض النظر عن سلسلة عناوين الإدخال
تنشأ خاصية فريدة من هذا المزيج من تجزئة المعاملات وكتلة د اي ج: يمكن للعقد إنشاء كتل بالتوازي تكون معاملاتها المغلقة متوافقة مع الإنشاء
في بنية الكتلة الجديدة هذه ، لا يزال بإمكان العقد إنشاء متفرع في خيوط معينة عن طريق إنشاء كتلتين غير متوافقين في نفس الخيط مع نفس الأصل في هذا الموضوع. وبالتالي نوسع قاعدة ناكاموتو للسماح للعقد بالتوصل إلى إجماع حول المجموعة العالمية من الكتل المتوافقة (تسمى “الزمرة”) ذات الحد الأقصى من الملاءمة. تضمن قاعدة الإجماع هذه أن كل خيط يتصرف مثل بلوك تشين العادي وأن الكتل الموجودة في خيط واحد تأخذ أيضًا في الحسبان الكتل السابقة في خيوط أخرى ، مع السماح بإزالة التزامن الطفيف بين الخيوط.
على عكس سلاسل الكتل السابقة التي تستند إلى بنية د اي ج ، فإن د اي ج للكتلة متعددة الخيوط مع تجزئة المعاملات وقاعدة الإجماع المعدلة تسمح بالاستفادة الكاملة من موازاة الكتل ولا تتطلب منح امتيازات خاصة لبعض العقد
نتائج المحاكاة
اختبرنا أفكارنا من خلال عمليات المحاكاة ، التي فتحناها هنا. باستخدام معلمات الشبكة المشابهة لتلك الموجودة في الايثريوم (متوسط عرض النطاق الترددي للتحميل 32 ميجا بايت / ثانية ومتوسط زمن الوصول 100 مللي ثانية ، وآلاف العقد) ، أظهرنا أنه باستخدام 32 مؤشر ترابط متوازي وآلية إثبات المقاومة سايبل ، يمكن لبنيتنا أن تتحمل ما يصل إلى 10000 تكس ، س مع أوقات تأكيد المعاملة في حدود 40 ثانية!
: يمكن فهم هذا التحسين على النحو التالي
في العقد بلوك تشينس القياسي يجب أن يكون لديها أحدث كتلة لبدء العمل على الكتلة التالية (وإلا فإنها ستنشئ شوكة)
في بلوك كليك ، ليس من الضروري أن يكون لديك أحدث الكتل للعمل على واحدة جديدة. تنشئ العقد كتلًا في سلاسل متوازية دون أن تؤدي إلى مفترق طرق.
تضمن بنية بلوك كليك التناسق المتسلسل لخصم العملة لكل عنوان ، مع السماح بإلغاء مزامنة أرصدة العملات بشكل طفيف
بالطبع هناك الكثير لهذه النتائج. لقد اختبرنا مجموعة كبيرة من المعلمات ، وأظهرنا أن بنيتنا مرنة في مواجهة أنواع مختلفة من الهجمات ، بل واقترحنا تحسينات على مخططات الإجماع الحالية. نحن نشجعك على قراءة الورقة الفنية إذا كنت مهتمًا بمزيد من التفاصيل
جربها
اختبارنا يشتغل! في الموقع الرابط، سترى الكتل المنشأة في الوقت الفعلي.
في هذا المستكشف ، يمكنك أيضًا التفاعل مع اختبار الشبكة عن طريق إنشاء محفظة واستلام العملات المعدنية أو إرسالها.
إذا كان لديك جهاز كمبيوتر به إنترنت موثوق ، فالرجاء تشغيل عقدة! يمكنك اتباع الخطوات الموجودة على جيثب.
استنتاج
لقد أظهرنا أنه من الممكن حل مشكلة القياس في بلوك تشينس باستخدام تجزئة المعاملات في الرسم البياني للكتل متعدد مؤشرات الترابط. يصل ماسا إلى آلاف المعاملات في الثانية دون تعريض اللامركزية أو أمن بلوك تشين للخطر. الشيء الوحيد الذي لم نذكره هو أن هندستنا متوافقة مع العقود الذكية التي يمكن تنفيذها ضمن مؤشر ترابط واحد أو تكييفها لدعم تعدد مؤشرات الترابط.
نعتقد أن ماسا يمكن أن يفي بوعود بلوكشين قابل للتطوير وآمن ولامركزي حقًا. نأمل أن تكون متحمسًا مثلنا ونود أن نسمع تعليقاتك! من فضلك تعال إلى تيليغرام أو ديسكورد أو رديت لإعطاء أفكارك!
