لایه‌های مختلف بلاک‌چین؛ آشنایی با همه ی لایه های Blockcahain

لایه‌های مختلف بلاک‌چین (Different Layers of Blockchain) طبقه‌بندی این پایگاه داده توزیع‌شده در قالب تعامل کاربر با آن هستند. در واقع، هر کاربر درک متفاوتی از بلاک‌چین دارد و متناظر با نحوه بهره‌برداری و تعامل با آن، عملکرد و ماهیت لایه خاصی از بلاک‌چین را تجربه می‌کند.

در دنیای کریپتو سوءتفاهم‌های زیادی درباره مفهوم بلاک‌چین، اختلاف آن با بیت‌کوین، عملکرد، محصول و خدمات آن وجود دارد. دلیل این امر، عدم آگاهی کافی از ماهیت لایه‌های مختلف بلاک‌چین و نقشی است که هر لایه در فرایندهای شبکه بازی می‌کند.

با این حال، لایه‌های مختلف بلاک‌چین با دو هدف مشترک ساختاربندی شده‌اند، و آن حل مسئله خرج کردن دوباره و حذف نهاد واسطه در فرایند مبادله و انجام تراکنش است. در این مقاله به تفکیک‌های مختلف از مفهوم لایه در بلاک‌چین و عملکرد هر کدام از آن‌ها در شبکه می‌پردازیم.

تکنولوژی بلاک‌چین چیست؟

مطمئنا همه شما با عبارت “تکنولوژی بلاک‌چین” یا بلاک‌چین در محتواهای مختلف آشنا شده‌اید؛ اما این اصطلاح هرگز یک مفهوم جامع نداشته و هر کسی متناظر با هدف و کاربرد مدنظر خود آن را به کار بسته است. دلیل این امر، ورود افراد مختلف با پیشینه‌های متفاوت از علم کامپیوتر و ریاضی به دنیای بلاک‌چین و درک متفاوت آن‌ها از این فناوری است.

به ساده‌ترین زبانی که می‌توان گفت، بلاک‌چین یک ساختار ذخیره‌ سازی داده است که می‌تواند چهارچوب، محتوا، عملکرد و اصول متفاوتی را به خود بگیرد تا انواع پایگاه‌های داده برای کاربردهای مختلف به وجود آیند. این پایگاه داده اما، یک مجموعه از کدهای برنامه‌نویسی است که با زبان خاصی مثل پایتون یا جاوا نوشته شده و با نرم‌افزاری متناظر اجرا می‌شود.

برای مثال، منظور از ETH بلاک‌چین اتریوم است، پایگاه داده‌ای عمومی که تراکنش‌های اتر روی آن ضبط می‌شوند، اما شما می‌توانید بلاک‌چین خصوصی اتریوم را نیز خلق کنید؛ کافی است یک نرم‌افزار مشابه را بر روی چند ماشین اجرا و با ایجاد یک شبکه متصل از آن‌ها، یک ساختار مشابه با اتریوم عمومی ایجاد کنید.

شبکه خصوصی شما، یک بلاک‌چین مختص خود ایجاد می‌کند و ماینرها، مشابه با ویرایش عمومی از اتریوم، ETH استخراج می‌کنند. با این حال، شبکه خصوصی شما با اتریوم عمومی ادغام نمی‌شود، زیرا تاریخچه متفاوتی نسبت به آن دارد.

بیشتر بخوانید: بلاکچین چیست

دفتر کل توزیع شده یا Distributed Ledger

دفتر کل توزیع شده مفهومی مشابه با پایگاه داده است که گاها در تعریف بلاک‌چین از آن استفاده می‌شود. درواقع، منظور از دفتر کل توزیع شده یک پایگاه داده‌ای است که جزئیات، کدها و نرم‌افزار اجرایی آن مختص یک شخص، سازمان یا مکان خاصی نیست و در بین گروهی از افراد در نقاط مختلف توزیع شده و هیچ قانون خاصی برای ممانعت از دسترسی گره دیگری به آن وجود ندارد.

همه بلاک‌چین‌ها دفتر توزیع شده هستند، اما دفترهای توزیع شده‌ای داریم که حاوی بلوک‌هایی از داده نیستند که توسط زنجیر به هم وصل شده باشند. بنابراین، Distributed Ledger یک مفهوم کلی‌تر است که بلاک‌چین را شامل می‌شود اما هرگز محدود به آن نیست.

درنتیجه، “تکنولوژی‌های بلاک‌چین” مجموعه‌ای از قواعد یا استانداردهایی هستند که متناظر با آن‌ها Ledger یا دفاتر توزیع خلق و نگهداری می‌شوند. تکنولوژی‌های مختلف، قواعد مشارکتی مختلف، قواعد شبکه‌ای مختلف، شرایط متفاوت برای ایجاد تراکنش‌ها، روش‌های متفاوت در ذخیره داده و مکانیزم‌های اجماع متفاوتی دارند.

نمونه‌های زیر مثال‌هایی از تکنولوژی‌های بلاک‌چین هستند:

• Bitcoin
• Ethereum
• NXT
• Corda
• Fabric
• Quorum

لایه‌های مختلف بلاک‌چین (Different Layers of Blockchain)

حال که مفهوم بلاک‌چین را توضیح دادیم و سوء‌تفاهم‌ها را برطرف کردیم، وقت آن است به لایه‌های مختلف بلاک‌چین، دنیای در گردش هر لایه و تأثیر آن بر عملکرد این دفتر توزیع شده بپردازیم. اولین گام در درک ساختار داخلی بلاک‌چین، فهم شبکه همتا به همتا یا Peer-to-Peer است.

منظور از شبکه همتا به همتا، مجموعه‌ای از گره‌ها (شبکه) است که بدون هیچ واسطه‌ای با هم در ارتباط‌اند و این ارتباط می‌تواند از نوع دریافت محصولات و خدمات یا معاملات و تراکنش‌ها باشد. برای ایجاد و حفظ عملکرد این شبکه، تکنولوژی بلاک‌چین از رویکردهایی استفاده می‌کند که در قالب لایه‌های مختلف بلاک‌چین و به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• لایه اجماع
• لایه ماینر، اجرا یا سخت‌افزار
• لایه توزیع یا شبکه
• لایه معنایی یا منطق شبکه
• لایه اپلیکیشن

لایه اجماع

در سیستم متمرکز سنتی، مانند بانک، یک کامپیوتر یا سرور اصلی وجود دارد که وظیفه انجام تراکنش‌ها را به عهده دارد. مشخصا، بانک به کامپیوتر خود اطمینان دارد؛ بنابراین، مسئولیت عملکرد و امنیت آن را نیز برعهده می‌گیرد.

اما وقتی این نهاد مرکزی را از بازی حذف می‌کنیم، آنگاه نیاز به مجموعه‌ای از قواعد و نظارت‌های خودکار داریم که امنیت شبکه را تضمین کنند. بخصوص، باید از خرج کردن دوباره محصولات باارزش بلاک‌چین ممانعت شود، درغیراینصورت سرمایه‌گذاری روی آن و ارزش‌آفرینی آن هیچ مفهومی نخواهند داشت.

یک مکانیزم اجماع، توافقی است که شبکه برای بقای خود به آن نیاز دارد. منظور از “اجماع”، یک ساختار مشارکتی است که از نظارت تمام گره‌های شبکه و آگاهی آن‌ها از ساختار موجود، برای پیشبرد فعالیت‌های آنی شبکه و توسعه آن بهره می‌گیرد.

لایه اجماع لایه پایه برای یک بلاک‌چین است. روش‌های زیادی برای تصدیق تراکنش‌ها در قالب اجماع وجود دارند که وابسته به کاربرد، ماهیت و هدف بلاک‌چین انتخاب می‌شوند. در بلاک‌چین بیت‌کوین و اتریوم (ورژن 1.0) از چهارچوب ماینینگ و رویکرد اثبات کار (PoW) برای تصدیق تراکنش‌ها استفاده می‌شود. رویکردهای دیگر شامل موارد زیرند:

• اثبات سهام (PoS)
• اثبات سهام واگذارشده (DPoS)
• مفهوم تحمل خطای بیزانس عملی (PBFT)

به محض اینکه یک بلوک جدید ایجاد گردید، شبکه اعتبار بلوک و قرار گرفتن تراکنش‌های جدید در آن را بررسی می‌کند. بخصوص، آن‌ها حل درست مسئله PoW را بررسی می‌کنند و در صورت اجماع به درستی تمام بندها، بلوک جدید به بلاک‌چین افزوده می‌شود.

لایه ماینر

آنچه ماینرها انجام می‌دهند، مسابقه‌ای پرهزینه برای انجام کار، محصول یا خدمت بلاک‌چین است. به زبانی ساده‌تر، وظیفه ماینرها ثبت وقایع است؛ برای این مشارکت انگیزه‌ای لازم است که در بلاک‌چین‌های مختلف به شیوه‌های متفاوتی ایجاد می‌شود. برای مثال، بیت‌کوین به ماینرهای خود، در صورت موفقیت در ایجاد بلوک جدید، ارز بیت‌کوین پاداش می‌دهد.

ماینرها همچنین، وظیفه بررسی اعتبار تراکنش‌ها و محافظت از شبکه در مقابل حمله‌های هکری را به عهده دارند. به عبارتی دیگر، منظور از لایه ماینر یا لایه اجرا، نقطه‌ای از عملکرد Blockchain است که ماینرها تراکنش‌ها را در لایه‌های مختلفی ذخیره می‌کنند که برای نفوذ  به آن به قدرت پردازش فوق‌العاده بالایی نیاز است.

بیشتر بخوانید: ماینر چیست

لایه توزیع

لایه توزیع مسئول تصمیم‌گیری درباره نحوه انتقال دفتر کل مشترک و بلوک‌های آن در شبکه همتا به همتا است. این لایه با جزئیات و به عنوان تئوری مبنای بلاک‌چین، در وایت‌پیپر آن توصیف می‌شود و خالق شبکه ایده مشارکتی خود را در قالب این لایه عنوان می‌کند.

هر همتا یا Peer می‌تواند با گره‌های دیگر شبکه، ارز یا توکن آن را مبادله کند. این معماری به گره‌های شبکه این امکان را می‌دهد تا به صورت غیرمستقیم در تعامل باشند. برای مثال، شما می‌توانید تراکنشی را تعریف کنید که بر دو کیف پول تأثیر می‌گذارد، اما هیچکدام از کیف پول‌ها مستقیما به دیگری متصل نیست.

هر گره به محض دریافت یک تراکنش معتبر که قبلا آن را مشاهده نکرده است، آن را به تمام گره‌هایی ارسال می‌کند که با آن‌ها در ارتباط است. بنابراین، با ورود یک تراکنش جدید، از طریق لایه توزیع، تمام شبکه به زودی از آن باخبر می‌شوند (تمام این جریان در کمتر از چند ثانیه اتفاق می‌افتد).

لایه معنایی

در لایه معنایی به شیوه ایجاد ارتباط بین بلاک‌های جدید با قبلی‌های پرداخته می‌شود. بخصوص، قواعد اجماع از طریق پروتکل‌های این لایه تعریف می‌شوند. لایه معنایی یک لایه منطقی است، زیرا اگر و آنگاه‌هایی وجود دارند که بر تراکنش‌ها و بلاک‌ها اعمال می‌شوند.

برای مثال، در بیت‌کوین، لایه معنایی قانونی بودن تراکنش یا حملات دو بار خرج کردن را چک می‌کند. وقتی کاربر بخواهد بیت‌کوین خود را خرج کند، باید از دارایی‌هایی که قبلا دریافت کرده بهره بگیرد و هیچ مفهومی به عنوان حساب (شبیه حساب بانکی) وجود ندارد. به عبارتی، وقتی کاربر اقدام به اجرای یک تراکنش می‌کند، از تراکنش‌های دریافتی قبلی خود استفاده می‌کند که حداقل به میزان تراکنش انتقالی کنونی باشند.

بنابراین، تمام گره‌ها باید قدم به قدم به عقب برگردند تا وجود تراکنش‌های قبلی و دریافت‌های کاربر را تأیید کنند. در اتریوم، برعکس بیت‌کوین، حساب‌های دریافت کننده و انتقال دهنده تراکنش، شارژ می‌شوند و مفهوم حساب کم و بیش شبیه حساب بانکی است. با این حال، نحوه انجام تراکنش و به روز رسانی حساب‌های بسیار پیچیده‌تر و در قالب قراردادهای هوشمند ممکن است.

لایه اپلیکیشن

از بین لایه‌های مختلف بلاک‌چین، لایه اپلیکیشن تعامل بیشتری با کاربر دارد. وظیفه این لایه، استقرار اپلیکیشن‌های مختلف بر پیکره بلاک‌چین است. برای مثال، dApps، قراردادهای هوشمند، صرافی‌ها و سایت‌هایی که درباره بلاک‌چین اطلاع‌رسانی می‌کنند، همه از جنس اپلیکیشن‌هایی هستند که بر روی بلاک‌چین استقرار می‌یابند.

برخی از اپلیکیشن‌ها در همان لحظه ابتدایی از خلق و معرفی بلاک‌چین، همراه با آن عرضه می‌شوند. برخی دیگر در ادامه و به عنوان افزودنی‌هایی برای ایجاد قابلیت‌های جدید و دسترسی‌های بیشتر به وجود می‌آیند. در هر دو صورت، اپلیکیشن‌ها، قطعاتی از شبکه بلوک‌های آن و بخشی از ماهیت بلاک‌چین هستند.

برای ایجاد اپلیکیشن‌ها در لایه اپلیکیشن، شما به قدرت برنامه‌نویسی بالا، API، توسعه امبد و دسترسی‌هایی از جانب شبکه نیاز دارید. درنهایت، هدف از ایجاد اپلیکیشن بر روی بلاک‌چین، ایجاد شبکه‌های معاملاتی، توسعه اپلیکیشن‌های توزیع شده و ایمن و تعریف عملکردهای بیشتر و مازاد بر ماهیت بلاک‌چین در ادامه توسعه آن است.

منظور از 6 لایه بلاک‌چین چیست؟

همچنان که متخصصان و کاربران در استفاده از واژه بلاک‌چین هم‌نظر نیستند و عباراتی چون دفتر توزیع شده، لجر، پایگاه داده را نیز به کار می‌گیرند، برخی یک لایه اضافی برای بلاک‌چین در نظر می‌گیرند تا همراه با لایه‌های مختلف بلاک‌چین که در بالا به آن‌ها پرداختیم، یک ساختاره 6 لایه‌ای تشکیل دهد.

لایه صفر بلاک‌چین

لایه صفر به پروتکل‌ها و استانداردهایی اشاره داد که توسعه شبکه بلاک‌چین را ممکن می‌‎سازند. این لایه شامل پروتکل‌هایی مانندTCP/IP ، HTTP و SLL است که شرایط لازم برای ایجاد ارتباط و امنیت در شبکه را فراهم می‌کنند.

مقیاس‌پذیری بلاک‌چین ارتباط آن با لایه‌های مختلف بلاک‌چین

یکی از مهم‌ترین چالش‌ها پیش روی طراحان بلاک‌چین، امکان مقیاس دهی به ساختار آن و توسعه شبکه است. وقتی تعداد کاربران و فعالیت‌ آن‌ها از ظرفیت بلاک‌چین فراتر می‌رود، نیاز به راهکارهایی است که بتوان در قالب آن‌ها بلاک‌چین را پوشش داد و ظرفیت مورد نیاز را ایجاد کرد.

برای انجام این فعالیت مقیاس دهی، رویکردهایی پیشنهاد شده است که موارد زیر شاخص‌ترین آن‌ها هستند:

• تقسیم بلاک‌چین به لایه 1 و لایه 2: لایه 1، لایه پایه و مبنای بلاک‌چین است؛ جایی که تراکنش‌ها، اعتبارسنجی‌ها و ثبت اطلاعات پیاده سازی می‌شوند. در مقابل، لایه 2 یک لایه اضافی است که بعدا به بلاک‌چین اضافه می‌شود و هدف از ایجاد آن، توسعه فعالیت‌ها، ظرفیت و قدرت پردازش لایه 1 و رسیدن به هدف مقیاس پذیری بلاک‌چین است.
• تغییر مکانیزم اجماع: مکانیزم اجماع بیشتر از هر موضوع دیگری، بر سرعت و امنیت شبکه تأثیر می‌گذارد. اگرچه PoW اولین مکانیزم در دنیای بلاک‌چین بود، اما سرعت پایین و صرف انرژی بالا در آن، امکان مقیاس دهی در بلاک‌چین را محدود می‌کرد. اثبات سهم یا PoS یک رویکرد جایگزین است که قابلیت بهتری از نظر مقیاس پذیری به شبکه می‌دهد.
• نوع معماری بلاک‌چین: معماری بلاک‌چین، شبیه معماری بنای یک خانه، امکان یا عدم امکان توسعه آتی آن را تعریف می‌کند. برای مثال، اگر بتوان گروه‌های کوچک‌تر از گره‌ها ایجاد کرد که اعتبارسنجی به صورت محلی (با تعداد کمتری از گره‌ها) انجام شود، سرعت تأیید تراکنش‌ها به شدت بالا می‌رود.

تفاوت بلاک‌چین با پایگاه داده چیست؟

اصلی‌ترین تفاوت بلاک‌چین با پایگاه داده مفهوم تمرکز یا Centralization است. درحالی که تمام رکوردهای ثبت شده بر روی یک پایگاه داده در یک محل مشخص متمرکز شده‌اند، هر گره از بلاک‌چین به تمام پایگاه داده آن دسترسی دارد. بنابراین، هر تغییری باید از هزاران ذره‌بین عبور کند و عدم اعتبار آن باعث رد مجوز الحاق آن به بلاک‌چین می‌شود.

بیشتر بخوانید: پایگاه داده چیست

تفاوت پایگاه داده توزیع شده و دفتر کل توزیع شده چیست؟

پایگاه داده توزیع شده همان اپلیکیشن‌ها و فضاهای ابری هستند که دسترسی به داده‌ها و بارگذاری اسناد را با اشتراک فضا و نرم‌افزارهای پایگاه داده برای کاربران ممکن می‌‎سازند. در این پایگاه‌های داده شما از قوانین مرکزی شرکت ارائه دهنده سرویس پیروی می‌کنید؛ همچنین، شما باید به عملکرد و امین بودن شرکت اطمینان کنید.

در مقابل، در دفاتر توزیع شده مانند بلاک‌چین‌ها، شما نیازی به اطمینان به نهادی مرکزی ندارید و اعتبارسنجی و امنیت شبکه به صورت خودکار و در قالب مکانیزم اجماع انجام می‌گیرد. به همین دلیل است که ساختار بلاک‌چین را Trustless نیز می‌خوانند.

جمع‌بندی

بلاک‌چین یک فناوری است که با ترکیب قدرت برنامه‌نویسی به زبان‌های مختلف، ابزارهای پردازشی مانند CPUهای قدرتمند، صرف انرژی الکتریکی بالا، راهکارهای حل مسئله و رمزنگاری، یک ساختار ایمن و قابل توسعه را برای ایجاد شبکه همتا به همتا به وجود می‌آورد.

این ساختار، بیشتر از هر فرایند دیگری، به عملکرد گره‌های شبکه خود وابسته است. گره‌هایی که با صرف انرژی و اشتراک سرمایه خود، اعتبار فعالیت‌ها (مانند انجام تراکنش) را بررسی و امکان اتصال مستقیم کاربران و حذف واسطه (مانند بانک) را حاصل می‌کنند.

لایه‌های مختلف بلاک‌چین، شبیه طبقات یک ساختمان اداری هستند. در هر طبقه یک وظیفه و جریان کاری تعریف شده که در ارتباط با طبقات دیگر، کلیت بلاک‌چین و عملکرد آن را معنی می‌بخشند. درنهایت، معمول‌ترین تفکیک این شبکه توزیع شده، تقسیم آن به لایه‌های مختلف بلاک‌چین در قالب لایه اجماع، ماینر، توزیع، معنایی و اپلیکیشن است.

سوالات متداول

لایه های مختلف بلاکچین کدام اند؟

• لایه اجماع
• لایه ماینر، اجرا یا سخت‌افزار
• لایه توزیع یا شبکه
• لایه معنایی یا منطق شبکه
• لایه اپلیکیشن

منظور از لایه صفر بلاکچین چیست؟

لایه صفر به پروتکل‌ها و استانداردهایی اشاره داد که توسعه شبکه بلاک‌چین را ممکن می‌‎سازند. این لایه شامل پروتکل‌هایی مانندTCP/IP ، HTTP و SLL است.