معرفی انواع لایه ها در بلاک چین و تفاوت آن ها

بلاک چین فقط یک فناوری برای انتقال دارایی دیجیتال نیست؛ پشت این مفهوم، معماری چندلایه‌ای و دقیقی قرار دارد که هر بخش آن نقش مهمی در عملکرد شبکه ایفا می‌کند. اگر تا امروز نام لایه های بلاک چین مانند لایه ۲ یا لایه ۱ را شنیده‌اید اما تفاوت آن‌ها برایتان مبهم بوده، این مقاله از ایران بروکر می‌خواهد به بررسی جامع و دقیق انواع لایه های بلاک چین بپردازد. در ادامه، به معرفی لایه‌های فنی بلاک چین و تفاوت میان هرکدام می‌پردازیم و بررسی می‌کنیم که هرکدام چه نقشی در معماری این فناوری دارند.

معرفی لایه‌های فنی معماری بلاک چین

لایه های بلاک چین (Blockchain layers)، بخش‌های مختلف معماری یک شبکه بلاک چین هستند که هر کدام وظیفه مشخصی را برعهده دارند و معمولا بر پایه لایه‌های زیرین خود عمل می‌کنند. هر یک از این لایه‌ها روی وظیفه اصلی خود تمرکز دارند؛ برخی لایه‌ها مسئولیت ذخیره و اشتراک‌گذاری داده‌ها را برعهده دارند، برخی دیگر اطمینان حاصل می‌کنند که همه کاربران بر سر وضعیت فعلی شبکه به توافق برسند و برخی نیز اجرای برنامه‌ها را مدیریت می‌کنند.

این ساختار لایه‌ای به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد بخش‌هایی از سیستم را بدون ایجاد تغییر در کل شبکه اصلاح یا به‌روزرسانی کنند. البته لایه‌بندی تنها به تفکیک وظایف محدود نمی‌شود؛ بلکه باعث افزایش سازگاری و انعطاف‌پذیری بلاک چین نیز می‌شود. این ساختار به فناوری بلاک چین کمک می‌کند در طول زمان تکامل پیدا کند، بدون آنکه ویژگی‌های اصلی و ارزشمند خود را از دست بدهد. در ادامه، انواع لایه های بلاک چین را به‌صورت جداگانه بررسی می‌کنیم.

• لایه اپلیکیشن (Application Layer)
• لایه اجماع (Consensus Layer)
• لایه شبکه (Network Layer)
• لایه داده (Data Layer)
• لایه سخت‌افزار (Hardware Layer)

لایه اپلیکیشن (Application Layer)

یکی از لایه های بلاک چین، لایه اپلیکیشن است؛ چیزی که همه ما کاربران می‌بینیم و می‌شناسیم مانند صرافی‌های ارز دیجیتال، کیف پول‌ها، بازی‌ها، بازارهای NFT و پروتکل‌های وام‌دهی. همه این‌ها در لایه اپلیکیشن قرار دارند که قراردادهای هوشمند در آن اجرا شده و بلاک چین را به چیزی کاربردی و قابل استفاده تبدیل می‌کنند.

در واقع این لایه، در بالاترین بخش و بر پایه لایه‌های زیرین خود که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم، قرار گرفته و فناوری منحصربه‌فرد بلاک چین را در دنیای واقعی به اجرا در می‌آورد. در این لایه، مقیاس‌پذیری بلاک چین اهمیت بسیاری پیدا می‌کند؛ زیرا به عملکرد کل لایه‌های زیرین خود متکی است.

لایه اجماع (Consensus Layer)

هر بلاک چین برای خودش یک نوع الگوریتم اجماع دارد، مانند اثبات کار (Proof of Work) یا اثبات سهام (Proof of Stake) که از طریق آن، کل شبکه به اجماع می‌رسد؛ این اتفاق دقیقاً در لایه اجماع رخ می‌دهد. در واقع این لایه جایی است که اعتبارسنجی تراکنش‌ها انجام شده و از دوبار خرج کردن جلوگیری می‌شود.

همچنین این لایه اطمینان می‌دهد که کل شبکه باهم به توافق برسد. تفاوتی هم ندارد که لایه اجماع از چه نوع باشد؛ ماینری با مصرف انرژی در اثبات کار و یا ولیدیتوری با استیک دارایی‌هایش، در هر صورت در حفظ امنیت، عدالت و غیرمتمرکز بودن شبکه نقش حیاتی دارند.

لایه شبکه (Network Layer)

یکی دیگر از لایه های بلاک چین، شبکه است؛ جایی که نودها با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند و داده‌ها را به اشتراک می‌گذارند. وقتی یک تراکنش به بلاک چین ارسال می‌شود، مانند سیگنال عصبی در سراسر شبکه پخش می‌شود تا به تمامی نودهای شبکه برسد. این لایه از بلاک چین برای ایجاد هماهنگی میان اعضای شبکه حیاتی است و تضمین می‌کند که همه گره‌ها با یکدیگر همگام بمانند.

لایه داده (Data Layer)

لایه داده، از دیگر لایه های بلاک چین است که تراکنش‌ها در آن قرار دارند. این لایه شامل بلاک‌های به‌هم پیوسته‌ای است که یک دفتر کل عمومی غیرمتمرکز را تشکیل می‌دهند. هر بلاک، تمام چیزهایی که رخ می‌دهد را در خود و در این لایه ثبت می‌کند مانند؛ آدرس‌های کیف پول‌ها، مقدار دارایی جابه‌جا شده و زمان تراکنش‌ها. تمامی اطلاعات این لایه به لطف درخت مرکل (Merkle tree) رمزنگاری شده و قابل دست‌کاری نخواهند بود. این لایه در واقع بلاک چین را شفاف نگه می‌دارد.

لایه سخت‌افزار (Hardware Layer)

پایه‌ای‌ترین لایه سیستم بلاک چین، لایه سخت‌افزار (Hardware Layer) است که به‌عنوان پایه فیزیکی آن شناخته می‌شود. در این لایه، تمام سخت‌افزارها و دستگاه‌هایی مانند نودها، سرورها، ماینرهای بیت کوین و زیرساخت اینترنتی که زنجیره بلاک چینی را به‌کار می‌اندازد، در این لایه قرار دارد. بدون این لایه، بلاک چین کار نخواهد کرد و دقیقاً همان‌جایی است که شبکه زنده می‌ماند. در جدول زیر خیلی خلاصه، وظایف و هدف انواع لایه های بلاک چین را جمع‌بندی کرده‌ایم.

انواع لایه های بلاک چین

تا اینجا ساختار فنی و داخلی یک بلاک چین را لایه‌به‌لایه بررسی کردیم و نشان دادیم که یک شبکه بلاک چین از چه بخش‌هایی تشکیل شده است تا بتواند فعالیت کند. در این بخش، به نوع دیگری از لایه‌بندی در بلاک چین می‌پردازیم که با ساختار فنی معرفی‌شده در بخش قبل تفاوت دارد.

در واقع، لایه‌بندی فنی که پیش‌تر معرفی کردیم به ساختار داخلی و معماری هر بلاک چین اشاره دارد. اما لایه‌های ۰، ۱، ۲ و ۳ به سطوح مختلف زیرساخت و خدمات در اکوسیستم بلاک چین مربوط می‌شوند. این لایه‌ها نشان می‌دهند که هر پروژه یا پروتکل در چه سطحی از زیرساخت بلاک چین فعالیت می‌کند. در ادامه، انواع این لایه‌ها را بررسی می‌کنیم.

• لایه ۰ بلاک چین
• لایه ۱ بلاک چین
• لایه ۲ بلاک چین
• لایه ۳ بلاک چین

لایه ۰ بلاک چین

لایه صفر که به آن لایه بنیادین نیز می‌گویند، یکی از لایه های بلاک چین است که بلاک چین‌های مختلف را به هم وصل کرده و به آن‌ها اجازه می‌دهد داده‌ها و امنیت را با یکدیگر به اشتراک بگذارند. می‌توان آن را مانند پلی میان شهرهای مختلف در نظر گرفت که شهرها را به هم متصل می‌کند. پروژه‌هایی مانند Polkadot ،Cosmos و Avalanche همگی در این دسته قرار می‌گیرند.

• کازماس (Cosmos) از IBC برای ارتباط میان بلاک چین‌ها استفاده می‌کند.
• پولکادات (Polkadot) پاراچین‌ها را از طریق Relay Chain به هم متصل می‌کند.
• آوالانچ (Avalanche) از طریق زیرشبکه‌ها اجازه می‌دهد برای هر کاربرد، یک شبکه جداگانه و اختصاصی ساخته شود.

این پروژه‌ها امکان سواپ میان‌زنجیره‌ای، اعتبارسنجی اشتراکی و راه‌اندازی سریع‌تر زنجیره‌های جدید را فراهم می‌کنند. بدون لایه ۰، با بلاک چین‌های جداافتاده روبه‌رو بودیم. اما با وجود آن، توانسته‌ایم به سرعت بالا و تعامل میان کل اکوسیستم بلاک چین دست پیدا کنیم.

لایه ۱ بلاک چین

لایه ۱ همان زنجیره اصلی است؛ شبکه‌ای که هم‌زمان باهم چندین کار سنگین انجام می‌دهد. به‌عنوان مثال داده‌ها را ذخیره، تراکنش‌ها را اعتبارسنجی و قراردادهای هوشمند را اجرا می‌کند. بیت کوین، اتریوم، سولانا و کاردانو هر کدام یک پروتکل لایه ۱ مستقل هستند. مثلاً بیت کوین یک نمونه کلاسیک از لایه ۱ است؛ شبکه‌ای کند اما با امنیتی بسیار بالا. اتریوم نیز قراردادهای هوشمند را به این فضا وارد کرده، اما چون محاسبات پیچیده‌تری انجام می‌دهد، بیشتر در معرض کندی شبکه و کارمزد بالا قرار می‌گیرد.

گزارش consensys.io (لینک صفحه)، ماجرای معروف شلوغی شبکه اتریوم در سال ۲۰۱۷ به‌دلیل بازی معروف کریپتوکیتیز را نشان می‌دهد. در واقع تیم سازنده این بازی انتظار نداشت بازی ناگهان وایرال شود، اما میزان کاربرانش در مدت کوتاهی به‌شدت افزایش پیدا کرد. این افزایش، باعث کند شدن سرعت و افزایش کارمزد تراکنش‌ها شد و توسعه‌دهندگان متامسک، infura و Gird+ تصمیم گرفتند تا این بحران را مدیریت کنند.

گزارش بالا از کریپتوکیتیز نشان می‌دهد که بیشتر لایه های بلاک چین ۱ در چنین شرایطی با محدودیت‌هایی در مقیاس‌پذیری مواجه می‌شوند. در واقع هنگام بیشتر شدن تقاضا، کارمزدها افزایش و سرعت شبکه کاهش می‌یابد. اکنون سوال پیش می‌آید که چرا سرعت لایه ۱ را به‌سادگی نمی‌توان افزایش داد؟ زیرا هر تغییر اساسی، روی کل شبکه اثر می‌گذارد.

این لایه‌ها از مکانیزم اجماعی مانند اثبات کار (PoW) یا اثبات سهام (PoS) برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها استفاده می‌کنند و دقیقاً همین موضوع، ایجاد تغییرات در این زنجیره‌ها را دشوار و زمان‌بر کرده و انعطاف‌پذیری آن‌ها را محدود‌تر می کند؛ زیرا هر تغییر مهم نیازمند هماهنگی گسترده کاربران و توسعه‌دهندگان است و اگر اشتباه طراحی شود، می‌تواند امنیت کل شبکه را تهدید کند و یا حتی با گره‌های قبلی ناسازگار شود. به‌همین دلیل به‌روزرسانی لایه ۱ معمولاً کند و بسیار محتاطانه است. از این رو جهت بهبود این وضعیت، لایه ۲ بلاک چین به وسط آمد.

لایه ۲ بلاک چین

لایه ۲ در سال ۲۰۱۵ به‌عنوان نخستین راه‌حل بهبود مقیاس‌پذیری بلاک چین با انتشار وایت پیپر شبکه لایتنینگ (Lightning Network) مطرح شد تا هزینه‌ها را کاهش و سرعت را افزایش دهد. راهکارهای لایه ۲ به لایه ۱ متصل می‌شوند و فعالیت‌ها را خارج از زنجیره (Off-chain) پردازش کرده و سپس نتیجه نهایی را روی زنجیره اصلی ثبت می‌کنند. در واقع لایه ۲ بخشی از پردازش را بیرون از زنجیره اصلی انجام می‌دهد و بعد نتیجه را به لایه ۱ برمی‌گرداند.

رول‌ آپ‌ها (Rollups)، ساید چین‌ها (Sidechains) و کانال‌ها (Channels) همگی از این الگو پیروی می‌کنند. به‌عنوان مثال در اتریوم، رول‌ آپ‌هایی مانند آپتیمیزم (Optimism) و زی‌کی‌سینک (zkSync) تراکنش‌ها را تجمیع می‌کنند و هزینه گس را کاهش می‌دهند. کارمزدهای لایه ۱ در دوره‌های شلوغی شبکه ممکن است به ازای هر تراکنش به ۲۰ تا ۴۰ دلار برسد. اما لایه‌های ۲ این مقدار را به حدود ۰٫۰۴ تا ۰٫۰۹ دلار کاهش می‌دهند.

از سایت اتراسکن (لینک صفحه) می‌توانید کارمزد تراکنش‌های شبکه اتریوم را در هر ساعت مشاهده کنید.

در شبکه بیت کوین نیز، شبکه لایتنینگ به‌عنوان یک شبکه جانبی عمل می‌کند و پرداخت‌های خارج از زنجیره را با کارمزدی نزدیک به صفر انجام می‌دهد؛ طوری‌که می‌توان تراکنش‌های بیت کوین را تقریباً آنی نهایی کرد. توجه داشته باشید که لایه‌های ۲ جایگزین زنجیره پایه نمی‌شوند؛ بلکه امنیت آن را به ارث می‌برند و برای تسویه نهایی به آن تکیه می‌کنند.

لایه ۳ بلاک چین

همه این لایه های بلاک چین طراحی و بهینه شده‌اند تا کاربر بتواند در لایه ۳ با بلاک چین در دنیای واقعی روبه‌رو شود. به‌عبارتی کیف پول‌ها، برنامه‌های دیفای (DeFi)، بازارهای NFT و بازی‌ها همه در این لایه قرار می‌گیرند. بسیاری از برنامه‌های محبوب امروزی روی بلاک چین اتریوم یا لایه ۲های آن اجرا می‌شوند. سولانا نیز یکی دیگر از پلتفرم‌های پرکاربرد برای ساخت برنامه‌های کاربرمحور است.

مفهوم لایه ۳ توسط ویتالیک بوترین؛ سازنده شبکه اتریوم مطرح شد و تمرکز آن بر قابلیت‌های اختصاصی برنامه‌ها بود که بر بستر راهکارهای لایه ۲ ساخته می‌شوند. در واقع هدف این لایه، ارائه راه‌حل‌هایی مقیاس‌پذیرتر برای برنامه‌های غیرمتمرکز (dApps) است تا تعامل و تجربه کاربری را بهبود دهد.

همچنین لازم است بدانید که برنامه‌های لایه ۳ نیازی به سازوکار اجماع (consensus) مخصوص به خود نداشته و از زیرساخت در لایه‌های پایین‌تر خود استفاده می‌کنند. برنامه‌هایی مانند یونی‌سواپ، اوپن‌سی و متامسک با استفاده از قراردادهای هوشمند و رابط‌های کاربری (UI) پیچیدگی‌های فنی را از دید کاربر پنهان می‌کنند.

تفاوت انواع لایه های بلاک چین

در جدول زیر می‌خواهیم به مقایسه لایه های بلاک چین با هم بپردازیم اما باید بدانیم که هیچ‌کدام از این لایه‌ها به‌طور مطلق بهتر از دیگری نیست. درست است که لایه های بلاک چین هر کدام وظیفه خاص خود را داشته و عملکرد متفاوتی دارند، اما در کنار هم و با همکاری یکدیگر بلاک چین را ساخته و آن را به چیزی کاربردی تبدیل کرده‌اند که در هر صنعتی می‌توان از آن استفاده کرد؛ در بازار ارزهای دیجیتال، خدمات مالی غیرمتمرکز، ردیابی لجستیک و زنجیره تامین، بیمه و مشاوره املاک.

کلام پایانی | انواع لایه های بلاک چین

مدل لایه‌ای روشی است که بلاک چین‌ها با آن رشد و به تکامل می‌رسند. لایه های فنی بلاک چین به‌ترتیب شامل سخت‌افزار، داده، شبکه، اجماع و اپلیکیشن هستند که ساختار و معماری داخلی یک بلاک چین را نشان می‌دهد. همچنین لایه های بلاک چین ۰، ۱، ۲ و ۳، مسیر رشد، مقیاس‌پذیری و تجربه کاربری در بلاک چین را می‌سازند. با این حال باید توجه داشته باشیم که این دو نگاه، نه رقیب یکدیگر، بلکه دو زاویه مکمل برای فهم عمیق‌تر دنیای بلاک چین هستند و بدون آگاهی از آن‌ها، نمی‌توانیم به درک درستی از فناوری بلاک چین دست پیدا کنیم.