State Channel راهکاری برای حل مشکل مقیاس‌پذیری

کانال‌های وضعیت یا "State Channels" یکی از راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری برای زنجیره‌های بلوکی است. این راه‌حل به اجرای معاملات خارج از زنجیره‌ی اصلی و سپس تثبیت نتیجه نهایی بر روی زنجیره‌ی اصلی اجازه می‌دهد.

کانال اظهارنامه (State channel) چیست؟

کانال اظهارنامه یا "State Channel" یک فناوری میانی (Layer 2) است که به منظور حل مشکل مقیاس‌پذیری بلاکچین‌ها مطرح شده است. این فناوری به انجام معاملات خارج از زنجیرهٔ بلاکچین (off-chain) و سپس ذخیره نهایی آنها بر روی زنجیرهٔ اصلی (on-chain) امکان‌پذیر می‌کند. 

نحوه کار کانال اظهارنامه به این صورت است:

دو نفر یا بیشتر که قصد انجام معاملات متعدد و پشت‌سرهم دارند، یک کانال اظهارنامه ایجاد می‌کنند. اطلاعات اولیه معامله به شبکهٔ بلاکچین ارسال می‌شود و به عنوان نقطه شروع کانال ثبت می‌شود.

پس از ایجاد کانال، تمامی تراکنش‌ها و تغییرات وضعیت بین افراد شرکت‌کننده در کانال، خارج از زنجیرهٔ بلاکچین (off-chain) انجام می‌شود. در این مرحله، تراکنش‌ها بلافاصله و بدون هزینه مورد تایید قرار می‌گیرند. پس از انجام تمامی تراکنش‌ها، وضعیت نهایی کانال به شبکهٔ بلاکچین ارسال و ثبت می‌شود.

مزایا

کاهش هزینه‌ها: چون تراکنش‌ها بیرون از زنجیرهٔ بلاکچین انجام می‌شوند، هزینه‌های مرتبط با تراکنش‌ها کاهش می‌یابد.

افزایش سرعت: تراکنش‌ها بلافاصله مورد تایید قرار می‌گیرند، بدون نیاز به انتظار برای تایید توسط شبکهٔ بلاکچین.

محدودیت‌ها

• اطلاعات خارج از زنجیره می‌تواند برای برخی از کاربردها نامناسب باشد.
• نیاز به حضور همه اعضای کانال برای ایجاد یا بسته شدن کانال.
• مسائل امنیتی خاصی می‌تواند وجود داشته باشد که باید مورد توجه قرار گیرد.
• در کل، کانال‌های اظهارنامه به شبکه‌های بلاکچین امکان پاسخگویی به حجم بالایی از تراکنش‌ها را می‌دهد، در حالی که هزینه‌ها و زمان تایید تراکنش‌ها را به حداقل می‌رساند.

State channel چگونه کار می‌کند؟

کانال اظهارنامه یا State Channel یک راهکار میانی (Layer 2) است که به معاملات اف‌چین (off-chain) در بلاکچین امکان‌پذیر می‌کند. این راهکار به افزایش سرعت و کاهش هزینه‌های تراکنش‌ها کمک می‌کند. در زیر نحوه کارکرد State Channel را بررسی می‌کنیم:

ایجاد کانال: دو طرف معامله، یک کانال اظهارنامه ایجاد می‌کنند و یک تراکنش افتتاحیه را به بلاکچین ارسال می‌کنند. این تراکنش اولیه، مبلغی را در قفل (lock) قرار می‌دهد که هر دو طرف می‌توانند برای انجام معاملات درون کانال استفاده کنند.

معاملات اف‌چین: پس از ایجاد کانال، تمام معاملات بین دو طرف خارج از بلاکچین (اف‌چین) انجام می‌شود. این معاملات فقط بین دو طرف مرتبط با کانال است و به بلاکچین ارسال نمی‌شود، پس هیچ هزینه‌ای نخواهد داشت و بلافاصله انجام می‌شود.

بستن کانال: زمانی که دو طرف تصمیم به پایان دادن به معاملات خود و بستن کانال دارند، آن‌ها می‌توانند یک تراکنش نهایی به بلاکچین ارسال کنند که نتیجه کل معاملات انجام شده در کانال است. تنها این تراکنش نهایی (و تراکنش افتتاحیه) به بلاکچین ثبت می‌شود.

امنیت: در صورتی که یکی از طرفین تلاش کند به نحوی نادرست از منابع استفاده کند یا کانال را ببندد، طرف مقابل می‌تواند از تراکنش‌های امضاء شده‌ی قبلی استفاده کند تا حق خود را در بلاکچین مطالبه کند.

State Channel به ویژه در برنامه‌هایی مفید است که نیاز به تعداد زیادی از معاملات بین دو طرف دارد که نیازی به ثبت فوری در بلاکچین ندارد. با این روش، تنها دو تراکنش (یکی برای باز کردن کانال و دیگری برای بستن آن) به بلاکچین ثبت می‌شود، در حالی که می‌توان تعداد نامحدودی معامله را درون کانال انجام داد.

در یک نمای کلی:

آغاز کانال:

دو یا چند نفر یک کانال وضعیت را با ایجاد یک معامله در زنجیره‌ی بلوکی ایجاد می‌کنند.

معاملات خارج از زنجیره: 

پس از ایجاد کانال، طرف‌ها می‌توانند تعداد نامحدودی معامله را خارج از زنجیره بلوکی و بدون هزینه‌های گاز و تاخیر زمانی اجرا کنند. این معاملات تنها بین اعضای کانال ذخیره می‌شوند و به زنجیره‌ی اصلی ارسال نمی‌شوند.

بستن کانال:

هنگامی که طرف‌ها تصمیم به پایان دادن به معاملات دارند، نتیجه نهایی (حالت جدید) به زنجیره‌ی اصلی ارسال می‌شود و کانال بسته می‌شود.
مزیت‌های کانال‌های وضعیت:

مقیاس‌پذیری بالا:

توانایی انجام معاملات سریع و بدون هزینه.

کاهش هزینه‌ها:

هزینه‌های گاز به حداقل می‌رسد چرا که فقط در هنگام ایجاد و بستن کانال هزینه‌ی گاز پرداخت می‌شود.

پاسخ‌گویی بالا: 

معاملات در کانال‌های وضعیت به طور فوری انجام می‌شوند.

با این حال، کانال‌های وضعیت همچنان به زنجیره‌ی اصلی برای اطمینان از امنیت نیاز دارند و برای تمام سناریوها مناسب نیستند، به ویژه وقتی تعداد زیادی نفر متخلخل در معاملات هستند.

state channel راهکاری برای حل مشکل مقیاس‌پذیری

کانال‌های وضعیت (State Channels) یکی از راه‌حل‌های متداول برای مقابله با مشکل مقیاس‌پذیری در زنجیره‌های بلوکی مانند اتریوم هستند. در زیر، مفهوم این کانال‌ها و چگونگی کارکرد آنها را به تفصیل بررسی می‌کنیم:

چه چیزی را مقیاس‌پذیر می‌کند؟

زنجیره‌های بلوکی مانند اتریوم به طور پیش‌فرض مقیاس‌پذیر نیستند. این به این معناست که زمانی که تعداد معاملات افزایش می‌یابد، سرعت پردازش و هزینه‌های زنجیره می‌تواند به مشکل برخورد کند. State Channels یک راه‌حل است که به تراکنش‌ها اجازه می‌دهد خارج از زنجیره‌ی بلوکی انجام شوند و سپس نتیجه نهایی را به زنجیره ثبت کنند.

چطور کار می‌کند؟

ایجاد کانال:

دو نفر (یا بیشتر) یک کانال وضعیت باز می‌کنند. این با ایجاد یک معامله روی زنجیره‌ی بلوکی انجام می‌شود.

معاملات خارج از زنجیره:

 پس از ایجاد کانال، معاملات می‌توانند خارج از زنجیره‌ی بلوکی و بدون هزینه‌ها و تأخیرهای مربوط به زنجیره انجام شوند. این معاملات تنها بین اعضای کانال وضعیت ثبت می‌شوند.

ثبت نتیجه در زنجیره:

هنگامی که طرف‌ها تصمیم به بستن کانال دارند، آنها می‌توانند نتیجه نهایی (که نمایانگر تمام تراکنش‌های انجام شده در کانال است) را در زنجیره‌ی بلوکی ثبت کنند.

کاهش هزینه‌ها:

با کاهش تعداد معاملاتی که باید روی زنجیره ثبت شوند، هزینه‌های گاز کاهش می‌یابد.
افزایش سرعت:

معاملات در کانال‌های وضعیت فوراً تأیید می‌شوند.

حفظ امنیت:

با وجود اینکه معاملات خارج از زنجیره انجام می‌شوند، طرف‌ها همچنان از امنیت زنجیره‌ی بلوکی بهره‌مند هستند.

در نهایت، کانال‌های وضعیت فقط یکی از راه‌حل‌های متعدد برای مشکل مقیاس‌پذیری در زنجیره‌های بلوکی هستند، اما آنها یک ویژگی مهم را نشان می‌دهند: قدرت زنجیره‌های بلوکی در انجام معاملات خارج از زنجیره.

مقیاس‌پذیری بلاک چین چیست؟

مقیاس‌پذیری در زمینه بلاک‌چین به توانایی یک زنجیرهٔ بلوکی برای پردازش و انتقال داده‌ها در وقتی اشاره دارد که حجم معاملات افزایش یافته و تعداد کاربران به شدت زیاد می‌شود.

همانطور که تعداد معاملات و کاربران یک زنجیره بلوکی افزایش می‌یابد، سیستم باید قادر باشد به صورت کارآمد این تغییرات را مدیریت کند، بدون آنکه سرعت، امنیت و هزینه‌های آن تحت تاثیر قرار گیرد.

چرا مقیاس‌پذیری مهم است؟

بسیاری از زنجیره‌های بلوکی، از جمله اتریوم و بیت‌کوین، در گذشته با مشکلات مقیاس‌پذیری مواجه شده‌اند. وقتی تعداد معاملات زیاد می‌شود، سرعت تأیید معاملات می‌تواند کاهش یابد و هزینه‌های مربوط به آن افزایش پیدا کند.

این مسئله می‌تواند تجربه کاربری را تحت تاثیر قرار دهد و کاربران را از استفاده از آن زنجیره دور کند.

چگونه می‌توان مشکل مقیاس‌پذیری را حل کرد؟

روش‌های افزایش اندازه بلوک: یکی از روش‌های پیشنهادی برای حل مشکل مقیاس‌پذیری افزایش اندازه هر بلوک است. با افزایش اندازه بلوک، تعداد بیشتری معامله می‌تواند در هر بلوک جا بگیرد، اما این روش نیز مشکلات خود را دارد.

کانال‌های وضعیت (State Channels): همانطور که پیش‌تر توضیح داده شد، این روش اجازه می‌دهد تراکنش‌ها خارج از زنجیره اصلی انجام شود.

شاردینگ (Sharding): یک روش برای تقسیم زنجیره بلوکی به قسمت‌های کوچکتر به نام شاردها.

زنجیره‌های جانبی (Sidechains): زنجیره‌های مستقلی که با زنجیره اصلی همگام‌سازی می‌شوند و می‌توانند بار معاملات را تقسیم کنند.

روش‌های موازی‌سازی: به طور کلی، به استفاده از چندین پردازش‌گر به طور همزمان برای پردازش معاملات اشاره دارد.

در نهایت، هیچ روش واحدی برای حل مشکل مقیاس‌پذیری وجود ندارد و بسته به نیازها و شرایط خاص هر زنجیره بلوکی، ممکن است ترکیبی از روش‌های فوق استفاده شود.

راهکارهای مشکل مقیاس‌پذیری بلاک چین

مقیاس‌پذیری یکی از چالش‌های اصلی در زمینه بلاک‌چین است. به مرور زمان و با افزایش تعداد کاربران و معاملات، اهمیت پیدا کردن راهکارهایی برای مدیریت حجم روز افزون معاملات و داده‌ها افزایش یافته است. در زیر برخی از راهکارهای معروف برای حل مشکل مقیاس‌پذیری بلاک‌چین آورده شده‌اند:

افزایش اندازه بلوک‌ها: این روش ساده‌ترین روش برای افزایش تعداد معاملاتی است که در هر بلوک قرار می‌گیرد. با افزایش اندازه بلوک، بیشترین معامله می‌تواند پردازش شود، اما این روش به تنهایی نمی‌تواند مشکلات مقیاس‌پذیری را کاملا حل کند.

شاردینگ (Sharding): در این روش، زنجیره بلوکی به چندین زیرشبکه (شارد) تقسیم می‌شود و هر شارد معاملات خود را به صورت مستقل پردازش می‌کند، که منجر به افزایش کارایی کلی می‌شود.

کانال‌های وضعیت (State Channels): این روش امکان می‌دهد تا معاملات خارج از زنجیره اصلی انجام شده و سپس نتیجه نهایی به زنجیره اصلی ارسال شود. این موجب کاهش فشار بر روی زنجیره اصلی و افزایش سرعت معاملات می‌شود.

زنجیره‌های جانبی (Sidechains): این زنجیره‌ها مانند زنجیره‌های فرعی عمل می‌کنند که با زنجیره اصلی همگام‌سازی می‌شوند. معاملات در زنجیره‌های جانبی انجام و تأیید می‌شوند و سپس به زنجیره اصلی منتقل می‌شوند.

نتورک‌های لایه دوم (Layer 2 Solutions): این راهکارها روی زنجیره اصلی ساخته شده‌اند و معمولاً با استفاده از کانال‌های وضعیت و یا زنجیره‌های جانبی عمل می‌کنند، مانند راهکار Lightning Network در بیت‌کوین.

نهادینه‌سازی (Off-Chain Computations): بخشی از محاسبات خارج از زنجیره انجام می‌شود، و تنها خلاصه‌اش در زنجیره ذخیره می‌شود.

تکنولوژی‌های جدید ذخیره‌سازی: استفاده از روش‌های جدید ذخیره‌سازی و پایگاه داده می‌تواند به بهبود کارایی و سرعت زنجیره‌های بلوکی کمک کند.

با توجه به چالش‌ها و نیاز‌های مختلف بلاک‌چین‌ها، ممکن است از ترکیبی از راهکارهای فوق استفاده شود تا به مقیاس‌پذیری مطلوب برسد.

state channel، راهکاری برای حل مشکل مقیاس‌پذیری بلاکچین

کانال‌های وضعیت یا "State Channels" یکی از راهکارهای تکنیکی برای حل مشکل مقیاس‌پذیری در شبکه‌های بلاک‌چین است. این راهکار به ویژه در بلاک‌چین‌هایی مانند اتریوم مطرح شده است. در زیر می‌توانید با این راهکار و چگونگی کارکرد آن آشنا شوید:

کانال‌های وضعیت چگونه کار می‌کنند؟

ایجاد کانال: دو یا چند نفر که قصد انجام معاملات متعدد با یکدیگر را دارند، یک کانال وضعیت ایجاد می‌کنند و این کانال در بلاک‌چین ثبت می‌شود.

معاملات خارج از زنجیره: پس از ایجاد کانال، همه معاملات بین افراد درون کانال و به صورت خارج از زنجیره اصلی بلاک‌چین انجام می‌شود. این معاملات فقط بین افراد مربوطه ثبت و تأیید می‌شوند و به زنجیره اصلی ارسال نمی‌شوند.

بستن کانال: پس از اتمام معاملات، نتیجه نهایی (یعنی وضعیت نهایی حساب‌ها) به زنجیره اصلی ارسال و ثبت می‌شود و کانال وضعیت بسته می‌شود.

مزایای کانال‌های وضعیت:

سرعت بالا: با اجرای معاملات خارج از زنجیره، معاملات با سرعت بسیار بیشتری انجام می‌شوند.

هزینه‌های کمتر: همچون تراکنش‌ها درون کانال و بدون نیاز به تأیید زنجیره اصلی انجام می‌شوند، هزینه‌های کمتری پرداخت می‌شود.

حجم کمتر: کاهش تعداد تراکنش‌های ثبت شده در زنجیره اصلی منجر به کاهش حجم داده‌ها و بهبود مقیاس‌پذیری می‌شود.

محدودیت‌ها: 

محدود به تراکنش‌های بین افراد مشخص: کانال‌های وضعیت بیشتر برای معاملات بین افراد یا نهادهای مشخص مناسب است و برای معاملات عمومی مناسب نیست.

مدیریت وضعیت: نگهداری و مدیریت وضعیت کانال‌ها ممکن است به مرور زمان پیچیده شود، به ویژه زمانی که تعداد معاملات افزایش پیدا کند.

در کل، کانال‌های وضعیت یکی از راهکارهای مؤثر برای افزایش سرعت و کاهش هزینه‌ها در بلاک‌چین‌ها است، اما بهتر است با توجه به نوع و میزان معاملات، از این راهکار به صورت مناسب استفاده شود.

پروژه‌هایی که از راهکار state channel استفاده می‌کنند:

برخی از پروژه‌های معروفی که از راهکار "State Channel" یا کانال‌های وضعیت بهره می‌برند عبارت‌اند از:

Raiden Network: این پروژه برای افزایش مقیاس‌پذیری اتریوم طراحی شده است و امکان انجام تراکنش‌های خارج از زنجیره (off-chain) با سرعت بالا را فراهم می‌کند.

Lightning Network: این شبکه برای بیت‌کوین طراحی شده است و امکان انجام تراکنش‌های بیت‌کوین با سرعت بسیار بالا و هزینه‌های کمتری را می‌دهد.

Celer Network: یک پلتفرم چندلایه است که بر روی بلاک‌چین‌های مختلف قابل اجراست. Celer از کانال‌های وضعیت بهره می‌برد تا سرعت و کارآمدی تراکنش‌ها را افزایش دهد.

FunFair: یک پلتفرم بازی آنلاین است که از کانال‌های وضعیت استفاده می‌کند تا تراکنش‌های بازی به صورت خارج از زنجیره انجام شود، که منجر به سرعت بیشتر و هزینه‌های کمتری می‌شود.

Connext: این پروژه یک شبکه نقل و انتقال میان زنجیره‌ای است که از کانال‌های وضعیت برای افزایش سرعت و کاهش هزینه‌ها استفاده می‌کند.

این پروژه‌ها نشان‌دهنده تلاش‌های جاری در صنعت بلاک‌چین برای حل مشکل مقیاس‌پذیری هستند. با استفاده از کانال‌های وضعیت، این پروژه‌ها امکان انجام تراکنش‌ها با سرعت بالا و هزینه‌های کمتری را فراهم می‌کنند، بدون اینکه نیاز به تغییر در ساختار اصلی زنجیره‌های بلاک‌چین داشته باشند.

مزایا و معایب راهکار State Channel

راهکار "State Channel" یا کانال‌های وضعیت به عنوان یکی از راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری بلاک‌چین ارائه شده است. این راهکار مزایا و معایب مخصوص به خود را دارد:

مزایا:

سرعت بالا: تراکنش‌ها داخل یک State Channel به صورت فوری انجام می‌شوند، چرا که نیازی به تأیید توسط کل شبکه نیست.

کاهش هزینه‌ها: تراکنش‌هایی که داخل یک State Channel انجام می‌شوند، هزینه‌های کمتری دارند چرا که هزینه‌های مربوط به ماینینگ یا استفاده از منابع شبکه کمتر است.

کاهش بار بر روی شبکه: بسیاری از تراکنش‌ها خارج از زنجیره اصلی انجام می‌شوند، که منجر به کاهش ترافیک و فشار بر روی شبکه بلاک‌چین می‌شود.

حفظ حریم خصوصی: تراکنش‌های داخل یک State Channel خصوصی می‌مانند و فقط نتیجه نهایی (هنگام بسته شدن کانال) بر روی زنجیره اصلی ذخیره می‌شود.

معایب:

پیچیدگی: مدیریت و نگهداری کانال‌های وضعیت می‌تواند پیچیده باشد، به ویژه وقتی تعداد زیادی از این کانال‌ها وجود دارد.
بستر مالی: برای ایجاد یک کانال وضعیت، طرفین باید مقداری از ارز دیجیتال را به عنوان ضمانت در کانال قرار دهند، که می‌تواند محدودیت‌های مالی برای برخی کاربران ایجاد کند.

مسائل امنیتی: در صورتی که یکی از طرفین کانال تلاش کند تغییراتی را بدون اطلاع طرف دیگر اعمال کند، می‌تواند مشکلات امنیتی ایجاد شود.

محدودیت‌ها در تراکنش‌ها: فقط می‌توان تراکنش‌هایی را انجام داد که موجودی موجود در کانال را تجاوز نکند.

در کل، State Channel یکی از راه‌حل‌های موثر برای حل مشکل مقیاس‌پذیری بلاک‌چین است، اما همچون هر راهکار دیگری، مزایا و معایب خاص خود را دارد. انتخاب استفاده از این راهکار بستگی به نوع کاربرد و نیازهای خاص پروژه دارد.

کلام آخر

راهکار "State Channel" یا "کانال وضعیت" یکی از راه‌حل‌هایی است که برای حل مشکل مقیاس‌پذیری در بلاک‌چین ارائه شده است. این راهکار امکان می‌دهد تا تراکنش‌ها خارج از زنجیره اصلی انجام و تأیید شوند، سپس نتیجه نهایی به زنجیره اصلی ارسال شود.

از مزایای این سیستم می‌توان به سرعت بالای تراکنش، کاهش هزینه‌ها، کاهش فشار بر روی شبکه و حفظ حریم خصوصی اشاره کرد. اما مانند هر فناوری دیگری، State Channel نیز معایبی دارد، مانند پیچیدگی در مدیریت، نیاز به بستر مالی معین برای ایجاد کانال و محدودیت‌های امنیتی و تراکنشی.

سوالات متداول

State Channel یکی از راهکارهای پیشرفته برای حل مشکل مقیاس‌پذیری بلاک چین است و برای کسانی که نیاز به انجام تعداد بالایی از تراکنش‌ها دارند، یک گزینه ایده‌آل محسوب می‌شود.

در این فناوری، شرکت‌کنندگان می‌توانند به صورت موثر و سریع تراکنش‌های خود را بدون نیاز به تایید زنجیرهٔ اصلی بلاک‌چین انجام دهند.

اگر شما به دنبال سرعت بالا در تراکنش‌ها هستید و نیاز به کاهش هزینه‌ها دارید، استفاده از State Channel می‌تواند انتخاب مناسبی باشد.

کدام بهتر است شبکه اتریوم یا State Channel؟

اگر تراکنش‌های شما در فاصله‌های طولانی و بدون فوریتی خاص انجام می‌شوند و هزینه‌های مرتبط با تراکنش برای شما مشکل‌ساز نیست، ممکن است شبکه اتریوم مناسب‌تر باشد.

اما اگر با طرف معامله مشخصی کار می‌کنید و نیاز به انجام تعداد زیادی تراکنش در فاصله زمانی کوتاه دارید، استفاده از State Channel می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و افزایش سرعت تراکنش‌های شما کمک کند.