
تشير البلوكشين من الطبقة الأولى إلى طبقة البروتوكول الأساسية لشبكة البلوكشين. تهدف حلول توسيع الطبقة الأولى إلى تعزيز قابلية التوسع عبر تحسين البنية التحتية الجوهرية للبلوكشين ذاته. تعدل هذه الحلول البروتوكول الأساسي لزيادة معدل إنجاز المعاملات، وتقليل زمن التأخير، وتحسين أداء الشبكة بشكل عام، دون الحاجة للاعتماد على أنظمة خارجية.
يعتمد النهج الرئيسي لتوسعة الطبقة الأولى على إحداث تغييرات مباشرة في بنية البلوكشين الأساسية. ويشمل ذلك تعديلات في حجم الكتلة، أو تغييرات في آليات الإجماع، أو تطبيق تقنيات متطورة مثل التجزئة. عبر تحسين الطبقة الأساسية، تضمن هذه الحلول أن تكون التطويرات متأصلة في البلوكشين وتنعكس على النظام البيئي بأكمله بشكل متساوٍ.
تُظهر عدة شبكات بلوكشين بارزة أساليب متنوعة في بنية الطبقة الأولى والتوسعة:
Ethereum: المنصة الرائدة للعقود الذكية التي شهدت تحديثات كبيرة، إذ انتقلت من آلية الإجماع كثيفة الطاقة Proof of Work (PoW) إلى نظام أكثر كفاءة Proof of Stake (PoS). يمثل هذا الانتقال، المعروف باسم "The Merge"، واحداً من أهم ترقيات الطبقة الأولى في تاريخ البلوكشين، حيث قلل استهلاك الطاقة بشكل كبير مع الحفاظ على الأمان واللامركزية.
Cardano، Solana، و Avalanche: تم تصميم هذه الشبكات منذ البداية مع التركيز على قابلية التوسع، حيث تعتمد كل منها نهجاً معمارياً وآليات إجماع فريدة لتحقيق معدل معاملات مرتفع. تتبع Cardano منهجاً بحثياً عبر بروتوكول Ouroboros PoS، وتطبق Solana آلية Proof of History المتطورة مع PoS، بينما تعتمد Avalanche على هيكل الشبكات الفرعية للمعالجة المتوازية.
Bitcoin: الشبكة الأصلية للبلوكشين التي تضع اللامركزية والأمان في المقدمة. يضمن نهجها المحافظ في تغييرات البروتوكول أقصى درجات الأمان واستقرار الشبكة، رغم أن ذلك يأتي على حساب معدل معاملات محدود مقارنة بالشبكات الأحدث.
Sui: تمثل الجيل الحديث من بلوكشين الطبقة الأولى، حيث صُممت خصيصاً لمعالجة معضلة قابلية التوسع، وتركز على تحقيق قابلية توسع مرتفعة، وتكاليف معاملات منخفضة، وسرعة معالجة عالية من خلال نماذج بيانات مبتكرة وتنفيذ متوازي للمعاملات.
تستخدم شبكات الطبقة الأولى مجموعة متنوعة من الأساليب التقنية لتعزيز قابلية التوسع والأداء:
تعديل حجم الكتلة وزمن الكتلة: يمثل تغيير معايير إنتاج الكتل أحد أبسط حلول التوسعة، حيث تتيح زيادة حجم الكتلة إدراج عدد أكبر من المعاملات في كل كتلة، ما يرفع سعة الشبكة. وبالمثل، يتيح تقليل زمن إنتاج الكتل إنشاء كتل جديدة بوتيرة أسرع، فيتم تأكيد المعاملات بشكل أسرع. يجب تحقيق توازن دقيق في هذه التعديلات، لأن الكتل الأكبر وأوقات الكتل الأسرع قد ترفع من متطلبات الأجهزة لتشغيل العقد، مما قد يؤثر على اللامركزية.
ترقية آلية الإجماع: تعد آلية الإجماع العنصر الجوهري لأي شبكة بلوكشين، إذ تحدد كيفية التحقق من المعاملات وإضافة الكتل للسلسلة. ويعتبر الانتقال من PoW إلى PoS تحولاً أساسياً في كيفية حماية الشبكة. تتطلب أنظمة PoS من المدققين تخزين العملات الرقمية كضمان، بدلاً من استخدام القدرة الحاسوبية، ما يؤدي إلى خفض استهلاك الطاقة وتسريع إنهاء المعاملات. أثبت نجاح Ethereum في الانتقال إلى PoS جدوى هذا الأسلوب للشبكات الكبرى.
التجزئة: تعتمد هذه التقنية على تقسيم حالة الشبكة إلى عدة أجزاء أصغر تُسمى shards، بحيث يستطيع كل جزء معالجة المعاملات بشكل مستقل ومتوازي مع الأجزاء الأخرى، ما يزيد قدرة الشبكة على المعالجة. وتعد التجزئة من أكثر الأساليب الواعدة لتحقيق توسع كبير مع الحفاظ على اللامركزية، لكنها تفرض تحديات تقنية كبيرة في ضمان التواصل بين الأجزاء وحماية أمن الشبكة.
تقدم حلول الطبقة الأولى مزايا هامة لتطوير البلوكشين:
الميزة الأساسية تكمن في تحسين قابلية التوسع عبر تعديلات مباشرة على البروتوكول، بحيث تعم الفائدة جميع التطبيقات والمستخدمين على الشبكة بشكل موحد، مما يرفع أداء النظام البيئي بالكامل.
تتمكن شبكات الطبقة الأولى من تحقيق قابلية توسع وكفاءة اقتصادية عالية، مع الحفاظ على ضمانات قوية للامركزية والأمان. ومع تنفيذ التحسينات على مستوى البروتوكول، لا يحتاج المستخدمون أو التطبيقات إلى اعتماد تقنيات خارجية أو الوثوق بأنظمة أخرى، ما يضمن الحفاظ على الأمان واللامركزية حتى مع زيادة التوسع.
بالإضافة إلى ذلك، فإن تحسينات بروتوكول الطبقة الأولى تعزز النظام البيئي كله، حيث يستفيد المطورون تلقائياً من هذه التطويرات دون الحاجة لتعديل تطبيقاتهم، ما يخلق قاعدة قوية للابتكار والنمو.
رغم مزاياها، تواجه حلول الطبقة الأولى تحديات كبيرة:
الصعوبة الرئيسية أن بلوكشين الطبقة الأولى غالباً ما يعاني من صعوبة في التوسع لتلبية الطلب العالمي. الشبكات الكبيرة مثل Bitcoin تواجه تحديات خاصة في فترات النشاط المرتفع، ما يؤدي إلى ارتفاع رسوم المعاملات وبطء التأكيد. ويرجع هذا القيد إلى المفاضلات الجوهرية بين اللامركزية والأمان ومعدل التنفيذ في تصميم البلوكشين.
كذلك، يتطلب تطبيق ترقيات الطبقة الأولى توافقاً وتنسيقاً على مستوى الشبكة، وقد تكون تغييرات البروتوكول الأساسية مثيرة للجدل وتستغرق زمناً طويلاً، أحياناً لسنوات، ما يؤدي إلى بطء الابتكار مقارنة بحلول الطبقة الثانية الأكثر مرونة.
تمثل حلول الطبقة الثانية نهجاً آخر لتوسعة البلوكشين، حيث لا يتم تعديل البروتوكول الأساسي، بل يتم بناء بنية تحتية إضافية فوق البلوكشين القائم. تستفيد هذه الحلول من بروتوكولات خارج السلسلة لتعزيز قابلية التوسع والكفاءة، مع الحفاظ على ضمانات الأمان من الطبقة الأولى الأساسية.
يرتكز مبدأ الطبقة الثانية على نقل معالجة المعاملات خارج السلسلة الرئيسية للبلوكشين، مع ربط الأمان بالطبقة الأساسية. يتيح هذا الأسلوب زيادة كبيرة في معدل المعاملات وتخفيض التكاليف دون الحاجة لتغيير البروتوكول الأساسي. وتعمل حلول الطبقة الثانية كصمام ضغط يتولى معظم حجم المعاملات، بينما تركز الطبقة الأولى على الأمان والتسوية النهائية.
ظهرت مشاريع عديدة للطبقة الثانية، لكل منها نهج تقني مختلف:
zkSync و Starknet: تعتمد هذه المشاريع تقنية التجميع الصفري للمعرفة (ZK-rollup) لمعالجة آلاف المعاملات خارج السلسلة، حيث يتم توليد إثباتات تشفيرية تؤكد صحة المعاملات وإرسال بيانات مضغوطة إلى الطبقة الأولى، ما يحقق توسعة كبيرة مع الحفاظ على الأمان. تمثل ZK-rollups أحد أكثر الحلول تقدماً تقنياً في الطبقة الثانية.
Lightning Network: حل الطبقة الثانية الرئيسي في Bitcoin، حيث يتيح المدفوعات السريعة منخفضة التكلفة عبر قنوات الدفع. يسمح للمستخدمين بإجراء معاملات متعددة خارج السلسلة وتسوية الرصيد النهائي فقط على بلوكشين Bitcoin، ما يزيد من قدرة الشبكة ويحافظ على نموذج الأمان الخاص بها، ويجعل Bitcoin فعالاً للمدفوعات اليومية والمعاملات الصغيرة.
Optimism و Arbitrum: تعتمد هذه المشاريع تقنية التجميع المتفائل لتوسعة Ethereum. على عكس ZK-rollups، تفترض التجميعات المتفائلة صحة المعاملات بشكل افتراضي ولا يتم التحقق إلا إذا تم الطعن في المعاملة. يوفر هذا النهج توافقاً أفضل مع العقود الذكية القائمة في Ethereum، ويحقق توسعة كبيرة.
تستخدم حلول الطبقة الثانية آليات تقنية متنوعة لتحقيق التوسع:
التجميعات (Rollups): تجمع هذه التقنية عدة معاملات في دفعة واحدة، تتم معالجتها خارج السلسلة، ثم ترسل إثباتاً أو ملخصاً واحداً إلى الطبقة الأولى. يقلل ذلك من حجم البيانات المخزنة على السلسلة الرئيسية مع الحفاظ على الأمان عبر إثباتات تشفيرية أو آليات كشف الاحتيال.
تستخدم تقنية ZK-rollups إثباتات المعرفة الصفرية للتحقق من صحة المعاملات قبل إرسالها للطبقة الأولى، ما يحقق إنهاء فورياً وضمانات أمان قوية، رغم أن التقنية أكثر تعقيداً. أما التجميعات المتفائلة، فتفترض صحة جميع المعاملات افتراضياً، وتعتمد على فترة تحدي يمكن خلالها لأي جهة تقديم إثباتات احتيالية. يوفر هذا الأسلوب سهولة التنفيذ وتوافقاً أفضل مع العقود الذكية الحالية.
البلوكشين المتداخلة: تعتمد هذه البنية على إنشاء طبقات بلوكشين ضمن أو فوق طبقات أخرى، حيث توفر السلسلة الرئيسية الأمان والتسوية النهائية، بينما تتولى السلاسل المتداخلة معالجة المعاملات. يتيح هذا الهيكل الهرمي تكوين طبقات متعددة من البلوكشين فوق السلسلة الرئيسية، كل منها محسن لاستخدامات أو خصائص أداء معينة.
قنوات الحالة: تتيح هذه القنوات التواصل ثنائي الاتجاه بين البلوكشين وقنوات المعاملات خارج السلسلة، ما يزيد سعة وسرعة المعاملات. يمكن للمشاركين إجراء العديد من المعاملات خارج السلسلة، مع تسجيل حالتي الفتح والإغلاق فقط على البلوكشين الرئيسي. ويعد هذا الأسلوب فعالاً للتطبيقات التي تتطلب تفاعلات متكررة بين مجموعة ثابتة من المشاركين.
السلاسل الجانبية: تعمل كسلاسل معاملات مستقلة بجوار البلوكشين الرئيسي، وتستخدم آليات إجماع خاصة بها مع الحفاظ على الاتصال بالسلسلة الرئيسية. وتتيح هذه الاستقلالية اختبار ميزات أو تحسينات جديدة دون التأثير على أمان أو استقرار السلسلة الرئيسية.
توفر حلول الطبقة الثانية فوائد تكمل الطبقة الأولى:
الميزة الأساسية أنها لا تؤثر على أداء أو وظائف البلوكشين الأساسي، إذ تعمل بشكل مستقل، ما يسمح للطبقة الأولى بالتركيز على الأمان واللامركزية، وتتكفل الطبقة الثانية بالتوسعة، ما يخلق بنية أكثر مرونة.
تتفوق حلول الطبقة الثانية في تنفيذ العديد من المعاملات الصغيرة بسرعة وبتكلفة منخفضة. وبنقل معالجة المعاملات خارج السلسلة، تحقق معدلات تنفيذ لا يمكن الوصول إليها عبر الطبقة الأولى فقط، ما يجعلها مثالية للتطبيقات ذات المعاملات المتكررة مثل الألعاب، وسائل التواصل الاجتماعي، والمدفوعات الصغيرة.
على الرغم من مزاياها، تواجه حلول الطبقة الثانية بعض القيود:
التحدي الرئيسي في الاتصال والتشغيل البيني، حيث قد تؤدي حلول الطبقة الثانية إلى تجزئة السيولة والمستخدمين بين شبكات متعددة، ما يحد من التفاعل السلس ويصعب على المستخدمين التنقل بين الحلول المختلفة.
كذلك، تظهر اعتبارات الخصوصية والأمان، إذ قد لا توفر الطبقة الثانية نفس مستوى الأمان الذي توفره السلسلة الرئيسية، ورغم ارتباطها بالأمان في الطبقة الأولى، تفرض المعالجة خارج السلسلة افتراضات ثقة إضافية ونقاط ضعف محتملة.
تمثل الطبقة الثالثة مفهوماً ناشئاً في بنية البلوكشين، حيث تضيف طبقة تجريد أخرى فوق الطبقة الثانية، وتهدف إلى معالجة حالات استخدام محددة وتوفير مرونة أكبر في تصميم تطبيقات البلوكشين.
تركز حلول الطبقة الثالثة على أهداف تتجاوز قدرات الطبقة الأولى والثانية:
تعزيز التشغيل البيني: تتيح الطبقة الثالثة التبادل السلس للبيانات والتفاعل بين شبكات البلوكشين المختلفة، عبر توفير واجهات قياسية وبروتوكولات اتصال، ما يعزز الترابط بين شبكات الطبقة الأولى والثانية.
تحسينات خاصة بالتطبيقات: تسمح الطبقة الثالثة للمطورين بإنشاء بيئات مخصصة لتلبية متطلبات التطبيقات المختلفة، سواء من حيث الخصوصية أو الأداء أو الوظائف، ما يوفر مرونة لتحسين حالات الاستخدام الخاصة دون التأثير على الطبقات الأساسية.
تجريد على مستوى أعلى: عبر إضافة طبقة تجريد إضافية، يمكن للطبقة الثالثة إخفاء التعقيدات التقنية للبلوكشين عن المستخدم، مما يجعل التطبيقات أكثر سهولة ويشجع على التبني الجماهيري دون الحاجة لفهم التفاصيل التقنية.
تشير معضلة البلوكشين الثلاثية إلى تحدٍ أساسي في تصميم البلوكشين: صعوبة تحقيق ثلاث خصائص رئيسية معاً، وهي الأمان، اللامركزية، وقابلية التوسع. نشأ هذا المفهوم من Vitalik Buterin المؤسس المشارك لـ Ethereum، ويعكس ضرورة الموازنة بين هذه الجوانب.
ينص المبدأ الأساسي على أن شبكات البلوكشين يمكنها عادة تحسين سمتين فقط من هذه الخصائص في وقت واحد، ويصعب تحقيقها جميعاً بمستوى عالٍ بسبب القيود البنيوية في تصميم الأنظمة الموزعة.
يشير الأمان إلى قدرة الشبكة على مقاومة الهجمات وضمان سلامة البيانات، وتشير اللامركزية إلى توزيع التحكم والتحقق بين عدد كبير من المشاركين المستقلين، أما قابلية التوسع فتعكس قدرة الشبكة على معالجة كميات ضخمة من المعاملات بكفاءة وسرعة. وغالباً ما يتطلب تحسين جانب التنازل عن جانب آخر.
اتبعت شبكات البلوكشين المختلفة أساليب متنوعة لمعالجة هذه المعضلة:
Ethereum: تتبع شبكة Ethereum نهجاً متوازناً عبر دمج تقنيات متعددة. من خلال التجميعات في الطبقة الثانية والتخطيط لتطبيق التجزئة، تهدف إلى تحقيق الخصائص الثلاث عبر توزيع المهام على طبقات متعددة. تركز الطبقة الأولى على الأمان واللامركزية، بينما توفر الطبقة الثانية قابلية التوسع.
Bitcoin: تضع Bitcoin الأمان واللامركزية في المقدمة، متعمدة التضحية بقابلية التوسع، ما جعلها أكثر شبكات البلوكشين أماناً ولامركزية، رغم أنها تعالج معاملات أقل في الثانية مقارنة بالشبكات الأحدث.
Solana: تركز Solana على قابلية التوسع والأداء، عبر آليات إجماع مبتكرة وقرارات معمارية، ما يحقق معدل تنفيذ مرتفع، لكن بمستوى أقل نسبياً من اللامركزية مقارنة بـ Bitcoin أو Ethereum، إذ يتطلب تشغيل المدقق موارد عتادية كبيرة.
فهم الفروق بين حلول الطبقة الأولى والثانية ضروري لاستيعاب البنية الحديثة للبلوكشين وأساليب التوسع.
الطبقة الأولى تعالج تحديات التوسع عبر تعديل طبقة البروتوكول الأساسية للبلوكشين، ما يؤثر على البنية التحتية ويحتاج إلى إجماع الشبكة. تعد تحسينات الطبقة الأولى تغييرات دائمة في بنية البلوكشين.
الطبقة الثانية تعتمد منهجاً مختلفاً ببناء بنية إضافية فوق البلوكشين القائم، وتقاسم الحمل الحاسوبي دون تعديل البروتوكول الأساسي. تعمل كطبقة منفصلة تستفيد من أمان الطبقة الأولى وتوفر سعة إضافية.
توسعة الطبقة الأولى تعتمد على تعديلات مباشرة في عناصر البروتوكول، مثل تغيير آليات الإجماع، تطبيق التجزئة، أو تعديل معايير الكتلة، وتؤثر هذه التغييرات على عمل الشبكة بالكامل.
حلول الطبقة الثانية تعمل بشكل مستقل عن البلوكشين الأساسي، حيث تتم معالجة المعاملات خارج السلسلة ويتم تسجيل النتائج النهائية فقط على السلسلة الرئيسية، ما يجعلها أكثر مرونة وتجريبية دون التأثير على أمان الطبقة الأساسية.
الطبقة الأولى تشمل أساليب مثل تحسين بروتوكول الإجماع (كالانتقال من PoW إلى PoS)، التجزئة لتقسيم الشبكة إلى أجزاء متوازية، وتعديل حجم أو زمن الكتلة لتغيير معايير البلوكشين الأساسية.
الطبقة الثانية تشمل تقنيات مثل التجميعات (المتفائلة وصفري المعرفة)، البلوكشين المتداخلة، قنوات الحالة للمعاملات خارج السلسلة، والسلاسل الجانبية التي تعمل بجوار السلسلة الرئيسية بآليات إجماع مستقلة.
الطبقة الأولى تمثل طبقة التسوية النهائية، حيث تتم معالجة بيانات المعاملات النهائية باستخدام الرموز الأصلية للشبكة، وتبقى السجل النهائي للمعاملات ومصدر الحقيقة للنظام البيئي.
حلول الطبقة الثانية تركز على خفض تكاليف المعاملات، رفع معدل التنفيذ، وتعزيز البرمجة، وتوفر بيئة مرنة للابتكار مع الحفاظ على الأمان عبر ارتباطها بالطبقة الأولى، وتتفوق في معالجة المعاملات المتكررة منخفضة القيمة.
يتجه مستقبل قابلية التوسع في البلوكشين نحو الجمع بين تقنيات الطبقة الأولى والثانية، عبر بناء بنية بلوكشين متطورة تستفيد من مزايا كلا النهجين. يمثل هذا النموذج الهجين المسار الأكثر وعداً لتحقيق التوسع العالمي مع الحفاظ على الأمان واللامركزية.
تشير الاتجاهات الحديثة إلى بنية معيارية حيث تتخصص كل طبقة في وظيفة محددة: تركز الطبقة الأولى على الأمان واللامركزية، وتوفر الطبقة الثانية تنفيذ المعاملات اليومي بكفاءة وتكلفة منخفضة، بينما تمنح الطبقة الثالثة تحسينات خاصة بالتطبيقات وتشغيل بيني متطور.
يسمح هذا النهج الطبقي لتقنية البلوكشين بالتوسع لتلبية الطلب العالمي مع الحفاظ على الخصائص الأساسية: الأمان، اللامركزية، ومقاومة الرقابة. ومع تطور هذه التقنيات وتكاملها بسلاسة، ستصبح الشبكات قادرة على دعم التطبيقات العامة وخدمة مليارات المستخدمين حول العالم.
الطبقة الأولى هي البلوكشين الأساسي لتسوية المعاملات النهائية، بينما الطبقة الثانية هي حل توسعة مبني على الطبقة الأولى، يرفع معدل المعاملات ويقلل الازدحام على الطبقة الأساسية.
توفر الطبقة الثانية رسوماً أقل وسرعة تأكيد أعلى ومعدل معاملات أكبر بفضل معالجة المعاملات خارج السلسلة. بينما توفر الطبقة الأولى أماناً ولامركزية أكبر ولكن برسوم أعلى وسرعة أقل. تعزز حلول الطبقة الثانية قابلية التوسع مع المحافظة على أمان الطبقة الأولى.
تشمل حلول الطبقة الثانية الشائعة قنوات الحالة، السلاسل الجانبية، التجميعات (التجميعات المتفائلة وتجميعات المعرفة الصفرية)، و Plasma. تقلل هذه الحلول من ازدحام السلسلة ورسوم المعاملات مع المحافظة على الأمان.
تتميز الطبقة الأولى بسرعات معاملات أبطأ ورسوم أعلى بسبب ازدحام الشبكة، بينما تعالج حلول الطبقة الثانية المعاملات خارج السلسلة، ما يوفر سرعة أعلى ورسوم أقل مع المحافظة على أمان الطبقة الأولى.
عادة يكون أمان الطبقة الثانية أقل لأنها تعتمد على الطبقة الأولى في التسوية النهائية وضمانات الأمان. تشمل المخاطر ثغرات العقود الذكية، مركزية المتسلسلين، ومخاطر الجسور. ومع ذلك، تبقى الطبقة الأولى الحماية النهائية للأمان.
توفر حلول الطبقة الثانية رسوماً أقل وسرعة أعلى من الشبكة الرئيسية، لكنها قد تقلل من اللامركزية والأمان. يلغي Arbitrum متطلبات تثبيت الأصول، ما يقلل التكاليف مقارنة بـ Optimism.
استخدم الطبقة الأولى للأمان والتسوية الأساسية، والطبقة الثانية للمعاملات ذات الحجم العالي، السرعة الأعلى، والتكلفة الأقل. توسع الطبقة الثانية عبر معالجة المعاملات خارج السلسلة مع المحافظة على أمان الطبقة الأولى.
تواجه جسور الطبقة الثانية مشاكل توقف التشغيل عند إغلاق الجسور، ما يتطلب مسارات احتياطية، وتفرض قيود السيولة حداً لتدفق الأصول. توجد مخاطر في ثغرات العقود الذكية وتواطؤ المدققين، بالإضافة إلى أن مركزية الجسر قد تخلق نقطة فشل واحدة.
الطبقة الثانية أكثر ملاءمة للمعاملات الكبيرة، إذ توفر معدل تنفيذ أعلى ورسوم أقل عبر معالجة المعاملات خارج السلسلة، وتقلل من ازدحام السلسلة الرئيسية مع المحافظة على الأمان عبر التسوية الدورية.
ستندمج حلول الطبقة الأولى والثانية بشكل متزايد لتعزيز قابلية التوسع. تتسارع تبني الطبقة الثانية في التمويل اللامركزي (DeFi)، بينما تعمل شبكات الطبقة الأولى على تحسين معدل التنفيذ. وتصبح حلول التشغيل البيني وعبور الشبكات ضرورية، ما يدفع نضج النظام البيئي وزيادة التبني.











