مقدمة

في بعض الأحيان ، قد تلاحظ أن كتلة بيتكوين حديثة تحتوي فقط على صفقة واحدة - صفقة العملة الأولية (ولا ، ليست الصرف). حاليًا ، تكافئ هذه الصفقة المنقب بـ 3.125 بيتكوين.
(سوف تنخفض مكافآت المنقبين مع كل حدث تقسيم بيتكوين.)

ولكن لماذا تظهر مثل هذه الكتل؟ هل هذا نوع من الهجوم على شبكة البيتكوين؟ ليست هذه المرة الأولى التي تظهر فيها كتلة فارغة في شبكة البيتكوين (على سبيل المثال، في ارتفاع الكتل 776,339 و 857,116). على الرغم من أن هذه الكتلة تم تحميلها بنجاح إلى سلسلة الكتل الخاصة بالبيتكوين، إلا أنها لم تتضمن معاملات المستخدم.

ما هي بالضبط "كتلة فارغة"؟ هل هي خلل في شبكة بيتكوين أم ظاهرة لا مفر منها؟ في هذا المقال، سنستكشف أسباب تكوين الكتل الفارغة، وتأثيرها على الشبكة، واستراتيجيات محتملة للتعامل معها.

مثال على كتلة فارغة (الارتفاع 857116)
（المصدر: ميمبول)
ملاحظة: المستكشفون الشائعة لبيتكوين: mempool.com، blockchain.com، blockchair.com، blockcypher.com

عملية تعدين المُنقب

1. انتشار وتحقق كتلة جديدة:
   • عندما يكتشف المنقب بنجاح كتلة جديدة، يتم بثها إلى الشبكة بأكملها وتوزيعها على جميع حمامات التعدين.
   • يحتاج المنقبون الآخرون إلى التحقق من الكتلة الجديدة، مثل التحقق مما إذا كان دليل العمل صحيحًا ومما إذا كانت المعاملات داخل الكتلة صالحة.
2. تحديث الذاكرة المؤقتة:
   • يقوم المُنقبون بإزالة المعاملات المؤكدة من ذاكرة الانتظار، متركة المعاملات غير المؤكدة.
3. كتلة مرشحة للبناء:
   • يقوم المُنقبون بإنشاء كتلة مرشحة بناءً على المعاملات غير المؤكدة في مجموعة التخزين المؤقت، مشيرين إلى هاش الكتلة السابقة وإضافة المعاملات المتبقية.
   • يجب أن تتضمن كتلة المرشح عملية تحصيل العملة الأولية كمصدر لمكافأة الجامع عند التعدين الناجح.
4. بناء رأس الكتلة:
   • يقوم المُنقبون بإنشاء رأس الكتلة للكتلة المُرشحة، والتي تحتوي على هاش الكتلة السابقة، الطابع الزمني، صعوبة الهدف، ورقم عشوائي (nonce).
5. حساب التجزئة:
   • يستهلك المُنقبون موارد حسابية كبيرة، حيث يقومون بتحديث ترقيم ال block header باستمرار لحساب الهاش، بهدف العثور على هاش أصغر من الهدف الحالي للشبكة.
6. بث كتلة جديدة:
   • بمجرد العثور على الجزء المطلوب من الهاش، يقوم المُعدِّن بإرسال الكتلة الجديدة فورًا إلى الشبكة للتحقق منها من خلال العُقَد الأخرى.
7. استلم مكافأة: استلم مكافأة: استلم مكافأة:
   • إذا تم قبول الكتلة الجديدة من قبل الشبكة، يتلقى العامل المنجم كتلة الدعم (مكافأة كوينبيس) ودخل رسوم التحويل من التحويلات داخل الكتلة.

في بعض الحالات، لتقليل تأثير تأخير الشبكة، قد يقوم المنقبون بتوليد سريع لكتلة مرشحة فارغة تحتوي فقط على عملية العملة. تقوم هذه الكتلة الفارغة بإقفال المكافأة ولكنها لا تستطيع معالجة المعاملات الأخرى. (سيشرح القسم التالي كتلة فارغة بالتفصيل.)

تشكيل كتل فارغة

مفهوم الكتل الفارغة

في سلسلة كتل بيتكوين، يحتوي كل كتلة عادة على عدة معاملات، التي لا تضيف قيمة فقط إلى الشبكة ولكن تدعم أيضًا وظيفة بيتكوين كنظام معالجة المدفوعات. ومع ذلك، تحتوي الكتلة الفارغة (المعروفة أيضًا باسم "كتلة معاملة واحدة") فقط على مكافأة الكوينبيس للمنقب ولا تتضمن أي معاملات أخرى، مما يتخلى عن إيرادات رسوم المعاملات الإضافية.

لتشجيع عمال المناجم على تعدين الكتل بسرعة ، توفر مجمعات التعدين على الفور لعمال المناجم قالب كتلة فارغ بمجرد تحديد موقع كتلة جديدة (لتقليل الوقت اللازم لتعدين الكتلة التالية وزيادة كفاءة تجزئة الأجهزة). يسمح هذا لعمال المناجم ببدء جولة التعدين التالية بسرعة ، حتى قبل تلقي بيانات المعاملات الجديدة. خلال الفترة الانتقالية بين التجمع الذي يوفر قالب الكتلة وكتابة المعاملات (عادة من ثانية إلى ثانيتين فقط) ، قد "يحالف الحظ" عمال المناجم ويستخدمون القالب الفارغ لتعدين كتلة جديدة بنجاح ، مما يؤدي إلى كتلة فارغة.

من المهم أن نلاحظ أن الكتل الفارغة لا تشكل تهديدًا لشبكة البيتكوين. حتى إذا لم تكن هناك معاملات مستخدم في الكتلة، فإن مكافأة الكوينبيز ما زالت تُولد، مما يحفز المنقبين على المشاركة في التعدين ويضمن أن إمدادات البيتكوين تقترب تدريجياً من الحد الأقصى المقدر لها وهو 21 مليون عملة.

معلومات في كتلة فارغة

على الرغم من أن الكتلة الفارغة لا تحتوي على معاملات المستخدم ، إلا أنها تسجل بعض المعلومات:

1. كتلة هيدر:
   • معلومات أساسية حول الكتلة، مثل رقم الإصدار، وتجزئة الكتلة السابقة، والطابع الزمني.
2. صفقة كوينبيز:
   • الصفقة الوحيدة المضمنة. صفقة مكافأة المُنقب.
   • تخصيص هذه المعاملة مكافآت للمنقبين عن التعدين لكتلة.
3. جذر ميركل:
   • على الرغم من عدم وجود معاملات أخرى في الكتلة، تولد معاملة كوينبيس ما زالت جذر ميركل لإثبات سلامة بيانات المعاملة.
4. حجم الكتلة والوزن:
   • على الرغم من أن حجم البيانات في كتلة فارغة صغير، إلا أن الحجم مسجل بعد.
5. عنوان المُعدن (إذا تم وضع علامة):
   • بعض المنقبين يضمنون معلومات تعريفهم في صفقة كوينبيز، مثل اسم حوض التعدين أو العنوان.
6. ارتفاع الكتلة:
   • موقع الكتلة في سلسلة الكتل (على سبيل المثال، الكتلة 871،732).
7. قيمة العداد الواحد:
   • الرقم العشوائي الذي يتم العثور عليه بواسطة المنقب، المستخدم لحل لغز العمل البرهاني الرياضي.

مثال على كتلة فارغة (الارتفاع 871732)
(مصدر: btc.tokenview.io)

لماذا يقوم المنقبون بإنشاء كتل فارغة؟

عندما يتلقى العامل المنجم قالب كتلة فارغة من حوض التعدين بعد وقت قصير من إنشاء الكتلة السابقة (عادة في غضون ثوان قليلة)، يواجه العامل المنجم خيارين: إما إنشاء كتلة فارغة على الفور لضمان تعويض الكتلة المضمونة (على سبيل المثال، 3.125 بيتكوين)، أو قضاء الوقت في فرز المعاملات لزيادة دخل رسوم المعاملات، ولكن يتعرض لخطر أن يقوم منقب آخر بتعدين الكتلة أولاً قبل أن ينتهي.

هذا هو اعتبار المُعدِّن لـ "تكلفة الفرصة". إذا قضى المُعدِّن وقتًا طويلًا في معالجة المعاملات وأكمل مُعدٍّ آخر الكتلة أولاً، فإنهم لا يفقدون رسوم المعاملة فقط بل ويتنازلون أيضًا عن الدعم الأساسي للكتلة. على النقيض من ذلك، إذا قام المُعدِّن بإنشاء كتلة فارغة، على الرغم من التخلي عن إيرادات رسوم المعاملات الإضافية، يمكنهم تأمين الدعم بشكل موثوق.

كما ذُكر في الفقرة السابقة، لا تشكل الكتل الفارغة تهديدًا لشبكة بيتكوين. يعتقد بعض الناس أن الكتل الفارغة تشبه "البريد العشوائي" وتعرقل الشبكة، ولكن هذا الرأي غير دقيق تمامًا. على الرغم من أن الكتل الفارغة لا تعالج أي معاملات معلقة، إلا أنها لا تسبب الارتباك. بالعكس، تمر هذه الكتل ما زالت بآلية العمل الإثباتي، مما يزيد من صعوبة الكتلة التالية، ويوفر أمانًا أعلى لجميع الكتل السابقة ويحافظ على سلامة الشبكة.

ملاحظة: على الرغم من أن الكتل الفارغة لا تشكل تهديدًا للشبكة، إلا أن تكرار الكتل الفارغة بشكل مرتفع يمكن أن يشير إلى عدم استخدام الشبكة بكامل إمكاناتها.

تأثيرات الكتل الفارغة

تأثيرات إيجابية

تعزيز أمان الشبكة:

• على الرغم من أن الكتل الفارغة لا تحتوي على معاملات المستخدمين، إلا أنها تكمل عملية الدليل على العمل، مما يزيد من صعوبة حساب الكتلة التالية.
• كل كتلة فارغة تتم إضافتها تعزز أمان كل الكتل السابقة، وتعزز قدرة الشبكة على مقاومة هجمات الإنفاق المزدوج.

ثبات دخل المُنقِّب:

• حتى بدون بيانات المعاملة ، يمكن للمنقبين ما زالوا يتلقون منحة كتلة مستقرة ، مما يحفز المنقبين على الاستمرار في المساهمة في الشبكة.

زيادة كفاءة التعدين:

• من خلال توفير قوالب كتل فارغة للمنقبين على الفور بعد تحديد الكتلة الجديدة، يمكن لحمامات التعدين تقليل الوقت اللازم لتعدين الكتلة التالية.

الحفاظ على استمرارية البلوكشين:

• حتى بدون بيانات المعاملات، تضمن الكتل الفارغة "استمرارية" البلوكشين، مما يمنع انقطاع الشبكة.

الآثار السلبية

كفاءة معالجة المعاملات المخفضة:

• الكتل الفارغة لا تحتوي على بيانات المعاملات، مما يعني أنها لا يمكنها معالجة المعاملات المعلقة، مما يؤدي إلى تراكم في ذاكرة الانتظار.
• خلال فترات النشاط الذروي للمعاملات، يمكن أن تزيد الكتل الفارغة من ازدحام الشبكة بشكل أكبر، مما يؤثر سلباً على تجربة المعاملات العامة.

إنخفاض إنتاجية كتل البلوكشين:

• تنخفض عمليات في الثانية (TPS) بسبب الكتل الفارغة ، مما يقلل من إمكانات بيتكوين كنظام دفع.

قضايا تجربة المستخدم والثقة:

• كما ذكر، قد تزيد الكتل الفارغة من أوقات انتظار المعاملات، مما قد يسبب إزعاجًا للمستخدمين.
• إن التناقض بين توقعات المستخدمين وسلوك عمال المناجم في تعظيم الأرباح يمكن أن يزيد من تآكل الثقة في الشبكة (يمكن لعمال المناجم "اختيار" تبني هذه الطريقة لزيادة الأرباح ، لكن مثل هذه الإجراءات قد تتجاهل الحاجة إلى كفاءة الشبكة بشكل عام ، مما يعزز الانتقادات للسلوك المدفوع بالربح).

قضايا استهلاك الطاقة وكفاءة الموارد:

• الطاقة التي تستخدمها الكتل الفارغة تقريبا مثل الكتل التي تحتوي على معاملات كاملة، مما يثير مخاوف بشأن كفاءة استخدام الطاقة.

استراتيجيات للحد من الكتل الفارغة

يمكن مناقشة استراتيجيات تقليل الكتل الفارغة من المنظورين الفني والبروتوكولي.

الحلول التقنية لتقليل الكتل الفارغة

1. اعتماد بروتوكول الكتلة المدمجة: هذا يقلل من كمية البيانات المرسلة أثناء انتشار الكتلة ، مما يمكن عمال المناجم من تلقي بيانات المعاملات الكاملة بسرعة أكبر. (لمزيد من التفاصيل ، راجع ما يلي: A. Kim و J. Kim و M. Essaid و S. Park و H. Ju ، "تحليل تأخير انتشار الكتلة المدمجة في شبكة Bitcoin" ، 2021 الندوة الثانية والعشرين لعمليات وإدارة شبكة آسيا والمحيط الهادئ (APNOMS) ، تاينان ، تايوان ، 2021 ، ص 313-318 ، دوى: 10.23919 / APNOMS52696.2021.9562656.)
2. اعتماد بروتوكول Erlay: يعزز كفاءة انتشار المعاملات ويقلل من الوقت الذي يستغرقه انتشار المعاملات من ذاكرة التخزين المؤقت إلى المنقبين.
3. تطوير خوارزميات حساب شجرة ميركل أكثر كفاءة: من خلال تقليل الوقت اللازم لمعالجة المعاملات أو تمكين عمال المناجم من إنشاء شجرة ميركل بسرعة تحتوي على معاملات عند تعدين كتلة جديدة ، يمكن للمعدنين تجنب استخدام القوالب الفارغة ومعالجة المزيد من المعاملات.

تحسينات على مستوى البروتوكول

1. يتطلب كل كتلة أن تتضمن عددًا معينًا أو إجمالي رسوم المعاملات، وإلا فلن يتلقى المنقبون المنحة الكاملة للكتلة.
2. زيادة نسبة رسوم المعاملات في المكافأة الإجمالية، محفزة للمنقبين لمعالجة المزيد من المعاملات بدلاً من تعدين الكتل الفارغة.

استنتاج

إن توليد الكتل الفارغة مدفوع بشكل أساسي بعمال المناجم الذين يبحثون عن الكفاءة والأرباح المستقرة. بعد تحديد الكتلة ، تزود مجمعات التعدين على الفور عمال المناجم بقالب كتلة فارغ ، حتى قبل نشر بيانات المعاملة بالكامل إلى عمال المناجم. إن إنشاء كتل فارغة ليس فشلا في الشبكة أو نشاطا ضارا ، بل هو خيار يتخذه عمال المناجم بعد النظر في تكلفة الفرصة البديلة.

ومع ذلك ، فإن الكتل الفارغة تشكل أيضا تحديات معينة لشبكة Bitcoin ، بما في ذلك انخفاض كفاءة معالجة المعاملات ، وانخفاض المعاملات في الثانية (TPS) ، وزيادة استهلاك الطاقة. هذا يمكن أن يؤدي إلى أوقات انتظار أطول للمستخدم. للتخفيف من التأثير السلبي للكتل الفارغة ، يمكن اعتماد الحلول التقنية مثل بروتوكولات Compact Block و Erlay لتعزيز كفاءة نشر المعاملات ، بينما على مستوى البروتوكول ، يمكن أن يؤدي تحديد الحد الأدنى لمتطلبات المعاملات أو تعديل نسب رسوم المعاملات إلى تحفيز عمال المناجم على إعطاء الأولوية لمعالجة المعاملات. إن وجود الكتل الفارغة ليس عيبا في تصميم الشبكة ، ولكنه جزء من التوازن الديناميكي. من خلال التحسين المستمر ، لا تزال كفاءة واستقرار شبكة Bitcoin لديها مجال لمزيد من التحسين.