تتضمن الموازاة تنفيذ مهام أو عمليات متعددة في وقت واحد في blockchain، مما يسمح بمعالجة المعاملات بشكل أسرع وأكثر كفاءة وتمكين معالجة المعاملات في وقت واحد عبر عقد متعددة أو نوى حوسبة، مما يحسن أداء الشبكة بشكل كبير.

وبالنظر إلى أن الطلب على التطبيقات المستندة إلى blockchain مستمر في النمو عبر العديد من الصناعات، أصبحت القدرة على معالجة المعاملات بسرعة وكفاءة مصدر قلق مهم للمطورين. لا تعمل الموازاة على تعزيز إنتاجية المعاملات وتقليل زمن الوصول فحسب، بل تضع أيضًا الأساس لحلول قابلة للتطوير قادرة على دعم مجموعة واسعة من حالات الاستخدام. لذا فإن استخدام ذلك من شأنه أن يقدم العديد من المزايا.

ما هو التوازي؟

>>>>> تنبيه gd2md-html: رابط الصورة المضمنة هنا (إلى الصور/image1.png). قم بتخزين الصورة على خادم الصور الخاص بك واضبط المسار/اسم الملف/الامتداد إذا لزم الأمر.
(العودة إلى الأعلى) (التنبيه التالي)
>>>>>

التوازي هو التنفيذ المتزامن لمهام أو عمليات متعددة، مما يوفر الكفاءة والسرعة في أنظمة الحوسبة. بالنسبة لتقنية blockchain، فإنها تتضمن معالجة المعاملات بشكل متزامن، وليس بشكل تسلسلي، عبر العقد أو النوى المختلفة في شبكة مشفرة. من خلال تقسيم المهام المتعلقة بمعالجة المعاملات إلى وحدات مستقلة أصغر، يمكن تنفيذها في وقت واحد عبر وحدات أو عقد معالجة متعددة.

يستخدم هذا الأسلوب قدرات المعالجة المتوازية المتأصلة في الأجهزة الحديثة، مثل المعالجات متعددة النواة، لإجراء العمليات الحسابية في وقت واحد، وبالتالي تسريع إنتاجية المعاملات الإجمالية. في نموذج التنفيذ المتوازي، يتم تقسيم المعاملات إلى سلاسل أو عمليات منفصلة، يتم تعيين كل منها إلى نواة أو عقدة معالجة مختلفة. تقوم هذه المواضيع بعد ذلك بتنفيذ المهام الخاصة بها بشكل مستقل، دون انتظار اكتمال المواضيع الأخرى.

من خلال توزيع عبء العمل عبر وحدات معالجة متعددة، تعمل الموازاة على تقليل الاختناقات وزيادة استخدام الموارد إلى الحد الأقصى، مما يؤدي إلى أوقات معالجة أسرع للمعاملات وتحسين كفاءة النظام. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام آليات تنسيق متطورة لإدارة التبعيات بين المعاملات المتزامنة وضمان اتساق البيانات وسلامتها طوال عملية التنفيذ الموازية.

وهذا يعني أن التوازي يمكّن شبكات البلوكشين من تحقيق مستويات أعلى من قابلية التوسع والاستجابة والأداء، مما يؤدي في النهاية إلى تعزيز تجربة المستخدم وتوسيع التطبيقات المحتملة للتكنولوجيات اللامركزية.

وهذا يتناقض مع المعالجة التسلسلية التقليدية، حيث يتم تنفيذ المعاملات واحدة تلو الأخرى، مما قد يؤدي إلى اختناقات وعدم كفاءة مع نمو الطلب. في حين أن طرق المعالجة هذه كانت مفيدة جدًا في إرساء الأساس لبنيات blockchain المبكرة، إلا أنها تواجه عقبات كبيرة مع تطور هذه التكنولوجيا وتزايد اعتمادها.

أصبحت التحديات مثل اختناقات قابلية التوسع، والإنتاجية المحدودة، والازدحام، والتأخير، ورسوم المعاملات المرتفعة أكثر وضوحًا مع تزايد التعقيد والطلب على شبكات blockchain.

تعيق أوجه القصور المتأصلة في المعالجة التسلسلية قابلية التوسع وكفاءة الأنظمة البيئية لـ blockchain، مما يعيق قدرتها على دعم مجموعة واسعة من حالات الاستخدام والتطبيقات.

تحديات المعالجة التسلسلية في Blockchain

اعتمدت شبكات blockchain التقليدية، مثل Ethereum، على أساليب المعالجة التسلسلية للتحقق من صحة المعاملات وإضافتها إلى blockchain الخاصة بها. ومع ذلك، فإنه يقدم بعض القيود، مثل:

محدودية إنتاجية النظام وقيود قابلية التوسع

في حين أن هذا النهج قد ضمن بشكل فعال سلامة المعاملات وتوافق الشبكة، فقد فرض أيضًا قيودًا كبيرة على إنتاجية النظام وقابلية التوسع. وهذا يعني أنه مع زيادة أحجام المعاملات، يواجه نموذج المعالجة التسلسلية تحديات في مواكبة الطلب المتزايد، والذي بدوره يؤثر بشكل مباشر على قدرة الشبكة على التعامل مع النشاط المتصاعد، مما يعيق قابلية التوسع وإمكانات النمو.

تعني الطبيعة التسلسلية للمعالجة أنه يجب تنفيذ المعاملات واحدة تلو الأخرى، مما يؤدي إلى تقدم خطي يصبح متوترًا بشكل متزايد مع تكثيف استخدام الشبكة. ومع تزايد عدد المعاملات التي تنتظر معالجتها، تتضاءل قدرة النظام على التعامل معها، مما يؤدي إلى الازدحام والتأخير.

زيادة الازدحام وتأخير المعاملات وارتفاع رسوم الغاز

تساهم القيود المتأصلة في المعالجة التسلسلية في زيادة الازدحام داخل شبكات البلوكشين، مما يؤدي إلى تأخير كبير في المعاملات وارتفاع رسوم المعاملات. نظرًا لتراكم المعاملات في مجمع الذاكرة في انتظار التأكيد، غالبًا ما يعرض المستخدمون رسومًا أعلى لتحديد أولويات معاملاتهم.

يؤدي هذا العطاء التنافسي لتحديد الأولويات إلى تفاقم مشكلة ارتفاع تكاليف المعاملات حيث يناضل المستخدمون من أجل إدراجهم في المجموعة التالية. ونتيجة لذلك، تصبح رسوم المعاملات مبالغ فيها، مما يؤثر على رغبة المستخدمين في التعامل مع الشبكة ويقلل من تجربة المستخدم الإجمالية.

والنتيجة الأخرى هي أن تأخير المعاملات الناتج عن الازدحام يؤدي إلى تفاقم الوضع، حيث من المرجح أن يشعر المستخدمون بالإحباط وعدم الرضا عن أداء الشبكة. تعيق هذه التأخيرات اعتماد تقنية blockchain للتطبيقات في الوقت الفعلي أو كبيرة الحجم وتقوض المبدأ الأساسي المتمثل في الوصول العادل إلى موارد blockchain.

التنفيذ الموازي في Blockchain

يعني التنفيذ المتوازي في blockchain الانتقال من نموذج المعالجة التسلسلية التقليدي إلى نهج ديناميكي متزامن. يمكّن هذا التحول شبكات blockchain من معالجة المعاملات في وقت واحد بطريقة تمكن المستخدمين من الحصول على فوائد مختلفة من حيث الكفاءة وقابلية التوسع والأداء.

على عكس المعالجة التسلسلية، التي تنفذ المعاملات واحدة تلو الأخرى، يسمح التنفيذ المتوازي بمعالجة معاملات متعددة في نفس الوقت، على غرار وجود مسارات متوازية متعددة على الطريق، كشكل من الكلام.

من خلال السماح بالمعالجة المتوازية، يمكن لشبكات blockchain تحسين إنتاجية المعاملات بشكل كبير، وتقليل زمن الوصول، وتحسين كفاءة الشبكة.

الآن، عندما يتعلق الأمر بالمعالجات الحديثة في أجهزة الكمبيوتر، فهي مجهزة بالعديد من النوى التي يمكنها تنفيذ العمليات في وقت واحد، مما يوفر دفعة كبيرة في القوة الحسابية. باتباع هذا المثال، يمكن لشبكات blockchain زيادة إنتاجية المعاملات وسرعة المعالجة. على عكس المعالجة التسلسلية التقليدية، التي تستخدم مؤشر ترابط واحد فقط لتنفيذ المعاملات، يسمح التنفيذ المتوازي بتوزيع المعاملات عبر مراكز متعددة، مما يتيح المعالجة المتزامنة.

تحديات قابلية التوسع

لطالما شكلت قابلية التوسع تحديًا لشبكات البلوكتشين، خاصة مع استمرار ارتفاع حجم المعاملات ورسوم الغاز. تكافح أساليب المعالجة التسلسلية لمواكبة الطلب المتزايد، مما يؤدي إلى ازدحام الشبكة وتأخير المعاملات وارتفاع الرسوم.

يوفر التنفيذ المتوازي حلاً واعدًا لتحديات قابلية التوسع هذه من خلال تمكين معالجة المعاملات المتزامنة. تعمل هذه الإمكانية على تخفيف الازدحام وتقليل تأخير المعاملات وتعزيز قابلية التوسع والكفاءة الشاملة لشبكات blockchain.

في حين أن هذه التكنولوجيا تقدم حلاً واعدًا لتعزيز كفاءة معالجة المعاملات في شبكات البلوكشين، فإنها تقدم أيضًا تحديات قابلية التوسع التي يجب معالجتها بعناية:

• تعقيد التنسيق: يتطلب التنفيذ الموازي آليات تنسيق متطورة لضمان عدم تعارض المعاملات المتزامنة أو تؤدي إلى تناقضات داخل دفتر الأستاذ blockchain.

يؤدي تنسيق المعاملات عبر عقد متعددة في شبكة لا مركزية إلى تعقيدات، مثل إدارة التبعيات بين المعاملات وحل النزاعات الناشئة عن الوصول المتزامن إلى الموارد المشتركة.

• النفقات العامة الناتجة عن المزامنة: يؤدي تحقيق الإجماع بين العقد التي تعالج المعاملات بالتوازي إلى زيادة الحمل على النظام، مما قد يؤثر على الأداء وقابلية التوسع.

غالبًا ما تكون آليات المزامنة، مثل الأقفال أو العمليات الذرية، مطلوبة للحفاظ على تكامل البيانات ومنع حالات السباق. ومع ذلك، فإن الاستخدام المفرط للتزامن يمكن أن يؤدي إلى اختناقات ويقلل من فوائد الموازاة.

• تنافس الموارد: مع زيادة عدد المعاملات المتزامنة، قد يحدث تنافس على الموارد، خاصة في الموارد المشتركة مثل الذاكرة أو النطاق الترددي للشبكة. يمكن أن يؤدي التنافس على الموارد إلى عدم الكفاءة وتدهور الأداء العام للنظام، مما يحد من قابلية التوسع في التنفيذ الموازي.
• قابلية التوسع في خوارزميات الإجماع: قد تشكل قابلية التوسع في خوارزميات الإجماع، مثل إثبات العمل أو إثبات الحصة، تحديات أمام التنفيذ المتوازي. يتطلب تنسيق اتفاق العقد المتعددة بشأن صحة المعاملات التي تتم معالجتها بشكل متزامن دراسة متأنية لتصميم بروتوكول الإجماع لضمان قابلية التوسع والحفاظ على أمان الشبكة.

ومن خلال تصميم نماذج التنفيذ المتوازية للتخفيف من أعباء التنسيق، وتقليل التنافس على الموارد، وتعزيز قابلية التوسع في الإجماع، يمكن لشبكات blockchain الاستفادة من التوازي مع ضمان قابلية التوسع والكفاءة في معالجة المعاملات.

قامت Sui وAptos وSolana بتطوير نماذج تنفيذ متوازية لتحسين كفاءة معالجة معاملات blockchain. تهدف هذه النماذج إلى زيادة إنتاجية الشبكة وقابلية التوسع.

تستخدم Sui وAptos أساليب مبتكرة لتنفيذ المعاملات المتزامنة، مما يسمح بمعالجة المعاملات التي لا تتعارض مع بعضها البعض في وقت واحد. يتم تمكين ذلك من خلال آليات الإجماع الفريدة وأطر التنفيذ، والتي تصنف المعاملات وتتعامل معها بالتوازي، مما يعزز كفاءة النظام.

تحقق Solana معالجة متوازية من خلال إثبات التاريخ (PoH) ووقت تشغيل مستوى سطح البحر. ينشئ PoH ترتيبًا يمكن التحقق منه للأحداث، مما يمكّن العقد من الاتفاق على تسلسل الأحداث دون الاتصال في الوقت الفعلي، مما يقلل من النفقات العامة. يسمح Sealevel للعقود الذكية بالتنفيذ المتوازي عبر مكونات الأجهزة المختلفة، مما يزيد من استخدام الموارد الحسابية. يمكّن هذا النهج Solana من معالجة آلاف المعاملات في الثانية، مما يعالج تحديات قابلية التوسع في تقنية blockchain.

على سبيل المثال، تتبنى Sui نهجًا يركز على الكائنات في التوازي، حيث تقوم بتقسيم حالة blockchain إلى كائنات منفصلة يمكن تشغيلها بشكل مستقل وبالتوازي. تعمل هذه البنية على تقليل التنافس على المعاملات وتسريع أوقات معالجة المعاملات، مما يعزز قدرة الشبكة على إدارة حجم أكبر من المعاملات في وقت واحد.

وبالمثل، تقدم Aptos آلية إجماع تسمى Block-STM (ذاكرة معاملات البرامج)، والتي تسهل تنفيذ المعاملات المتزامنة مع الحفاظ على خصائص ACID المهمة لمعاملات قاعدة البيانات. ومن خلال التسلسل الاستراتيجي للمعاملات داخل الكتلة وحل النزاعات أو التبعيات بكفاءة في الوقت الفعلي، تعمل Aptos على تعزيز إنتاجية الشبكة وقابلية التوسع بشكل كبير.

تحديات التوازي

تؤدي عملية التوازي إلى خطر حدوث تناقضات في دفتر الأستاذ، مثل الإنفاق المزدوج أو التغييرات في ترتيب المعاملات، مما قد يؤدي إلى تقويض سلامة وأمن شبكات البلوكشين. بالإضافة إلى ذلك، فإن تنسيق المعاملات المتزامنة يمثل تعقيدات، حيث أن ضمان عدم تعارض المعاملات يتطلب آليات تنسيق متقدمة وخوارزميات معقدة. تسلط هذه التحديات الضوء على أهمية تطوير حلول قوية للحفاظ على سلامة دفتر الأستاذ على الرغم من زيادة الإنتاجية.

التحدي الآخر الذي يواجه إمكانية الوصول إلى الشبكة هو أنها تتطلب موارد حسابية، خاصة بالنسبة للشبكات الأقل ثراءً بالموارد. تتضمن استراتيجيات إدارة متطلبات الموارد الحسابية تحسين الخوارزميات والبنية التحتية للاستفادة بكفاءة من الموارد المتاحة، بالإضافة إلى ضمان إمكانية الوصول إلى الشبكة من خلال توفير الدعم لمجموعة متنوعة من الأجهزة وتكوينات الشبكة وتقليل العوائق التي تحول دون دخول المشاركين في الشبكة.

تعظيم فوائد التوازي

يمكن أن يكون إيجاد طريقة لتحقيق التوازن بين الابتكار التقني وتخصيص الموارد أمرًا مهمًا للغاية عند تعظيم فوائد الموازاة مع استهداف التخفيف من التحديات المرتبطة بها.

ويتطلب ذلك اتباع نهج استراتيجي يعطي الأولوية للاستثمار في البحث والتطوير لدفع الابتكار التقني مع ضمان تخصيص الموارد بكفاءة لدعم المعالجة الموازية والتعاون من خلال تبادل المعرفة داخل مجتمع blockchain. يمكن أن يساعد هذا النهج في تسهيل تطوير أفضل الممارسات للتعامل بفعالية مع تحديات الموازاة.

الآفاق المستقبلية

وبالنظر إلى المستقبل، فإن مستقبل التوازي في blockchain يبشر بتحسين مشهد التقنيات اللامركزية. ومع استمرار التقدم في النماذج الجديدة وتطوير الحلول المبتكرة لمواجهة التحديات الحالية، فإن إمكانات شبكات البلوكشين لتحقيق مستويات جديدة من قابلية التوسع والكفاءة وقابلية التشغيل البيني تصبح أكثر وضوحًا.

ومع نضوج تقنيات الموازاة واعتمادها على نطاق أوسع، فمن المتوقع أن تعالج بعض تحديات قابلية التوسع التي قد يفرضها الاعتماد الواسع النطاق لتقنية البلوكشين.

من خلال توزيع مهام معالجة المعاملات عبر عقد متعددة أو نوى معالجة، يمكن للتوازي أن يزيد بشكل كبير من قدرة شبكات blockchain على التعامل مع أحجام المعاملات المتزايدة دون التضحية بالأداء أو اللامركزية. بدءًا من التمويل اللامركزي (DeFi) والرموز غير القابلة للاستبدال (NFTs) إلى إدارة سلسلة التوريد والهوية الرقمية، فإن لديها القدرة على فتح إمكانيات جديدة ودفع الابتكار عبر عدد كبير من الصناعات.

ومن خلال تمكين معاملات blockchain بشكل أسرع وأكثر كفاءة، يمكن أن تعمل الموازاة على تحسين وظائف التطبيقات اللامركزية وسهولة استخدامها، مما يجعلها في متناول المستخدمين والشركات على حدٍ سواء.

يجب معالجة التحديات الرئيسية مثل إدارة التناقضات في دفتر الأستاذ، وتنسيق المعاملات المتزامنة، وموازنة متطلبات الموارد الحسابية من خلال البحث المستمر والتعاون والابتكار. بالإضافة إلى ذلك، فإن ضمان تنفيذ تقنيات الموازاة بشكل آمن وموثوق ومستدام سيكون أمرًا ضروريًا لبناء المزيد من الثقة في شبكات البلوكشين.

خاتمة

يعد اعتماد التنفيذ الموازي بمثابة تقدم مدمر في تكنولوجيا blockchain. فهو يوفر فرصًا غير مسبوقة لتعزيز كفاءة معالجة المعاملات وقابلية التوسع.

يجب التعامل بعناية مع حالات عدم اتساق دفتر الأستاذ وتعقيدات التنسيق ومتطلبات الموارد الحسابية لضمان سلامة شبكات blockchain وأمنها وإمكانية الوصول إليها. ومع ذلك، يمكن التغلب على هذه التحديات من خلال التخطيط الاستراتيجي والابتكار التقني والتعاون داخل مجتمع البلوكشين.