أحدثت سلاسل الكتل غير المرخصة، التي تجسدها البيتكوين والإيثيريوم، ثورة في الأنظمة اللامركزية، لكنها تواجه تحديات توسع كبيرة. بينما نوقش استهلاك الطاقة في إجماع إثبات العمل على نطاق واسع، يظل العبء التخزيني الكبير والمتزايد الذي تتطلبه العقد الكاملة حاجزًا حاسمًا، وغير معالج بشكل كافٍ، أمام المشاركة الأوسع وصحة الشبكة. تقدم هذه الورقة البحثية أول دراسة عملية شاملة تحلل كيفية استخدام العقد الكاملة لبيانات سلسلة الكتل للتحقق، مما يؤدي إلى استراتيجيات عملية لتقليل متطلبات التخزين المحلي بشكل كبير دون تغيير البروتوكول الأساسي.
تعتمد سلامة سلسلة الكتل على سجل معاملات كامل وقابل للتحقق. بالنسبة للبيتكوين، يتجاوز هذا السجل 370 جيجابايت، مما يطلب موارد كبيرة من المشاركين الذين يشغلون عقدًا كاملة للتحقق من المعاملات بشكل مستقل.
يتناسب متطلب التخزين طرديًا مع معدل الاعتماد وحجم المعاملات. يعد تخزين السجل بأكمله ضروريًا للأمان (لمنع الإنفاق المزدوج) لكنه يخلق عائقًا مرتفعًا للدخول، مما يؤدي إلى مخاطر مركزية حيث يمكن لعدد أقل من المستخدمين تحمل تشغيل عقد كاملة.
تخزين العقدة الكاملة للبيتكوين: >370 جيجابايت (اعتبارًا من فترة الدراسة). هذا يخلق تكلفة أجهزة كبيرة وعائقًا لتشغيل العقد على نطاق واسع.
تشمل الأساليب السابقة:
المساهمة الأساسية لهذا العمل هي تحليل قائم على البيانات لسلوك العقد الحقيقي لتوجيه عملية التحسين.
جهز المؤلفون عقد بيتكوين كاملة لمراقبة وتسجيل كل وصول للبيانات (قراءات) من التخزين المحلي أثناء التشغيل القياسي – تحديدًا أثناء التحقق من المعاملات والكتل الجديدة. هذا يخلق ملفًا تعريفياً يوضح أي أجزاء من سلسلة الكتل ضرورية بالفعل للتحقق المستمر.
كشف التحليل عن فكرة حاسمة: جزء كبير من بيانات سلسلة الكتل التاريخية نادرًا ما يتم الوصول إليه أو لا يتم الوصول إليه أبدًا بعد فترة معينة. البيانات اللازمة للتحقق من الحالة الحالية (مخرجات المعاملات غير المنفقة - UTXOs) والتاريخ الحديث تشكل مجموعة فرعية أصغر بكثير من السجل الكامل.
لا تحتاج العقد الكاملة إلى التاريخ الكامل الذي يبلغ مئات الجيجابايت للتحقق من الكتل والمعاملات الجديدة في الوقت الفعلي. مجموعة البيانات المطلوبة بنشاط أصغر بمقدار رتبة من حيث الحجم.
بناءً على النتائج العملية، تقترح الورقة استراتيجيات من جانب العميل.
الاستراتيجية الأساسية هي خوارزمية تقليم ذكية واعية بالبيانات. بدلاً من التقليم حسب العمر أو الحجم البسيط، يمكن للعقدة حذف بيانات سلسلة الكتل بأمان (مثل مخرجات المعاملات القديمة المنفقة) التي أظهر التوصيف أنها غير ضرورية للتحقق المستقبلي. يتم تنفيذ هذا حصريًا من جانب العميل.
تشمل التحسينات الإضافية ضغط البيانات التاريخية التي نادرًا ما يتم الوصول إليها ولكنها ضرورية، واستراتيجيات التخزين المؤقت التي تعطي أولوية للاحتفاظ بـ"مجموعة العمل" (مخرجات المعاملات غير المنفقة والكتل الحديثة التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر) في تخزين أسرع.
النتيجة الأكثر لفتًا للانتباه في الدراسة: من خلال تطبيق استراتيجية التقليم الذكية الخاصة بهم، يمكن لعقدة بيتكوين كاملة تقليل بصمتها التخزينية المحلية إلى حوالي 15 جيجابايت مع الحفاظ على قدرات التحقق الكاملة. يمثل هذا تخفيضًا بأكثر من 95% من السجل الكامل البالغ 370+ جيجابايت.
(وصف مخطط تخيلي) مخطط شريطي يقارن بين "السجل الكامل (370 جيجابايت)" و"مجموعة العمل المقلّمة (15 جيجابايت)". المجموعة المقلّمة هي جزء صغير من الأصل، مما يؤكد بصريًا على التخفيض الهائل الذي تم تحقيقه.
يُبلغ عن أن العبء الحسابي للتوصيف والتقليم الذكي ضئيل. المقايضة هي أنه إذا احتاجت عقدة للتحقق من معاملة تشير إلى بيانات قديمة جدًا ومقلّمة، فيجب عليها جلب دليل تشفيري (مثل دليل ميركل) من الشبكة، مما يتسبب في زمن استجابة اتصال صغير. ومع ذلك، يظهر التحليل أن هذا حدث نادر.
يعتمد منطق التقليم على فهم دورة حياة المعاملة. مخرج المعاملة (مخرج المعاملة غير المنفق) الذي تم إنفاقه لم يعد مطلوبًا للتحقق من الإنفاق المستقبلي. يمكن نمذجة المنطق الأساسي. لنفترض أن $L$ هو السجل الكامل. لنفترض أن $A(t)$ هي مجموعة جميع عمليات الوصول إلى البيانات (القراءات) من $L$ بواسطة عقدة خلال نافذة زمنية حتى $t$. يتم تعريف مجموعة العمل الأساسية $W$ على النحو التالي:
$W = \{ d \in L \mid P(\text{الوصول إلى } d \text{ في التحقق المستقبلي}) > \tau \}$
حيث $\tau$ هو حد احتمالية صغير مشتق عمليًا. يمكن تقليم البيانات غير الموجودة في $W$. يعتمد الأمان على القدرة على جلب أدلة ميركل للبيانات المقلّمة، حيث يكون حجم الدليل لوغاريتميًا في حجم سلسلة الكتل: $O(\log n)$.
السيناريو: تريد شركة جديدة تشغيل عقدة بيتكوين كاملة للتحقق الموثوق والمستقل من المعاملات، لكن لديها ميزانية محدودة للبنية التحتية للتخزين.
تطبيق الإطار:
النتيجة: تحقق الشركة أمان التحقق الكامل مع تخزين ~15 جيجابايت بدلاً من 370+ جيجابايت، مما يقلل التكلفة والتعقيد بشكل كبير.
الفكرة الأساسية: تقدم هذه الورقة ضربة جراحية لأكثر اختناقات التوسع في سلسلة الكتل خبثًا: تضخم الحالة. بينما يركز العالم على المعاملات في الثانية واستهلاك الطاقة، يحدد سفورزين وآخرون بشكل صحيح أن النمو التخزيني الدائم وغير المحدود هو قاتل صامت للامركزية. يثبت عملهم أن العقيدة التي تتطلب من العقد الكاملة تخزين التاريخ بأكمله هي قيد مفروض ذاتيًا، وليس ضرورة تشفيرية. المتطلب الحقيقي هو تخزين مجموعة البيانات الفرعية الحاملة للأدلة الضرورية للتحقق الحالي – تمييز له آثار عملية هائلة.
التدفق المنطقي: الحجة عملية بأناقة. بدلاً من اقتراح تعديل شامل للبروتوكول من أعلى إلى أسفل، يقومون أولاً بتجهيز العقد لمراقبة ما هي البيانات المستخدمة بالفعل. هذا النهج المرتكز على البيانات يعكس أفضل الممارسات في تحسين أداء الأنظمة، يشبه توصيف التطبيق قبل التحسين. الاكتشاف بأن "مجموعة العمل" هي ~15 جيجابايت هو المحور. يحول المشكلة من "كيف نغير البيتكوين؟" إلى "كيف نتخلص بأمان من الـ 95% غير المستخدمة؟" الحل – التقليم الذكي + التراجع إلى أدلة ميركل التي يتم جلبها من الشبكة – هو درس بارع في الهندسة العملية، يذكر بمبادئ سياسات إخلاء ذاكرة التخزين المؤقت في بنية الحاسوب أو الطريقة التي تدير بها أنظمة التشغيل الحديثة صفحات الذاكرة.
نقاط القوة والضعف: قوتها هي قابليتها للنشر. كتغيير من جانب العميل، لا يتطلب انقسامات صلبة مثيرة للجدل، مما يجنب اعتمادها ممكنًا على المدى القريب. يخفض مباشرة عائق تشغيل عقدة كاملة، مما قد يعكس اتجاه مركزية العقد. ومع ذلك، للتحليل عيوب. أولاً، يقدم تبعية جديدة ودقيقة: يجب أن تعتمد العقد المقلّمة على الشبكة (تحديدًا، عقد "الأرشيف" غير المقلّمة) لتزويد الأدلة للبيانات القديمة. هذا يخلق نظام عقد من مستويين ويمكن نظريًا استغلاله إذا أصبحت عقد الأرشيف نادرة أو خبيثة. ثانيًا، كما لاحظ باحثون مثل بونو وآخرون في "SoK" الخاص بهم حول أمان البيتكوين، فإن نموذج أمان العملاء الخفيفين (الذي يشبه هذا النهج) أضعف بشكل صارم من نموذج عقدة الأرشيف الكاملة، لأنه يقدم افتراض ثقة حول توفر البيانات. تتجاهل الورقة إلى حد ما الآثار الأمنية طويلة المدى لهذا التحول.
رؤى قابلة للتنفيذ: لمشاريع سلسلة الكتل، خاصة سلاسل إثبات العمل الراسخة، هذا البحث هو مخطط لحزمة "توسع السلسلة القديمة". الإجراء الفوري هو دمج هذا التوصيف والتقليم الذكي في عملاء رئيسيين مثل Bitcoin Core كخيار افتراضي ومحسن. بالنسبة للمنظمين والشركات، تجعل هذه التكنولوجيا تشغيل عقد متوافقة وذات تحقق ذاتي ممكنًا بشكل كبير، مما يقلل الاعتماد على مزودي واجهات برمجة التطبيقات من جهات خارجية. بالنظر إلى المستقبل، يجب تطبيق المنهجية على شجرة حالة الإيثيريوم، التي تمثل تحدي تخزين مختلفًا لكنه بنفس القدر من الأهمية. الفكرة النهائية هي أن قابلية توسع سلسلة الكتل ليست فقط حول القيام بالمزيد بشكل أسرع؛ بل حول أن نكون أكثر ذكاءً فيما لدينا بالفعل. هذا العمل هو خطوة حاسمة في هذا الاتجاه، حيث يقدم مسارًا للحفاظ على اللامركزية دون التضمان بضمانات الأمان التي تجعل سلاسل الكتل قيمة.