مراحل به روز رسانی اتریوم؛ معرفی بیکن چین، مرج و شاردینگ

چندین سال است که بنیاد اتریوم در تلاش برای ارتقای شبکه بلاکچین خود و بهینه کردن فرآیندهای مربوط به آن است. هارد فورک زنجیره بیکن (Beacon Chain)، اولین قدم از فازهای به روز رسانی اتریوم بود که در سال ۲۰۲۰ با موفقیت به وقوع پیوست. پس ‌از آن، مرج اتریوم (Ethereum Merge) به‌عنوان دومین فاز از مراحل تبدیل اتریوم به اتریوم ۲ (ETH 2.0)، وارد فاز توسعه شد. بعد از حدود ۲ سال تلاش و انجام آزمایش‌های گوناگون، مرج اتریوم در ۱۵ سپتامبر ۲۰۲۲ (۲۴ شهریور ۱۴۰۱) به وقوع پیوست و شبکه بلاک چین اتریوم به‌روزرسانی شد. ارتقای شبکه اتریوم از مکانیسم اجماع اثبات کار (PoW) به اثبات سهام (PoS)، حاصل فرآیند مرج اتریوم بود. بر اساس اعلام تیم توسعه‌دهندگان، حالا اتریوم وارد فازهای بعدی آپگرید شبکه خود می‌شود که انتظار می‌رود در سال ۲۰۲۳ شاهد رونمایی از آن‌ها باشیم.

فازهای به روز رسانی اتریوم با زنجیره بیکن (Beacon Chain) آغاز شد و با تغییر مکانیسم اجماع، از اثبات کار (PoW) به اثبات سهام (PoS) در فرآیند مرج اتریوم، ادامه پیدا کرد. قدم بعدی برای ارتقای شبکه اتریوم، بهبود مقیاس‌پذیری است که انتظار داریم با پیاده‌سازی شاردینگ (Sharding) در سال ۲۰۲۳ به ارمغان بیاید. پس ‌از آن، مراحل تبدیل اتریوم به اتریوم ۲ به پایان می‌رسند.
به دلیل اهمیت فراوان این به‌روزرسانی‌ها و تأثیری که بر نحوه فعالیت در شبکه اتریوم و کسب درآمد از آن می‌گذارند، قصد داریم مراحل ارتقای بلاکچین اتریوم را به‌طور کامل بررسی کنیم.

مراحل تبدیل ETH به ETH 2.0

پیش از هرچیز، بهتر است بدانید که برخلاف تصور اولیه بیشتر مردم با شنیدن اخبار مرج اتریوم، Ethereum 2 یک بلاک چین جدید نیست؛ بلکه شامل مجموعه‌ای از به‌روزرسانی‌ها بر روی شبکه فعلی اتریوم است تا مکانیسم اجماع را ارتقاء دهد. بنابراین، اتریوم از بین نمی‌رود؛ بلکه تغییراتی روی آن اعمال می‌شود که اتریوم ۲ نام تجاری این شبکه به‌روز شده است. بیشتر بخوانید: آیا اتریوم ۲ جایگزین اتریوم خواهد شد؟

ازآنجایی‌که برنامه‌نویسان شمارش را از عدد صفر آغاز می‌کنند، فازهای به روز رسانی اتریوم نیز شامل فاز صفر، فاز یک و فاز دو است. این سه فاز به ترتیب عبارت‌اند از:
۱) زنجیره بیکن (Beacon Chain)
2) مرج اتریوم (Ethereum Merge)
3) شاردینگ (Sharding)

در هرکدام از این مراحل، یک یا چند به‌روزرسانی بر روی شبکه اتریوم انجام‌شده یا در آینده نزدیک انجام خواهد شد. حالا زمان آن رسیده که ببینیم هرکدام از این فازها به چه دلیلی پیاده‌سازی شده‌اند و چه مزایایی را برای شبکه بلاک چین اتریوم به ارمغان آورده‌اند.

فاز صفر: هارد فورک Beacon Chain

زنجیره بیکن، اولین ارتقای شبکه اتریوم بود که در ۱ سپتامبر ۲۰۲۰ بر روی شبکه قرار گرفت و با ارتقای مرج اتریوم در ۱۵ سپتامبر ۲۰۲۲، موجب رسمیت الگوریتم اثبات سهام (PoS) به‌عنوان مکانیسم اجماع (Consensus Mechanism) شبکه اتریوم شد.
بیکن چین، نام اصلی بلاک چین اثبات سهام بود که در سال ۲۰۲۰ راه‌اندازی شد. این زنجیره، قبل از فعال کردن الگوریتم اثبات سهام بر روی شبکه اصلی (Mainnet) اتریوم، پیاده‌سازی شد. هدف اصلی این فاز، کسب اطمینان از این بود که PoS دارای قابلیت و پایداری لازم برای قرار گرفتن بر روی شبکه اصلی است. به همین دلیل، به‌طور موازی در کنار الگوریتم اثبات کار (PoW) اجرا شد.
خاموش کردن اثبات کار و روشن کردن اثبات سهام در اتریوم، مستلزم دستور دادن به زنجیره بیکن بود تا پذیرش تراکنش‌ها از زنجیره اصلی اتریوم آغاز شود. سپس این تراکنش‌ها در بلوک‌های مختلف دسته‌بندی می‌شدند تا درنهایت در یک بلاکچین اثبات سهام اتریوم، سازمان‌دهی شوند. کلاینت‌های اصلی اتریوم در همان لحظات ابتدایی به‌روزرسانی فاز اول، استخراج (Mining)، بلوک انتشار و منطق اجماع خود را خاموش کردند و تمام آن‌ها را به زنجیره بیکن سپردند. پس ‌از این رویداد، لازم بود که شبکه از حالت هیبریدی خارج شود و تنها توسط یک مکانیسم اجماع واحد کار کند. به همین دلیل، فازهای به روز رسانی اتریوم با هدف ادغام دو مکانیسم اجماع جداگانه به الگوریتم اثبات سهام (PoS)، ادامه پیدا کرد.

استیکینگ (Staking)

زنجیره بیکن، وظیفه معرفی مکانیسم اجماع اثبات سهام به اتریوم را بر عهده داشت. این امر موجب افزایش امنیت شبکه می‌شود و اعتباردهنده‌ها می‌توانند ETH بیشتری را در این فرآیند به دست آورند. در عمل، استیکینگ به معنی قفل‌کردن بخشی از رمز ارزهای ETH، به‌منظور فعال کردن قابلیت اعتبارسنجی بلوک‌های جدید است. با انجام استیکینگ، این امکان به شما داده می‌شود تا با تأیید اصولی تراکنش‌ها، کسب درآمد کنید.
استیکینگ (Staking) گام بلندی در مسیر توقف درآمدزایی از استخراج ارز دیجیتال در شبکه اتریوم بود که با موفقیت انجام شد. این پروسه، باعث افزایش غیرمتمرکز بودن شبکه می‌شود که درنهایت امنیت آن را افزایش خواهد داد. البته تا قبل از مرج اتریوم، استخراج در کنار استیکینگ ادامه پیدا کرد.
در ادامه و در ادامه فازهای به روز رسانی اتریوم، به این موضوع هم می‌پردازیم که تنها با وجود Beacon Chain و مکانیسم اجماع اثبات سهام است که می‌توان شاردینگ (Sharding) را وارد اکوسیستم اتریوم کرد.

فاز یک: مرج اتریوم (Ethereum Merge)

مرج (Merge) دومین فاز از مراحل به‌روز‌رسانی بلاک چین اتریوم است که بر روی شبکه اصلی پیاده‌سازی شد. مرج اتریوم شامل دو هارد فورک بلاتریکس (Bellatrix) و پاریس (Paris) است که بعد از تلاش فراوان تیم توسعه‌دهندگان، به انجام رسیدند. پس از تکمیل این فرآیند دومرحله‌ای، شبکه بلاکچین اتریوم به مکانیسم اجماع اثبات سهام (PoS) مهاجرت کرد و استخراج اتریوم برای همیشه جای خود را به استیکینگ داد.

بیشتر بخوانید: پس از مرج، چه آینده ای در انتظار استخراج اتریوم خواهد بود؟

در تاریخ ۶ سپتامبر ۲۰۲۲ در ساعت ۸:۰۵ صبح بود که ویتالیک بوترین (Vitalik Buterin) –خالق بلاکچین اتریوم- در توییتر خود اعلام کرد: «انتظار داریم مرج اتریوم بین ۱۳ تا ۱۵ سپتامبر رخ دهد. چیزی که امروز قرار است اتفاق بیفتد، هارد فورک بلاتریکس (Bellatrix Hard Fork) است که زنجیره را برای ادغام مهیا می‌کند. اگرچه هنوز مهم است که مطمئن شوید کلاینت‌های خود را به‌روز می‌کنید».
قبل از ادغام، هر گره (Node) اتریوم بر روی دو لایه اجرا می‌شد؛ لایه اجماع (Consensus Layer) و لایه اثبات کار (PoW) که از طریق یک رابط برنامه‌نویسی کاربردی، ارتباط برقرار می‌کردند. هنگامی‌که این دو لایه باهم ترکیب شدند، شبکه اتریوم به یک سیستم مبتنی بر اثبات سهام (PoS) تبدیل شد.
فاز اول مرج اتریوم، بلاتریکس (Bellatrix) نام دارد که در تاریخ ۶ سپتامبر به وقوع پیوست. فاز دوم مرج اتریوم با نام پاریس (Paris) شناخته می‌شود که در ۱۵ سپتامبر انجام شد. بعد از مرج ، دیگر تنها یک شبکه اصلی بر روی بلاک چین اتریوم در دسترس است که آن را با نام اثبات سهام (PoS) می‌شناسیم. درواقع با رویداد پاریس، فازهای مرج اتریوم تکمیل شدند.

مرحله اول مرج اتریوم؛ هارد فورک بلاتریکس چیست؟

به بیان ساده، بلاتریکس (Bellatrix) به‌روزرسانی لایه اجماع (CL) شبکه اتریوم است که زنجیره بیکن (Beacon Chain) را برای رویداد مرج اتریوم آماده کرد.
قبل از مرج اتریوم، شبکه اصلی اتریوم (زنجیره PoW) و زنجیره بیکن به‌صورت موازی باهم کار می‌کردند. به همین دلیل، اتریوم عملکردی هیبریدی یا دوگانه داشت. هدف از هارد فورک Bellatrix این بود که اطمینان حاصل شود اعتبارسنج‌ها (Validators)، بلوک‌های زنجیره بیکن به‌روز شده‌ای را تولید می‌کنند که قبل از ادغام اتریوم، Code Base را راه‌اندازی خواهند کرد.

این به روز رسانی در روز سه‌شنبه -۶ سپتامبر- با موفقیت به پایان رسید. بااین‌حال، نگرانی‌هایی به دلیل نسبت تقریبی ۱ به ۱۰ نرخ بلوک ازدست‌رفته در ۶۰۰ اسلات (Slot) پایانی، مطرح شد.
به گفته مارتین کوپلمن (Martin Koppelmann) –یکی از بنیان‌گذاران Gnosis-، کمتر از ۵% اعتباردهنده‌ها در طول هارد فورک به حالت آفلاین درآمدند که از دلایل اصلی به ۹% رسیدن نرخ بلوک ازدست‌رفته بود. این امر باعث شد که برخی از ناظران، آمادگی شبکه برای تغییر بزرگ به اثبات سهام (PoS) را زیر سؤال ببرند.
کوپلمن همچنین اضافه کرد که این مشکل ممکن است مربوط به ۲۵.۶% از کلاینت‌هایی باشد که Ethernodes از آن‌ها به‌عنوان «عدم آماده» (Not Ready) برای مرج یاد می‌کند. این افراد بعد از اعلام زمان فازهای مرج اتریوم و حتی بعد از تأکید ویتالیک بوترین و تیم بیکو، برای به‌روزرسانی بلاتریکس آماده نشدند.
تا قبل از این آپگرید، ۷۳.۵% از نودهای اتریوم به حالت «آماده» (Ready) برای مرج درآمدند. ارتقاء بلاتریکس (Bellatrix)، کلاینت‌های لایه اجماع را در ایپاک (Epoch) 144,896 بر روی زنجیره بیکن به‌روز کرد. این به روز رسانی مرج اتریوم، باعث شد تا تمام بلوک‌های جدید با الگوریتم PoS زنجیره بیکن سازگار شوند.
پس از رسیدن نرخ سختی کل ترمینال (Terminal Total Difficulty) یا به‌اختصار TTD به ۵۸۷۵۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰، فازهای مرج اتریوم با آپگرید هارد فورک پاریس تکمیل شد.

علت نام گذاری هارد فورک بلاتریکس

روند ثابتی برای نام‌گذاری فازهای مرج اتریوم وجود دارد. به‌طورکلی در جامعه اتریوم برای نام‌گذاری لایه اجماع (Consensus Layer) از نام ستارگان و برای نام‌گذاری لایه اجرا (Executive Layer) از نام شهرها استفاده می‌شود.
ازآنجایی‌که برای اولین به‌روزرسانی این زنجیره از نام ستاره Altair استفاده شد، بنیاد اتریوم تصمیم گرفت که نام زنجیره جدید را به ستاره‌ای اختصاص دهد که با حرف B آغاز می‌شود. بوتئین (Botein)، بلاتریکس (Bellatrix)، باباپ (Bubup)، بیتل جوس (Betelgeuse) و براخیوم (Brachium) گزینه‌های پیشنهادی بودند. درنهایت قرعه به نام بلاتریکس افتاد که ۲۵امین ستاره پرنور در آسمان است.

مرحله دوم مرج اتریوم؛ هارد فورک پاریس چیست؟

زمانی که TTD لایه اجرا (EL) از ارتفاع یا عدد ۵۸۷۵۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰ عبور کرد، بلوک بعدی اتریوم توسط یک اعتبارسنج زنجیره بیکن تولید شد. نهایی شدن این بلوک، بیانگر انتقال کامل بلاک چین اتریوم به مکانیسم اجماع اثبات سهام (PoS) بود. این رویداد که بعد از تکمیل هارد فورک بلاتریکس برنامه‌ریزی‌شده بود، هارد فورک پاریس (Paris) نام دارد. با انجام این ارتقاء، فازهای به روز رسانی اتریوم وارد مرحله بعدی شدند.
آپگرید پاریس به معنای تکمیل فرآیند مرج اتریوم است. بعد از این ارتقاء، شبکه از حالت هیبریدی خارج شد و عملاً الگوریتم اثبات کار (PoW) دیگر در دسترس نیست. به بیان ساده، پس از تکمیل هارد فورک پاریس، دیگر امکان استخراج رمز ارز ETH وجود ندارد و حالا سرمایه‌گذاران تنها می‌توانند از استیکینگ (Staking) برای اعتبارسنجی بلوک‌های جدید و کسب درآمد استفاده کنند.

علت نام گذاری هارد فورک پاریس

اشاره کردیم که در جامعه اتریوم برای نام‌گذاری لایه اجرا از نام شهرها استفاده می‌شود. قبل از این هم هارد فورک لندن (London) در آگوست ۲۰۲۱ با همین شیوه نام‌گذاری شد. پاریس (Paris) هم در ادامه همین شیوه، به‌عنوان نام لایه اجرای (EL) جدید بنیاد اتریوم در نظر گرفته‌شده است.
پس از انجام ارتقاء هارد فورک پاریس، مرج اتریوم تکمیل شد؛ اما این به معنای پایان کار تیم توسعه‌دهندگان بنیاد اتریوم نیست. تعدادی از مهم‌ترین به‌روزرسانی‌های اتریوم، بعد از رویداد مرج و در سال آینده اتفاق می‌افتند. با این مقدمه، بررسی مراحل تبدیل اتریوم به اتریوم ۲ را ادامه می‌دهیم.

فاز دوم: شاردینگ (Sharding)

شاردینگ به پروسه تقسیم افقی یک پایگاه داده به بخش‌های کوچک‌تر گفته می‌شود که هدف آن، پخش بار بر روی کانال‌های مختلف است. شاردینگ قدم بعدی از مراحل به روز رسانی اتریوم و تبدیل آن به اتریوم ۲ است. این فرآیند نیازمند چندین پیش‌نیاز است که بنیاد اتریوم و تیم توسعه‌دهندگان، در حال آماده‌سازی آن‌ها هستند. این به‌روزرسانی، موجب افزایش ویژگی مقیاس‌پذیری می‌شود.

شاردینگ تنها قادر است با مکانیسم اجماع اثبات سهام کار کند و با خیال راحت وارد اکوسیستم اتریوم شود. در این راستا، زنجیره بیکن استیکینگ را معرفی کرد که با شبکه اصلی ادغام شد و راه را برای اشتراک‌گذاری و کمک به مقیاس‌پذیری بیشتر اتریوم هموار کرد.
در حال حاضر، شبکه اتریوم تنها قادر به پردازش ۱۵ تراکنش در هر ثانیه است که باعث زمان‌بر بودن تراکنش و هزینه بالای آن شده است. با تکمیل فازهای به روز رسانی اتریوم، این مشکل برطرف می‌شود و شبکه قادر است ۱۰۰,۰۰۰ تراکنش را در هر ثانیه انجام دهد. این پیشرفت، باعث کاهش بی‌سابقه زمان و هزینه تراکنش‌ها خواهد شد.
آماده‌سازی شبکه اتریوم برای نسخه زنجیره‌های خرده فرعی اتریوم (Ethereume Version of Subsidiary Shard Chains)، متکی به عملکرد کامل یک شبکه PoS است که با موفقیت به انجام رسید. حالا توسعه‌دهندگان اتریوم، چند مرحله دیگر را برای بهبود شبکه و افزایش سرعت و مقیاس‌پذیری آن در نظر گرفته‌اند:
• Surge
• Verge
• Purge
• Splurge
آپگرید هارد فورک شانگهای (Shanghai) که در بخش لایه اجرایی (EL) شبکه اتریوم خواهد بود نیز در این مراحل قرار می‌گیرد. به‌طور خلاصه، شانگهای با هدف امکان برداشت ETH استیک شده با عنوان stETH پیاده‌سازی خواهد شد. درنهایت، فازهای به روز رسانی اتریوم با راه‌اندازی شاردینگ و بهبود چشم‌گیر سرعت و مقیاس‌پذیری شبکه بلاکچین اتریوم، به پایان می‌رسد.

تکمیل فازهای به روز رسانی اتریوم؛ نزدیکتر از همیشه

هارد فورک زنجیره بیکن (Beacon Chain) و مرج اتریوم (Ethereum Merge) ثمره سال‌ها تلاش، انجام آزمایش‌های فراوان و کار بر روی شبکه آزمایشی اتریوم هستند. پس از به‌روزرسانی موفق Bellatrix و Paris، فازهای مرج اتریوم به پایان رسیدند و حالا می‌توانیم شاهد عملکرد سیستم بلاک چین جدید باشیم.
اگرچه مرج اتریوم به وقوع پیوست و شاهد تبدیل مکانیسم اجماع اثبات کار (PoW) به اثبات سهام (PoS) هستیم، اما بسیاری از به‌روزرسانی‌های کلیدی در شبکه اتریوم، در طول سال آینده انجام خواهند شد. هارد فورک شانگهای (Shanghai) و شاردینگ (Sharding) جزو این موارد هستند که در سال ۲۰۲۳ اجرایی می‌شوند. شاید فکر کنید که همه چیز تمام‌شده و اتریوم در بهترین وضعیت خود به سر می‌برد؛ اما بر اساس صحبت‌های ویتالیک بوترین، احتمالاً نظرتان بعد از ارتقای شاردینگ و تکمیل فازهای به روز رسانی اتریوم، تغییر خواهد کرد.