يتزايد العالم رقميًا يومًا بعد يوم، وأصبحت المزيد والمزيد من جوانب حياتنا غير ملموسة بشكل متزايد. لم يتم استبعاد العملات، من النقد المادي إلى الأنظمة غير النقدية والآن العملات المشفرة. منذ إنشاء أول كتلة من عملة البيتكوين في عام 2009، نما اعتمادها بسرعة كبيرة ومع المزيد من الاعتماد يأتي المزيد من الاستقرار والثقة في الشبكة مما سيؤدي فقط إلى زيادة اعتمادها.

في البداية، ما هو البيتكوين، وكيف يعمل البيتكوين؟

البيتكوين هي عملة رقمية لا مركزية لشبكة نظير إلى نظير تم إنشاؤها في عام 2008 من قبل كيان مجهول زائف يدعى ساتوشي ناكاموتو. شبكة البيتكوين عبارة عن شبكة مكونة من أجهزة كمبيوتر، يشار إليها أيضًا باسم العقد المترابطة مع بعضها البعض وتساعد في نشر المعاملات والتحقق من صحة المعاملات عبر الشبكة. تستخدم هذه الشبكة العملة الرقمية بيتكوين (BTC). يتم تخزين هذه المعاملات في دفتر أستاذ عام لامركزي يستخدم تقنية blockchain.
تتكون سلسلة Bitcoin blockchain من كتل مرتبطة بكل كتلة سابقة، باستثناء الكتلة الأولى المعروفة أيضًا باسم كتلة Genesis والتي لا ترتبط بأي كتلة سابقة. تتكون الكتل من عدة معاملات تم التحقق من صحتها وإضافتها بعناية إلى الكتلة بواسطة القائمين بالتعدين، قبل إجراء عملية التعدين. المعاملة هي في الأساس نقل القيمة بين محافظ البيتكوين. عمال المناجم مسؤولون عن أداء العمل الرئيسي على الشبكة والذي يؤكد أو "يعد" الكتل الجديدة ويضيفها إلى blockchain.
هناك العديد من الموارد للتعرف على البيتكوين المتاحة عبر الإنترنت. توفر هذه الموارد مزيدًا من التفاصيل حول عمل البيتكوين.
على الرغم من الأشياء الرائعة المتعلقة بالبيتكوين، إلا أن قابلية التوسع كانت دائمًا مشكلة رئيسية. يقتصر حجم كتل البيتكوين على 1 ميجابايت، ويتم تعدين الكتلة كل 10 دقائق تقريبًا. وقد أدى هذا إلى وضع الحجم الحالي لـ Bitcoin blockchain عند حوالي 580 جيجابايت حتى كتابة هذه السطور، وهو ما يزيد بحوالي 18٪ عن العام الماضي. لكي تنضم العقد الكاملة إلى blockchain وتتحقق من الشبكات، فإنها تحتاج إلى تنزيل blockchain بالكامل والبدء في إجراء التحقق من الصحة على جميع الكتل القديمة وعلى الكتل المضافة حديثًا. من المؤكد أن هذا الحجم سيستمر في النمو يومًا بعد يوم، وفي مرحلة ما، قد يصبح كبيرًا جدًا، لدرجة أنه يثني بعض المستخدمين العاديين عن الانضمام إلى الشبكة بسبب قيود الموارد.
إلى جانب حجم البلوكشين، تقوم العقد أيضًا بالتحقق من الحالة الحالية للشبكة وتخزينها. هذه الحالة هي مجموعة مخرجات المعاملات غير المنفقة (UTXO) الحالية والتي تكون أصغر حجمًا نسبيًا بالنسبة إلى blockchain بأكمله، ومع ذلك، فإن هذه الحالة أيضًا مضمونة لمواصلة النمو بسرعة مع قيام المزيد والمزيد من المستخدمين بتنفيذ المزيد من المعاملات على الشبكة. هذه المجموعة هي مجموعة جميع مخرجات المعاملات غير المنفقة في الشبكة.

إذن ما هو أوتريكسو؟

تقدم Utreexo مُراكمًا ديناميكيًا قائمًا على التجزئة والذي يسمح بتقليل حجم الحالة الحالية بشكل كبير. فهو يسمح للعقد بالتحقق بشكل كامل من مدخلات المعاملة دون معرفة الحالة الكاملة للنظام. ويتم تحقيق ذلك عن طريق السماح لمالك الأموال بالاحتفاظ بدليل على أن الأموال موجودة بالفعل، ثم يقدمون هذه الأموال عندما يكونون على وشك إنفاق الأموال.
تقدم Utreexo نوعًا جديدًا من العقد يسمى عقدة الحالة المدمجة. تقوم هذه العقد فقط بتخزين تمثيل تراكمي للحالة. لكي تتمكن هذه العقد من التحقق من المعاملات، فإنها تحتاج إلى إثبات التضمين. يتم توفير هذا الدليل من خلال معاملة الإنفاق عندما تكون على وشك إنفاق بعض المدخلات.

كيف تعمل Utreexo على تحسين شبكة البيتكوين؟

كما هو موضح أعلاه، يسمح Utreexo للشخص بتمثيل حالة شبكة Bitcoin كمراكم ديناميكي، يبلغ حجم هذه المجمعات بضعة كيلو بايت فقط، على عكس الحالة الحالية للبيتكوين، والتي يزيد حجمها عن 5 جيجابايت.
لفهم كيفية عمل Utreexo، علينا أولاً أن نفهم ما هو مجمع التشفير وكيف يعمل. تسمح لنا مراكم التشفير بالاستعلام عن مجموعة دون تخزين أو الكشف عن جميع أعضاء المجموعة. يعمل أسلوب بناء المجمع هذا بشكل رائع مع مجموعة Bitcoins UXTO لأنه بالنسبة لكل معاملة، نود الاستعلام عما إذا كانت TXOs التي يتم إنفاقها هي بالفعل أعضاء في مجموعة UTXO، وإذا لم تكن كذلك، فإننا نرفض المعاملة.
يتعين على العقد العادية عند الانضمام إلى الشبكة تنزيل سجل blockchain بالكامل والذي يزيد حجمه عن 580 جيجابايت والتحقق من المعاملات وإنشاء نسختها الخاصة من مجموعة UTXO. يتعين عليهم بعد ذلك التحقق من جميع تغييرات الحالة التي تصل إلى العقدة. كل هذه العمليات عبارة عن عمليات مكثفة للموارد، مما يحد من عدد المشاركين في الشبكة مما يحد من قابلية التوسع.
يمكن أن تستغرق عملية المزامنة الأولية هذه، والمعروفة أيضًا باسم تنزيل الكتلة الأولية (IBD)، وقتًا طويلاً جدًا، اعتمادًا على الاتصال بالإنترنت وموارد الأجهزة. أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على سرعة عملية IBD هذه هو نوع قرص التخزين المستخدم وسرعة عمليات الإدخال/الإخراج، وخاصة القدرة على إجراء قراءات الوصول العشوائي بسرعة. وهذا هو السبب في أن أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم محرك أقراص مزود بذاكرة مصنوعة من مكونات صلبة، والذي يتمتع عادةً بأوقات قراءة وصول عشوائي أعلى بكثير، يمكن أن تستخدم وقتًا أقل بما يزيد عن 30 مرة للتحقق من المعاملات، مقارنةً بأجهزة الكمبيوتر التي تحتوي على محرك أقراص ثابتة.
مع Utreexo، لن يُحدث نوع القرص المستخدم فرقًا كبيرًا، حيث سنرى اختلافًا طفيفًا في الأداء بين أجهزة كمبيوتر SSD وأجهزة كمبيوتر HDD
تقدم Utreexo مُراكمًا ديناميكيًا قائمًا على التجزئة دون الحاجة إلى متطلبات إعداد أو مدير موثوقة. كما ذكرنا أعلاه، المركمات عبارة عن تمثيلات مدمجة لمجموعة يمكن إضافة العناصر إليها وإثباتها. يستخدم مجمع Utreexo غابة من أشجار Merkle المثالية التي تسمح بإزالة العناصر من المجمع بكفاءة، مما يقلل إجمالي عدد الأوراق في الغابة عند حدوث عمليات الحذف.
الإضافات قابلة للحساب دون أي بيانات خارج المجمع والعنصر المراد إضافته، وعمليات الحذف قابلة للحساب مع إثبات تضمين البيانات المراد حذفها.
تصميم المجمع عبارة عن غابة من أشجار التجزئة الثنائية المثالية. يتضمن تمثيل المركب الذي يجب تخزينه: عدد العناصر المخزنة، وجذر كل شجرة في الغابة.
إن البنية المنطقية للشجرة الثنائية المثالية تقع خارج نطاق هذه المقالة حيث أن هذه كانت مجرد مقالة تمهيدية. ومع ذلك، يمكن العثور على ورقة Utreexo الكاملة هنا.

خاتمة

يهدف المجمع القائم على التجزئة Utreexo إلى تقليل حجم حالة البيتكوين إلى بضعة كيلو بايت فقط، مما يسمح لأي جهاز تقريبًا بالانضمام إلى شبكة البيتكوين والبدء في التحقق من المعاملات دون الحاجة إلى أجهزة باهظة الثمن وعالية الجودة. سيؤدي هذا إلى زيادة قابلية التوسع لشبكة البيتكوين بشكل كبير حيث أن حجم المجمع ينمو ببطء شديد (Onlogn) وتعقيد المساحة.