تعريف shard

تُعد تقنية التجزئة (Sharding) حلاً تقنياً متقدماً لتعزيز قابلية التوسع في شبكات البلوكشين، إذ تعمل على تقسيم الشبكة إلى أجزاء أصغر تُسمى "شريحة". تتولى كل شريحة معالجة جزء من المعاملات والعقود الذكية، بحيث لا تضطر كل عقدة لمعالجة جميع المعاملات ضمن الشبكة. يسمح هذا التقسيم بمعالجة المعاملات بالتوازي، ما يؤدي إلى زيادة كبيرة في معدل إنجاز المعاملات، والتقليل من استهلاك الموارد للعقد الفردية، وبالتالي تحقيق قابلية توسع أكبر لشبكات البلوكشين.

خلفية تقنية التجزئة

تعود جذور تقنية التجزئة إلى مجال قواعد البيانات التقليدية، حيث استُخدمت في أنظمة إدارة قواعد البيانات لتوزيع مجموعات البيانات الضخمة على عدة خوادم بهدف تحسين كفاءة المعالجة. ومع ظهور تحديات التوسع في شبكات البلوكشين الكبرى مثل Bitcoin وEthereum، ولا سيما عندما لم تعد سرعات معالجة المعاملات تلبي متطلبات التطبيقات واسعة النطاق، بدأ الباحثون في تطبيق تقنية التجزئة على البلوكشين. وتعد التجزئة ضمن خطة ترقية Ethereum 2.0 من العناصر الأساسية الموجهة لمعالجة ازدحام الشبكة.

يمثل إدخال التجزئة إلى البلوكشين تحولاً جوهرياً من نموذج تحقق العقدة الكاملة إلى بنية متعددة الطبقات أكثر قابلية للتوسع، ما يفتح الباب أمام تطبيقات تجارية ضخمة لتقنية البلوكشين.

آلية عمل التجزئة

تتضمن عملية التجزئة في شبكات البلوكشين خطوات أساسية:

1. تقسيم الشبكة: تُقسم شبكة البلوكشين إلى شرائح متعددة، وتضم كل شريحة مجموعة من المدققين الخاصة بها.
2. توزيع العقد: تُوزع العقد على الشرائح بطريقة عشوائية، غالباً عبر آليات إجماع أو خوارزميات عشوائية، مما يعزز حماية الشرائح من الهجمات.
3. تقسيم الحالة: تُجزأ الحالة العامة للبلوكشين بحيث تحتفظ كل شريحة وتدقق فقط في البيانات المتعلقة بها.
4. التواصل بين الشرائح: عندما تتضمن معاملة بيانات من أكثر من شريحة، تُستخدم بروتوكولات خاصة لتبادل البيانات والتنسيق المشترك.
5. الإجماع متعدد الطبقات: تعتمد البنية المجزأة إجماعاً داخل كل شريحة، ثم تُرفع النتائج للسلسلة الرئيسية أو سلسلة Beacon للمصادقة النهائية.
6. ضمان توفر البيانات وسلامتها: يُحافظ على توفر وسلامة البيانات عبر تقنيات تحقق عينات البيانات، حتى مع تقسيم الشبكة.

المخاطر والتحديات

رغم ما توفره تقنية التجزئة من إمكانيات للتوسع، إلا أنها تطرح تحديات تقنية وأمنية مهمة:

1. انخفاض الأمان: تصبح متطلبات قوة الحوسبة أو متطلبات الرهان للعقدة في الشريحة أقل من الشبكة الكاملة، ما يجعل استهداف الشريحة أسهل ويزيد من خطر "هجمات الاستيلاء على الشريحة".
2. تعقيد المعاملات بين الشرائح: تتطلب المعاملات التي تشمل عدة شرائح آليات تنسيق معقدة، وقد يؤدي ذلك إلى زيادة التأخير وانخفاض الأداء.
3. مشاكل توفر البيانات: ضمان توفر جميع البيانات اللازمة بعد التجزئة يمثل تحدياً تقنياً.
4. تعقيدات إدارة الحالات المشتركة بين الشرائح تزداد مع زيادة عدد الشرائح بشكل كبير.
5. التوازن بين اللامركزية وعدد الشرائح: زيادة عدد الشرائح يحسن الأداء، ولكن يقل عدد المدققين في كل شريحة، ما يضعف الأمان ويستلزم تحقيق توازن دقيق.
6. صعوبات التنفيذ: تحويل البلوكشين الحالي إلى بنية مجزأة يتطلب تغييرات جذرية وانقساماً صلباً (hard fork)، ما يجعل التنفيذ معقداً للغاية.

تُعد هذه التحديات محوراً رئيسياً للأبحاث الحالية في مجال البلوكشين، وتسعى العديد من المشاريع لإيجاد حلول مثلى لتجاوزها.

تمثل تقنية التجزئة اتجاهاً أساسياً لتوسعة البلوكشين، وتُعد مفتاحاً لتجاوز القيود في معدل إنجاز المعاملات. من خلال توزيع عبء العمل عبر شرائح متعددة، يمكن للبلوكشين تحقيق توسع خطي، وتزداد سعة الشبكة كلما زاد عدد العقد. ويُعتبر ذلك جوهرياً لاعتماد البلوكشين على نطاق واسع، إذ يرتبط مباشرة بقدرة الشبكة على منافسة الأنظمة المالية التقليدية في حجم المعاملات. ومع تطبيق منصات كبرى مثل Ethereum لحلول التجزئة تدريجياً، ستخضع التقنية لاختبارات عملية مكثفة، وقد تصبح معياراً أساسياً في بنية شبكات البلوكشين عالية الأداء. فالتجزئة ليست مجرد تحسين تقني، بل تمثل تحولاً جوهرياً في فلسفة تصميم البلوكشين، إذ تجمع بين الأمان، واللامركزية، وقابلية التوسع لتحقيق أفضل توازن ممكن.