Blockchain katmanlarını anlamak
Kripto para birimlerini veya blockchain'i herhangi bir şekilde araştırdıysanız muhtemelen birinci katman ve ikinci katman protokolleri gibi terimlerle karşılaşmışsınızdır. Bu katmanların neler olduğunu ve neden var olduklarını merak ediyor musunuz? Bu makalede blockchain katman mimarisini tartışalım.
Blockchain teknolojisi, çeşitli mevcut teknolojilerin (kriptografi, oyun teorisi vb.) kripto para birimleri gibi çok çeşitli olası uygulamalarla türünün tek örneği bir karışımıdır. Verilerin kodlanması ve kodunun çözülmesi, kriptografi olarak bilinen matematiksel ve hesaplamalı bir disiplindir. Rasyonel karar vericiler arasındaki stratejik etkileşimin matematiksel modellerinin incelenmesi oyun teorisi olarak bilinir. Blockchain aracıları ortadan kaldırır, maliyetleri düşürür ve şeffaflık ve güvenlik sağlayarak verimliliği artırır.
Dağıtılmış defter teknolojisi (DLT), merkezi bir otoritenin gözetimi olmadan, önceden belirlenmiş bir ağ protokolü aracılığıyla anlaşan bir grup kullanıcı arasında bilgilerin kriptografiyle doğrulanmasını sağlar. Bu teknolojilerin birleştirilmesi, normalde bunu yapmak için hiçbir nedeni olmayacak kişiler veya taraflar arasındaki güveni artırır. Blockchain ağlarının kullanıcılar arasında güvenli bir şekilde değer ve veri alışverişi yapmasını mümkün kılar.
Merkezi bir otoritenin olmaması nedeniyle blok zincirlerin çok güvenli olması gerekir. Ayrıca artan kullanıcıları, işlemleri ve diğer verileri yönetebilmek için son derece ölçeklenebilir olmaları gerekir. Katmanlar, birinci sınıf güvenliğin korunmasıyla eşzamanlı ölçeklenebilirlik gereksiniminden doğmuştur.
Blockchain ölçeklenebilirliği nedir?
Blockchain teknolojisindeki "ölçeklendirme" tabiri, saniyedeki işlemlerle ölçülen sistem çıktı hızının artışını ifade etmektedir. Kripto para birimlerinin günlük yaşamda yaygın olarak benimsenmesiyle birlikte ağ güvenliğini, kayıt tutmayı ve diğer işlevleri geliştirmek için artık blockchain katmanlarına ihtiyaç duyulmaktadır.
Bir sistemin saniyede gerçekleştirdiği işlem sayısına "verim" adı verilir. Visa'nın VisaNet elektronik ödeme ağı saniyede 20.000'den fazla işlem gerçekleştirebilirken, Bitcoin'in (BTC) ana zinciri saniyede yedi işlemden fazlasını gerçekleştiremez.
Blockchain, merkezi olmayan bir ekosistemdeki ilk katmandır. İkinci katman, düğüm sayısını ve bunun sonucunda sistem verimini artırmak için birinci katmanla birlikte kullanılan bir üçüncü taraf entegrasyonudur. Birçok katman iki blockchain teknolojisi şu anda uygulanmaktadır. Bu çözümlerde işlemleri otomatikleştirmek için akıllı sözleşmeler kullanılıyor.
Blockchain geliştiricileri, Bitcoin'in ticari dünyada daha önemli bir güç haline gelmesiyle birlikte blockchain yönetiminin kapsamını genişletmeye çalışıyor. Blockchain katmanları geliştirerek ve ikinci katmanın ölçeklenebilirliğini optimize ederek işlem sürelerini azaltmayı ve TPS'yi artırmayı umuyorlar.
Blockchain üçlemi
Blockchain üçlemi, merkezi olmayan ağlar, güvenlik ve ölçeklenebilirlik açısından, merkezi olmayan ağların herhangi bir zamanda üç faydadan yalnızca ikisini sağlayabileceği yönünde yaygın olarak kabul edilen düşünceyi ifade eder.
Bilgisayar bilimcileri, bu zorlukların muhtemelen en önemlilerini ifade etmek için 1980'lerde tutarlılık, kullanılabilirlik ve bölüm toleransı (CAP) teoremini geliştirdiler. CAP teoremi, blockchain gibi merkezi olmayan veri depolamanın yukarıda belirtilen üç garantiden yalnızca ikisini aynı anda karşılayabileceğini belirtir.
Bu teorem, mevcut dağıtılmış ağlar bağlamında blockchain üçlemine dönüşmüştür. Yaygın olarak kabul edilen fikir, halka açık blockchain altyapısının güvenlikten, ademi merkeziyetçilikten veya ölçeklenebilirlikten fedakarlık etmesi gerektiğidir.
Sonuç olarak, blockchain teknolojisinin kutsal kâsesi, geniş ölçüde merkezi olmayan bir ağ üzerinde aşılmaz güvenliğe sahip bir ağ yaratırken aynı zamanda internet ölçeğinde işlem hacmini de yönetmektir.
Üçlemenin dinamiklerini derinlemesine incelemeden önce ölçeklenebilirliği, güvenliği ve merkeziyetsizliği genel hatlarıyla tanımlayalım:
Blockchain'in ölçeklenebilirliği, daha yüksek hacimli işlemleri gerçekleştirebilme yeteneğini ifade eder.
Güvenlik, blok zincirindeki verileri çeşitli saldırı türlerine karşı koruma yeteneğini ve blok zincirinin çifte harcamaya karşı savunmasını ifade eder.
Merkezi olmayanlaştırma, ağın daha az sayıda kuruluş tarafından kontrol edilmemesini sağlayan bir tür ağ yedekliliğidir.
Ölçeklenebilirlik, güvenlik ve merkeziyetsizlik arasındaki etkileşim
Bir işlemin sonuçlanması için ağın öncelikle geçerliliği konusunda anlaşması gerekir. Sistemde üye sayısı fazla ise anlaşma biraz zaman alabilir. Sonuç olarak, güvenlik parametreleri aynı olduğunda ölçeklenebilirliğin merkeziyetsizlikle ters orantılı olduğunu gösterebiliriz.
Şimdi, iki çalışma kanıtı blok zincirinin aynı derecede merkezi olmayan yapıya sahip olduğunu ve güvenliği blok zincirinin hash oranı olarak kabul ettiğimizi varsayalım. Hash oranı arttıkça onay süresi kısalır ve güvenlik arttıkça ölçeklenebilirlik artar. Sonuç olarak ölçeklenebilirlik ve güvenlik, sürekli merkeziyetsizlikle orantılıdır.
Sonuç olarak, bir blockchain istenen üç özelliğin tümünü aynı anda optimize edemez ve bu durum onu ödünleşimler yapmaya zorlar. Ethereum, üçlemin eylem halindeki en son örneğidir. Ethereum platformu, bu yaz merkezi olmayan finans (DeFi) uygulamalarının büyümesi nedeniyle kullanımda bir patlama yaşadı. Ethereum ancak belirli bir noktaya kadar büyüyebilir.
Artan talep nedeniyle işlem ücretleri bazı kişilerin blockchain ile etkileşime giremeyeceği noktaya kadar yükseldi. Artan Ethereum ücretleri bu üçlemin bir örneğidir; Ethereum'un güvenlikten veya merkeziyetsizlikten ödün vermeden ölçeklenmediğini görebiliriz.
Ethereum'un odak noktası, saniyedeki işlem sayısının sınırlı olması (ölçeklenebilirlik) ile merkeziyetsizlik ve güvenlikti. Madencileri işlemlerine öncelik vermeye teşvik etmek için kullanıcılar daha yüksek ücretler ödedi. Benzer şekilde, Bitcoin'de merkeziyetsizlik ve güvenlik, ölçeklenebilirliğin önüne geçti.
Bitcoin ve Ethereum gibi blockchainlerin ölçeklenebilirliğinin şu anda sınırlı olduğu bir sır değil. Bu nedenle, start-up'lardan, şirketlerden ve teknoloji uzmanlarından oluşan küresel bir topluluk, blockchain üçlemini çözmek için birinci katman ve ikinci katman çözümleri üzerinde çılgınca çalışıyor.
Birinci katman blockchain ağları hız, güvenlik ve genişleme için tasarlanmıştır. İkinci katman, mevcut blockchain ağlarının ölçeklenebilirliğini genişletmek için kullanılabilecek teknoloji geliştirmelerini ve ürünleri ifade eder. İki katman arasında mükemmel dengeyi sağlamak, blockchain'in benimsenmesi ve merkezi olmayan ağların genişletilmesi açısından oyunun kurallarını değiştirebilir.
Geliştiriciler konuya çeşitli açılardan yaklaşıyor. Bitcoin Cash'teki (BCH) artan blok boyutu, Bitcoin'in ölçeklenebilirliğini iyileştirme girişimiydi. Ancak daha popüler hale geldiğine dair hiçbir kanıt yok.
Bitcoin, mevcut blockchain katmanına bir katman ekleyerek sorunu çözmeye çalışıyor. Ölçeklendirme çözümlerinin ardındaki fikre göre, ikinci katman çözümleri çok sayıda işlemi bir araya toplayacak ve temel katman blok zincirini yalnızca arada bir sorgulayacak. Ethereum, parçalamanın temel katman blok zincirini ölçeklendirmesiyle hibrit bir yaklaşım benimsiyor ve topluluk, verimi daha da artırmak için birkaç katman iki çözüm bekliyor.
Blockchain mimarisinin katmanlı yapısı
Blockchain mimarisinin dağıtılmış ağı durumunda, her ağ katılımcısı yeni girişleri korur, yetkilendirir ve günceller. İşlemlerin belirli bir sırayla yapıldığı bloklardan oluşan bir koleksiyon, blockchain teknolojisinin yapısını temsil eder. Bu listeler düz bir dosya (txt formatında) veya basit bir veritabanı olarak kaydedilebilir. Blockchain mimarisi halka açık, özel veya konsorsiyum formlarında olabilir.
Blockchain'in katmanlı mimarisi altı katmana ayrılmıştır.
Donanım altyapı katmanı
Blockchain'in içeriği bu güzel dünyanın herhangi bir yerindeki veri merkezindeki bir sunucuda depolanıyor. İstemciler, web'de gezinirken veya herhangi bir uygulamayı kullanırken, istemci-sunucu mimarisi olarak bilinen, uygulama sunucularından içerik veya veri talep eder.
İstemciler artık eş istemcilerle bağlantı kurabilir ve veri paylaşabilir. Eşler arası (P2P) ağ, verileri paylaşan büyük bir bilgisayar grubudur. Blockchain, işlemleri düzenli bir şekilde paylaşılan bir defterde hesaplayan, doğrulayan ve kaydeden eşler arası bir bilgisayar ağıdır. Sonuç olarak, tüm verileri, işlemleri ve diğer ilgili verileri depolayan dağıtılmış bir veritabanı oluşturulur. Düğüm, P2P ağındaki bir bilgisayardır.
Veri katmanı
Bir blockchain'in veri yapısı, işlemlerin sıralandığı bağlantılı blok listesi olarak ifade edilir. Blockchain'in veri yapısı iki temel unsurdan oluşur: işaretçiler ve bağlantılı liste. Bağlantılı liste, önceki bloğa ilişkin verileri ve işaretçileri içeren zincirleme blokların bir listesidir.
İşaretçiler, başka bir değişkenin konumunu belirten değişkenlerdir ve bağlantılı liste, verileri ve önceki bloğa işaret eden işaretçileri içeren zincirleme blokların bir listesidir. Merkle ağacı karmalardan oluşan ikili bir ağaçtır. Her blok, Merkle ağacının kök karmasını ve önceki bloğun karması, zaman damgası, tek seferlik, blok versiyon numarası ve mevcut zorluk hedefi gibi bilgileri içerir.
Blockchain sistemleri için Merkle ağacı güvenlik, bütünlük ve reddedilemezlik sağlar. Blockchain sistemi Merkle ağaçları, kriptografi ve fikir birliği algoritmaları üzerine inşa edilmiştir. Genesis bloğu yani ilk blok zincirin ilk bloğu olduğundan işaretçiyi içermez.
Blockchain'de yer alan verilerin güvenliğini ve bütünlüğünü korumak için işlemler dijital olarak imzalanır. İşlemleri imzalamak için özel bir anahtar kullanılır ve genel anahtara sahip olan herkes imzalayanı doğrulayabilir. Dijital imza bilgi manipülasyonunu tespit eder. Şifrelenen veriler aynı zamanda imzalandığı için dijital imzalar birlik sağlar. Sonuç olarak herhangi bir manipülasyon imzayı geçersiz kılacaktır.
Veriler şifrelendiği için bulunamıyor. Yakalansa dahi bir daha değiştirilemez. Gönderenin veya sahibinin kimliği de dijital imzayla korunur. Sonuç olarak imza, hukuken sahibine bağlıdır ve göz ardı edilemez.
Ağ katmanı
Genellikle P2P katmanı olarak adlandırılan ağ katmanı, düğümler arası iletişimden sorumludur. Keşif, işlemler ve blok yayılımının tamamı ağ katmanı tarafından gerçekleştirilir. Yayılma katmanı bu katmanın diğer adıdır.
Bu P2P katmanı, düğümlerin birbirini bulmasını ve blockchain ağını meşru bir durumda tutmak için etkileşime girmesini, yayılmasını ve senkronize edilmesini sağlar. P2P ağı, düğümlerin dağıtıldığı ve ortak bir amaca ulaşmak için ağın iş yükünü paylaştığı bir bilgisayar ağıdır. Blockchain'in işlemleri düğümler tarafından gerçekleştirilir.
Konsensüs katmanı
Konsensüs katmanı, blockchain platformlarının var olması için gereklidir. Konsensüs katmanı, Ethereum, Hyperledger veya başka bir blok zincirde en gerekli ve kritik katmandır. Konsensüs katmanı, blokların doğrulanmasından, sıralanmasından ve herkesin aynı fikirde olmasını garanti etmekten sorumludur.
Uygulama katmanı
Akıllı sözleşmeler, zincir kodu ve merkezi olmayan uygulamalar (DApp'ler) uygulama katmanını oluşturur. Uygulama katmanı protokolleri ayrıca uygulama ve yürütme katmanlarına bölünmüştür. Uygulama katmanı, son kullanıcıların blockchain ağıyla iletişim kurmak için kullandığı programları içerir. Komut dosyaları, uygulama programlama arayüzleri (API'ler), kullanıcı arayüzleri ve çerçeveler bunun bir parçasıdır.
Blockchain ağı, bu uygulamalar için arka uç teknolojisi görevi görüyor ve API'ler aracılığıyla onunla iletişim kuruyor. Akıllı sözleşmeler, temel kurallar ve zincir kodun tümü yürütme katmanının parçalarıdır.
Bir işlem, uygulama katmanından yürütme katmanına geçmesine rağmen anlamsal katmanda doğrulanır ve yürütülür. Uygulamalar, işlemleri yürüten ve blok zincirinin deterministik doğasını sağlayan yürütme katmanına talimatlar verir.
Blockchain katmanları açıklandı
Bu temel katmandır ve güvenliği onun değişmezliğine dayanır. Ethereum ağı veya birinci katman, insanların Ethereum derken kastettiği şeydir. Bu katman, fikir birliği süreçlerinden, programlama dillerinden, blok süresinden, anlaşmazlık çözümünden ve bir blockchain ağının temel işlevselliğini koruyan kural ve parametrelerden sorumludur. Uygulama katmanı olarak da bilinir. Bitcoin, birinci katman blok zincirinin bir örneğidir.
Bu ölçeklendirme çözümleri birlikte kullanıldığında ağın verimini artırır. Ancak blockchain kullanıcılarının sayısının artmasıyla birlikte birinci katmanın yetersiz kaldığı görülüyor. Eski ve beceriksiz iş kanıtı konsensüs süreci, birinci katman blok zincirinde hâlâ kullanılıyor.
Proof-of-stake, Ethereum 2.0'ın benimseyeceği alternatif bir fikir birliğidir. Bu fikir birliği yaklaşımı, ağ katılımcılarının staking teminatına dayalı olarak yeni işlem veri bloklarını onaylayarak daha verimli bir prosedür sağlar.
Temel katmanın üzerinde yer alan üst üste binen ağlar L2 çözümleri olarak bilinir. Protokoller, temel katmandaki bazı etkileşimleri kaldırarak ölçeklenebilirliği artırmak için ikinci katmanı kullanır. Sonuç olarak, birincil blockchain protokolündeki akıllı sözleşmeler yalnızca para yatırma ve çekme işlemleriyle ilgilenir ve zincir dışı işlemlerin düzenlemelere uygun olmasını sağlar. Bitcoin'in Lightning Network'ü, ikinci katman blok zincirinin bir örneğidir.
İkinci katman protokollerinin popülaritesi son yıllarda hızla arttı ve özellikle PoW ağlarındaki ölçeklendirme sorunlarını çözmede en etkili yaklaşım olduklarını kanıtlıyorlar. Aşağıdaki bölümlerde çeşitli katman iki ölçeklendirme çözümleri açıklanmaktadır.
Uygulama katmanına genellikle üçüncü katman veya L3 adı verilir. L3 projeleri, iletişim kanalının teknik yönlerini maskelerken kullanıcı arayüzü görevi görür. L3 uygulamaları, blockchain mimarisinin katmanlı yapısında açıklandığı gibi, blockchain'lere gerçek dünyada uygulanabilirliğini veren şeydir.
Blockchain'lerin ortaya çıktığı dağıtılmış veri depolamanın karşılaştığı sorunlar, blockchain'lere aktarıldı. Bu zorlukları ve ilgili sorunları daha iyi anlamak için bunları gruplandırmak üzere "blockchain trilemma" terimi türetildi.
Blockchain işinde kripto paranın ana akım benimsenmesinin artık imkansız olmasının nedenlerinden biri ölçeklenebilirliktir. Kripto para birimlerine olan talep arttıkça blockchain protokollerini genişletme baskısı da artacaktır. Her iki blockchain seviyesinin de kendi kısıtlamaları olduğundan, nihai çözüm, ölçeklenebilirlik üçlemini çözebilecek bir sistem geliştirmek olacaktır.