تضخم حالة Ethereum: أثر عبء التخزين على قابلية التوسع وأداء الشبكة

فهم أزمة تضخم الحالة: لماذا تعتبر مشكلة تخزين Ethereum حرجة الآن

يُعد تضخم حالة Ethereum أحد أكثر التحديات التقنية إلحاحاً التي تواجه الشبكة اليوم. إذ تضيف كل معاملة، وكل حساب جديد، وكل نشر لعقد ذكي بيانات دائمة يجب على العُقد الاحتفاظ بها إلى أجل غير مسمى. ويتزايد حجم حالة البلوكشين بشكل مستمر دون تراجع. هذا التراكم الدائم للبيانات—من حسابات وسجلات تخزين وشيفرات برمجية—يشكل قيداً جوهرياً يضعف كفاءة الشبكة. وعلى عكس بيانات المعاملات المؤقتة التي يمكن تقليمها أو أرشفتها، تتطلب بيانات الحالة الاحتفاظ الدائم بها لأن الشبكة بأكملها تعتمد على الوصول إليها والتحقق منها لمعالجة المعاملات الجديدة.

يظهر عبء التخزين كتراجع مباشر في الأداء. فعندما تُخزن الحالة على الأقراص، تزداد تكلفة عمليات الإدخال والإخراج بشكل ملحوظ. وكل عملية قراءة أو كتابة ينتج عنها تكلفة حسابية تتضخم كلما زاد حجم الحالة. هذه ليست مشكلة تقتصر على مطوري البلوكشين أو مشغلي عُقد Ethereum فحسب—بل تمس كل مشارك في النظام البيئي. كيف يؤثر تضخم حالة Ethereum على التوسع؟ يكمن الجواب في آليات تزامن العقد والتحقق من الصحة. إذ يجب على العقد الجديدة في الشبكة تحميل ومعالجة تاريخ الحالة بالكامل، وهي مهمة تزداد صعوبة بشكل أُسّي مع زيادة الحجم. فالعقدة التي كانت تحتاج 100 جيجابايت من التخزين تتطلب اليوم 200 جيجابايت أو أكثر، لتصبح متطلبات العتاد عائقاً أمام الأفراد الراغبين في تشغيل عقد كاملة بشكل مستقل. هذا الضغط نحو المركزية يتعارض مع المبادئ الأساسية لتصميم Ethereum، ويهدد لامركزية الشبكة.

وتطال التداعيات الاقتصادية المستخدمين والمطورين على حد سواء. فتبقى رسوم المعاملات مرتفعة جزئياً لأن المدققين ومشغلي العقد ملزمون ببنية تحتية مكلفة للتعامل مع الحالة المتضخمة. ومع ندرة الموارد الحاسوبية، تتزايد كلفتها. كما أظهر باحثو Ethereum Foundation أن عبء البيانات المتنامي على الشبكة يقيد بشكل متزايد القدرة الاستيعابية وسرعة معالجة المعاملات. أما مطورو التطبيقات اللامركزية DApp على Ethereum، فيواجهون عمليات قراءة أبطأ، وارتفاع تكاليف الغاز للعمليات كثيفة التخزين، وتراجع أداء التطبيقات. وتولد هذه المشكلة حلقة مفرغة: كلما خزنت التطبيقات المزيد من البيانات على الشبكة، زادت مشكلة التضخم، وأصبحت الشبكة أقل كفاءة للتطبيقات المستقبلية.

الأثر المتسلسل: كيف يعرقل تضخم الحالة عمليات العقد وأداء الشبكة

أصبح تشغيل عقدة Ethereum اليوم مهمة بمستوى الشركات تتطلب استثماراً كبيراً في رأس المال، بعدما كان بإمكان الأفراد التقنيين القيام بها بسهولة. وتنعكس آثار تضخم الحالة على جميع مستويات بنية الشبكة، مسببة تراجعاً في الأداء في كل جزء منها. يواجه مشغلو العقد ارتفاعاً في تكاليف العتاد، مثل الحاجة إلى ذاكرة عشوائية أكبر لتخزين الحالة مؤقتاً، وأقراص SSD بسعة أكبر لحفظ قاعدة البيانات الكاملة. وتخلق هذه التكاليف المتزايدة حاجز دخول يتركز تشغيل العقد في كيانات ذات موارد قوية، ما يهدد طبيعة البلوكشين اللامركزية.

وتتضح تداعيات الأداء عند دراسة مشكلات تضخم الحالة وحلولها في الواقع التشغيلي. فكلما زاد حجم الحالة، زادت فترة التأخير في الوصول إليها. وعندما يحتاج المدقق للتحقق من معاملة، عليه استرجاع معلومات الحالة من القرص، ما يسبب تأخيرات تتضاعف عبر آلاف العمليات المتزامنة. ويظهر عنق زجاجة، حيث يزداد وقت تزامن العقدة مع كل ترقية وكل إضافة كتلة. وتعاني العقد التي تعمل بكامل طاقتها من تراجع الأداء، ما يؤدي إلى زيادة وقت إدراج المعاملات وتراجع استجابة التطبيقات كثيفة القراءة. وترتبط تحديات توسيع شبكة Ethereum في عام 2024 مباشرة بتضخم الحالة.

ويظهر عدم الكفاءة بوضوح في العلاقة بين حجم الحالة وأداء المدققين. إذ يجب على المدققين الحفاظ على حالة متسقة عبر الشبكة كلها لتحقيق الإجماع. وعندما تتطلب عمليات الحالة وقتاً طويلاً للوصول إلى القرص، لا يتمكن المدققون من معالجة الكتل بسرعة، ما يخفض إنتاجية الشبكة. وتُظهر اعتبارات عبء تخزين الحالة التي تطرحها Ethereum Foundation أن العقدة التي تعالج الكتل في رأس الشبكة تحتاج للوصول إلى الحالة مع كل تنفيذ للمعاملة. ومع تجاوز حجم الحالة 100 جيجابايت وازديادها يومياً، يصبح العبء الحاسوبي ضخماً. وتفيد التطبيقات التي تتأثر بنمو الحالة على أداء Ethereum بزيادة ملموسة في أوقات تأكيد المعاملات وتراجع كفاءة التفاعل.

حتى أمان الشبكة يواجه تحديات دقيقة لكنها محورية. فعندما تتمكن العمليات الكبيرة فقط من تشغيل عقد كاملة اقتصادياً، تصبح شبكة التحقق أكثر مركزية. ويواجه المدققون الصغار ضغطاً اقتصادياً للاعتماد على عملاء خفيفين أو مزودي خدمات من أطراف ثالثة، ما يقلل من مشاركتهم المباشرة في الإجماع. هذا التحول في البنية يضر بفرضيات الأمان التي يستند إليها نموذج الثقة في الشبكة. كما أن تضخم الحالة يزيد صعوبة التحقق من الحالة بكفاءة، ويجعل من الصعب على العملاء الخفيفين التحقق من حالات الحسابات دون تحميل أجزاء كبيرة من قاعدة البيانات الكاملة.

استجابة Ethereum Foundation الطارئة: ثلاث حلول عملية لمواجهة عبء التخزين

أدركت Ethereum Foundation أن تضخم الحالة يمثل مشكلة بنية تحتية حرجة، واقترحت ثلاث حلول متكاملة لمعالجة جوانب مختلفة من المشكلة. وتستهدف هذه الحلول الأسباب الجذرية لنمو الحالة غير المحدود، مع الحفاظ على التوافق واستمرارية الشبكة. وفهم هذه الحلول يمنح رؤية حول كيفية تعامل شبكات البلوكشين مع التحديات التقنية المتراكمة.

يركز الحل الأول على آليات انتهاء صلاحية الحالة، التي تفرض إبطالاً زمنياً للسجلات غير المستخدمة. بدلاً من تخزين كل بيانات الحالة إلى الأبد، يضع انتهاء الصلاحية قاعدة بروتوكول تتيح إزالة أو أرشفة الحسابات ومواضع التخزين غير المستخدمة لفترات طويلة. ويغير هذا النموذج من التزايد الدائم إلى التوازن، حيث تتعادل البيانات الجديدة مع إزالة البيانات المنتهية. ويتطلب ذلك من المطورين تحديث عقودهم أو حساباتهم للحفاظ على البيانات، ما يخلق حوافز اقتصادية لإدارة الحالة بكفاءة. ويشبه هذا الحل تطبيقات ناجحة في بلوكشين أخرى ويعالج مشكلة نمو الحالة المستمر.

الحل الثاني يعتمد آليات إيجار الحالة، التي تفرض رسوماً مقابل الاحتفاظ بالبيانات. فبدلاً من أن يكون تخزين البيانات دائماً مجانياً بمجرد إدراجها، سيُطلب من المستخدمين دفع رسوم للمدققين تتناسب مع حجم البيانات وفترة الاحتفاظ بها. ويخلق هذا حوافز للكفاءة في استخدام التخزين، ويشجع المطورين على تصميم تطبيقات تقلل التخزين على السلسلة. ويتحمل المستخدمون تكاليف مستمرة للحفاظ على أرصدتهم أو بيانات العقود الذكية، ما يحول عبء الحالة من نفقات رأسمالية إلى نفقات تشغيلية. ويتماشى هذا النظام مع مصالح مشغلي العقد والمستخدمين، ليصبح أكثر عقلانية اقتصادياً.

الحل الثالث يتمثل في أطر التحقق عديم الحالة، التي تلغي الحاجة إلى حفظ الحالة الكاملة محلياً لدى المدققين. ففي هذه البنية، تتضمن المعاملات إثباتات حالة تبين أن المعلومات المطلوبة صحيحة حسب التوافق الحالي. ويتحقق المدققون من هذه الإثباتات تشفيرياً دون الاحتفاظ بقاعدة البيانات الكاملة، ما يقلل متطلبات العتاد بشكل كبير. ويمثل هذا الحل إعادة تصميم طموحة يمكن أن تمكّن Ethereum من التوسع لملايين المعاملات مع خفض متطلبات العتاد للحد الأدنى. وتفصل البنية الجديدة بين توفر البيانات والتحقق منها، ما يسمح بالتخزين في طبقات متخصصة، وتركيز عمل المدققين على إثبات الأمان.

انتهاء صلاحية الحالة والتحقق عديم الحالة: تقنيات ثورية تعيد تشكيل بنية Ethereum

يعد انتهاء صلاحية الحالة والتحقق عديم الحالة من أكثر التقنيات تحولاً في معالجة تحديات تخزين حالة Ethereum. فهذه الأساليب لا تكتفي بتحسين البنى الحالية، بل تعيد هيكلة كيفية حفظ البيانات والتحقق منها على البلوكشين، لتفتح آفاق توسع لم يكن من الممكن تحقيقها سابقاً.

يضيف انتهاء صلاحية الحالة بُعداً زمنياً لاستمرارية بيانات البلوكشين. ففي البروتوكولات الحالية، تظل كل بايت تُضاف محفوظة دائماً، ما يخلق التزاماً تخزينياً دائماً. ويضع انتهاء الصلاحية طوابع زمنية لانتهاء بيانات الحالة، فيتم حذف أو أرشفة ما لم يستخدم خلال فترات محددة. ويعترف هذا النظام بأن ليس كل بيانات البلوكشين تحتاج إلى التخزين الدائم—معظم التطبيقات العابرة تنتج بيانات تخدم أغراضاً مؤقتة. فقد تحتاج واجهة تبديل الرموز إلى حفظ الحالة أثناء النشاط فقط، أو قد يخزن تطبيق ألعاب تقدم اللاعبين ما داموا نشطين. يتيح انتهاء الصلاحية للبروتوكول التمييز بين البيانات الحيوية التي تحتاج لحفظ دائم، والبيانات المؤقتة. ويقوم المطورون بتحديث بياناتهم عند الحاجة عبر معاملات خاصة، ما يخلق حوافز اقتصادية لاستمرار التطبيقات النشطة، بينما تختفي المشاريع المهجورة تدريجياً من عبء التخزين.

أما التحقق عديم الحالة فهو تطور معماري قد يعيد رسم حدود توسع Ethereum بالكامل. حالياً، يتعين على المدققين تحميل وتخزين قاعدة البيانات الكاملة للتحقق من المعاملات، ما يفرض متطلبات عتاد مرتفعة. ويلغي التحقق عديم الحالة هذا الشرط، إذ تتضمن المعاملات إثباتات تشفيرية بأن القيم والرموز وسجلات التخزين تتطابق مع جذر الحالة المتفق عليه. ويتحقق المدققون من هذه الإثباتات دون حفظ نسخ الحالة محلياً، ويصلون للبيانات اللازمة فقط عند التحقق من معاملات معينة. وتتيح هذه البنية إمكانيات جديدة: انخفاض متطلبات العتاد للمدققين بشكل كبير، وإمكانية تشغيل العقد من أجهزة تقليدية، وزيادة أمان الشبكة مع مشاركة أكبر للمدققين، وتوسع الإنتاجية لأن عنق الزجاجة المرتبط بالقرص يختفي أثناء التحقق من الكتل.

يتطلب تطبيق التحقق عديم الحالة بنية تحتية تشفيرية متطورة. إذ يحتاج عملاء المدققين إلى مزودي بيانات يديرون أشجار حالة متخصصة لتوليد الإثباتات، دون الحاجة إلى الإجماع الشبكي، بل كطبقات بنية تحتية اختيارية. أما نظام الإثبات نفسه، فيحتاج إلى تطورات تشفيرية خاصة بسرعة التوليد والتحقق. وتشير الأبحاث الحالية إلى نضوج تقنيات التحقق عديم الحالة، مع فرق عديدة تعمل على أشجار Verkle ومحسّنات Merkle-patricia وأنظمة إثبات جديدة تحقق التوازن بين الأمان والأداء والعملية.

تظهر الآثار العملية في النظام البيئي اليوم. فقد أصبحت عمليات العقد أكثر مركزية نتيجة ارتفاع تكاليف العتاد، ما يدفع الأفراد نحو مزودي استضافة أو تجمعات التخزين. وتستهدف تقنيات انتهاء الصلاحية والتحقق عديم الحالة معالجة هذا الضغط من خلال تمكين التحقق الفردي اقتصادياً. وتظهر مشاريع البنية التحتية لهذه التقنيات أن القطاع يدرك أهمية هذه الحلول. وقد بدأ مزودو البنية التحتية في تنفيذ عملاء عديمي الحالة تجريبياً، لاختبار الفرضيات التقنية وتحسين الأداء. وتمثل هذه النقلة تطوراً مماثلاً للترقيات الكبرى السابقة لـ Ethereum—كبيرة لكنها قابلة للتطبيق بجهود تطوير منسقة.

وللمهتمين بمسار Ethereum التقني، تمثل هذه التقنيات حلولاً فعلية لمشكلات معترف بها. فعلى عكس محاولات التوسع النظرية، ينبع انتهاء الصلاحية والتحقق عديم الحالة من تحليل تقني رصين وأبحاث مطولة ضمن Ethereum Foundation والمؤسسات الأكاديمية. وسيؤدي تطبيقها إلى تحسين اقتصاديات الشبكة بشكل ملموس، وخفض تكاليف البنية التحتية للمدققين، وتحقيق مستويات توسع لم تكن ممكنة سابقاً. وتبقى المنصات الداعمة لتطوير بنية Ethereum التحتية، بما في ذلك مقدمو خدمات التداول والبلوكشين الشاملة مثل Gate، أدواراً مركزية في تمكين المشاركة مع انتقال هذه التقنيات من البحث إلى التطبيق العملي.