Blockchain teknolojisinin çalışma mantığını daha iyi anlamak için blockchain katmanlarını bilmek önemlidir. Bu yazımızda blockchain katmanlarına, bu katmanlardan kaynaklanan ve blockchain için önemli bir kısıtlayıcı etmen olan ölçeklenebilirlik problemini inceleyeceğiz. Blockchainlerin çalışmasını detaylı bir şekilde incelediğimiz Blockchain Teknolojisi Nasıl Çalışır? adlı yazımızı konuyu anlamanız açısından okumanızı öneririz.
Blockchain Ölçeklenebilirliği Nedir ve Neden Önemlidir?
Ölçeklenebilirlik, blockchain teknolojisi özelinde ağ üzerinde artan işlem sayısına karşı sistemin durumu nasıl kontrol ettiğinin göstergesi olarak söylenebilir. Blockchain ağlarında saniyede gerçekleştirilebilecek işlem sayısı sınırlıdır. Bu sayıyı ne kadar çok arttırılabilirse sistem o kadar ölçeklenebilir olduğu kabul edilir. Tabi ki bu sayıyı arttırken blockchain trilemması adı verilen bir sorun üçgeninin diğer iki paremetresi olan güvenlik ve merkeziyetsizlik paremetlerine dikkat etmeniz gerekmektedir. Eğer bu parametrelerden birini çok geliştirirseniz diğer parametrelerden taviz vermek zorunda kalacağınızdan eksik olan parametreler ileride sisteme sorun olarak geri dönecektir.
Ölçeklenebilirlik probleminden dolayıdır ki Visa Elektronik Sistemini şu anda saniye başına 20.000 işlem gerçekleştirebiliyorken Bitcoin blockchain ağı saniyede saniyede 7 işlemden fazlası karşısında zorluk çekiyor. Zorluk çekmesinin sonucu olarak da sistem kendini korumak amacıyla transfer ücretlerini arttırıyor. Artan transfer ücretleri nedeniyle de ağı kullanmak isteyen kullanıcılar yapacakları ufak işlemlere bile çok fazla ücretler ödemek zorunda olduğundan dolayı işlemi yapmaktan vazgeçiyor.
İşte kullanıcıların daha az ücretler ödeyerek güvenlik ve merkeziyetsiz sistemlerde işlemlerini gerçekleştirmesi için blockchainlerde ölçeklenebilirlik problemine çözümler aranmaktadır.
Blockchain Mimarisi
Blockchain mimarisi arka planında dağıtık bir veri yapısı olmasından dolayı, ağdaki her katılımcı ağ içi koruma, yetkilendirme ve giriş çıkışları kontrol etme görevlerini yapmaktadır. Dağıtık defter yapısına veriler sırayla bloklar halinde kaydedilir. Bu blokların tamamı blockchain üzerindeki tüm verileri ifade eder. Blockhain mimarileri özelliklerine göre açık, özel veya konsorsiyum şeklinde olabilirler.
Blockchain Türleri hakkında daha detaylı bilgi edinmek için Blockchain Türleri Nelerdir? adlı yazımızı okuyabilirsiniz.
Blockchain mimarisi 5 katmana ayrılmıştır. Bunlar;
- Donanım Katmanı (Hardware Layer)
- Veri Katmanı(Data Layer)
- Ağ Katmanı (Network Layer)
- Mutabakat Katmanı (Consesus Layer)
- Uygulama Katmanı (Application Layer) olarak ayrılmaktadır.
Donanım Katmanı (Hardware Layer)
Blok zincirinin ilk katmanı olan donanım katmanı, ağ bağlantıları, ağ içindeki bilgisayarlar ve veri sunucuları gibi donanımlardan oluşur. Bir blok zincirinde depolanan veriler, veri sunucuları tarafından saklanır ve blok zinciri ağındaki bilgisayarlar bu verileri birbirleriyle paylaşabilir. Bu paylaşım şekli sayesinden P2P dediğimiz eşler arası bilgi paylaşım ağı kullanılmış olur.
Donanım katmanında ölçeklenebilirlik açısından iyileştirme yapabilmek için yeni ve hesaplama gücü çok olan donanımları kullanmamız gerekmektedir. Bu donanımların kullanılması sayesinde blockchain ağının saniyede yapabileceği max işlem sayısı artacağından daha ölçekli bir hale gelecektir.
Veri Katmanı (Data Layer)
Veri katmanı, blockchain üzerinde depolanan bilgilerin yönetildiği yerdir. Bu katmanda birbirine bağlı bloklardan oluşmaktadır. Birbirine bağlı blokların içerisinde de şu bilgiler yer almaktadır;
- Blockchain ağında gerçekleşen işlemler
- Blok Numarası
- Bloğa özel nonce değeri
- Bloğun ne zaman doğrulandığına dair zaman damgası
- Bir önceki bloğun hash numarası
- Bloğun hash numarası
Bu bilgiler ilk genesis (başlangıç) bloğu(link) dışında her blok için geçerlidir. Genesis bloğundan kendisinden önce başka bir blok olmadığı için kendisinden önceki bloğun hash numarası yoktur.
Veri katmanında bilgiler şifrelenerek blockhaine kalıcı olacak şekilde yazılır. Yazılan bu bilgilerin güvenirliği ise dijital imzalar sayesinde sağlanır. Dijital imzalar sayesinde ağda yapılan yanlış ve ağı aldatmaya teşebbüste bulunan işlemler saptanarak engellenir. Bu özellikler sayesinde blockchain ağındaki bilgiler şifreli, güvenli ve değiştirilemez şekilde saklanır.
Ağ Katmanı (Network Layer)
Ağ katmanı yada diğer adıyla P2P katmanı, düğümler arası iletişimden sorumlu katmandır. Blokchain ağında işlemlerin dağıtımı ve doğrulanan blokların diğer onaylayıcılara bildiriminden bu ağ katmanı sorumludur.
Bu P2P katmanı, düğümlerin birbirini bulmasını ve blok zinciri ağını meşru bir durumda tutmak için etkileşime girmesini, yayılmasını ve senkronize edilmesini sağlar.
Birbiri ile daha hızlı haberleşen düğümler sayesinde işlemler daha hızlı yapılır. Bu hız sayesinde de ağdaki saniyedeki işlem sayısı artacağından ölçeklenebilirlik için iyi bir çözüm olacaktır.
Mutabakat Katmanı (Consesus Layer)
Mutabakat katmanı, blockchain ağlarının var olması için gereklidir. Sebebini ise bir düğümün, blok zincirine basitçe bir işlem ekleyememesidir. Düğümün bloğu ekleyebilmesi için ağdaki tüm düğümlerin üzerinde anlaşmaya varması gerekir. Bu doğrulama seviyesi, blok zincirine hileli işlemlerin eklenmesi riskini azaltır. Bu sayede bilgilerin doğruluğu kanıtlanır.
Uygulama Katmanı (Application Layer)
Uygulama katmanı, çok çeşitli amaçlar için blok zincirinin kullanımını kolaylaştırır. Bu katmanda akıllı sözleşmeler ve merkezi olmayan uygulamalar yani dApp’ler bulunur. Uygulama katmanı protokolleri ayrıca uygulama ve yürütme katmanları olarak ikiye bölünmüştür. Uygulama katmanı içerisinde son kullanıcıların blok zinciri ağı ile iletişim kurmak için kullandığı programlar bulunur. Komut dosyaları, uygulama programlama arabirimleri (API’ler), kullanıcı arayüzleri ve frameworkler bunun bir parçasıdır.
Blok zinciri ağı, dApp uygulamalar için back-end teknolojisi olarak hizmet eder ve API’ler aracılığıyla iletişim kurar. Bir işlem uygulama katmanından yürütme katmanına taşınsa da anlamsal katmanda doğrulanır ve yürütülür. Uygulamalar, işlemleri yürüten ve blok zincirinin deterministik yapısını sağlayan yürütme katmanına talimatlar verir.
Blockchain Katmanları
Layer0
Layer 0 (0.Katman) Bitcoin ve Ethereum gibi ağların çalışmasına olanak veren bir katmandır. Bu katman Layer1 ‘in sorunsuz bir şekilde çalışması için internet, donanım ve bağlantıları içerir.
Layer1
Layer1 (1.Katman), mutabakat süreçlerini, programlama dillerini, blok süresini, uyuşmazlık çözümünü ve bir blockchain ağının temel işlevselliğini koruyan kurallardan ve parametrelerden sorumludur.
Layer1 Problemi
Layer1 blockchainler için oldukça önemli bir kısım olan mutabakat mekanizmasını içermesinden dolayı ölçeklenebilirlik probleminin çözümünde oldukça önemli bir rol almaktadır. Zamanla blockchainlerde artan işlem sayısı mutabakat mekanizmasının çalışmasını zorlayacak hale geliyor. Bu zorlanma neticesinde blockhain ağlarında aksamalar ve kapanmalar ile karşılaşabiliniyor.
Layer1 Problemine Çözümler
Artan işlem sayısının artmasından dolayı Proof of Work mutabakat algoritmasınının çalışma hız yavaşlamaktadır. Bu duruma alternatif olarak Proof of Stake mutabakat algortiması geliştirilmiştir. Bu algoritma PoW algoritmasındaki gibi işlem gücüne dayalı bir doğrulama yerine kullanıcıların stake oranlarına göre bir doğrulama mekanizması olmasından dolayı bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır.
Diğer bir alternatif çözümde sharding adı verilen bir yöntem ile sağlanmaya çalışılır. Bu çözümün çalışmasını basitçe anlatırsak eğer bu yöntem sayesinde işlemleri doğrulama görevini daha küçük, yönetimi kolay parçalara ayırabiliriz. Sonuç olarak, iş yükü, daha fazla düğümün bilgi işlem yeteneğini kullanmak için ağ üzerinden dağıtılabilir. Ağ bu parçaları paralel olarak işlediğinden, birkaç işlem hem sırayla hem de eş zamanlı olarak işlenebilir.
Layer2
Protokoller, bazı etkileşimleri temel katmandan kaldırarak ölçeklenebilirliği artırmak için Layer2 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 Yıldırım Ağı, ikinci katman blok zincirinin bir örneğidir.
Peki, birinci katman ve ikinci katman blok zinciri arasındaki fark nedir? Blockchain, merkezi olmayan bir ekosistemdeki ilk katmandır. İkinci katman, düğüm sayısını ve sonuç olarak sistem verimini artırmak için birinci katmanla birlikte kullanılan bir üçüncü taraf entegrasyonudur. Şu anda birçok Layer2 blockchain teknolojisi uygulanmaktadır.
Layer2 katmanları son zamanlarda oldukça çok yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bundan dolayıdır ki aşağıdaki Layer2 çözümleri ortaya çıkmıştır.
İç İçe Blokchainler
İç içe geçmiş bir katmanda 2 blokchain üst üste çalışır. Bu çalışma şeklinde, birinci katman ayarları oluştururken ikinci katman genel olarak prosedürleri yürütür. Bu ikiye ayırma sayesinde bir göre dağılımı yapıldığından tek bir unsurun görevi azalacağından dolayı blockchain ağının hızı artacaktır.
Sidechainler
Bir sidechain, blok zincirinin yanında çalışan ve büyük toplu işlemler için kullanılan bir işlem zinciridir. Yan zincirler, hız ve ölçeklenebilirlik için ayarlanabilen kendi fikir birliği yöntemine sahiptir ve yan ve ana zincirler arasındaki veri aktarım mekanizmasının bir parçası olarak sıklıkla bir yardımcı program belirteci kullanılır. Ana zincirin temel işlevi, genel güvenlik ve uyuşmazlık çözümü sağlamaktır.
Rolluplar
Rolluplar, birinci katman ağın dışında işlemleri gerçekleştiren ve ardından işlemlerden gelen verileri ikinci katman blok zincirine yükleyen ikinci katman blockchain ölçeklendirme çözümleridir.
Rollupları güvenli halde tutmak için 2 adet çözüm ortaya atılmıştır. Bunlar;
- Optimistic Rollup
- Zero Knowledge Kullanan Rolluplar’dır
Layer3
Layer3 (3.Katman), blockchain protokolünün uygulama katmanıdır. Decentraland ve CryptoKitties gibi bugün piyasada gördüğümüz farklı blockchain tabanlı uygulamalardan (Dapp’ler ve merkezi olmayan otonom organizasyonlar [DAO’lar]) oluşur.
Sonuç
Özetlemek gerekirse, blockchain teknolojisi, veri sunucuları ve bağlı cihazlar gibi donanımlar sayesinde mümkün olmaktadır. Bu donanımlar tarafından oluşturulan ağ, bilgi bloklarını veri katmanında depolar. Veri katmanında saklanan bilgiler, ağ katmanı içinde ağ içinde paylaşılır ve mutabakat katmanı içinde doğrulanır. Son olarak, uygulama katmanında, ek uygulamalar ve araçlar kullanılarak blok zincirine gerçek dünyada kullanılması sağlanır.
Ağı çalışır durumda tutan blok zinciri mimarisinin katmanlarının aksine, protokol katmanları blok zincirinin faydasını geliştirmeye odaklanır. Katman 0, üzerinde farklı blok zincirlerinin oluşturulduğu protokollerin geri kalanı için temel oluşturur. Bu blok zincirlerindeki sorunları çözmek için, Katman 2’de ölçeklenebilirlik çözümleri eklenir ve Katman 3, kullanıcıların blok zinciriyle etkileşim kurduğu yerdir.
En son gelişmelerden haberdar olmak için Digicentralized Twitter ve Instagram hesaplarını takip edebilirsiniz.
