BatPay: بروتوكول فعال للدفعات الصغيرة للرموز المميزة ERC20

جدول المحتويات

1. المقدمة

BatPay (الدفع المجمع) هو حل توسيع بالوكالة مصمم خصيصًا لتحويلات الرموز المميزة ERC20 على بلوكشين إيثريوم. يعالج البروتوكول التحدي الحرج لتكاليف الغاز المرتفعة في سيناريوهات الدفعات الصغيرة من خلال تجميع عمليات متعددة في معاملات فردية. هذا النهج مناسب بشكل خاص لسيناريوهات الدفع من واحد إلى كثير ومن قليل إلى كثير الشائعة في الأسواق الرقمية مثل سوق بيانات Wibson.

يعمل البروتوكول من خلال ثلاث لحظات تجميع رئيسية:

• تسجيل المشتري لمدفوعات متعددة للبائعين في معاملة واحدة
• تحصيل البائع للعديد من المدفوعات في محفظته
• التسجيل الجماعي للمستخدمين على منصة BatPay

2. الأعمال ذات الصلة

2.1 مجمعات الدفع

تستخدم مجمعات الدفع أشجار ميركل لتخزين معلومات الدفع في الأوراق، حيث يتلقى المستفيدون فروع ميركل خارج السلسلة للسحب. بينما تكون فعالة للتوزيعات الفردية، تتطلب المدفوعات المتكررة تحديثات للأشجار وتواجه تحديات مع توفر البيانات والتحديثات الاحتيالية.

2.2 BatLog

يوفر BatLog آليات توزيع فعالة للمكافآت حيث يتم تخزين إجمالي المكافآت في العقود ويقوم المستخدمون بسحب المبالغ المتراكمة. ومع ذلك، فهو يقتصر على التوزيعات الدورية للمكافآت ولا يعالج مشاكل الدفع العامة من واحد إلى كثير.

2.3 قنوات الدفع

تستخدم حلول مثل Raiden وPerun وCeler قنوات خارج السلسلة مع ودائع مغلقة. بينما تكون فعالة للاستخدام المتكرر للقناة، فإنها تتطلب أن يكون المشاركون متصلين بالإنترنت خلال فترات التحدي وهي مناسبة بشكل أساسي للمدفوعات من واحد إلى قليل.

2.4 سلسلة البلازما

تعمل سلاسل البلازما كوسيط بين السلسلة الجذرية والسلاسل الفرعية، مما يمكن المستخدمين من الخروج أثناء العمليات الاحتيالية. ومع ذلك، فإنها تواجه نقاط ضعف تجاه الخروج الجماعي وتعتمد على توفر مشغل السلسلة.

2.5 مدفوعات الدُفعات باستخدام zk-SNARKs

يستخدم هذا النهج أشجار ميركل لتسجيل العنوان والرصيد مع براهين المعرفة الصفرية. بينما يوفر ضمانات قوية للخصوصية، فإنه ينطوي على عبء حسابي كبير وتعقيد.

3. تصميم بروتوكول BatPay

3.1 البنية الأساسية

يستخدم BatPay آلية تجميع متطورة تجمع عمليات دفع متعددة في معاملات بلوكشين فردية. تتكون البنية من ثلاثة مكونات رئيسية: تسجيل الدفع، وحل التحدي، وآليات السحب.

3.2 عمليات التجميع

يحدد البروتوكول ثلاث فرص حرجة للتجميع: تسجيل الدفع، وجمع الأموال، وإدماج المستخدمين. تقلل كل عملية دفعة بشكل كبير من تكاليف الغاز لكل معاملة من خلال توزيع التكاليف الثابتة على عمليات متعددة.

3.3 آلية لعبة التحدي

يستبدل BatPay عمليات التحقق المكلفة على السلسلة بلعبة تحدي فعالة. تدفع هذه الآلية معظم العبء الحسابي خارج السلسلة مع الحفاظ على ضمانات الأمن من خلال الحوافز الاقتصادية والبراهين التشفيرية.

4. التنفيذ التقني

4.1 الأساس الرياضي

يتبع تحسين الغاز المعادلة: $G_{total} = G_{base} + n \times G_{marginal}$ حيث تمثل $G_{base}$ تكاليف المعاملة الثابتة و$G_{marginal}$ هي التكلفة الإضافية لكل دفعة. يحقق BatPay الكفاءة من خلال تقليل $G_{marginal}$ عبر التجميع.

4.2 كود العقد الذكي

function batchTransfer(
    address[] memory recipients,
    uint256[] memory amounts,
    bytes32 merkleRoot
) public payable {
    require(recipients.length == amounts.length, "Arrays length mismatch");
    
    for (uint i = 0; i < recipients.length; i++) {
        _pendingBalances[recipients[i]] += amounts[i];
    }
    
    emit BatchTransfer(merkleRoot, recipients.length, msg.sender);
}

4.3 معادلات تحسين الغاز

يتم حساب توفير الغاز كالتالي: $S = \frac{G_{standard} \times n}{G_{batch} + n \times G_{perPayment}}$ حيث $n$ هو حجم الدفعة، مما يوضح فوائد القياس فائق الخطية.

5. النتائج التجريبية

5.1 مقاييس الأداء

يحقق BatPay أداءً ملحوظًا بـ 300-1000 غاز لكل دفعة، مما يمثل تحسنًا بمقدار 1000 مرة مقارنة بتحويلات ERC20 القياسية. يحافظ النظام على حوالي 1700 معاملة في الثانية على الشبكة الرئيسية لإيثريوم.

5.2 تحليل تكلفة الغاز

يظهر التحليل المقارن أن تحويلات ERC20 التقليدية تستهلك ~50,000 غاز، بينما يقلل BatPay هذا إلى 300-1000 غاز اعتمادًا على حجم الدفعة والمعاملات التشغيلية.

5.3 مقارنة الإنتاجية

عند المقارنة بقنوات الدفع وحلول الطبقة الثانية الأخرى، يظهر BatPay إنتاجية فائقة لسيناريوهات الدفع من واحد إلى كثير مع الحفاظ على ضمانات أقوى لتوفر البيانات.

6. الميزات الرئيسية

• المعاملات الفوقية: تمكين العمليات بدون إيثر للمستخدمين النهائيين
• المدفوعات المقفلة بالمفاتيح: دعم التبادل الذري للبضائع الرقمية
• السحب الفوري: لا توجد فترات انتظار للوصول إلى الأموال
• التسجيل الجماعي: إدماج المستخدمين بتكلفة فعالة
• لا توجد مشاكل في توفر البيانات: جميع المعلومات الضرورية على السلسلة

7. التحليل الأصلي

يمثل BatPay تقدمًا كبيرًا في حلول الدفعات الصغيرة على البلوكشين، معالجةً تحديات القابلية للتوسع الأساسية التي حدت من فائدة إيثريوم للمعاملات صغيرة القيمة. يخلق نهج البروتوكول المبتكر المتمثل في الجمع بين تجميع المعاملات وألعاب التحدي توازنًا بين التحقق على السلسلة والحساب خارج السلسلة. تتوافق فلسفة التصميم هذه مع أبحاث التوسع المعتمدة من مؤسسات مثل مؤسسة إيثريوم وبحوث بلوكشين ستانفورد.

مقارنة بقنوات الدفع التقليدية كما هو موثق في الورقة البيضاء لشبكة Raiden، يقدم BatPay قابلية توسع فائقة لسيناريوهات الدفع من واحد إلى كثير دون الحاجة إلى وجود متصل مستمر من المشاركين. تمثل كفاءة الغاز البالغة 300-1000 غاز لكل دفعة تحسنًا بثلاث مراتب قدرية مقارنة بتحويلات ERC20 القياسية، مما يجعله منافسًا لحلول الطبقة الثانية الناشئة مع الحفاظ على ضمانات أمن أقوى.

تظهر آلية لعبة التحدي تصميمًا اقتصادياً تشفيريًا متطورًا، يذكرنا بأساليب اللف المتفائل ولكنها محسنة خصيصًا لتطبيقات الدفع. يقلل هذا النهج من العبء الحسابي على السلسلة الرئيسية مع ضمان سلامة البروتوكول من خلال الحوافز الاقتصادية. يوفر الأساس الرياضي $G_{total} = G_{base} + n \times G_{marginal}$ فوائد قابلية توسع واضحة تزيد بشكل فائق الخطية مع حجم الدفعة.

يدعم BatPay للمعاملات الفوقية حاجزًا حاسمًا لسهولة الاستخدام في تطبيقات إيثريوم، مما يمكن المستخدمين من التفاعل مع البروتوكول دون الاحتفاظ بـ ETH الأصلي لرسوم الغاز. هذه الميزة، مجتمعة مع المدفوعات المقفلة بالمفاتيح للمقايضات الذرية، تضع BatPay كحل شامل للأسواق الرقمية والتطبيقات اللامركزية التي تتطلب قدرات دفعات صغيرة فعالة.

تتجاوز مقاييس أداء البروتوكول البالغة 1700 معاملة في الثانية قدرة الطبقة الأساسية لإيثريوم وتقارن بشكل إيجابي مع حلول التوسع الأخرى مع الحفاظ على توفر البيانات الكامل على السلسلة. يتجنب خيار التصميم هذا مشاكل توفر البيانات التي تعاني منها بعض حلول الطبقة الثانية ويضمن إمكانية التدقيق الدائم لجميع المعاملات.

8. التطبيقات المستقبلية والاتجاهات

تمكن بنية BatPay العديد من التطبيقات المستقبلية بما في ذلك:

• توزيعات العوائد الصغيرة للتمويل اللامركزي: التوزيع الفعال للمدفوعات الصغيرة للعوائد لآلاف مزودي السيولة
• تحقيق الدخل من المحتوى: دفعات صغيرة لخدمات البث والمحتوى الرقمي
• مدفوعات أجهزة إنترنت الأشياء: المعاملات من آلة إلى آلة في شبكات إنترنت الأشياء
• اقتصاديات الألعاب: المعاملات الصغيرة داخل اللعبة وتوزيعات المكافآت
• التكامل متعدد السلاسل: التوسع إلى بيئات متعددة السلاسل وشبكات الطبقة الثانية

تشمل اتجاهات التطوير المستقبلية التكامل مع براهين المعرفة الصفرية لتعزيز الخصوصية، والتوافق متعدد السلاسل، وتحسين تجربة المستخدم من خلال تكاملات المحفظة وأدوات المطورين.

9. المراجع

1. الورقة البيليزية لسوق بيانات Wibson (2018)
2. مؤسسة إيثريوم. "الورقة البيليزية لإيثريوم" (2014)
3. بحث مجمع الدفع - أبحاث إيثريوم
4. تطبيقات شجرة ميركل في البلوكشين - ندوة IEEE
5. BatLog: توزيع فعال للمكافآت - وقائع مؤتمر البلوكشين
6. شبكة Raiden: مدفوعات سريعة وقابلة للتوسع - الورقة البيليزية
7. البلازما: العقود الذكية المستقلة القابلة للتوسع - Buterin & Poon
8. zk-SNARKs لتوسيع نطاق البلوكشين - مواصفات بروتوكول Zcash
9. تقنيات تحسين الغاز - الورقة الصفراء لإيثريوم
10. شبكات قنوات الدفعات الصغيرة - استطلاعات ACM للحوسبة