BatPay: پروتکل بهینه‌سازی گاز برای پرداخت‌های خرد توکن‌های ERC20

فهرست مطالب

1. مقدمه

BatPay (پرداخت دسته‌ای) یک راهکار مقیاس‌پذیر پروکسی است که به‌طور خاص برای انتقال توکن‌های ERC20 روی بلاک‌چین اتریوم طراحی شده است. این پروتکل چالش حیاتی هزینه‌های بالای گاز در سناریوهای پرداخت خرد را با بسته‌بندی چندین عملیات در تراکنش‌های واحد حل می‌کند. این رویکرد به‌ویژه برای سناریوهای پرداخت یک-به-چند و چند-به-چند که معمولاً در بازارهای دیجیتال مانند بازار داده Wibson یافت می‌شود، مناسب است.

این پروتکل از طریق سه لحظه دسته‌بندی اصلی عمل می‌کند:

• ثبت چندین پرداخت خریدار به فروشندگان در یک تراکنش
• جمع‌آوری پرداخت‌های متعدد فروشنده در کیف پول آن‌ها
• ثبت نام دسته‌جمعی کاربران در پلتفرم BatPay

2. کارهای مرتبط

2.1 استخرهای پرداخت

استخرهای پرداخت از درختان مرکل برای ذخیره اطلاعات پرداخت در برگ‌ها استفاده می‌کنند، که در آن دریافت‌کنندگان شاخه‌های مرکل را به صورت آف‌چین برای برداشت دریافت می‌کنند. در حالی که برای توزیع‌های واحد مؤثر هستند، پرداخت‌های مکرر نیاز به به‌روزرسانی درخت دارند و با چالش‌های در دسترس بودن داده و به‌روزرسانی‌های متقلبانه مواجه هستند.

2.2 BatLog

BatLog مکانیسم‌های توزیع پاداش کارآمدی را ارائه می‌دهد که در آن کل پاداش‌ها در قراردادها ذخیره می‌شوند و کاربران مقادیر انباشته شده را برداشت می‌کنند. با این حال، به توزیع‌های پاداش دوره‌ای محدود شده و مشکلات کلی پرداخت یک-به-چند را حل نمی‌کند.

2.3 کانال‌های پرداخت

راه‌حل‌هایی مانند Raiden، Perun و Celer از کانال‌های آف‌چین با سپرده‌های قفل شده استفاده می‌کنند. در حالی که برای استفاده مکرر از کانال کارآمد هستند، نیاز دارند که شرکت‌کنندگان در دوره‌های چالش آنلاین باشند و عمدتاً برای پرداخت‌های یک-به-کم مناسب هستند.

2.4 زنجیره پلاسما

زنجیره‌های پلاسما به عنوان واسط بین زنجیره اصلی و زنجیره فرعی عمل می‌کنند و به کاربران امکان خروج در طی عملیات متقلبانه را می‌دهند. با این حال، در برابر خروج‌های دسته‌جمعی آسیب‌پذیر هستند و به در دسترس بودن اپراتور زنجیره وابسته هستند.

2.5 پرداخت‌های دسته‌ای zk-SNARKs

این رویکرد از درختان مرکل برای ثبت آدرس و تراز با اثبات‌های دانش صفر استفاده می‌کند. در حالی که تضمین‌های حریم خصوصی قوی ارائه می‌دهد، شامل سربار محاسباتی و پیچیدگی قابل توجهی است.

3. طراحی پروتکل BatPay

3.1 معماری هسته

BatPay از یک مکانیسم دسته‌بندی پیچیده استفاده می‌کند که چندین عملیات پرداخت را در تراکنش‌های واحد بلاک‌چین تجمیع می‌کند. معماری از سه مؤلفه اصلی تشکیل شده است: ثبت پرداخت، حل چالش و مکانیسم‌های برداشت.

3.2 عملیات دسته‌بندی

این پروتکل سه فرصت حیاتی دسته‌بندی را شناسایی می‌کند: ثبت پرداخت، جمع‌آوری وجوه و ورود کاربران. هر عملیات دسته‌ای با توزیع هزینه‌های ثابت در چندین عملیات، هزینه‌های گاز هر تراکنش را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

3.3 مکانیسم بازی چالشی

BatPay تأییدهای پرهزینه روی زنجیره را با یک بازی چالشی کارآمد جایگزین می‌کند. این مکانیسم بیشتر بار محاسباتی را به آف‌چین منتقل می‌کند در حالی که از طریق مشوق‌های اقتصادی و اثبات‌های رمزنگاری، تضمین‌های امنیتی را حفظ می‌کند.

4. پیاده‌سازی فنی

4.1 مبانی ریاضی

بهینه‌سازی گاز از فرمول پیروی می‌کند: $G_{total} = G_{base} + n \times G_{marginal}$ که در آن $G_{base}$ نشان‌دهنده هزینه‌های ثابت تراکنش و $G_{marginal}$ هزینه افزایشی برای هر پرداخت است. BatPay با به حداقل رساندن $G_{marginal}$ از طریق دسته‌بندی، به بهره‌وری دست می‌یابد.

4.2 کد قرارداد هوشمند

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 فرمول‌های بهینه‌سازی گاز

صرفه‌جویی در گاز به صورت زیر محاسبه می‌شود: $S = \frac{G_{standard} \times n}{G_{batch} + n \times G_{perPayment}}$ که در آن $n$ اندازه دسته است و مزایای مقیاس‌پذیری فوق خطی را نشان می‌دهد.

5. نتایج تجربی

5.1 معیارهای عملکرد

BatPay با 300-1000 گاز برای هر پرداخت به عملکرد قابل توجهی دست می‌یابد که نشان‌دهنده بهبود 1000 برابری نسبت به انتقال‌های استاندارد ERC20 است. این سیستم تقریباً 1700 تراکنش در ثانیه را در شبکه اصلی اتریوم حفظ می‌کند.

5.2 تحلیل هزینه گاز

تحلیل مقایسه‌ای نشان می‌دهد که انتقال‌های سنتی ERC20 حدود 50,000 گاز مصرف می‌کنند، در حالی که BatPay این مقدار را بسته به اندازه دسته و پارامترهای عملیاتی به 300-1000 گاز کاهش می‌دهد.

5.3 مقایسه توان عملیاتی

در مقایسه با کانال‌های پرداخت و سایر راه‌حل‌های لایه 2، BatPay توان عملیاتی برتری را برای سناریوهای پرداخت یک-به-چند نشان می‌دهد در حالی که تضمین‌های قوی‌تری برای در دسترس بودن داده حفظ می‌کند.

6. ویژگی‌های کلیدی

• متا-تراکنش‌ها: فعال‌سازی عملیات بدون اتر برای کاربران نهایی
• پرداخت‌های قفل‌شده با کلید: پشتیبانی از تبادل اتمی کالاهای دیجیتال
• برداشت فوری: بدون دوره‌های انتظار برای دسترسی به وجوه
• ثبت نام دسته‌جمعی: ورود کاربران مقرون به صرفه
• بدون مشکلات در دسترس بودن داده: تمام اطلاعات لازم روی زنجیره

7. تحلیل اصلی

BatPay نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در راه‌حل‌های پرداخت خرد بلاک‌چین است و چالش‌های مقیاس‌پذیری اساسی را که کاربرد اتریوم را برای تراکنش‌های با ارزش کوچک محدود کرده‌اند، مورد توجه قرار می‌دهد. رویکرد نوآورانه پروتکل در ترکیب دسته‌بندی تراکنش با بازی‌های چالشی، یک موازنه متعادل بین تأیید روی زنجیره و محاسبه آف‌چین ایجاد می‌کند. این فلسفه طراحی با تحقیقات مقیاس‌پذیری تأسیس شده از مؤسساتی مانند بنیاد اتریوم و تحقیقات بلاک‌چین استنفورد همسو است.

در مقایسه با کانال‌های پرداخت سنتی که در وایت‌پیپر شبکه Raiden مستند شده‌اند، BatPay مقیاس‌پذیری برتری را برای سناریوهای پرداخت یک-به-چند ارائه می‌دهد بدون اینکه نیاز به حضور مداوم آنلاین شرکت‌کنندگان داشته باشد. بهره‌وری گاز 300-1000 گاز برای هر پرداخت این پروتکل، نشان‌دهنده بهبود سه مرتبه بزرگی نسبت به انتقال‌های استاندارد ERC20 است و آن را در رقابت با راه‌حل‌های در حال ظهور لایه 2 قرار می‌دهد در حالی که تضمین‌های امنیتی قوی‌تری حفظ می‌کند.

مکانیسم بازی چالشی طراحی کریپتواقتصادی پیچیده‌ای را نشان می‌دهد که یادآور رویکردهای رول‌آپ خوش‌بینانه است اما به‌طور خاص برای کاربردهای پرداخت بهینه‌سازی شده است. این رویکرد بار محاسباتی روی زنجیره اصلی را کاهش می‌دهد در حالی که از طریق مشوق‌های اقتصادی، یکپارچگی پروتکل را تضمین می‌کند. مبانی ریاضی $G_{total} = G_{base} + n \times G_{marginal}$ مزایای مقیاس‌پذیری واضحی را ارائه می‌دهد که با اندازه دسته به صورت فوق خطی افزایش می‌یابد.

پشتیبانی BatPay از متا-تراکنش‌ها یک مانع قابلیت استفاده حیاتی در کاربردهای اتریوم را مورد توجه قرار می‌دهد و به کاربران امکان تعامل با پروتکل را بدون نگهداری ETH بومی برای هزینه‌های گاز می‌دهد. این ویژگی، همراه با پرداخت‌های قفل‌شده با کلید برای تبادلات اتمی، BatPay را به عنوان یک راهکار جامع برای بازارهای دیجیتال و برنامه‌های غیرمتمرکزی که نیاز به قابلیت‌های پرداخت خرد کارآمد دارند، قرار می‌دهد.

معیارهای عملکرد 1700 TPS این پروتکل به طور قابل توجهی از ظرفیت لایه پایه اتریوم فراتر می‌رود و در مقایسه با سایر راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری مطلوب است در حالی که در دسترس بودن کامل داده را روی زنجیره حفظ می‌کند. این انتخاب طراحی از مشکلات در دسترس بودن داده که برخی راه‌حل‌های لایه 2 را آزار می‌دهد اجتناب می‌کند و قابلیت حسابرسی دائمی تمام تراکنش‌ها را تضمین می‌کند.

8. کاربردها و جهت‌های آینده

معماری BatPay کاربردهای متعدد آینده از جمله را ممکن می‌سازد:

• توزیع‌های میکرو-سود DeFi: توزیع کارآمد پرداخت‌های سود کوچک به هزاران ارائه‌دهنده نقدینگی
• درآمدزایی محتوا: پرداخت‌های خرد برای خدمات استریم و محتوای دیجیتال
• پرداخت‌های دستگاه‌های اینترنت اشیاء: تراکنش‌های ماشین-به-ماشین در شبکه‌های اینترنت اشیاء
• اقتصادهای بازی: تراکنش‌های خرد درون بازی و توزیع پاداش
• یکپارچه‌سازی بین زنجیره‌ای: گسترش به محیط‌های چند زنجیره‌ای و شبکه‌های لایه 2

جهت‌های توسعه آینده شامل یکپارچه‌سازی با اثبات‌های دانش صفر برای حریم خصوصی بهبود یافته، سازگاری بین زنجیره‌ای و تجربه کاربری بهتر از طریق یکپارچه‌سازی کیف پول و ابزارهای توسعه‌دهنده است.

9. مراجع

1. وایت‌پیپر بازار داده Wibson (2018)
2. بنیاد اتریوم. "وایت‌پیپر اتریوم" (2014)
3. تحقیقات استخر پرداخت - تحقیقات اتریوم
4. کاربردهای درخت مرکل در بلاک‌چین - سمپوزیم IEEE
5. BatLog: توزیع پاداش کارآمد - مجموعه مقالات کنفرانس بلاک‌چین
6. شبکه Raiden: پرداخت‌های سریع و مقیاس‌پذیر - وایت پیپر
7. پلاسما: قراردادهای هوشمند خودمختار مقیاس‌پذیر - بوترین و پون
8. zk-SNARKs برای مقیاس‌پذیری بلاک‌چین - مشخصات پروتکل Zcash
9. تکنیک‌های بهینه‌سازی گاز - اوراق زرد اتریوم
10. شبکه‌های کانال پرداخت خرد - بررسی‌های محاسباتی ACM