بلاک چین در طراحی و پیاده سازی زیرساخت شبکه

استفاده از زنجیره بلوکی در طراحی و پیاده سازی زیرساخت‌های شبکه باعث بروز تکنولوژی‌های جدید شده و امکان ارایه اینترنت به شکل وسیع‌تر حتی در مناطق محروم و ادامه سرویس‌دهی هنگام بروز بلایای طبیعی را فراهم کرده است. در این مجال می‌خواهیم کاربرد بلاک چین در صنعت شبکه را بررسی کرده و شبکه‌های توری بیسیم بلاک چینی را معرفی کرده و به مزایا و چالش‌های آنها بپردازیم. با فالنیک همراه باشید.

• نقش بلاک چین در ایجاد شبکه و اینترنت
• شبکه توری (mesh) چیست؟
• تعامل شبکه توری و بلاک چین چگونه است؟
• پروژه‌های پیاده سازی شبکه با بلاک چین
• چالش‌های پیاده سازی شبکه با بلاک چین
• رفع مشکل تجهیزات سیار در معماری شبکه بیسیم توری بلاک چین

نقش بلاک چین در ایجاد شبکه و اینترنت

هنگامی که در مورد بلاک چین صحبت می‌کنیم، بسیاری از مردم به رمزارزها، کیف‌های پول دیجیتال و اصطلاحاتی همچون دفتر توزیع متمرکز فکر می‌کنند، در حالی که زنجیره بلوکی کاربردهای جذاب دیگری نیز دارد. یکی از این کاربردهای جالب این فناوری که چندان در مورد آن صحبت نشده، پیاد‌ه‌سازی شبکه‌های مش با استفاده از این فناوری است. برای آشنایی با فناوری بلاک چین، مقاله “بلاک چین چیست و چگونه کار میکند؟” را مطالعه کنید.

با استفاده از بلاک چین مردم می‌توانند از طریق اشتراک‌گذاری پهنای باند و منابع سیستمی در ساخت یک شبکه مش مشارکت کنند و در ازای منابعی که در اختیار شبکه قرار می‌دهند پاداش دریافت کنند، درست مشابه با حالتی که شما در یک زنجیره بلوکی مبادلاتی انجام می‌دهید و پاداشی دریافت می‌کنید.

پژوهشی که شرکت سیسکو انجام داده نشان می‌دهد تا سال 2020 میلادی کاربران گوشی‌های همراه از مرز پنج میلیارد نفر عبور کرده است و همین موضوع انگیزه کافی در اختیار سازمان‌ها قرار داده تا از ظرفیت‌های بالقوه این دستگاه‌های همراه به بهترین شکل استفاده کنند. پیاده‌سازی زیرساخت‌های لازم با هدف پیاده‌سازی اتصال اینترنتی مطمئن در کشورهای کمتر توسعه‌یافته، هزینه زیادی دارد و در برخی کشورها مشتریان مجبور به تقبل این هزینه‌ها هستند.

همین موضوع باعث شده تا امکان پیاده‌سازی زیرساخت‌های ارتباطی در مناطق محروم و کمتر توسعه‌یافته با هدف دسترسی مردم به اینترنت با مشکل روبرو شود. کارشناسان حوزه ارتباطات بر این باور هستند برای آن‌که به همه مردم جهان قابلیت دسترسی به اینترنت داده شود باید هزینه جهانی استفاده از داده‌ها نزدیک به 90 درصد کاهش پیدا کند تا همه مردم بتوانند از آن استفاده کنند.

یکی از راه‌حل‌های جالب برای این مشکل شبکه‌های مش هستند که امکان پیاده‌سازی یک زیرساخت اینترنتی مقرون به صرفه در مناطق محروم را فراهم می‌کنند. شبکه‌های مش بیش از چهل سال قدمت دارند، اما روند توسعه تجاری آن‌ها با کندی پیش می‌رود، در حالی که با استفاده از فناوری مش می‌توان محدوده گسترده‌ای را زیر پوشش شبکه قرار داد. در چنین شبکه‌ای بدون نیاز به دکل‌های مخابراتی یا ارتباطات ماهواره‌ای، می‌توان از گوشی همراه یا اینترنت اشیا به‌عنوان گره‌های یک شبکه استفاده کرد.

شبکه توری (mesh) چیست؟

شبکه توری بیسیم فناوری تقریبا نوظهوری در مقایسه با نمونه‌های رایج است که با شعار اتصال یکپارچه جهانی شبکه‌ها به یکدیگر با کمترین هزینه پدید آمد. عملکرد شبکه‌های توری به این صورت است که هر node شبکه به‌شکل یک مسیریاب مستقل فرایند مسیریابی را انجام می‌دهد. شبکه‌ای که تمام Node‌های آن به شکل مستقیم به یکدیگر متصل شوند، شبکه کاملا متصل (Fully Connected Network) نامیده می‌شود.

مزایای شبکه توری بیسیم زیاد است و مهم‌ترین آن ویژگی شبکه خود تنظیم است که یک node جدید بدون نیاز به تنظیمات مدیریتی شبکه قادر به اضافه شدن به ساختار موجود شبکه است. دومین ویژگی مهم شبکه‌های توری قابلیت خودترمیمی آن‌ها است. این شبکه‌ها می‌توانند به شکل خودکار، سریع‌ترین و مطمئن‌ترین مسیرهای ارسال داده را پیدا کنند، حتی اگر گره‌ها مسدود شده یا سیگنال خود را از دست بدهند.

تعامل شبکه توری و بلاک چین چگونه است؟

کاربرد بلاک چین در صنعت شبکه و به ویژه شبکه‌های مش در چند سال اخیر مورد توجه صنعت مخابرات قرار گرفته است، به‌طوری که کارگروه‌های‌های تحقیقاتی مختلفی به دنبال ترکیب این دو فناوری با هدف دستیابی به راه‌حل جدید در دستیابی به اینترنت هستند تا افراد ساکن در مناطق محروم بتوانند از طریق شبکه‌های مش به شبکه جهانی اینترنت دسترسی پیدا کنند.

استفاده از زنجیره بلوکی در این مدل شبکه‌ها افراد را تشویق می‌کند تا از طریق اشتراک‌گذاری پهنای باند و توان سخت‌افزاری مازاد خود، توکن پاداش دریافت کنند و به این شکل در پیاده سازی شبکه مش شریک شوند. ایده‌ای که تحت عنوان جمع‌سپاری تأمین زیرساخت اتصال‌ به شبکه از آن نام برده می‌شود و با اصطلاحاتی همچون Community Mesh Network توصیف می‌شود. در این زمینه CMN به نوع خاصی از شبکه‌های مش بی سیم که شبکه‌های انجمنی نام دارند اشاره دارد. از ویژگی‌های مهم این شبکه، استفاده آزادانه، رایگان و بدون محدودیت‌ از آن است.

پروژه‌های پیاده سازی شبکه با بلاک چین

نمونه‌هایی از شبکه‌های مش با زنجیره بلاکی پیاده‌سازی شده که از مهم‌ترین آن‌ها Guifi.net است. شبکه‌ای که زیرنظر سازمان Guifi.net کار می‌کند و با داشتن بیش از 34 هزار روتر یکی از بزرگ‌ترین شبکه‌های توری انجمنی در جهان است که از زنجیره بلوکی در توسعه آن استفاده شده است.

در این زیرساخت از مفهومی به‌نام سیستم سامانه غرامت (Compensation System) استفاده شده که توازنی میان میزان اشتراک‌گذاری منابع و مصرف منابع برقرار می‌کند. به‌گونه‌‌ای که میزان ارزش عرضه و مصرف منابع شبکه‌ برای هر کاربر در یک منطقه خاص ثبت می‌شود. هر چه فرد منابع بیشتری (پهنای باند) مصرف کرده باشد باید از طریق اشتراک‌گذاری منابع سیستمی آن‌را جبران کند و به‌نوعی غرامت بپردازد تا توازن برقرار شود.

در این معماری یک شرکت‌کننده میزان مصرف خود را به سازمان Guifi.net اعلام می‌کند و سازمان آن‌را بررسی می‌کند. البته در این سازوکار امکان بروز خطا و اقدامات فریبکارانه وجود دارد و در نتیجه سازمان‌ها باید اطمینان حاصل کنند میزان مصرف منابع به‌طور منصفانه‌ای ارزیابی شده است. درست در همین نقطه است که زنجیره بلوکی به میدان وارد می‌شود و با ارایه راهکاری چالش این شبکه‌های نظیر به نظیر (P2P) را برطرف می‌کند.

در معماری شبکه‌های وایرلس توری زنجیره بلوکی یک ذخیره‌ساز داده توزیع‌شده ارایه می‌کند تا هر یک از شرکت‌کننده‌ها برای پیوستن به شبکه و اشتراک‌گذاری منابع ابتدا هویت خود و منابعی که قرار است در اختیار شبکه قرار دهند را ثبت کنند.

پروژه دوم، رایت مش (RightMesh) است که برای پیاده‌سازی شبکه‌ مشِ موبایل نرم‌افزارمحور، زیرساخت و پروتکلی معرفی کرده که از فناوری زنجیره بلوکی و توکن اختصاصی‌اش به‌نام Rmesh استفاده می‌کند. در این شبکه توزیع‌شده، هر دستگاه سیار اندرویدی یا دستگاه مبتنی بر اینترنت اشیاء، نقش یک Node را بازی می‌کند و تبادل داده بدون نیاز به اینترنت و با استفاده از وای‌فای، بلوتوث و WiFiDirect که از امکانات معمول تلفن‌های امروزی هستند، انجام می‌شود.

در این معماری اگر گره‌ای به اینترنت دسترسی داشته باشد، سایر گره‌های متصل به آن می‌توانند به اینترنت یا شبکه‌های مش دیگر متصل شوند. رایت مش، غیرمتمرکز (Decentralized) و نظیر به نظیر است و تبادلات در این شبکه‌ به یک مدیریت متمرکز و مرکزی مثل بانک یا شرکت‌های اینترنتی وابسته نیست. رایت مش به کاربران پیشنهاد می‌دهد در ازای دریافت توکن، ظرفیت اضافی اینترنت و منابع سخت‌افزاری مثل توان پردازشی، ذخیره‌سازی یا داده‌های جمع‌آوری‌شده از حسگرها را با سایر اعضا شبکه به اشتراک قرار دهند. کاربران و دستگاه‌های متصل به شبکه رایت مش با یک حساب اتریوم (Ethereum) به‌طور یکتا شناسایی ‌شده و قادر به تبادل توکن‌ هستند.

هر دستگاه روی شبکه رایت مش می‌تواند به انتقال پهنای باند با سایر کاربران بپردازد و کاربرانی که قصد اشتراک‌گذاری منابع را دارند، قیمتی پیشنهاد می‌کنند؛ درست مثل بازارهایی است که مبتنی بر عرضه و تقاضا هستند. جان لوئیتر بنیانگذار شرکت رایت مش می‌گوید: «هدف ما این است کاربران را ترغیب کنیم دسترسی اینترنتی خود را با افرادی که از این دسترسی محروم هستند به اشتراک گذارند.»

عرضه خدمات نرم افزاری غیرمتمرکز و غیررسمی از طریق اینترنت پیشینه تاریخی دارد، اما خدماتی مثل اتریوم، IPFS و بیت تورنت از نظر زیرساخت‌های فیزیکی شبکه به شرکت‌های عرضه‌کننده خدمات اینترنتی وابسته هستند. از طریق به‌کارگیری راه‌حل‌های ارایه شده توسط شرکت‌هایی مثل رایت مش، خدمات اینترنتی از نظر فیزیکی مستقل از زیرساخت‌های رسمی و غیرمتمرکز می‌شوند.

کریس جنسن مدیر ارشد عملیاتی شرکت رایت‌مش می‌گوید: «در مواردی مثل وقوع زلزله یا طوفان که دسترسی مردم به اینترنت قطع می‌شود، شبکه توزیع‌شده رایت مش قادر به حفظ اتصال است. مهم است راهکارهای کارآمدی ارایه شود تا در چنین شرایطی که اتصال سامانه‌‌های استاندارد از دست می‌روند، افراد بتوانند ارتباط خود با دوست‌تان یا مراکز حساس را حفظ کنند.»

چالش‌های پیاده سازی شبکه با بلاک چین

دستیابی به یک شبکه مش پایدار مبتنی بر تجهیزات سیار کار پیچیده‌ای است، با توجه به این‌که کاربران از تجهیزات سیار استفاده می‌کنند و این گره‌ها دائما در حال تغییر هستند، ارتباط برقرار شده پایدار نیست و برد وای‌فای و بلوتوث دستگاه‌های مشارکت‌کننده در شبکه محدود است. به همین دلیل این گره‌ها یک ارتباط موقت ایجاد می‌کنند.

برای حل این مشکل و دستیابی به ارتباطی پایدار که مبتنی بر گره‌های متحرک است از رویکرد ابرگره (Superpeer) استفاده می‌شود. این گره‌ها یک ارتباط پایدار به اینترنت دارند، قادر به تعامل با شبکه هستند و از طریق اتریوم، توکن به شبکه وارد می‌کنند، با این‌حال، استفاده از این گره‌‌ها با روش غیرمتمرکزی که در زنجیره بلوکی دنبال می‌شود در تضاد است. اگر این‌ گره‌های خاص به اینترنت یا سایر ابرگره‌ها متصل نباشند، گره‌های دیگر‌ نمی‌توانند به‌طور مستقیم به آن‌ها متصل شوند.

به‌طور کلی می‌توان گفت چارچوب‌هایی مثل رایت مش وابستگی زیادی به اینترنت دارند. به‌طور ‌مثال، اگر گره A بخواهد از طریق یک اَبَرگره واسطه، پرداختی به گره B داشته باشد این امکان وجود دارد که ابرگره بعد از دریافت این پرداخت از گره A کانال ارتباطی را ببندد. یعنی امکان دارد ابرگره، توکن‌هایی که گره A برای گره B ارسال کرده را سرقت کند. در چنین سامانه‌ای نمی‌توان به اَبَرگره‌های متمرکز اعتماد کرد و امنیت تبادل توکن‌ها باید از طریق راه‌حل‌هایی مثل زمان انقضا (Expiration Time) یا هش قفل (Hashlock) تضمین شود.

رفع مشکل تجهیزات سیار در معماری شبکه بیسیم توری بلاک چین

کارگروه SmartMesh نخستین تشکلی است که یک شبکه مش زنجیره‌محور را طراحی کرده و توانسته توکن اسمارت مش (SMT) را به عنوان تنها پروژه مشی که در فهرست صرافی‌های مهم ارز دیجیتال پذیرفته شده توسعه دهد. پروتکل اسمارت مش یک پروتکل شبکه نظیر به نظیر است و اجازه می‌دهد ابزارهای هوشمند بدون نیاز به اینترنت به هم متصل شده و بتوانند داده‌ها و ارزش مجازی (Value) را میان یکدیگر مبادله کنند.

برای بهبود منطقه تحت پوشش این شبکه به طیف گسترده‌ای از گره‌ها نیاز است. اسمارت مش برای تشویق کاربران، در ازای تأمین اشتراک‌گذاری منابع به آن‌ها توکن پاداش می‌دهد. اسمارت مش با توسعه شبکه رایدن موبایل (Mobile Raiden Network) امکان دسترسی به شبکه رایدن را برای دستگاه‌های همراه هوشمند فراهم کرده است. علاوه بر این، برای حل مشکل محدوده، فناوری به‌نام پروژه مش‌باکس (MeshBox) را طراحی کرده که یک جعبه سخت‌افزاری است که عملکرد روتر خانگی، ذخیره‌سازی، پخش محتوا و عملکردهای دیگر را ادغام کرده است.

قابلیت ذخیره سازی توزیع‌شده و مکانیزم IPFS مش‌باکس عملکرد شبکه را بهبود بخشید و آن‌را مفیدتر کرده است. با ذخیره سازی محلی و ایمن فایل‌های توزیع‌شده، صاحب مش باکس توکن‌های MESH را به عنوان پاداش دریافت می‌کند. اگر کاربران از این فایل‌ها استفاده کنند، صاحب مش باکس باز هم توکن پاداش دریافت می‌کند. این‌کار باعث می‌شود تا صاحب مش باکس برای دریافت توکن‌های بیشتر ترغیب شود تا سخت‌افزار خود را به‌عنوان یک گره برای مدت بیشتری در اختیار شبکه قرار دهد تا پایداری شبکه حفظ شود.

مش‌باکس می‌تواند در نقش گیت‌وی ظاهر شده و اتصال به شبکه‌های دیگر را امکان‌پذیر کند. کاربران می‌توانند از این روتر در خانه یا محل کار استفاده کنند و در قبال به اشتراک گذاشتن این روترها در شبکه مش متشکل از تلفن‌های همراه و تجهیزات اینترنت اشیا، توکن‌های MESH پاداش بگیرند. بلاک مش در شرایط آزمایشگاهی، برد معمول بین دو دستگاه MeshEx را 15  کیلومتر تخمین زده و اگر دو دستگاه در پوشش وای فای مستقیم یکدیگر قرار داشته باشند این فاصه به 100 کیلومتر افزایش پیدا می‌کند. البته موانع طبیعی مثل ساختمان‌ها روی این محدوده تاثیر منفی می‌گذارند که از طریق اتصال آنتن به این دستگاه، برد نقطه‌به‌نقطه قابل افزایش است.