ماشین حالت: راه حلی برای چالش های برنامه نویسی بلاک چین

کدهای برنامه نویسی همیشه بی عیب و نقص نیستند! گاهی اوقات تعداد زیادی شرایط و رویدادهای احتمالی وجود دارد، ممکن است یک ماشین مشکل نرم افزاری داشته باشد و در یک حلقه بی نهایت گرفتار شود. به خصوص وقتی صحبت از کدهای پیچیده قراردادهای هوشمند در دنیای بلاک چین به میان می آید، احتمال این مشکل نیز بسیار افزایش می یابد. اما مانند همه مشکلات دنیای مهندسی، این چالش نیز راه حل منحصر به فردی به نام ماشین حالت دارد. در این مقاله ماهیت این دستگاه و کاربرد آن در دنیای بلاک چین را به طور کامل معرفی کرده ایم.

دنیای نه چندان عالی برنامه نویسی!

امروزه توسعه دهندگان کد نرم افزار طیف وسیعی از زبان های برنامه نویسی را پیش روی خود دارند. از زبان‌های برنامه‌نویسی قدیمی‌تر مانند اسمبلی و پایتون گرفته تا زبان‌های جدیدی مانند Solidity که برای توسعه شبکه‌های بلاک چین استفاده می‌شود، همگی جزو ابزارهای توسعه‌دهنده هستند. اگرچه این زبان ها از بسیاری جهات با یکدیگر تفاوت دارند. اما در نهایت، همه آنها از قوانین و الگوریتم های مشابه در پشت صحنه استفاده می کنند، مانند حلقه های تکرار، حالت های شرطی و موارد مشابه.

همانطور که انتظار می رود، اجرای برنامه ای با حالت های محدود و قابل پیش بینی چالش دشواری نخواهد بود. اما وقتی در مورد یک محیط بزرگ با رویدادهای مختلف صحبت می شود، احتمال خطا افزایش می یابد. برای مثال، در یک شرایط پیش‌بینی‌نشده، کدهای نرم‌افزار ممکن است وارد یک حلقه بی‌نهایت شده و یک قطعه کد را بارها و بارها بدون رسیدن به هدف اجرا کنند. این شرایط در نهایت منجر به فرسودگی منابع پردازشی سیستم و عدم اجرای قطعه کد خواهد شد.

در یک اپلیکیشن کوچک با تعداد کاربر محدود، ممکن است این مشکل چندان حیاتی نباشد و مشکل بزرگی به حساب نیاید. در نتیجه لزوم استفاده از راهکارهایی مانند ماشین حالت در این شرایط احساس نخواهد شد. اما وقتی صحبت از کدنویسی یک شبکه بلاک چین بزرگ، محبوب و کاربردی مانند اتریوم است، نباید ریسک ایجاد شرایط پیش بینی نشده را بپذیریم. زیرا کاربران این شبکه مستقیماً با مسائل مالی درگیر هستند و هرگونه خطا در کدنویسی می تواند خسارات بزرگ و جبران ناپذیری را به همراه داشته باشد. با این حال، خوشبختانه توسعه دهندگان نرم افزار راه حلی به نام حالت ماشین را برای چنین مواقعی در نظر گرفته اند.

ماشین دولتی چیست؟

به طور خلاصه، ماشین دولتی (ماشین حالت) یک مدل ریاضی محاسباتی است که توسعه دهندگان نرم افزار از آن برای طراحی الگوریتم های مختلف استفاده می کنند. ماشین حالت فقط می تواند در هر زمان در یک حالت خاص باشد و تا زمانی که شرایط مشخص شده برآورده نشود وارد حالت جدیدی نمی شود.

یک ماشین حالت مجموعه ای از ورودی ها را دریافت می کند و بر اساس آن تصمیم می گیرد که آیا به حالت دیگری منتقل شود یا نه. انتقال از یک حالت به حالت دیگر مستلزم تحقق یک شرط یا دریافت یک رویداد و ورودی خاص است. بطور کلی دو نوع حالت ماشین با اسامی ماشین حالت محدود قطعی و ماشین حالت محدود غیر قطعی وجود دارد.

ماشین حالت محدود معین برای هر ورودی فقط یک نوع انتقال ممکن را در نظر می گیرد. این ماشین ها اغلب بر اساس منطق if-then هستند و حالت باینری دارند. به عنوان مثال، اگر شرط انجام یک انتقال برقرار باشد، این عمل انجام می شود و در غیر این صورت، از انتقال به حالت بعدی جلوگیری می شود. حالت سومی در این نوع الگوریتم وجود ندارد. نوع دوم یا همان ماشین حالت محدود غیر قطعیشرایط متفاوتی را ایجاد می کند. در این مدل محاسباتی، یک ورودی ممکن است بسته به شرایط خاص به خروجی ها و انتقال های متفاوتی منجر شود.

هر دو نوع ماشین حالت دارای قطعات زیر هستند:

حالت: این قسمت حالتی است که خودرو در آن قرار دارد یا امکان حرکت به سمت آن وجود دارد. هر الگوریتم در ابتدا در یک حالت است. ممکن است با دریافت ورودی رویداد از وضعیت فعلی به حالت جدید حرکت کند.
ورودی: ورودی یا رویداد چیزهایی هستند که وضعیت ماشین را تغییر می دهند. اگر یک ورودی شرایط کافی را برآورده کند، ماشین حالت از یک حالت به حالت دیگر منتقل می شود.
منطق شرطی: در برخی شرایط، پس از دریافت ورودی‌ها، دستگاه باید آن را بررسی کرده و تصمیم بگیرد که آیا عمل را انجام دهد یا خیر. این بررسی در قالب منطق های شرطی انجام می شود.
انتقال: انتقال یک تغییر حالت در یک ماشین حالت است. مسیر انتقال ممکن است بسته به رویداد و ورودی ها متفاوت باشد.
عمل: تایید نهایی انتقال از یک حالت به حالت دیگر عمل نامیده می شود. به عبارت دیگر، اگر عملی رخ دهد، ماشین از یک حالت به حالت دیگری منتقل شده است.

کاربرد ماشین دولتی در صنعت بلاک چین و ارزهای دیجیتال

با ظهور شبکه اتریوم، کاربرد شبکه های بلاک چین بسیار گسترش یافته است. اضافه شدن امکاناتی مانند اپلیکیشن های غیرمتمرکز و قراردادهای هوشمند در کنار افزایش ارزش توکن های دیجیتال، باعث افزایش چشمگیر کاربران و علاقه مندان به فناوری بلاک چین شد. قراردادهای هوشمند که طرفداران زیادی نیز دارند، در واقع مجموعه ای از قراردادها هستند که توسط کدهای نرم افزاری توسعه یافته اند. در این صورت هر دو طرف معامله موظف به انجام تعهدات خود هستند و در صورت تحقق موارد خواسته شده، قرارداد به صورت خودکار اجرا می شود.

با این حال، به دلیل تنوع بالای سناریوهای موجود، توسعه یک قرارداد هوشمند ممکن است بسیار چالش برانگیز باشد. یک قرارداد هوشمند باید وضعیت هر دو طرف معامله را بررسی کند. همچنین این قطعه کد باید شرایط ورودی ها را به درستی بررسی کرده و در مورد تغییر وضعیت تصمیم گیری کند. از طرفی احتمال وقوع شرایط پیش بینی نشده در این گونه قراردادها بسیار زیاد است. اگر کدهای مورد استفاده در قراردادهای هوشمند به خوبی توسعه نیافته باشند، احتمال ورود به حلقه های بی پایان، شکست تراکنش و از دست رفتن منابع مالی و سخت افزار شبکه بسیار بالا خواهد بود.

خوشبختانه زبان برنامه نویسی Solidity توابع زیادی را برای پیاده سازی ماشین حالت و جلوگیری از بحران در قراردادهای هوشمند در نظر گرفته است. توسعه دهندگان نرم افزار از این توابع برای ارائه ماشین های حالت قابل آزمایش استفاده می کنند. ماشین‌های دولتی یک قرارداد هوشمند را دقیقاً بر اساس اجزای اصلی آن تقسیم می‌کنند. به زبان ساده، از نقطه نظر یک ماشین دولتی، هر قرارداد هوشمند چندین حالت دارد. برخی رویدادها و ورودی ها برای انتقال بین حالت ها مورد نیاز خواهند بود. این ورودی ها ممکن است در قالب هر نوع داده ای از هر دو طرف معامله ارائه شوند. در نهایت اگر شرایط فراهم شود، انتقال حالت صورت می گیرد. این روند تا پایان قرارداد ادامه خواهد داشت.

محدودیت های ماشین را بیان کنید

اگرچه استفاده از State Machine به عنوان یک راه حل مناسب برای چالش های قراردادهای هوشمند در شبکه های بلاک چین در نظر گرفته می شود. اما برخی از ویژگی های این خودرو گاهی به عنوان نقاط ضعف آن ظاهر خواهد شد. برای درک بهتر این موضوع از یک مثال کمک می گیریم.

تصور کنید که موضوع یک قرارداد هوشمند، پاسخگویی به سوالات یکی از طرفین است. در این شرایط یک طرف معامله سوالات متعددی را مطرح کرده است و طرف دیگر باید پاسخ آنها را ارائه دهد. در این شرایط، طبق قوانین ماشین دولتی، طرف دوم معامله باید پاسخ سوال اول را ثبت کرده باشد تا به سوال دوم پاسخ دهد. زیرا در غیر این صورت ورودی های نظارت شده توسط ماشین حالت برای عبور به حالت بعدی ارائه نمی شود و تغییری در حالت آن ایجاد نمی شود. این موضوع ممکن است در قراردادهای چند قسمتی که اجزای مختلف به صورت سلسله مراتبی به یکدیگر مرتبط نیستند، باعث ایجاد مشکل و یا حتی غیرقابل استفاده شدن کامل قرارداد شود.

برای حل این موضوع می توان یک قرارداد را شکسته و در قالب چندین قرارداد هوشمند کوچکتر ارائه کرد. همچنین با ارائه یک طراحی بهینه و تعاملی تر بین طرفین قرارداد، شاید بتوان این مشکل را تا حد بسیار زیادی حل کرد. اما در نهایت ساختار و ماهیت ماشین دولتی که مزیت های آن را به وجود آورده است در این موارد نقش یک مانع را ایفا می کند.

بلاک چین و دنیایی از حالت ها!

شبکه های بلاک چین عملکردی مانند اتریوم ویژگی هایی مانند قراردادهای هوشمند را به سطح جدیدی از زندگی و تعاملات علاقه مندان به فناوری وارد کرده است. اما وجود حالت های مختلف باعث شد تا توسعه دهندگان نرم افزار در این زمینه با مشکلاتی مواجه شوند. خوشبختانه به لطف الگوریتم های مبتنی بر ماشین های حالت، این مشکلات به مرور حل شده و ظرفیت های بیشتری از این فناوری ظاهر شده است.

در این مقاله به معرفی و بررسی مفهوم State Machine پرداختیم. به نظر شما، به غیر از این روش محاسباتی، از چه روش های دیگری می توان برای حل چالش های زبان solidity و حالت های متعدد در دنیای بلاک چین استفاده کرد؟ نظرات ارزشمند خود را در این زمینه با ما و سایر کاربران خبرجو در میان بگذارید.