區塊鏈擴展之路：Plasma和Cosmos（一）_SMA

編者按：本文來自medium.com，作者：DaveKajpust，由藍狐筆記社群“Leo”翻譯，星球日報經授權發布。前言：區塊鏈的擴展性是限制它走向主流人群的主要障礙。本文主要聚焦解釋側鏈模式和跨鏈模式的擴展性解決方案。它們分別是如何來解決擴展性問題的？它們又有什么局限？本文僅代表作者觀點。區塊鏈的擴展性可能是當今區塊鏈領域最重要的問題。它為去中心化應用提供了構建商業化規模的機會，提供了與中心化應用競爭的機會。不幸的是，很少有人真正懂得如何實現擴展，擴展方面也沒有很多詳細的細節解釋。本文試圖解釋區塊鏈的擴展性問題，方式是通過對兩個不同的擴展解決方案：Cosmos和Plasma進行詳細解釋。Plasma是鏈外擴展解決方案。Cosmos的技術堆棧則不同，它不是直接的擴展解決方案，它是跨鏈解決方案，它試圖解決很多區塊鏈的挑戰，擴展性也是其中之一。突破擴展性

很重要的是要明白一點，提升了區塊鏈的擴展性會涉及到去中心化和安全方面的平衡。VladZamfir給“不可能三角”極佳的可視化：

比如，比特幣為了去中心化和安全犧牲了擴展性。這個選擇讓它從第一天開始就異常強健。比特幣表現良好。但，最近幾年開始，越來越多的團隊開始探索區塊鏈的可擴展解決方案。接下來，通過分解為兩個較小問題來探究擴展性。吞吐量

吞吐量是指在固定時間內傳輸的數據量，通常用TPS來表示。增加吞吐量的一個方法是增加區塊大小。然而，它確實需要更多的處理能力，因為在相同時間內要處理更多的交易。吞吐量的增加會導致網絡更加中心化，原因是吞吐量增加會消除一些節點，這些節點無法提升必要的CPU處理能力。如果我們仔細觀察比特幣和以太坊的吞吐量，可以看到它們都是高延時的網絡。下面是一些有助于它的設計選擇：l經過大量優化，使審查和拜占庭容錯變得昂貴l尤其是比特幣，開發者試圖讓運行一個全節點的成本保持在較低的水平，盡可能讓網絡保持無須許可l在同步模型下，它們有一個利于實時的分叉選擇規則這些設計選擇使得兩個網絡保持了去中心化和安全，與此同時，也保持了較低的吞吐量。相比之下，很多新區塊鏈協議試圖提升吞吐量，但它們通常會犧牲安全或去中心化。延遲

港股區塊鏈板塊普漲:港股區塊鏈板塊普漲，雄岸科技漲超7%，歐科云鏈漲超11%，火幣科技漲14%。[2021/3/10 18:31:14]

比特幣最長鏈POW算法依賴于同步的假設，假設平均需要10分鐘才能達成共識。以太坊的平均出塊時間是在14秒左右。這些共識機制需要平衡很多變量，其中之一就是延遲。我們會簡要介紹比特幣的延遲，以此來解釋網絡是如何達成共識的。如果每個比特幣區塊只有1MB，這就確定了一個區塊的交易量上限。你可以把出塊時間從10分鐘降至5分鐘，這樣，你把吞吐量有效地提升了兩倍。但是，這會導致出現更多孤塊。10分鐘出塊可以提供足夠的時間來向網絡的所有節點廣播新產生的區塊。選擇這個區塊時間，是因為網絡的優點是盡可能快地將新區塊廣播到其他節點。這降低了同時廣播兩個有效區塊的可能，否則容易導致分叉。它還允許礦工盡快開始挖新區塊，而不是在一條舊鏈上浪費挖礦資源。接下來，我們會闡述Plasma擴展的技術路線，它會為去中心化網絡增加什么能力。Plasma

Plasma于2017年8月由JosephPoon和VitalkButerin首次提出。它聚焦于提供更高的擴展性。它通過把交易轉移到更快更少擁堵的側鏈來完成這一個目標。側鏈的安全由底層根鏈來保障，一旦Plasma用戶發覺惡意的節點行為，他們可以退出側鏈。這是Layer2的解決方案，可以提高擴展性，潛在的tps可達到1000以上。Plasma是如何工作的首先，我們需要定義Plasma是什么。有三種不同的Plasma概念經常被提及：l最初白皮書中闡釋的Plasmal最小可行的PlasmalPlasma現金l還有其他Plasma，比如PlasmaDebit，其他可行的Plasma，這也是目前活躍的設計領域Plasma使用密碼學和博弈理論，目的是為了允許個人能夠在Plasma區塊鏈上進行可靠的交易。它不應該被視為單一的規格，比如以太坊黃皮書。Plasma應該被看作為一組設計原則，它可以讓你構建你的大規模可擴展的去中心化應用。Plasma背后的主要設計原則是保證用戶具有與主鏈同樣水平的安全，與此同時，它還可以提供遠高于主鏈吞吐量的側鏈。如果用戶發覺在Plasma鏈上的任何惡意行為，他們可以離開Plasma鏈，并在主鏈上恢復資產。目前大多數Plasma設計都有一個驗證者。驗證者可以審查在Plasma鏈上的用戶，但用戶能夠退出側鏈并恢復其資產。通過這樣的擴展，Plasma鏈跟主鏈相關聯，獲得抗審查能力。驗證者失去審查的動力，因為最終他們會在主鏈接受挑戰。由于這種隱含的信任，Plasma的設計允許它擴展到1000tps。為了比較，像比特幣這樣的網絡具有抗審查能力，因為1000個節點很難串通。但有的區塊鏈可以有更少的節點，比如EOS區塊鏈。EOS只有21個區塊生產者，串通和審查EOS賬戶變得相對容易。現在，讓我們看看初始白皮書中的Plasma。白皮書上的Plasma

A股收盤：深證區塊鏈50指數下跌1.64%:金色財經報道，A股收盤，上證指數報2923.49點（-1.52%），深證成指報10941.01點（-2.31%），深證區塊鏈50指數報3437.53點，收跌1.64%。區塊鏈板塊收跌1.60%，202只概念股中，32漲168跌1平1停牌，東方網力（+10.12%）領漲；中元股份（-6.26%）領跌。 數字貨幣板塊收跌1.92%，32只概念股全部下跌，中裝建設（-6.32%）領跌。[2020/3/12]

最初的白皮書上把Plasma描述為一種擴展設計，試圖把區塊鏈擴展到每秒數千次狀態更新。它發布之時，還沒有實施。但它是一個催化劑，引發出更多的研究。為了達成目標，有一個Plasma智能合約存儲在以太坊主網。從主網角度，這個智能合約并無特殊，也不用對以太坊核心協議做任何升級。Plasma智能合約基本上將整個子鏈連接到主網，充當橋梁作用。通過提交最新梅克爾證明，子鏈的每個區塊都記錄在主網的Plasma智能合約上，這在之后用來驗證子鏈上的數據。這可在子鏈上實現1000tps，而只需將單個區塊哈希提交到主鏈。

在Plasma鏈上的每個交易都要求用戶簽名確認，確認他們在區塊中看到了交易，并且交易已經被包含在主鏈。然后，確認將被簽名并且包含在另外一個區塊中，證明雙方已有數據可用性。這稱之為“確認簽名”，并且要求有原始交易的最終性。確認簽名允許保證雙方都已經看到交易，并且沒有信息被扣壓。然而，數據被Plasma子鏈驗證者扣壓是可能的，這要求用戶定期在線。如果出現這樣的行為，所有的利益相關者必須能夠“大規模退出”子鏈。關于Plasma子鏈的大規模退出，還沒有詳細的描述，我們會在此處闡釋。當利益相關者注意到子鏈的惡意行為，開始退出Plasma區塊鏈，停止交易。這個過程設計的目標是，將質押在主網Plasma智能合約上的Ether退還給真正的所有者。要達成這一點，所有Plasma側鏈token將兌換為原始質押存款，正是這些質押資金在以太坊主網上創建了它們。然而，這個退出過程涉及到每個Plasma賬戶執行至少一次主網交易。這會變得很貴。一個有10,000個賬戶的Plasma鏈要耗費很長時間達成大規模退出，同時耗費大量gas。毋庸置疑，這就是Plasma設計領域變得有意思的地方。在Plasma設計的落地方面，還有很多懸而未決的問題。作為第一步，Vitalik提出了一個簡單的Plasma可行方案，稱為最小可行Plasma。最小可行Plasma

聲音 | 華軟科技：“簡鏈”為第二批境內區塊鏈信息服務備案項目之一:華軟科技（002453）10月28日上午在互動易平臺回復投資者提問時表示，公司“簡鏈”為國家互聯網信息辦公室發布的第二批境內區塊鏈信息服務備案項目之一。[2019/10/28]

最小可行MVP是Plasma的精簡版。它符合Plasma鏈的設計要求，同時足夠簡單，可以落地實施。Plasma智能合約包含如下數據結構：l智能合約的所有者lPlasma區塊列表。每個區塊有梅克爾根以及提交梅克爾根的時間。lUTXO位置有了這些數據結構，我們還需要根據交易排序執行優先退出。這也意味著，在大規模退出發生時，UTXO交易將在主網上重放，重放會根據它們在Plasma鏈出現的順序進行，直到所有資金都返還。這會確保沒有利益相關者可以跳出偽造區塊并在退出時候偷走Ether。在MVP中有三個利益相關者：l以太坊主網礦工lPlasma驗證者，稱為“操作者”l在主網Plasma智能合約上抵押Ether的用戶通過這種MVP的設置，我們只是進行簡單的token轉移，并不具備通用智能合約能力。相反，我們獲得強大的token安全保證。token不能被雙花，不能被扣壓，并且總是可以通過Plasma退出回兌到根鏈。我們甚至可以運行一個MVP鏈，只有一個POAPlasma驗證者，并保證安全退出。MVP的設計考慮了ERC-20的Token。未來，PlasmaCash的設計專門考慮了不可兌換Token，比如ERC-721token標準。PlasmaCash

不可兌換的token類似于你口袋中的現金。你口袋中的每張美元鈔票都有一個系列號，這讓它獨一無二，每個ERC-721token也有唯一的標識符。沒有任何兩個ERC-721token是相同的。這意味著，在存儲數據的梅克爾樹中，只有一個token有效的位置。任何其他人試圖把該token退回到主鏈都很容易受到token真正所有者的挑戰。為了激勵良好行為，每個Plasma鏈用戶在加入時都會提出退出存款。如果他們試圖退出不屬于自己的資金，一旦被發現，他們會失去所有的存款，轉給挑戰者。PlasmaCash所有者只需跟蹤他們獨特代幣的數據，而不是整個區塊鏈狀態。相反，MVP則要求所有者觀察區塊鏈的完整狀態。兩種設計都要求用戶在檢查點期間至少登錄一次，以確保沒有其他利益相關者試圖錯誤地退出其token。總的來說，PlasmaCash對需要簡單UTXO狀態的高吞吐量應用來說，具有良好的前景。Plasma如何實現應用的擴展？

動態 | 百慕大正在開發基于區塊鏈的國民身份證系統:百慕大開始開發基于區塊鏈的國民身份證系統Perseid e-ID項目，Perseid e-ID項目是針對公民、企業和政府機構的數字ID解決方案，該項目與身份程序Perseid Network和去中心化憑證驗證協議Shyft Network合作進行。據悉，百慕大并不是唯一一個開發區塊鏈數字身份平臺的地區，加泰羅尼亞也曾在9月開始建立基于分布式分類帳技術的ID解決方案。（CoinDesk）[2019/10/16]

可以想到一些應用，它們有高吞吐量和UTXO狀態，比如去中心化交易所和通用支付。去中心化交易所多年來，中心化交易所被黑客攻擊過很多次。去中心化交易所可以提供解決這個問題的方案。Plasma具有高吞吐量，這讓它成為構建去中心化交易所的有力競爭者，這些去中心化交易所可以連接到主鏈，由此移除對中心化交易所的需求。目前也有去中心化交易所，比如IDEX，也有去中心化交易協議，比如0X，它們目前受制于以太坊吞吐量。目前，去中心化交易所根本不可能跟傳統的中心化交易所競爭。然而，構建一個Plasma去中心化交易所并不是簡單。去中心化交易所，比如IDEX，它在以太坊主網有很多智能合約和狀態對象，這允許它運行，并且為了構建一個能運轉的DEX很可能需要智能合約的支持。目前，Plasma相關的大多數想法都集中在有簡單UTXO狀態的高吞吐量應用上。因此0X和IDEX交易所還無法在Plasma上運行，直到它能支持更多復雜狀態對象進行大規模退出。特別是，一個交易所需要一個訂單簿以最好的價格來匹配訂單。它也需要做市商、交易者來給平臺提供流動性，且還涉及到多種token，需要數百萬數千萬美元。此外，交易者希望可以從平臺中快速提款，這也受制于Plasma挑戰期的局限。支付支付更適合PlasmaMVP和PlasmaCash。少于一美分的微支付可以很容易換手1000次，費用不多。但要記住，在Plasma，每次轉移的速度仍受限于根鏈的最終時間。除了微支付，任何一群用戶之間，如果需要經常發生重復和昂貴的以太坊主網交易，他們也可以使用Plasma鏈以節省費用。支付是區塊鏈可擴展性設計的重要領域。如果Plasma可以解決這個問題，它會是一個很大的成就。如果我們希望用區塊鏈來處理購買咖啡這樣的微支付場景，我們必須找到一種可擴展的方法。Plasma的局限

現場 | Hyperledger全球聯盟副總裁：區塊鏈應用于供應鏈需要“技術加治理”:據CoinTime現場報道，美西時間9月13日，在圣何塞舉辦的Blockworld 2018區塊鏈開發者及技術峰會上， Hyperledger全球聯盟副總裁Daniela Barbosa在答問時指出，目前Hyperledger正在探索全球供應鏈方面的應用，區塊鏈可以確保錄入區塊鏈的數據的不可更改，但是如何確保是否上傳了真實數據，這本身不是一個技術問題，而是更加深層次的治理問題，需要更加廣泛的討論。[2018/9/14]

截止到現在，想讓Plasma鏈擁有完整的EVM能力是不現實的，也不是正確方法。大多數研究聚焦于讓UTXO模型首先發揮作用。我們必須保持簡單，其中一個理由是因為智能合約的所有權性質。Solidity智能合約不擅長代表所有權。這意味著EVMdApp的用戶會發現自己很難實現退出。一個智能合約可以包含許多不同的功能和狀態變量，這些變量由不同個人所擁有。這會在大規模退出時帶來問題，因為它要求保證Plasma鏈的安全。任何從狀態A到狀態B的有效狀態轉移將會導致任何狀態A的退出無效。由此，子鏈智能合約的每個單一狀態都需要有明確的所有權，否則，大規模退出總是可以被阻止的。在Plasma鏈上擁有復雜智能合約是可能的，但它們必須是受約束的智能合約。盡管如此，隨著研究的深入，Plasma智能合約應該最終支持更復雜狀態。它們需要經過深思熟慮的機制設計才能實現復雜的大規模退出功能。大規模退出非常關鍵，因為即使你設計了一個非常安全的Plasma鏈，仍然有必要存在一個高效的方法來處理從Plasma到主鏈的交易。大規模退出如果花費太長時間或太昂貴，都將是不可接受的，因為它會把用戶的資金置于危險之中。白皮書中描繪的確認簽名也是有限的。它們要求雙方發送確認交易以確保最終性。這樣的用戶體驗很糟糕，因為每一方不得不提交另一個確認交易以確認原始交易。然而，PlasmaCash和更多可行的Plasma目標在于解決這個問題。對于Plasma退出，它也要求用戶每個檢查點在線一次，這是一種設計約束，它可能會讓一部分用戶不想忍受麻煩。

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