以太坊二層擴容之路：Plasma衰落與Rollup崛起_LASM:PlayGame Token

編者按：本文來自鏈聞，撰文：AshwinRamachandran與HaseebQureshi，前者系區塊鏈風險投資機構DragonflyCapital初級合伙人，后者為DragonflyCapital管理合伙人，編譯：詹涓，Odaily星球日報經授權轉載。那是2017年8月。以太坊原生代幣ETH的價格接近歷史最高水平，以太坊區塊鏈隨著使用量增加而爆棚，鏈條在不斷增長的需求下不堪重負，研究人員和開發人員正在瘋狂地尋找新的擴容解決方案。在世界各地的區塊鏈會議上，開發人員討論了不同的擴容建議。以太坊社區迫切需要一個解決方案。在這種狂熱中，Plasma論文的首個版本發布，它承諾提供一個第2層擴容解決方案，稱其可以處理「全世界幾乎所有的金融計算」。

TechCrunch關于Plasma的報道讓我們再快進到2020年。以太坊還是跟從前一樣緩慢，但它卻戰勝了所有的所謂的「以太坊殺手」。以太坊2.0的發布日期不斷推遲，隨著許多開發團隊偃旗息鼓，Plasma似乎已經完全消失了。新的解決方案，如optimistic和ZKrollup被譽為最好的擴容解決方案。而關于Plasma的記憶，似乎消失得無影無蹤。所以，是誰殺死了Plasma？

讓我們把時間撥回到2017年初。以太坊第一次成為了主流，人們對不久的未來充滿無限的樂觀。有人聲稱所有有價值的資產不久將被代幣化。舊金山的各種聚會上只有站著的地方，每當提到以太坊，人群就會聚集。但是以太坊并沒有實現可伸縮性。在這股熱潮中，VitalikButerin和JosephPoon發表了一篇論文，介紹了一種名為「Plasma」的新第2層擴容解決方案。

VitalikButerin和JosephPoon在舊金山的一次會議上介紹PlasmaPlasma聲稱能令以太坊擴展到Visa級別的交易量，這種大膽的說法促使開發人員和社區興奮無比。不久后，以太坊的研究團隊聚集在Plasma周圍，將它視為解決以太坊可伸縮性問題的辦法。

以太坊證明服務EAS現已支持證明與驗證任何類型的文件:金色財經報道，以太坊證明服務EAS（Ethereum Attestation Service）發推稱，已上線新功能，支持證明與驗證任何類型的文件。創作者可以生成其內容的哈希值，證明它，并允許其他人根據哈希值進行驗證。[2023/5/7 14:48:14]

但是到底什么是Plasma，為什么它最終沒有兌現它的承諾呢？Plasma是如何運作的？

最初的Plasma白皮書描述了一種構造MapReduce「區塊鏈樹」的機制。樹中的每個節點都代表一個唯一的區塊鏈，這個區塊鏈連接到它的父節點，所有這些區塊鏈被安排在一個巨大的層次結構中。然而，最初的規范很模糊而復雜。在它發布后不久，Vitalik在一篇新論文中簡化了這個規范，論文題為MVP（MinimalViablePlasma，最小可行化Plasma)。

Plasma「區塊鏈樹」MVP提出了Plasma的簡化版本：一個簡單的基于UTXO的側鏈，在數據不可用的情況下能保持安全性。但什么是側鏈？數據不可用意味著什么？在深入研究Plasma之前，我們先來看看這些術語的含義。側鏈，就是連接到另一個區塊鏈上的區塊鏈。側鏈可以通過許多不同的方式，比如由可信的第三方、某個聯盟或共識算法來運營。例如，Blockstream在名為Liquid的比特幣網絡上參與一個聯盟側鏈。Liquid在其信任模型中進行了權衡，因此能確保更高的事務吞吐量。用戶必須相信聯盟不會串通和竊取資金。在這種情況下，區塊鏈運營商是Liquid聯盟的各種成員，譬如Blockstream公司。

以太坊客戶端Geth發布v1.10.25版本，禁用主網舊版本同步:9月17日消息，以太坊客戶端Go Ethereum（Geth）發布v1.10.25，為可選更新版本，主要是為了合并的完整性，因此禁用主網上的舊版同步。[2022/9/17 7:02:33]

Liquidpeg-in和peg-out機制的可視化一個側鏈通過雙向掛鉤連接到一個更大的區塊鏈上。用戶可以通過將資金發送到特定的地址或主鏈上的智能合約，將資金存入側鏈。這被稱為「peg-in」交易。要提取資金，用戶可以在側鏈上執行相同的操作，在主鏈上取回他們的資金。這被稱為「peg-out」交易。但這與Plasma有什么關系呢？正如我們在上面的例子中所看到的，將資金移出側鏈需要一個關鍵的組成部分：信任。用戶必須相信側鏈運營商不會攜款潛逃。但區塊鏈的主要特征不就是免信任嗎？如果用戶想要在無需信任其運營商的情況下與側鏈進行交互，該怎么辦？這正是Plasma所要解決的問題。Plasma的設計最大限度地降低了側鏈運營商的信任要求。也就是說，即使運營商行為不端，Plasma也能防止資金被盜。但即使運營商不能直接竊取資金，側鏈還有另一個問題。如果側鏈運營商發布了一個區塊頭，但拒絕發布底層交易數據，該怎么辦？這將阻止任何人驗證側鏈的正確性。這個概念稱為數據不可用。Plasma試圖在哪怕運營商拒絕提供交易數據的情況下，仍能確保用戶的安全——萬一運營商拒絕發布數據，所有用戶仍然可以取回他們的資金并退出側鏈。Plasma對其安全性和可伸縮性做出了很大的承諾，給人們帶來了希望。因此，在2017年的牛市中，人們普遍認為Plasma可以解決以太坊的可伸縮性問題也就不足為奇了。但隨著市場在2018年清醒起來，區塊鏈炒作轟然倒塌，有關Plasma的一幅更現實的圖景開始顯現。在現實世界的部署中，Plasma構成的問題比解決方案還多。第一個問題是，每個用戶必須監控和驗證PlasmaMVP鏈上的所有交易，以檢測惡意運營商的行為并及時退出。然而，事務驗證成本高昂，并且這種監視需求為參與Plasma鏈增加了大量開銷。研究人員還意識到，用戶很難退出Plasma鏈。當用戶試圖從PlasmaMVP鏈中提取資金時，他們必須提交退出交易請求，然后等待一段時間。這就是所謂的挑戰期。在挑戰期的任何時候，任何用戶都可以通過提供退出無效的證明來挑戰另一個用戶的退出。因此，所有的退出只能在挑戰期結束后處理，一些挑戰期會長達1周。但情況發展得更糟。記住一點，即使運營商扣下數據，我們也希望用戶能夠從Plasma鏈中提取資金。MVP是這樣處理的：如果Plasma交易數據被扣留，每個用戶需要根據Plasma鏈的最后有效狀態來退出并獲得資金。（注意：為了避免惡意運營商搶占誠實用戶的先機，退出的優先級是根據它們最后交易的時間排序的。)

數據：Bitfinex上以太坊永續合約達1個月低點:金色財經消息，據Glassnode數據顯示，當前Bitfinex上的以太坊永續合約（24小時）為8,983,095.43美元，達1個月低點。[2022/7/10 2:03:32]

以太坊存儲的增長在最壞的情況下，如果所有用戶都需要退出一個Plasma鏈，那么該鏈的整個有效狀態必須在一個挑戰期內發布到以太網主網上。考慮到Plasma鏈可以任意增長，而以太坊區塊已經接近其容量，幾乎不可能將整個Plasma鏈傾倒到以太坊的主網上。因此，幾乎可以肯定的是，大量退出會把以太坊擠爆。這就是所謂批量退出問題。隨著2018年價格開始暴跌，以太坊的追隨者開始意識到PlasmaMVP并不是他們所期望的那種萬試萬靈的可伸縮性解決方案。根本沒有辦法克服它的弱點。PlasmaMVP是一個死胡同。以太坊仍然將在它的事務負載下掙扎，而以太坊2.0離我們還有很多年。下一代Plasma

2018年年中，隨著價格持續下跌，以太坊的研究社區繼續嘗試改進Plasma，反復研究PlasmaMVP的設計。他們提出的新版本被稱為PlasmaCash。據其主要設計者VitalikButerin稱，PlasmaCash將允許每秒任意高的交易量，并解決困擾其前身的問題。有些人甚至聲稱，這種新設計可以達到每秒數十萬的交易。

首先，讓我們記住PlasmaMVP的問題。在運營商行為不當的情況下，存在批量退出問題用戶必須等待整個挑戰期結束才能取錢用戶必須監控Plasma鏈上的所有交易PlasmaCash與MVP相比，有一個主要的優勢：通過使用不同的數據模型，PlasmaCash可以完全避免批量退出的問題。在PlasmaCash中，所有代幣都被表示為非同質代幣(NFT)，這使得證明一套代幣的所有權變得更加容易。簡單來說，用戶有責任證明自己而非他人擁有對代幣的所有權。因此，用戶只需要監控他們自己的代幣，而不是整個Plasma鏈。PlasmaCash還提出了一種新的交互式挑戰系統，允許用戶在運營商行為不當的情況下輕松提取資金。利用一種新的Merkle樹結構，即「稀疏Merkle樹」，用戶可以使用包含證明輕松地驗證代幣的歷史和所有權。在運營商行為不當的情況下，用戶只需要發布他們目前擁有的代幣的鏈上證明。然而，PlasmaCash帶來了一系列新的問題。首先，惡意用戶或代幣過去的所有者可能會做出錯誤的取款嘗試。因為用戶需要證明他們擁有自己的代幣，所以實際上是由這些用戶來發現并質疑自己的錢被騙走。因此，和PlasmaMVP一樣，PlasmaCash要求用戶每兩周至少上線一次，以及時在挑戰期內發現錯誤取款。此外，為了證明代幣的所有權，用戶必須維護該代幣的全部歷史記錄和相應的包含/排除證明，導致存儲需求不斷增加。到2018年底，ETH的價格已跌至谷底，烏托邦式的樂觀主義不復存在。PlasmaCash雖然比MVP有所改進，但并不是以太坊當年所承諾的Visa規模的解決方案，它的MapReduce「區塊鏈樹」現在只是一個白日夢。大多數為PlasmaCash開發客戶端的公司都已經將工作擱置，而且其實現都處于半完成狀態。以太坊社區陷入了僵局。雖然新的Plasma架構繼續出現，并較其前輩略有改善，但以太坊社區未能團結一致支持其中任何一個架構。Plasma似乎已經死了。Rollup現身

以太坊擴容方案SKALE完成主網升級，成為多鏈網絡:4月24日消息，以太坊擴容方案SKALENetwork宣布完成代號為Denali的主網升級，這是繼主網啟動后的第一次重大升級，使得SKALE網絡成為一個多鏈網絡，通過與以太坊原生集成的方式共同運作。

SKALE的以太坊原生多鏈架構提供了快速、對用戶免Gas、無需學習的新工具。SKALE表示，46個驗證者和153個節點都已完成了本次升級。[2021/4/24 20:54:16]

就在人們對第2層的信心觸底之際，一位化名為BarryWhitehat的用戶在GitHub上公開了名為「roll_up」的方案。該報告描述了一種新類型的第2層擴容解決方案：一個類似于Plasma的架構，并可「打包」交易，它無需依賴于對運營商的信任，打包的正確性可以通過使用一個SNARK的鏈上證據來證明。此SNARK確保運營商不可能發布惡意或無效的事務，并確保所有側鏈區塊都是有效的。不久后，VitalikButerin對Barry的方案發布了一個改進版，他稱之為zk-Rollup。zk-Rollup成為了以太坊論壇上瀏覽量最高的帖子之一。Vitalik建議引入一種解決方案來避免困擾Plasma的數據可用性問題：在以太坊區塊鏈上發布側鏈交易數據。將交易數據作為函數參數發布意味著可以在發布時對其進行驗證，隨后將其丟棄，這樣就不會占據以太坊的存儲空間。zk-Rollup可以在不犧牲可負擔性或安全性的情況下，避免Plasma的退出游戲和挑戰期。有了zk-Rollup，人們可以使用新的密碼學一次性解決Plasma的所有第2層擴容難題。

Vitalik的zk-Rollup帖文但是zk-Rollup有它自己的一套權衡方案。生成有效性證明在計算上很昂貴。這些zk-SNARK會在每個區塊生成，生成時間可能長達10分鐘，而每次驗證的成本高達350,000gas，這大約占整個區塊的3.5%。此外，目前無法在zk-Rollup側鏈上部署通用智能合約。目前正在開發專門的零知識虛擬機，如zkVM和ZEXE，但在與之交互時仍然需要大量的專門知識。在大多數情況下，zk-Rollup限制了一般的可編程性。

以太坊2.0多客戶端測試網Medalla已修復兩個主要問題:8月11日消息，以太坊2.0多客戶端測試網Medalla表示，截至目前，已經有超過2.6萬個活躍驗證節點，目前運行良好。Medalla始終遵循主網規范，相比于其他測試網，在大小和復雜性上有了顯著進步。自上周測試網發布以來確定了四個主要問題，到目前為止已修復其中兩個。修復的第一個問題是在Medalla(與測試網Altona相比)中驗證數量的增加暴露了libp2p和信標節點之間的粘合代碼的限制。第二個是認證處理錯誤。目前在調查中的兩個問題是，Medalla區塊認證限制是128個，這意味著現在已經達到了簽名庫Milagro的極限。為了解決這個問題，正在切換到blst的過程中(預計在周末完成)。另一個問題是對于來自同一對等點的傳入和傳出請求存在競爭條件，這導致了Lighthouse一些問題，正在努力解決這個問題。

此前報道，Medalla已于8月4日21:00正式啟動。如果Medalla運行穩定，下一步目前是主網發布。Medalla之前的多客戶端測試網都主要由客戶端團隊和EF成員運行，隨著Medalla測試網的推出，以太坊鏈的穩定和健康將幾乎將完全掌握在社區手中。[2020/8/11]

zk-Rollup可視化，GeorgiosKonstantopoulos制圖到2019年年中，這些新進展為以太坊的研究社區重新注入了活力。zk-Rollup似乎解決了困擾第2層的許多問題。像MatterLabs和LoopRing這樣的公司開始積極地開發zk-Rollup，現在這兩家公司都已有測試網進行實現。通過優化，MatterLabs相信它可以在ZK同步網絡上達到2,000TPS。「樂觀」是一劑良藥

但并不是所有人都把希望寄托在zk-Rollup上。在第一個zk-Rollup規范發布一年后，JohnAdler和Mikerah引入了一個他們稱為「合并共識」的設計。合并共識使得鏈下的共識系統可以完全在以太坊上驗證，而不需要任何花哨的零知識加密。Plasma團隊其后發布了合并共識設計的擴展版本，并添加了現在有些聲名狼藉的名字：OptimisticRollup。zk-Rollup依賴于zk-SNARKs來驗證和完成每個區塊，而OptimisticRollup采用不同的方法：你何不假設每個區塊都是有效的呢？當每個人都表現得很誠實時，這在「快樂路徑」中很有效，但是我們知道運營商可能會行差踏錯。那么OptimisticRollup又將如何處理運營者的錯誤行為呢？「樂觀」的答案是使用欺詐證明。欺詐證明是運營商執行無效操作的計算證明。如果運營商發布了一個無效的狀態轉換，任何人都可以提交一個證明，證明該轉換無效，然后恢復那些事務。由于這些證明是非交互式的，它們可以由任何人發送：不需要由用戶監控自己的代幣的安全性。然而，與zk-Rollup不同的是，OptimisticRollup需要3-5倍的事務數據才能完成。這些數據主要包括簽名數據之類的見證。在最好的情況下，除非提交欺詐證明，否則樂觀匯總交易永遠不需要驗證。然而，對鏈上見證進行驗證和發布很昂貴，并且開發人員已經探索了允許廉價的大規模驗證和減少事務數據需求的聚合簽名機制。這種優化可以將OptimisticRollup的理論TPS從目前的約450TPS一直增加到潛在的約2,000TPS。OptimisticRollup提供了一組與zk-Rollup非常不同的權衡。它們的成本較低，但是它們的安全性較差，換句話說，一直存在不正確地應用事務、之后再予以恢復的可能性。這個安全窗口可以長達一個星期。因此，用戶在這個安全窗口期無法退出。然而，可以通過引入二級市場來改善這些退出問題。用戶可以將他們的退出權出售給第三方流動性提供者，以換取少量的費用。。這將允許用戶立即退出rollup鏈。雖然zk-Rollup需要程序員理解復雜的約束系統和高級密碼學，但OptimisticRollup允許通用智能合約部署。這意味著像Uniswap這樣基于智能合約的協議可以建立在OptimisticRollup側鏈之上。Rollup系列解決方案為解決Plasma的數據可用性問題和退出復雜性提供了類似的方法，但都有可能極大地擴展Plasma的結構。例如，IDEX已經構建并部署了他們自己的OptimisticRollup版本，并在這個結構上運行了一個去中心化交易所(DEX)。同樣，FuelLabs也建立了OptimisticRollup的一個版本，允許UTXO風格的支付和ERC-20代幣交換。PlasmaGroup，最近宣布他們把重點放在OptimisticRollup，并致力于在他們的平臺上提供通用智能合約性能。上升的一切必然匯合

Plasma最終不僅僅是一個協議。在非理性繁榮時期，Plasma是以太坊需要相信的故事。但事后看來，它所宣稱的無限擴容是一種技術上的傲慢。只有在隨著Plasma發展的過程中，我們才能深刻地認識到第2層擴容所固有的權衡。ETH的價格在去年有所反彈，人們對ETH的未來也持樂觀態度。經過近三年對安全、可擴展和穩健擴容解決方案的探索，以太坊研究社區最終圍繞rollup進行了聚合。Plasma和它的兄弟們最初的嘗試是高尚的，但一群創新者最終創造出了更現實的第2層設計，這似乎解決了Plasma最糟糕的問題。一些以Plasma為重點的研究小組，如PlasmaGroup，已經著手研究OptimisticRollup解決方案。但是我們認為，尋找最終的第2層擴容解決方案才剛剛開始。這個領域已經涌現出了許多競爭者，我們希望這仍然是一個活躍且令人興奮的研究和開發領域。

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