LAS:V神 ：側鏈 VS Plasma VS 分片 區塊鏈擴展方案優劣對比

特別感謝JinglanWang對文章的審閱及提供的反饋。

我們經常會遇到一個問題：分片、側鏈以及Plasma有什么不同？這三種體系結構似乎都涉及了一個中心“主鏈”的星形拓撲結構，該中心“主鏈”充當系統的共識支柱，此外還有一組包含實際用戶級事務的“子”鏈。子鏈中的哈希通常周期性地發布到主鏈。考慮到這種基本的相似性，選擇其中一種方案，而不選用其他方案的理由是什么呢？

側鏈和Plasma的區分是簡單的。Plasma鏈是具有非監護性質的側鏈:如果Plasma鏈中存在任何錯誤，則錯誤是可檢測到的，用戶可安全地退出Plasma鏈，并防止攻擊者造成任何持久的傷害。用戶所承受的唯一成本，是他們必須等待一個challenge周期，并在基礎鏈上支付一些更高的交易費用。而常規的側鏈則沒有這種安全屬性，因此它們的安全性較低。然而，設計Plasma鏈在很多情況下要困難得多，有人可能會說，對于很多低價值應用而言，增加復雜性而帶來更好的安全性，其實是不值得的。

V神：51%攻擊是區塊鏈的一個基本屬性:V神剛剛在推特表示，軟件質量不佳并不能保護區塊鏈不被復制。51%攻擊是區塊鏈的一個基本屬性，而不是只有在惡意代碼的情況下才會發生的事情。[2020/11/16 20:57:12]

(圖：VitalikButerin，來自DuncanRawlinson)

那么，Plasma和分片之間，又是什么關系，兩者孰優孰劣呢？關鍵的技術差異在于緊密耦合的概念。緊密耦合是分片的一種屬性，但不是側鏈或Plasma的屬性，這意味著主鏈的有效性與子鏈的有效性密不可分。也就是說，根據定義，將無效主鏈區塊指定為附屬項的子鏈區塊是無效的，更重要的是，根據定義，包含無效子鏈區塊的主鏈區塊是無效的。

在非分片區塊鏈中，規范鏈的定義，是完全可用和有效的；例如，在比特幣和以太坊的情況下，人們通常說規范鏈是“最長有效鏈”。在分片區塊鏈中，最重有效和可用的規范鏈概念同樣適用，其有效性和可用性要求同時適用于主鏈和分片鏈。然而，分片系統面臨的新挑戰是，由于數據太多，用戶無法直接完全驗證任何給定鏈的有效性和可用性。工程學分片鏈的挑戰在于，通過給用戶一個最大程度的不信任和實際的間接手段來驗證哪些鏈是完全可用和有效的，從而使他們仍然能夠確定哪條鏈是規范的。在實踐中，這包括委員會、SNARKs/STARKs、fisherman方案、欺詐及數據可用性證明等技術。

V神：以太坊比其他任何加密項目都更加重視共享安全:11月16日早間，有推特網友稱，在權益證明網絡中維護安全，最好的方法是擁有很多第一層平臺，以至于不可能一次將它們全部關閉。正所謂“瘦協議，胖應用”。對此，V神表示，實際上共享安全是支持更少更大的區塊鏈的最佳論據之一。對此有網友稱“那來自政府的監管攻擊呢？”V神回應稱，這就是為什么需要由不同權限的不同客戶團隊構建多個實現的重要原因。據我所知，以太坊生態系統比加密領域的任何其他生態系統都更重視這一點。[2020/11/16 20:54:34]

如果一個鏈結構沒有這種緊密耦合特性，那么可以說它不是layer-1分片方案，而是一個位于不可擴展的layer-1鏈之上的layer-2系統。Plasma不是一個緊密耦合的系統：一個無效的Plasma塊絕對可以將其塊頭提交到主以太坊鏈中，因為以太坊基礎層不知道它代表一個無效的Plasma塊，甚至根本不知道它代表一個Plasma塊；它看到的只是一個包含一小部分數據的事務。然而，單個Plasma鏈失效的后果，便局限于該Plasma鏈內。

V神：想打破PoW更“純粹”而PoS做出更多讓步的假設:V神在推特回復網友稱，我想打破這樣的假設，即許多人認為PoW更加“有原則”和“純粹”，而PoS做出了更多的讓步。[2020/8/16]

但是，如果你試圖分析用戶如何執行“間接驗證”程序的過程，以確定他們所查看的鏈是否完全有效且可用，且在不下載和執行整個過程的情況下，則我們可發現分片與Plasma工作方式更為相似的地方。例如，用來防止可用性問題的一種常見技術是fishermen：如果一個節點將一個區塊的給定部分視為不可用，它可以發布一個聲明此問題的challenge，從而創建一個時間段，任何人都可以在該時間段內發布該數據。如果一個區塊在足夠的時間內沒有被質疑，則可還原將其作為依賴項進行引用的區塊。這看起來與Plasma基本上類似，在Plasma中，如果區塊不可用，用戶可以將消息發布到主鏈以響應退出狀態。這兩種技術最終都會在壓力下以同樣的方式屈服：如果一個分片系統中有太多的錯誤challenge，那么用戶就無法跟蹤是否所有的可用性challenge都得到了解決；如果一個Plasma系統中有太多的可用性challenge，那么當出口填滿該鏈的塊大小限制時，主鏈可能會不堪重負。在這兩種情況下，似乎系統具有O(C^2)的可伸縮性，但在發生攻擊時，可伸縮性降至O(C)。然而，分片對此具有更多的防御性。

V神：對BTC等加密貨幣有廣泛價格區間預期:V神在推特表示，我對于BTC和其他加密貨幣有一個廣泛的價格區間預期。基本上，我們應該為明顯低于今天的價格水平和數萬億美元市值之間可能發生的任何事情做好準備。[2020/8/10]

首先，當前的分片設計使用了隨機抽樣的委員會機制，所以即使是一個委員會也不能輕易地做惡，除非一個委員會擁有鏈整個驗證器集的很大一部分。

第二，有比fishermen更好的數據可用性處理策略：數據可用性證明。在使用數據可用性證明的方案中，如果區塊不可用，則客戶端的數據可用性檢查將失敗，客戶端會認為該區塊不可用。如果該區塊是無效的，那么即使是一個欺詐證明也會使得他們相信整個區塊的這一事實。一個O(1)大小的欺詐證明，可以使客戶端相信O(C)大小的區塊是無效的，因此O(C)數據足以使客戶端相信O(C^2)數據是無效的因此，理論上說，分片系統比Plasma鏈更不容易被DoS攻擊所擊倒。

V神：特朗普與Twitter等社交媒體巨頭之爭將凸顯去中心化替代方案需求:周四，特朗普在Oval Office發表講話稱，他在Twitter上發布推文的事實核查標簽正在干擾2020年總統大選，并扼殺言論自由。他指出，Twitter、Facebook、Instagram和YouTube等巨頭權力過大。特朗普簽署的關于在網絡審查（Online Censorship）的行政命令將剝奪廣泛的法律保護，以為監管機構對社交媒體巨頭處理網絡內容的行為采取法律行動打開了大門，而這些法律保護曾使這些巨頭受益。

盡管特朗普的命令將引發一場法律風暴，但由于難以過濾內容，集中化的科技巨頭越來越多地卷入了斗爭。以太坊聯合創始人Vitalik Buterin（V神）表示，這種情況凸顯了去中心化替代方案的需求。盡管V神認為，對具有潛在危險的內容貼上警告標簽是比完全禁止它更好的選擇，但他擔心“選擇性憤怒”會被用來威脅Twitter的獨立性。（The Daily Hodl）[2020/5/29]

第二，分片鏈在面對大型攻擊者及多數攻擊時提供了更強的保障。Plasma鏈總是可被審查退出的主鏈成功地實施51%攻擊，而分片鏈則不能。這是因為數據可用性證明和欺詐證明發生在客戶端內部，而不是鏈內部，因此分片鏈不能被51%攻擊審查。第三，分片鏈提供的防御更易于概括。Plasma的exit模型要求狀態被分離成獨立的部分，每個部分都符合任何單個參與者的利益，而依賴數據可用性證明、欺詐證明、fishermen以及隨機抽樣的分片鏈，在理論上是廣泛適用的。

然而，Plasma鏈也有很大的優勢。首先，它們是可以進行迭代的，并且可以更快地實現新的設計，因為每個Plasma鏈可以單獨地進行部署，而不需要協調生態系統的其余部分。第二，分片本身就更脆弱，因為它試圖保證某些數量數據的全部可用性和有效性，而這個數量必須在協議中設置。如果這個數量太少，則不利于系統的可擴展性，太多，則整個系統都有崩潰的風險。可擴展性的最大級別安全還取決于系統的用戶數，這是一個不可預測的變量。另一方面，Plasma鏈允許不同的用戶在這方面進行不同的權衡，并允許用戶更靈活地適應環境變化。

單運營商Plasma鏈，也可提供比所有數據公開的分片系統更多的隱私性。即使在不需要隱私的地方，它們也可能更有效，因為分片系統的總數據可用性要求需要大量額外的冗余作為安全邊際。另一方面，在Plasma系統中，對每一數據塊的數據要求可以最小化，從長遠來看，每一數據塊可能只需要復制幾次，而不是像在分片系統中那樣復制一千次。

因此，從長遠來看，分片鏈Plasma鏈的混合系統，以提供進一步的可擴展性，似乎是最可行的方法，這種混合模型更能夠服務于不同群體的用戶需求，而不僅僅依賴于一種或另一種策略。不幸的是，Plasma和分片無法折疊成相同的設計，這兩者在某些關鍵方面有著不可彌補的不同。但這兩種可擴展性解決方案都擁有一個光明的未來。

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