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扩容方案II

2022 年 11 月 15 日

书接上回，我们继续来谈三个历史上出现过（其实也就几年前的事），现在都已化作春泥的扩容方案。

书接上回，我们继续来谈三个历史上出现过（其实也就几年前的事），现在都已化作春泥的扩容方案。之所以要介绍这些历史产物，一是鉴古而知今，能让我们更好理解发展的脉络；二是当下很多解决方案，都大量使用了这些方案中的元素。让我们开始吧！

[ Payment Channel ]

两个用户之间可以建立一个快速的网络通道：两者先在通道上存一部分资金，定时的去更新它们的最新状态，最终要退出时，再到Layer 1 上进行结算。
所以只在两个时间点上才需要与Layer 1 互动：建立通道跟关闭通道的时候。
优点是交易的双方更有隐私（通道上的交易只有双方看得到），且可以降低交易费用（中间不管交易多少次，只收开始跟关闭两次的手续费），很适用于与固定对手方的小额高频交易。
缺点一是不支援智能合约帐户（Contract Account），只能两个EOA之间互动，少了一些可玩性。
缺点二是很少会有人在通道上放上大笔资金，加上只能跟其他也在通道上的人进行交易，导致资金利用率会很低。就是例如我先放了10 ETH在通道上，但其实每次都只是小额的三五ETH在那边交易，等于很常有资金是闲置的。
比特币上做Payment Channel的专案叫做闪电网路Lightning Network（闪电网路） ；以太坊上的专案叫做Raiden Network 。

[ 侧链Sidechains ]

严谨来说，sidechain并不属于一种Layer 2。 Layer 2是必须是依存在某个Layer 1上，且Layer 2不具有决定一个区块正确与否的最终话语权。反过来说，Layer 2的安全性，通常是由Layer 1来背书的，所以基本可靠。
相对的，sidechain是一条完整且独立的区块链，有自己独立的共识机制以及验证机制，只是刚好设计来跟某特定的Layer 1 互动而已。
至于要理解它们的互动关系，我们先想像自己是一颗代币，今天在主链上跑来跑去是很贵的，这样我可以先跑到侧链上去玩，那边跑起来通常比较便宜，然后等有什么特殊需求一定要在主链上完成时，我还是可以回到主链上。就是单线道不够用，就把路拓宽成双线道的概念。
优点是资料与程式码独立，因为它完完全全就是一条独立的链，在架构的时候，主链不用去做出太多的改变。
缺点是安全性通常比较差，因为没有Layer 1来背书，它需要有一支自己的验证者（Validator）或矿工来维持安全。
比较有名的侧链专案有Matic Network和Skale Network，两者都是与以太坊互动的侧链，其中又以前者更出名。
Matic Network是比较早期的名字，之后改名为众所皆知的Polygon（这也是为啥Polygon上面的原生代币是$MATIC的原因）。

[ 等离子体Plasma ]

最开始由Vitalik Buterin（大家熟悉的V神）和Joseph Poon（Lightning Network的共同作者）在2017年共同提出。
Plasma MVP是第一个被实现出来的版本(2018.01)，Plasma Cash是随后改进的版本(2018.03)。
Plasma可以理解成加强版本的sidechain，也是一条独立的链，差异是Plasma受到Layer 1的监管，在这个例子也就是Ethereum，当Plasma的节点被Ethereum判断作恶的时候，Plasma允许使用者依照上一个合法的状态（State）来抽回现金。
说它像sidechain，原因是它也像一个侧链一样，是把很多计算与验证拉到Plasma上面去做，最后再给Ethereum一个结果，以此来减轻L1的负担。
说它是加强版，原因是Plasma并非一个一维的链，而是个二维的树状链：在Ethereum上先是有一个Plasma的根（第一层），从这个根出发，上面可以有多个Plasma节点（第二层），然后能再继续往上推。这东西效率会好，就跟搞传销去拉下线是一样的道理，而Ethereum就是最大的组头。
Plasma的有效性，也就是下线要跟组头汇报的时候，通常组头是不会轻信小弟的。会有一个查证机制叫做欺诈证明(fault proofs) 。
行走江湖，讲的就是一个理字，每个人说话最好是有证据的，也就是所谓的证明（proof）。证明可以分成两种：欺诈证明与有效性证明（validity proofs） 。
有效性证明：这个组头疑心病很重，很不相信自己的下线，每一个资讯过来，都要求要附上证据才行，例如可以附上之后会讲到的zk proof。这机制的缺点是很耗计算资源，因为证明是需要算出来的；但优点就是可靠，附上证明的资讯可以直接无脑相信。
欺诈证明：相信人性本善的组头，直接默认下线是正确的，但提交过来的资讯，会让其他人（节点）有一个Dispute Time Frame（DTF）的机会去挑战。这个DTF的期间内，如果其他节点觉得那提交的资讯有问题，则可以提出fault proof，随后也会有一个赏善罚恶的机制。如果后来发现真的是有问题，则会自动恢复到L2的上一个状态。 DTF的时间越长，则越安全，但相对的，用户也要等更久才能确认某个资讯没问题。这机制的优点是可以减少所需要的计算资源，但缺点就是要等那个DTF，这对很多要求时效性的应用来说，是阿基里斯之腱，是无法承受的缺点。
为了要在DTF之中能发出挑战，在Plasma上面的节点玩家，首先自己要存着一定数量的资料，不然根本没有可挑战的东西，这个叫做资料的可取性（The availability of data）的问题，在技术圈子内，这是一个很重要也很常被讨论的话题。
举例来说，站在Ethereum的角度来看，因为Plasma这个L2只会给最终结果，Ethereum是不知道细节与过程的，如果那一天Plasma爆炸了，则单单从Ethereum是没有办法复原每一笔交易的，这是一个很大的潜在风险。
Plasma的另一个难题是：要求节点要处于活跃状态，不然错过了DTF，系统看到没人要挑战，会直接默认大家都同意。例如有些攻击就是透过DDoS去攻击节点，让节点沉默，然后就通过了。
总结来说，Plasma是个有着树状结构的L2链，资料在这上面处理，然候把最后送到Ethereum那边，中间的有效性是透过欺诈证明机制来维护的。