擴容方案 II

中杯星巴克

2022 年 11 月 15 日

IPFS

書接上回，我們繼續來談三個歷史上出現過（其實也就幾年前的事），現在都已化作春泥的擴容方案。

書接上回，我們繼續來談三個歷史上出現過（其實也就幾年前的事），現在都已化作春泥的擴容方案。之所以要介紹這些歷史產物，一是鑑古而知今，能讓我們更好理解發展的脈絡；二是當下很多解決方案，都大量使用了這些方案中的元素。讓我們開始吧！

[ Payment Channel ]

兩個用戶之間可以建立一個快速的網絡通道：兩者先在通道上存一部分資金，定時的去更新它們的最新狀態，最終要退出時，再到 Layer 1 上進行結算。
所以只在兩個時間點上才需要與 Layer 1 互動：建立通道跟關閉通道的時候。
優點是交易的雙方更有隱私（通道上的交易只有雙方看得到），且可以降低交易費用（中間不管交易多少次，只收開始跟關閉兩次的手續費），很適用於與固定對手方的小額高頻交易。
缺點一是不支援智能合約帳戶（Contract Account），只能兩個EOA之間互動，少了一些可玩性。
缺點二是很少會有人在通道上放上大筆資金，加上只能跟其他也在通道上的人進行交易，導致資金利用率會很低。就是例如我先放了10 ETH在通道上，但其實每次都只是小額的三五 ETH在那邊交易，等於很常有資金是閒置的。
比特幣上做 Payment Channel的專案叫做閃電網路 Lightning Network（閃電網路）；以太坊上的專案叫做 Raiden Network。

[ 側鏈 Sidechains ]

嚴謹來說，sidechain並不屬於一種Layer 2。Layer 2是必須是依存在某個 Layer 1上，且 Layer 2不具有決定一個區塊正確與否的最終話語權。反過來說，Layer 2的安全性，通常是由 Layer 1來背書的，所以基本可靠。
相對的，sidechain是一條完整且獨立的區塊鏈，有自己獨立的共識機制以及驗證機制，只是剛好設計來跟某特定的 Layer 1 互動而已。
至於要理解它們的互動關係，我們先想像自己是一顆代幣，今天在主鏈上跑來跑去是很貴的，這樣我可以先跑到側鏈上去玩，那邊跑起來通常比較便宜，然後等有什麼特殊需求一定要在主鏈上完成時，我還是可以回到主鏈上。就是單線道不夠用，就把路拓寬成雙線道的概念。
優點是資料與程式碼獨立，因為它完完全全就是一條獨立的鏈，在架構的時候，主鏈不用去做出太多的改變。
缺點是安全性通常比較差，因為沒有 Layer 1來背書，它需要有一支自己的驗證者（Validator）或礦工來維持安全。
比較有名的側鏈專案有 Matic Network和 Skale Network，兩者都是與以太坊互動的側鏈，其中又以前者更出名。
Matic Network是比較早期的名字，之後改名為眾所皆知的Polygon（這也是為啥Polygon上面的原生代幣是$MATIC的原因）。

[ 等離子體 Plasma ]

最開始由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是第一個被實現出來的版本(2018.01)，Plasma Cash是隨後改進的版本(2018.03)。
Plasma可以理解成加強版本的sidechain，也是一條獨立的鏈，差異是 Plasma受到Layer 1的監管，在這個例子也就是Ethereum，當Plasma的節點被Ethereum判斷作惡的時候，Plasma允許使用者依照上一個合法的狀態（State）來抽回現金。
說它像sidechain，原因是它也像一個側鏈一樣，是把很多計算與驗證拉到Plasma上面去做，最後再給Ethereum一個結果，以此來減輕L1的負擔。
說它是加強版，原因是Plasma並非一個一維的鏈，而是個二維的樹狀鏈：在Ethereum上先是有一個Plasma的根（第一層），從這個根出發，上面可以有多個Plasma節點（第二層），然後能再繼續往上推。這東西效率會好，就跟搞傳銷去拉下線是一樣的道理，而Ethereum就是最大的組頭。
Plasma的有效性，也就是下線要跟組頭彙報的時候，通常組頭是不會輕信小弟的。會有一個查證機制叫做欺詐證明(fault proofs)。
行走江湖，講的就是一個理字，每個人說話最好是有證據的，也就是所謂的證明（proof）。證明可以分成兩種：欺詐證明與有效性證明（validity proofs）。
有效性證明：這個組頭疑心病很重，很不相信自己的下線，每一個資訊過來，都要求要附上證據才行，例如可以附上之後會講到的zk proof。這機制的缺點是很耗計算資源，因為證明是需要算出來的；但優點就是可靠，附上證明的資訊可以直接無腦相信。
欺詐證明：相信人性本善的組頭，直接默認下線是正確的，但提交過來的資訊，會讓其他人（節點）有一個Dispute Time Frame（DTF）的機會去挑戰。這個DTF的期間內，如果其他節點覺得那提交的資訊有問題，則可以提出fault proof，隨後也會有一個賞善罰惡的機制。如果後來發現真的是有問題，則會自動恢復到L2的上一個狀態。DTF的時間越長，則越安全，但相對的，用戶也要等更久才能確認某個資訊沒問題。這機制的優點是可以減少所需要的計算資源，但缺點就是要等那個DTF，這對很多要求時效性的應用來說，是阿基里斯之腱，是無法承受的缺點。
為了要在DTF之中能發出挑戰，在Plasma上面的節點玩家，首先自己要存著一定數量的資料，不然根本沒有可挑戰的東西，這個叫做資料的可取性（The availability of data）的問題，在技術圈子內，這是一個很重要也很常被討論的話題。
舉例來說，站在Ethereum的角度來看，因為Plasma這個L2只會給最終結果，Ethereum是不知道細節與過程的，如果那一天Plasma爆炸了，則單單從Ethereum是沒有辦法復原每一筆交易的，這是一個很大的潛在風險。
Plasma的另一個難題是：要求節點要處於活躍狀態，不然錯過了DTF，系統看到沒人要挑戰，會直接默認大家都同意。例如有些攻擊就是透過DDoS去攻擊節點，讓節點沈默，然後就通過了。
總結來說，Plasma是個有著樹狀結構的L2鏈，資料在這上面處理，然候把最後送到Ethereum那邊，中間的有效性是透過欺詐證明機制來維護的。