Plasma是以太坊擴(kuò)容的四大方案之一（另外三個分別是Casper，Sharding和Raiden Network）。前段時間調(diào)研了Plasma，看了很多Plasma相關(guān)的資料，通過這篇文章總結(jié)一下。

什么是Plasma

Plasma對以太坊主鏈可擴(kuò)展性的提高通過將大量交易和計算“下放”到側(cè)鏈來實(shí)現(xiàn)。Plasma本質(zhì)上是一系列運(yùn)行在以太坊主鏈上的智能合約，只需處理少量來自側(cè)鏈的請求，大多數(shù)情況下，海量的交易和計算都在側(cè)鏈上完成。不同于以太坊主鏈目前使用的POW共識算法，側(cè)鏈將使用POS等TPS更高的共識機(jī)制。因此側(cè)鏈提供了可擴(kuò)展性，而主鏈保證了安全性和去中心化。形象地說，以太坊主鏈就像最高法院，不需要處理過多事務(wù)，而側(cè)鏈就是下級法院，從最高法院獲得權(quán)力。
舉個例子來說明一下。去年風(fēng)靡一時的區(qū)塊鏈游戲“加密貓”（CryptoKitties）把以太坊網(wǎng)絡(luò)擁堵成了上下班高峰的北京三環(huán)，導(dǎo)致gas費(fèi)用也水漲船高，破壞了整個以太坊的用戶體驗。如果有了Plasma，這樣的情況就不會發(fā)生了——因為游戲可以放在側(cè)鏈上玩！用戶只需要將主鏈上自己的加密貓（一種ERC721代幣）存入到Plasma合約，與此同時側(cè)鏈上會生成一個相對應(yīng)的加密貓映射，各項游戲操作都在側(cè)鏈上進(jìn)行，側(cè)鏈上的高TPS能夠提供與現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)游戲一樣流暢的用戶體驗，玩完之后再把加密貓轉(zhuǎn)移回主鏈，確保代幣財產(chǎn)的安全。

Plasma Cash

V神在2018年3月發(fā)帖提出了一種對于Plasma MVP（Minimum Viable Product）的改良實(shí)現(xiàn)——Plasma Cash，可以大幅降低檢查每一份用戶數(shù)據(jù)的復(fù)雜度?？偟膩碚f，有以下三個特點(diǎn)：

1. 從主鏈到側(cè)鏈到每一筆代幣存入都有一個唯一的編號（coin ID）與之對應(yīng)（顧名思義，就像cash現(xiàn)金一樣，每一張鈔票都有一個序列號），存入到側(cè)鏈上的代幣無法分割也無法合并；
2. 在plasma cash側(cè)鏈的區(qū)塊結(jié)構(gòu)中，不同于MVP中使用的UTXO模型，交易存儲在簡易稀疏默克爾樹或帕特里夏樹中，以該交易花費(fèi)的coin ID作為索引（即默克爾路徑是coin ID，最后的葉子節(jié)點(diǎn)是交易哈希，如下圖所示）；
3. 當(dāng)用戶想從側(cè)鏈上退出并把代幣轉(zhuǎn)移到主鏈時，需要提交能證明其代幣所有權(quán)的最后兩筆交易，其他用戶可以通過前/中/后三種方式來提出質(zhì)疑（challenge機(jī)制，下面會解釋）；

Plasma Cash側(cè)鏈的退出機(jī)制

用戶可以自由地從側(cè)鏈把存入的代幣退出并轉(zhuǎn)移回主鏈，但不排除作惡者獲取了不義之財想卷款而逃的可能性。為了保證側(cè)鏈上代幣的安全，Plasma Cash在退出時加入了延時和挑戰(zhàn)機(jī)制：
我們可以把側(cè)鏈上代幣的狀態(tài)看作一個具有四種狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)：DEPOSITED（存入），EXITING（待退出），CHALLENGED（被挑戰(zhàn)）和EXITED（已退出）。
例如，當(dāng)用戶U把代幣T存入側(cè)鏈后，代幣T處于DEPOSITED狀態(tài)。當(dāng)用戶U想退出時，他可以發(fā)起startExit并附帶一筆保證金bond1，startExit操作需要引用一筆交易TxA，用以證明代幣T的所有權(quán)歸屬于用戶U，以及TxA的“直接祖先”TxB，連同這兩筆交易所在的區(qū)塊。startExit提交成功之后代幣就進(jìn)入了EXITING狀態(tài)。
如果一切順利，7天之后用戶U就可以光明正大地退出，代幣T轉(zhuǎn)為EXITED狀態(tài)。
如果中途有人質(zhì)疑，即退出請求遭遇挑戰(zhàn)，則分三種情況：

1. challengeAfter——另一用戶O發(fā)現(xiàn)了一筆在TxA之后的交易TxC可以證明代幣T不屬于用戶U，用戶O以此發(fā)起挑戰(zhàn)，這種情況很容易得到驗證，于是用戶O贏得保證金bond1，代幣T返回DEPOSITED狀態(tài)；
2. challengeBetween——用戶O發(fā)現(xiàn)了一筆在TxA和TxB之間的交易TxC可以證明代幣T不屬于用戶U，用戶O以此發(fā)起挑戰(zhàn)，這種情況也很容易得到驗證，于是用戶O贏得保證金bond1，代幣T返回DEPOSITED狀態(tài)；
3. challengeBefore——用戶O以一筆在TxB之前的交易TxC發(fā)起挑戰(zhàn)，想要證明代幣T不屬于用戶U，這種情況無法立即得到驗證，所以用戶O需要附加一筆保證金bond2，而且被挑戰(zhàn)的用戶U也有申訴的機(jī)會。此時代幣T會進(jìn)入CHALLENGED狀態(tài)。如果申訴成功，保證金bond2由用戶U獲得，代幣T回到EXITING狀態(tài)。如果無法成功申訴，則退出請求失敗，代幣T返回初始狀態(tài)DEPOSITED；

Plasma的進(jìn)展

Plasma的白皮書（Plasma: Scalable Autonomous Smart Contracts）由Joseph Poon和Vitalik Buterin共同撰寫，發(fā)布于2017年8月。
Plasma的最小可行產(chǎn)品MVP于2018年1月公布，通過了概念驗證。
Plasma Cash是在2018年3月提出的一個完整的Plasma實(shí)現(xiàn)，主要適用于像ERC721這樣的Non-Fungible Token。
Plasma Debit實(shí)現(xiàn)目前正在研究中，將會增加對代幣分割和合并的支持。

小結(jié)

Plasma側(cè)鏈方案為以太坊可擴(kuò)展性的提高提供了一種可能，但同時Plasma也存在一些亟待解決的問題（比如Mass Withdrawal問題，即大量用戶同時從側(cè)鏈退出的情況），還需要以太坊社區(qū)進(jìn)一步地驗證和完善。

參考資料：

1. Omisego Roadmap
2. Loom Network: Plasma Cash for ERC721 Tokens