為什么公鏈性能總是那么低

經(jīng)歷了兩年時(shí)間，從無到有出現(xiàn)了數(shù)十個(gè)、上百個(gè)不同設(shè)計(jì)的 Layer 2 項(xiàng)目，而大部分對 Layer 2 的認(rèn)識僅僅就是“擴(kuò)容方案”那么可有可無。

為什么公鏈就是性能那么低？為什么我們覺得分層設(shè)計(jì)才是未來加密經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向？到底什么才是 Layer 2 ，現(xiàn)有的方案是什么樣的？這些問題，都是我們需要去理解的。希望這篇文章能夠幫助你更好地理解 Layer 2。

2016 年 1 月，距離比特幣創(chuàng)世區(qū)塊誕生 7 年之后，一篇名為《The Bitcoin Lightning Network：Scalable Off-Chain Instant Payment》的白皮書發(fā)布，這是第二層擴(kuò)容方案（Layer 2 Scaling Solutions，簡稱 Layer 2 ）的開端；到 2018 年的年末，光是技術(shù)類型就已經(jīng)有狀態(tài)通道、Plasma、Truebit 等各類 Layer 2 方案，出現(xiàn)了 Celer Network、AlphaWallet、Raiden Network、Alacris 等等一眾新星，在時(shí)間和資源都極度稀缺的情況下根據(jù)自己發(fā)現(xiàn)的需求，針對不同的場景給出自己的解決方案，準(zhǔn)備迎接未來加密經(jīng)濟(jì)應(yīng)用的爆發(fā)。

公鏈，不能治百病

區(qū)塊鏈帶來了強(qiáng)大的去中心化應(yīng)用生態(tài)，無數(shù)人對它寄以厚望，希望區(qū)塊鏈能夠打破金融孤島。2017 年上百個(gè)公鏈項(xiàng)目展開角逐，但到了 2019 年，大規(guī)模應(yīng)用落地仍舊困難：區(qū)塊鏈發(fā)展受到 Vitalik 提出的不可能三角的瓶頸性限制————也就是區(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)無法同時(shí)兼顧可擴(kuò)展性、去中心化和安全性，三者只取其二。

這個(gè)瓶頸是否屬實(shí)？是否公鏈的性能真的那么低？以太坊、比特幣確實(shí)可以將 TPS 做的很大，讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)處理更多的交易。甚至有人將它做簡單的參數(shù)修改，就能作為一個(gè)吞吐量非常高的聯(lián)盟鏈方案。但這個(gè)方案真的非常天真：TPS 提高帶來的問題就是，由于帶寬的限制，一般的節(jié)點(diǎn)甚至連同步數(shù)據(jù)都難以做到，更別說參與出塊，隨后小節(jié)點(diǎn)就被淘汰。這樣損失的是去中心化：公鏈作為開放的協(xié)議，因?yàn)樾阅艿男枨髮?shí)際上為大部分節(jié)點(diǎn)設(shè)置了不可進(jìn)入的門檻，那如何做到開放？

去中心化只是一個(gè)手段，我們需要的實(shí)際上是公共可驗(yàn)證：一個(gè)沒有足夠多、足夠分散的驗(yàn)證者（也就是節(jié)點(diǎn)）的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是難以構(gòu)造信任的————這個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以少數(shù)人輕易被控制，我如何保證我的資產(chǎn)安全？

那么是否能夠在保有去中心化和安全性的前提下，去追求更高數(shù)量級的吞吐量？

有人嘗試新的區(qū)塊鏈協(xié)議去打破不可能三角：一些團(tuán)隊(duì)開始研究 DAG，來取代「區(qū)塊+鏈」的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來做到上萬甚至更高的 TPS。但是基于看似無序?qū)崉t有序的圖做交易順序的判斷是非常難，交易順序難判斷，如何避免雙花？因此很多 DAG 項(xiàng)目引入相對中心化的方案，比如 IOTA 采用一個(gè)中心化的 Check Point，ByteBall 采用見證人機(jī)制，本質(zhì)上都不是共識，而是中心化的方式————而這顯然不能解決問題。

（如圖Byteball 的 DAG 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在 Byteball 中交易會根據(jù)交易距離創(chuàng)世塊的距離，再根據(jù)一種見證等級進(jìn)行排序）

是否能夠用分片技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)分為不同的片區(qū)，處理各自的交易，來將性能十倍、百倍的提升？但實(shí)際上，分片技術(shù)在計(jì)算層面、存儲層面、網(wǎng)絡(luò)層面、共識層面都有問題需要解決，并且不同層面的分片問題聯(lián)系起來又會有新的問題出現(xiàn)。這些問題解決之后，還有跨片區(qū)交易問題，如著名的「Train & Hotel Problem」。

「主要是跨 shard 交易比較復(fù)雜」，原來在以太坊 Research 團(tuán)隊(duì)研究 Sharding ，現(xiàn)在是 Nervos 首席架構(gòu)師的 Jan 有一次說到。

這是一個(gè)很讓人失望的結(jié)果，但我們必須知道，一切事物都有自己的邊界，我們應(yīng)該理解，公鏈不應(yīng)該做所有的事情，它應(yīng)該做它該做的事情：

它應(yīng)是以最高效率達(dá)成全球共識的工具，能夠以最低的成本來構(gòu)建信任；但我們不得不承認(rèn)的是，它可能是最貴、最低效的數(shù)據(jù)庫。

作為共識的工具、信任的引擎，它不該放棄去中心化和安全性對可擴(kuò)展性做妥協(xié)。那如此低的 TPS，該如何利用？

我們是否能夠?qū)⒋罅康墓ぷ鞣诺芥溝氯ソ鉀Q，僅僅將最重要的數(shù)據(jù)提交到區(qū)塊鏈上，讓所有人都能夠驗(yàn)證這些工作都是準(zhǔn)確可靠的？

社會的發(fā)展帶來的是更精細(xì)的分工，區(qū)塊鏈的技術(shù)發(fā)展也如是——- 分層，本質(zhì)上就是一種分工。公鏈不能做所有的事情，那么就讓它來做它擅長的東西。由此，也就是第二層擴(kuò)容方案的思路，我們稱為“ Layer 2”，是構(gòu)建在底層區(qū)塊鏈（Layer 1）之上的基礎(chǔ)架構(gòu)，為豐富的區(qū)塊鏈應(yīng)用提供更好的可擴(kuò)展性、隱私性和可用性。 Layer 1 來保證安全和去中心化，絕對可靠、可信；它能做到全球共識，并作為「加密法院」，通過智能合約設(shè)計(jì)的規(guī)則進(jìn)行仲裁，以經(jīng)濟(jì)激勵的形式將信任傳遞到 Layer 2 上。而 Layer 2 追求極致的性能，它只能做到局部共識，但是能夠滿足各類商業(yè)場景的需求。

Nervos 從一開始就決定做一個(gè)支持 Layer 2 的 Layer 1，我們著眼于安全和去中心化，為上層生態(tài)傳遞信任。今天我們能夠說，我們預(yù)測的、百花齊放的 Layer 2 已經(jīng)到來。

Why Layer 2 ？

試圖用一層區(qū)塊鏈方案解決所有問題的人，往往沒有思考過一個(gè)很重要的問題：公鏈雖能夠達(dá)成全球共識，公共可驗(yàn)證，但是否所有的信息都需要讓所有人驗(yàn)證、知道？我們之間的日常交易是否需要讓全世界的人審核？

如果我不做違法的事情，當(dāng)然不會介意，但是這顯然沒有必要。我們只需要將最關(guān)鍵的信息讓所有人驗(yàn)證、獲取保障就夠了。而 Layer 2 恰好就能滿足這樣的需求：我們將大量工作放到鏈下（Off Chain），僅將最重要的內(nèi)容提交 Layer 1 鏈上（On Chain）進(jìn)行驗(yàn)證，并且 Layer 1 能夠保證 Layer 2 的安全。

因此，我們提出最核心的兩個(gè)觀點(diǎn)：

· 不是所有的東西都需要全球共識

· 公鏈就該做它應(yīng)該做的事情，其他的事情完全可以鏈下完成

那什么樣的方案能夠被稱為 Layer 2 ？

· 首先，應(yīng)用的主要工作都是在鏈下；

· 其次，僅用 Layer 1 作為安全的錨點(diǎn)，保證鏈下環(huán)境的安全；

· 最后，和 Layer 1 盡量保有同樣的風(fēng)險(xiǎn)模型（很遺憾，跨鏈和側(cè)鏈方案并不符合這一條，因?yàn)樗鼈儗①Y產(chǎn)在一條鏈上鎖定在另一條鏈上釋放，資產(chǎn)進(jìn)入了另一個(gè)安全性完全不同的環(huán)境）

顯然，這里 Layer 1 和 Layer 2 的安全等級是不一樣的：

Layer 1 的安全性是由去中心化（Decentralized）保證，這意味一組無中心的節(jié)點(diǎn)取代了可信第三方的角色。在這里：1.被接受的交易就會按照規(guī)定執(zhí)行；2.交易次序是確定的；3.雙花是禁止的。

但是 Layer 2 的安全等級遠(yuǎn)小于此，它的安全性需要通過 Layer 1 來保證，因此只需要達(dá)到「去信任」（Trustless）：不保證交易在 Layer 2 上一定能夠執(zhí)行，但是能夠保證若交易不被執(zhí)行能夠有一種方式讓資產(chǎn)安全地從 Layer 2 撤回。

在下面的內(nèi)容里，我們就為大家一一解釋不同的 Layer 2 方案：狀態(tài)通道、Plasma 和鏈下計(jì)算。

狀態(tài)通道（State Channel）

我們常會面臨的一個(gè)場景是，我們會和某一個(gè)人或者某幾個(gè)人反復(fù)交互。比如家門口的咖啡廳，每天都去喝一杯咖啡并且用比特幣支付，但是每次交易手續(xù)費(fèi)就高的可怕，于是可以用支付通道技術(shù)，雙方客戶端之間建立一條通道，之后交易都在通道內(nèi)部進(jìn)行，最后到比特幣區(qū)塊鏈上做結(jié)算，如此只有在通道關(guān)閉和打開的時(shí)候需要手續(xù)費(fèi)，這是第一個(gè)狀態(tài)通道技術(shù)： Lightning Network 最初設(shè)計(jì)的場景。

本質(zhì)上，狀態(tài)通道是一個(gè)智能合約機(jī)制：區(qū)塊鏈上的智能合約就像一個(gè)機(jī)器人，雙方在通道中運(yùn)行應(yīng)用，最后將結(jié)果提交到機(jī)器人手里它會按照規(guī)則進(jìn)行結(jié)算。

在狀態(tài)通道中運(yùn)行應(yīng)用，會有如下的步驟：

1. 參與狀態(tài)通道的各方在區(qū)塊鏈上部署智能合約，這個(gè)合約包含一個(gè)多重簽名合約（僅在有各個(gè)參與方簽名的情況下才能解鎖），并存入一定的資金，一部分作為初始狀態(tài)，一部分作為資產(chǎn)抵押防止作惡，通道開啟。之后所有的行為都會在鏈下執(zhí)行直到通道關(guān)閉。

2. 應(yīng)用會在各方客戶端本地運(yùn)行，每運(yùn)行一步，雙方在本地構(gòu)建交易并簽名，通過點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)或者簡單的八卦協(xié)議的方式將交易發(fā)送給其他參與方并得到各方簽名形成新的狀態(tài)。新的狀態(tài)更新包含：各方的最新狀態(tài)（一般是狀態(tài)的 Hash），各方的簽名以及該狀態(tài)的版本序號。同時(shí)各方保存運(yùn)行過程中的每一次狀態(tài)和簽名。

3. 應(yīng)用結(jié)束，一方提交最終狀態(tài)到區(qū)塊鏈上的智能合約，并有一段時(shí)間的爭議期。各方認(rèn)為沒有問題，爭議期之后狀態(tài)確認(rèn)，狀態(tài)通道關(guān)閉并根據(jù)最終狀態(tài)在區(qū)塊鏈上進(jìn)行資產(chǎn)的結(jié)算。

原本在區(qū)塊鏈中需要確認(rèn)的「每一步」，變?yōu)橹恍枰_認(rèn)「結(jié)果」。

需要注意的是，狀態(tài)通道中并沒有一個(gè)第三方運(yùn)行節(jié)點(diǎn)，接受交易、打包出塊來提供服務(wù)。應(yīng)用在本地執(zhí)行，狀態(tài)更新通過點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)傳播，不需要共識機(jī)制，非常高效。

于是狀態(tài)通道會有非常多的優(yōu)勢，首先就是即時(shí)確定性（Instant finality），只要各方簽名通過狀態(tài)更新，狀態(tài)就被“確認(rèn)”，而不需要如區(qū)塊鏈上等待區(qū)塊確認(rèn)；其次，狀態(tài)更新在鏈下，點(diǎn)對點(diǎn)通信能夠保證隱私，僅最終狀態(tài)會提交到區(qū)塊鏈上；最后是低手續(xù)費(fèi)，狀態(tài)通道是事務(wù)性的，只在通道打開和關(guān)閉的時(shí)候需要區(qū)塊鏈上結(jié)算清算的手續(xù)費(fèi)，而其他時(shí)間，不管雙方在通道內(nèi)如何更新都是免費(fèi)的。

那么狀態(tài)通道是否安全呢？狀態(tài)通道的安全性是由區(qū)塊鏈上的智能合約來保證的。很可能出現(xiàn)的兩類攻擊模型：

1. 狀態(tài)通道中有一個(gè)非常樂觀的前提，那就是用戶保持在線，確保狀態(tài)的更新。若用戶掉線，參與通道的另一方能夠通過提交舊的、對自己有利的狀態(tài)到區(qū)塊鏈上結(jié)算進(jìn)行攻擊。爭議期的設(shè)計(jì)就是為了防止這個(gè)情況發(fā)生：在爭議期內(nèi)，用戶可以提交最新的狀態(tài)。由于每一次狀態(tài)更新都有各方簽名并帶有版本序號，因此只要提交最新版本序號的狀態(tài)到區(qū)塊鏈上就能夠證明提交舊狀態(tài)的作惡，并將懲罰作惡者。

如果用戶在爭議期無法上線呢？不同項(xiàng)目給出了不同方案，如 Lightning Network 中的 Watch Tower 和 PISA 中的 Custodians，這些角色有經(jīng)濟(jì)激勵來揭發(fā)提交錯(cuò)誤狀態(tài)的攻擊者；Celer Network 的狀態(tài)守護(hù)者網(wǎng)絡(luò)幫助用戶在下線的時(shí)候提交新的狀態(tài)。

2. 若出現(xiàn)一方不合作的情況，比如他輸了游戲，不對自己認(rèn)輸?shù)臓顟B(tài)簽名。這時(shí)另一方能夠?qū)顟B(tài)的證明提交到區(qū)塊鏈上，區(qū)塊鏈將整個(gè)過程重新運(yùn)行，得到結(jié)果。如果的確出現(xiàn)作惡的情況，作惡的一方會受到懲罰并承擔(dān)應(yīng)用在區(qū)塊鏈上運(yùn)行的成本。

此外在狀態(tài)通道中還有很多的概念，如支付通道、廣義狀態(tài)通道等。

支付通道是最簡單的狀態(tài)通道，它的狀態(tài)就是數(shù)字————在這個(gè)時(shí)刻，各方手里有多少 token。而狀態(tài)通道中的狀態(tài)更加豐富，可以是如 Celer Network 的五子棋游戲中雙方下棋的落子情況，也可以是海戰(zhàn)游戲中各方戰(zhàn)艦的受損情況……

而廣義狀態(tài)通道是另一個(gè)概念。一般情況下，一個(gè)狀態(tài)通道只能處理一類應(yīng)用，因?yàn)樵趨^(qū)塊鏈上的智能合約只能處理某一類應(yīng)用的執(zhí)行和驗(yàn)證。在廣義狀態(tài)通道中制定了一系列的“標(biāo)準(zhǔn)”（如圖其實(shí)是合約的功能 functions），在該標(biāo)準(zhǔn)下的應(yīng)用能夠在由同一個(gè)狀態(tài)通道合約執(zhí)行，由此廣義狀態(tài)通道能夠允許用戶在不關(guān)閉通道的情況下運(yùn)行多種應(yīng)用。舉例來說，你可以在廣義狀態(tài)通道中先運(yùn)行五子棋游戲，之后進(jìn)行支付，然后打一輪撲克牌。其中運(yùn)行的應(yīng)用的狀態(tài)更新都基于同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在區(qū)塊鏈上的合約都能夠處理。

（圖中 V1、V2、V3 分別是不同的通道，但是在鏈上只需一個(gè)合約）

狀態(tài)通道技術(shù)給了我們一個(gè)非常美好的愿景，它犧牲流動性（在合約中抵押資產(chǎn)）來換取無手續(xù)費(fèi)和即時(shí)確定性，但是它僅僅適用于計(jì)算量很小、并且各方需要來回交互的應(yīng)用，并且由于狀態(tài)通道每一步都需要用戶一致同意，就需要在通道開啟的時(shí)候明確各位參與者，并且中途難以加入/退出，這讓狀態(tài)通道僅僅能夠成為鏈下交易的擴(kuò)容。

在采訪 IC 3成員、倫敦皇家學(xué)院副教授 Patrick McCorry 的時(shí)候，我問他：

你覺得狀態(tài)通道的第一個(gè)殺手級應(yīng)用會出現(xiàn)在哪里？

“I would say Payment.“

“I don’t really see state channels as a scaling solution per se， but as a technique to run existing smart contracts/apps for free.

They won’t work for a whole host of applications， but they’ll truly excel for where they do work.”

我覺得是支付。我并不認(rèn)為狀態(tài)通道本質(zhì)上是一個(gè)擴(kuò)容方案，它僅僅是能夠免費(fèi)運(yùn)行現(xiàn)有合約、應(yīng)用的技術(shù)而已。它并不能為所有應(yīng)用起作用，但是對于它能做的方面它會非常出色。

Plasma

提到 Plasma 首先要提到側(cè)鏈的概念。側(cè)鏈（Sidechain）是非常有效的擴(kuò)容方案，但是側(cè)鏈的問題在于，我們將資產(chǎn)映射到側(cè)鏈之后，在側(cè)鏈上運(yùn)行交易我們需要信任側(cè)鏈的驗(yàn)證者（Validator 也就是出塊節(jié)點(diǎn)）————一旦側(cè)鏈上節(jié)點(diǎn)作惡，我們將沒有辦法保護(hù)資產(chǎn)的安全性。因此嚴(yán)格來說，側(cè)鏈并不是一種 Layer 2 方案，因?yàn)樗陌踩圆⒉皇怯?Layer 1 保障的。

那么能否將側(cè)鏈 “Layer 2 化”呢？

回到我們之前定義的 Layer 2 的安全等級：去信任（Trustless）————我們不能保證交易在 Layer 2 上一定能夠執(zhí)行，但是能夠保證若交易不被執(zhí)行能夠有一種方式讓資產(chǎn)安全地從 Layer 2 撤回。

側(cè)鏈 + 資產(chǎn)能夠安全撤回的機(jī)制 = Plasma

2017 年 8 月發(fā)布的 Plasma 白皮書，由 Vitalik 和 Lightning Network 的 Joseph Poon 發(fā)表。

Plasma 是一系列在根鏈（Root Chain，在 Plasma 最初設(shè)計(jì)中它是一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)，因此將 Layer 1 稱為根鏈比較形象）上運(yùn)行的智能合約，并且區(qū)別于狀態(tài)通道，Plasma Chain 中能夠運(yùn)行智能合約————如果說狀態(tài)通道是對交易吞吐量的擴(kuò)容，那么它是對計(jì)算能力的擴(kuò)容。

在鏈下會有驗(yàn)證者運(yùn)行一條 Plasma 鏈，用戶可以將自己的資產(chǎn)鎖定在根鏈的合約中映射到 Plasma 鏈上得到更好的用戶體驗(yàn)。根鏈上的合約要求 Plasma 鏈將每一個(gè)區(qū)塊的 Merkle Root 提交到根鏈上作為“欺詐證明”（Fraud Proof），只有提交證明的 Plasma 區(qū)塊才是被確認(rèn)的。所有 Plasma 上的用戶能夠用自己保存的 Merkle Proof 來驗(yàn)證這個(gè) Merkle Root 保證子鏈運(yùn)行的安全性，必要的時(shí)候可以通過向合約證明自己的資產(chǎn)來快速退出。Plasma 鏈能夠發(fā)行自己的代幣，以此激勵這條鏈的驗(yàn)證者保證它的運(yùn)行，一旦出現(xiàn)仲裁并被證明作惡，Plasma 鏈驗(yàn)證者在根鏈合約中的保證金會被扣除。

根鏈上的合約就像機(jī)器人：它要求 Plasma 提交每個(gè)區(qū)塊的證明（Merkle Root 的形式），并且在用戶提交自己的資產(chǎn)證明的時(shí)候能夠運(yùn)行起來幫助用戶將資產(chǎn)從 Plasma 中撤回根鏈。

最初的 Plasma 設(shè)計(jì)是樹狀的、鏈中鏈的結(jié)構(gòu)，在根鏈上建立合約運(yùn)行開設(shè) Plasma 鏈，在 Plasma 鏈之上還能通過智能合約的形式建立新的 Plasma 鏈，此時(shí)在根鏈上開設(shè)的 Plasma 鏈稱為父鏈（Parent Blockchain），其上的 Plasma 鏈稱為子鏈（Child Blockchain），能夠有更好的性能但是安全性會更弱。Plasma 這樣的設(shè)計(jì)非常像現(xiàn)實(shí)中的法院：如果說根鏈（也就是公鏈）是最高法院，那么 Parent Blockchain 就像是省級法院，Child Blockchain 是地方法院一樣，來保障基于這條區(qū)塊鏈開設(shè)的 Plasma 區(qū)塊鏈的安全性。欺詐證明從子鏈向下遞交最后到根鏈上。

（Plasma 的樹狀結(jié)構(gòu)）

用戶需要從 Plasma 撤回資產(chǎn)，提交相關(guān)證明到上一層（根鏈/父鏈）的合約中進(jìn)行請求，之后會有一段時(shí)間的爭議期，主要爭議兩個(gè)內(nèi)容：1、是否該筆資產(chǎn)已經(jīng)被花費(fèi)或者撤回；2、是否該證明是來自最新的狀態(tài)，而不是舊的狀態(tài)。爭議期之后，資產(chǎn)會根據(jù) UTXO/account （具體關(guān)系到 Plasma 實(shí)現(xiàn)的時(shí)候資產(chǎn)的表達(dá)形式）的新舊，優(yōu)先從舊的開始撤回。

這是最初版本的 Plasma 設(shè)計(jì)，鏈中鏈的樹狀結(jié)構(gòu)是非常抽象的，并且實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜，于是很快 Vitalik 提出了 Minimal Viable Plasma，也就是 Plasma MVP，MVP 的設(shè)計(jì)初衷是用簡單的機(jī)制設(shè)計(jì)來提供 Plasma 設(shè)計(jì)中的基本安全特性。因此在 Plasma MVP 的設(shè)計(jì)中并不是“鏈中鏈”的形式而是一位驗(yàn)證者運(yùn)營一條鏈的形式，每次產(chǎn)生區(qū)塊都是在數(shù)據(jù)庫中加入一組數(shù)據(jù)，并且將 Merkle Root 提交到根鏈（提交之后 Plasma MVP 區(qū)塊才是確認(rèn)）。在 Plasma MVP 中資產(chǎn)用 UTXO 的形式表達(dá)，并且它不能運(yùn)行智能合約，僅僅作為資產(chǎn)交易，并且 TPS 在數(shù)千左右（預(yù)計(jì) 3000-5000）。

在資產(chǎn)安全性方面，Plasma MVP 設(shè)計(jì)了如下的資產(chǎn)撤回方案。在 MVP 中每一個(gè) UTXO 根據(jù)區(qū)塊號、區(qū)塊內(nèi)交易號和交易內(nèi)輸出號都有一個(gè)優(yōu)先級，越是舊的 UTXO（說明長時(shí)間沒有人對這個(gè) UTXO 進(jìn)行操作）會優(yōu)先退出。此時(shí)若有人能夠在資產(chǎn)撤回的爭議期證明這個(gè) UTXO 在之后的交易中被改變，該次撤回會被證偽。

另一個(gè)設(shè)計(jì)是 Plasma Cash，在 Plasma Cash 中每一個(gè) token 有自己對應(yīng)的一個(gè) id，就好像 Non-fungiabe token 一樣，交易保存在稀疏默克爾樹中，每一個(gè)葉子就是對應(yīng)一個(gè) token，每一個(gè)區(qū)塊都是一“棵”樹，若本區(qū)塊中某個(gè) token沒有轉(zhuǎn)移，那么用空值表示。由此，用戶只需要追蹤屬于自己 token ，證明交易變得非常迅速；并且，作惡者需要一個(gè)個(gè)竊取 token，作惡成本高，更加安全。

可以看到，雖然一開始 Plasma 設(shè)計(jì)是為了以太坊計(jì)算能力的擴(kuò)容，但是目前實(shí)現(xiàn)的方案僅僅涉及到資產(chǎn)的轉(zhuǎn)移：僅僅是很簡單的 UTXO（如 Plasma MVP） 或者 NFT（如 Plasma Cash），卻并不能運(yùn)行智能合約，不能如 Vitalik 最早想做的那樣：為以太坊做計(jì)算能力的擴(kuò)容。

這里確實(shí)是遇到了瓶頸性問題，主要在于：為什么資產(chǎn)從 Plasma 上退出那么難？

如果在 Plasma 上構(gòu)建智能合約，如 ERC 20 的資產(chǎn)。實(shí)際上資產(chǎn)并不是在用戶的賬戶里，token 的狀態(tài)是存儲在合約中的，通過指針的形式指向賬戶，用戶才能在錢包里看到自己 ERC 20 的資產(chǎn)。每次 ERC 20 token 的轉(zhuǎn)賬實(shí)際上是調(diào)用相關(guān)合約改變合約里 token 存儲的狀態(tài)。

那在 Plasma 中，一個(gè)合約中包含所有用戶的資產(chǎn)，這些資產(chǎn)是否能一起退出？誰有權(quán)利讓所有人資產(chǎn)一起退出？

每個(gè)人都是能夠修改合約的整體狀態(tài)，那么如何保證撤回時(shí)的爭議期其他人修改狀態(tài)，然后提交新的狀態(tài)證明駁回這次撤回？

并且，合約運(yùn)行完全在 Plasma 上，主鏈如何確認(rèn)結(jié)果是正確的？（在以太坊上，這里涉及到 EVM in EVM 的問題，在以太坊虛擬機(jī)上驗(yàn)證 Plasma 上的 EVM 狀態(tài)非常困難），目前可能還沒有很好的方案。

Plasma 和 State channel 的區(qū)別

狀態(tài)通道（State Channel） 和 Plasma 的最大區(qū)別在于，狀態(tài)通道中沒有第三方驗(yàn)證者的角色，它的狀態(tài)更新是基于各方達(dá)成一致共識的前提下的，而 Plasma 中則有驗(yàn)證者的角色。在狀態(tài)通道中一旦各方同意簽名狀態(tài)就能立即確認(rèn)，在區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)設(shè)施中僅狀態(tài)通道能夠做到即時(shí)確定性。Plasma 中用戶還是需要等待區(qū)塊確認(rèn)（驗(yàn)證者需要提交 Merkle Root 到根鏈）才能確保自己交易的安全性。

鏈下計(jì)算

交易能夠在 Plasma 和狀態(tài)通道中快速運(yùn)作，但是還有一類問題困擾以太坊，那就是大量的計(jì)算。在以太坊中設(shè)置了 800 萬 Gas Limit，并以以太幣作為度量，就是對「計(jì)算」這個(gè)稀缺資源的限制，運(yùn)行合約進(jìn)行計(jì)算價(jià)格十分高昂并且有區(qū)塊大小的限制。Plasma 中也存在一樣的問題。

那能否將計(jì)算任務(wù)放到鏈下處理并且保證安全性？

Truebit 和 TEE（Trust Execution Environment，可信執(zhí)行環(huán)境）就是為解決鏈下計(jì)算問題出現(xiàn)的。

要注意的是，鏈下計(jì)算并不提高吞吐量，僅僅是將復(fù)雜任務(wù)放到鏈下處理，再將結(jié)果返回到鏈上。

Truebit 也是鏈上的智能合約，它的運(yùn)行邏輯本質(zhì)上是一種計(jì)算外包，用經(jīng)濟(jì)激勵的形式來保證計(jì)算的安全。用戶向服務(wù)提供者描述計(jì)算任務(wù)，并約定給予獎勵，服務(wù)提供者將運(yùn)算結(jié)果交給用戶來提交到主鏈的合約作為結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)中會有很多挑戰(zhàn)者，他們會檢查服務(wù)提供者的結(jié)果，若發(fā)現(xiàn)問題，則做進(jìn)一步對比，將不一致的代碼行放到區(qū)塊鏈上的智能合約上進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證成功能夠有經(jīng)濟(jì)激勵。這就是 Truebit 提出的“驗(yàn)證游戲”。

TEE 可信執(zhí)行環(huán)境一般是硬件設(shè)備，可以處理交易的驗(yàn)證，如 ARM 生產(chǎn)的、處理指紋的 TrustZone，Intel 的 SGX。銀行卡的芯片就是在 TEE 中運(yùn)行。TEE 的硬件就是一種黑盒子，計(jì)算（一般是安全性要求比較高的計(jì)算）會在黑盒子里運(yùn)行，然后返回結(jié)果，沒人能夠知道如何運(yùn)行但是能夠知道結(jié)果是正確的，它能夠非常好的保護(hù)隱私。

但是它的安全性也非常明顯，計(jì)算會引入不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)，并且安全性依賴于制造的廠商：如果一個(gè)黑盒子被攻破，那么所有同批次生產(chǎn)的都能夠被攻破。

總結(jié)

在整個(gè)市場進(jìn)入寒冬的 2018 年，我們反而看到了無數(shù) Layer 2 團(tuán)隊(duì)開始出現(xiàn)，特別是狀態(tài)通道，已經(jīng)出現(xiàn)了數(shù)十個(gè)團(tuán)隊(duì)，針對不同場景、不同需求給出自己的解決方案。

而 Plasma 也出現(xiàn)不同的解決方案，在 Ethresearch 上我們能夠看到一張 Plasma 的“世界版圖”：

鏈下計(jì)算，除了 Truebit 以外，Oasis Labs、TEEX、Stark、Transmute 等一眾團(tuán)隊(duì)展開研究。

的確，如果一個(gè)由 Layer 1 保證去中心化和安全的智能合約來設(shè)定規(guī)則，一個(gè) 32 字節(jié)的 Merkle Root 哈希值或是最終狀態(tài)的提交就能保證資產(chǎn)的安全，為什么所有應(yīng)用要直接放在操作昂貴、資源稀缺的公鏈上？

Layer 1 保障安全性和去中心化，Layer 2 來滿足性能的需求，Layer 1 為 Layer 2 傳遞信任，這是未來加密經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施。

從 2017 年的混亂，到 2018 下半年的冷清，分層設(shè)計(jì)的項(xiàng)目不斷出現(xiàn)，Ethereum 也在周報(bào)中將 Layer 1 和 Layer 2 分開呈現(xiàn)，這幾乎已經(jīng)是被業(yè)界廣泛認(rèn)可的技術(shù)方向，終于，我們在混沌中找到了方向。