Vitalik：Sidechain vs Plasma VS碎片，区块链扩展方案比较

特别感谢Jinglan Wang审阅并提供有关该文章的反馈。

我们经常遇到一个问题：分片，侧链和等离子之间有什么区别？除了包含实际用户级事务的一组“子”链之外，所有这三种体系结构似乎都涉及一个中心“骨干”星形拓扑，它充当系统的共识支柱。 。子链中的哈希通常会定期发布到主链（理论上非中心化切片链，但到目前为止尚未实现，本文不会关注它们，但参数类似） 。鉴于这种基本相似性，选择其中一个选项而不是另一个选项的原因是什么？

侧链和等离子之间的区别很简单。等离子链是非监控侧链：如果等离子链中存在任何错误，则可以检测到错误，并且用户可以安全地退出等离子链并防止攻击者造成任何永久性损坏。用户的唯一成本是他们必须等待挑战周期并在（不可扩展的）基链上支付更高的交易费用。传统的侧链没有此安全属性，因此它们的安全性较低。然而，在许多情况下设计等离子链更加困难，有人可能会说，对于许多低价值应用来说，增加复杂性并提供更好的安全性是不值得的。

（照片：Vitalik Buterin，来自Duncan Rawlinson）

那么，Plasma和碎片之间的关系是什么，有什么优势呢？关键的技术差异是紧耦合的概念。紧耦合是分片的属性，但不是侧链或Plasma的属性，这意味着主链（例如以太坊2.0中的信标链）的有效性与子链的有效性不可分割。也就是说，根据定义，将无效骨干块指定为附加项的子链块是无效的，更重要的是，根据定义，包含无效子链块的主链块是无效的。

在一个非分段的区块链中，规范链的定义（所有人都接受的“真实”历史链）是完全可用和有效的;例如，在比特币和以太坊的情况下，人们通常会说规范链是“最长的有效链”（或者，更为傲慢的是，规范链是“最重要的有效和可用链”）。在分段的区块链中，最有效和最有用的规范链概念同样适用，其有效性和可用性要求适用于主链和切片链。但是，碎片系统面临的新挑战是，由于数据过多，用户无法直接验证任何给定链的有效性和可用性。工程分片链的挑战是通过给用户提供最大的不信任和实际的间接手段来验证哪些链完全可用和有效，这样他们仍然可以确定哪个链是规范的。在实践中，这包括诸如委员会，SNARK / STARK，渔民计划，欺诈和数据可用性证明等技术。

如果链结构不具有这种紧密耦合特性，则可以说它不是第1层分段方案，而是位于不可扩展第1层链上的第2层系统。Plasma不是紧耦合系统：无效的Plasma块肯定可以将其块头提交到主以太坊链，因为以太坊基础层不知道它代表无效的Plasma块，或者甚至它不知道它代表了等离子块。它只看到包含少量数据的事务。然而，单一Plasma链故障的后果仅限于等离子链。

但是，如果您尝试分析用户如何执行“间接验证”过程以确定他们正在查看的链是否完全有效且无法下载并执行整个过程，我们可以找到切片和等离子。一种更相似的工作方式。例如，用于防止可用性问题的一种常用技术是渔民：如果节点将块的给定部分视为不可用，则可以发出声明该问题的挑战，为任何人创建时间段。此数据可在此期间发布。如果块没有被询问足够长的时间，则可以恢复作为依赖项引用的块。这似乎与Plasma基本相似。在Plasma中，如果块不可用，则用户可以将消息发布到主链以响应退出状态。这两种技术最终都会在压力下以相同的方式产生：如果在分片系统中存在太多错误挑战，则用户无法跟踪是否已解决所有可用性挑战;如果Plasma系统中有太多可用的许多挑战，那么当出口填满链的块大小限制时，主链可能会不堪重负。在这两种情况下，似乎系统都有 O（C ^ 2）的 可扩展性（在哪里 C 是节点的计算能力），但可扩展性降低 O（C） 在发生袭击时。但是，分片对此更具防御性。

首先，当前的碎片设计使用随机抽样委员会机制，因此即使委员会也不容易做坏事（产生错误阻止的程度），除非委员会拥有链的整个验证器组的大部分。 （可能大于1/3）。

其次，有一种比渔民更好的数据可用性处理策略：数据可用性证明。在使用数据可用性认证的场景中，如果块不可用，则客户端的数据可用性检查将失败，并且客户端将认为该块不可用。如果该块无效，那么即使是欺诈性证据也会使他们相信整个块的事实。一个O（1）大小的欺诈证书，允许客户相信 O（C） -sized块无效，所以 O（C） 数据足以让客户相信 O（C ^ 2） 数据无效（在最坏的情况下，客户端与N姐妹块交互，只有姐妹块的一个父块有效;在更可能的情况下，单个欺诈证书足以证明无效整个无效链。因此，理论上，分片系统不太可能被等离子链的DoS（拒绝服务）攻击击倒。

其次，碎片链为大型攻击者和大多数攻击提供了更大的保护（超过了一组核查员的1/3甚至1/2）。等离子链始终能够成功地对审查和退出的主干执行51％的攻击，而切片链却没有。这是因为数据可用性证书和欺诈认证发生在客户端内部，而不是链内部，因此51％的攻击无法审查切片链。第三，分割链提供的防御更容易概括。Plasma的退出模型要求将状态分成单独的部分，每个部分都符合任何单个参与者的利益，并且依赖于数据可用性证书，欺诈证书，渔民和随机采样的切片链在理论上是广泛适用的。 。

然而，等离子链也具有很大的优势。首先，它们可以被迭代，并且可以更快地实现新设计，因为每个等离子链可以单独部署，而无需协调生态系统的其余部分。其次，碎片本身更容易受到攻击，因为它试图保证必须在协议中设置的某些数据量的完全可用性和有效性。如果这个数字太小，则不利于系统的可扩展性。太多，整个系统都有崩盘的风险。可伸缩性的最大安全级别还取决于系统中的用户数，这是一个不可预测的变量。另一方面，等离子链允许不同的用户在这方面做出不同的权衡，并允许用户更灵活地适应环境变化。

单载波等离子链还提供比所有数据分布式分片系统更多的隐私。即使不需要隐私，它们也可能更有效，因为分片系统的总数据可用性要求需要大量额外冗余作为安全边际。另一方面，在Plasma系统中，可以最小化每个数据块的数据要求。从长远来看，每个数据块可能只需要复制多次，而不是像碎片系统那样被复制一千次。 。

因此，从长远来看，切片链+等离子链的混合系统提供进一步的可扩展性似乎是最可行的方法。这种混合模式可以更好地满足不同用户群的需求，而不仅仅依赖于一种或另一种策略。不幸的是，等离子和碎片不能折叠成相同的设计，这在一些关键方面是无法弥补的。但这两种可扩展性解决方案（以及有状态渠道）前景广阔。