LASM:一文看懂側鏈、Plasma 和 Sharding 三者之間區別_LAS

原文標題：《側鏈、Plasma和Sharding三者之間有何區別？V神幫你解答！》作者：VitalikButerin編譯：Jhonny原文鏈接：https://vitalik.ca/general/2019/06/12/plasma_vs_sharding.html

一個經常出現的問題是：Sharding與側鏈(sidechain)或Plasma到底有什么不同？這三種體系結構似乎都涉及到一種中心輻射型體系結構(hub-and-spokearchitecture)，即由一條處于中心的、支撐系統共識的「主鏈」和一組包含實際用戶交易的「子鏈」組成的結構。

子鏈的哈希通常會定期地發布到主鏈中(理論上來說，不存在主鏈的分片鏈可能也是這樣，但目前還沒有實現；本文將不會專注于這方面，但其中的論據是差不多的)。基于這些基本的相似性，為何在這三種方案的采用方面會存在差異呢？

區分側鏈(sidechain)和Plasma是相對簡單的。Plasma鏈其實就是具有非托管特征的側鏈：如果Plasma鏈中出現任何錯誤，那該錯誤可以被檢測到，且用戶可以安全地從Plasma鏈中退出，阻止攻擊者造成任何持久的破壞。

社交媒體平臺X計劃收集用戶生物識別數據與工作教育經歷:金色財經報道，社交媒體平臺X新隱私政策提到：“在您同意的情況下，我們可能出于安全、安保和身份識別目的收集和使用您的生物識別信息。”X并未就生物識別信息做出定義。

X表示，還打算收集有關用戶的工作和教育經歷的信息，“我們可能會收集和使用您的個人信息（例如，您的就業經歷，教育經歷，就業偏好，技術和能力，求職活動和投入度等）來為您推薦潛在工作，并在您求職時與潛在雇主分享，幫助雇主找到潛在候選人，并向您展示更相關的廣告”。[2023/9/1 13:11:08]

Plasma用戶需要付出的唯一代價就是他們必須等待一個挑戰期(challengeperiod)，并在(擴展性較差的)主鏈上支付更高的交易費。普通的側鏈并沒有這種安全特性，因此它們往往沒有那么安全。但是在很多情況下，設計Plasma鏈要更加困難復雜，且有人可能會認為，對于許多低價值的應用程序來說，并不值得為這些程序的安全而增加這種復雜性。

那Plasma和Sharding之間進行對比呢？兩者之間的關鍵技術差異與緊密耦合(tightcoupling)這一概念有關。緊密耦合是Sharding的一個特征，但并不是側鏈或Plasma的特征，也就是說，在Sharding系統中，主鏈(在以太坊2.0中稱為「beaconchain(信標鏈)」)與子鏈的有效性是分不開的。換句話說，如果子鏈上的某個區塊附屬于主鏈上的某個無效區塊，那該子鏈區塊也是無效區塊；更重要的是，如果主鏈上的某個區塊包含了一個無效的子鏈區塊，那該主鏈區塊也是無效區塊。

數據：892枚BTC從Kraken轉移到未知錢包:金色財經報道，據WhaleAlert監測，892枚BTC（價值25,579,886美元）從Kraken轉移到未知錢包地址。[2023/8/17 18:05:29]

在沒有分片的區塊鏈網絡(比如當前的以太坊網絡)中，規范鏈(也即網絡中的所有人都認為包含了「真實」歷史記錄的那條鏈)被認為是完全可用且有效的；以比特幣和以太坊為例，一個典型的說法就是，規范鏈(canonicalchain)就是那條「最長的有效鏈」(更學究式的說法是那條「最重的有效可用鏈」)。

而在有分片的區塊鏈網絡(比如未來實現的以太坊2.0網絡)中，「規范鏈是那條最重的有效可用鏈」的觀念依舊適用，有效性和可用性既是對主鏈的要求，也是對分片鏈的要求。

但是，分片系統所帶來的全新限制挑戰是，用戶無法直接地充分驗證某條特定鏈的有效性和可用性，因為數據實在太多了。設計分片鏈面臨的挑戰是需要通過給予用戶最大程度上的無需信任和實際間接的方式來驗證哪條鏈是完全可用和有效的鏈，以此來繞過這個限制，這樣用戶就仍能決定哪條鏈是規范鏈了。在實踐中，這涉及到了諸如committees(委員會)、SNARKs/STARKs、fishermanschemes(漁夫方案)以及fraud&dataavailabilityproofs(欺詐和數據可用性證明)等技術。

有人通過ERC20批準網絡釣魚損失了價值100萬美元的aWBTC:金色財經報道，，據ScamSniffer發推稱，5小時前，有人通過ERC20批準網絡釣魚損失了價值100萬美元的aWBTC 。[2023/8/1 16:11:20]

如果某條鏈的結構并沒有這種緊密耦合特征，那可以說該結構就不是一個Layer1分片方案，而只是一個位于無法擴展的Layer1主鏈之上的Layer2系統。Plasma并不是一個緊密耦合的系統：一個無效的Plasma區塊完全可以將其區塊頭(header)提交至以太坊主鏈上，因為以太坊基礎層無法知曉該區塊頭代表了一個無效的Plasma區塊，甚至無法知曉該區塊頭是代表了一個Plasma區塊；以太坊基礎層所能看到的只是一筆包含一小段數據的交易而已。但是，單條Plasma鏈失效的影響只會局限在該條Plasma鏈之中。

但是，如果你在不下載和執行整個操作的情況下，去分析用戶為了確定他們正在查看的鏈是否完全有效和可用的過程，那你可能會發現，Plasma的運作方式和Sharding存在更多的類似之處。

比如，在Sharding中，用于阻止可用性問題的一項常用技術就是漁夫(fishermen)方案：如果某個節點認為某個區塊的其中一段數據不可用(unavailable)，那該節點可以對此發布一個挑戰，從而創造了一個時間段，在該時間段內，任何人都可以發布這段數據。如果某個區塊在足夠長的時間內沒有被挑戰，那么那些附屬于該區塊的其他區塊就可能被回滾(revert)。這似乎與Plasma很類似，在Plasma中，如果某個區塊不可用，用戶可以向主鏈發布一條消息，從而當主鏈響應時進行狀態退出。

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這兩種技術最終都可能以相同的方式在面臨壓力是做出讓步：當分片系統中存在過多的錯誤挑戰時，用戶將無法追蹤是否所有的可用性挑戰都已經得到響應；如果在Plasma系統中有太多的可用性挑戰，那主鏈可能會不堪重負，因為用戶的退出(exits)將占滿主鏈的區塊大小限制。在這兩種情況下，似乎可以存在一個通常具有O(C^2)擴展性的系統(其中C表示某個節點的計算能力)，但當遭遇攻擊時，擴展性將下降至O(C)。然而，Sharding對此具有更多的防御能力。

首先，當前的分片設計使用隨機抽樣的委員會(committees)，如此一來，除非某人占有整條鏈的很大一部分(可能是超過1/3)的驗證者節點，否則是無法輕易地控制任何一個委員會的。此外，有比漁夫方案更好的處理數據可用性的策略：數據可用性證明(dataavailabilityproofs)。在一個使用數據可用性證明的機制中，如果某個區塊是不可用的(unavailable)，那客戶端的數據有效性檢查將會失敗，客戶端將會把該區塊視為不可用區塊。如果該區塊是無效的(invalid)，那即便只有一個欺詐證明(fraudproofs)，那也會使各個客戶端相信該區塊是無效的。因此，從理論上來說，分片系統要比Plasma鏈更不易于遭受拒絕服務攻擊(DoSattacks)。

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其次，在面臨大量攻擊者(數量超過了所有驗證者的1/3甚至1/2)時，分片鏈能夠提供更強大的安全保障。在Plasma系統中，如果對負責審查退出的主網發起51%攻擊時，總是可以成功地對Plasma鏈進行攻擊；而在分片鏈中就不會這樣。這是因為數據可用性證明和欺詐證明是發生在客戶端內部的，而不是在區塊鏈內部，因此這些證明是不會被51%攻擊審查。

第三，分片鏈提供的防御更易于普及；Plasma的退出模式要求將狀態分割成獨立的部分，每個部分都是為了任何單個參與者的利益而進行維護，而依靠數據可用性證明、欺詐證明、漁夫方案和隨機抽樣的分片鏈則在理論上更為通用。

因此Plasma和Sharding在Layer2上提供的有效性和可用性保障存在很大差異，由于這些保障要求對激勵機制和哪方對哪些數據段存在利益關系等進行論證等，因此這些保障很有限，且更為復雜。

但Plasma鏈也有很大的優勢。

首先，Plasma鏈可以被迭代，新的設計可以更快地被實現，因為每條Plasma鏈都可以在無需與該生態系統中的其他鏈進行協調的情況下單獨地進行部署。

其次，sharding就其內在而言更為脆弱(fragile)，因為它試圖保證一定量數據的絕對和完全可用性和有效性，且這些數據量必須設置在協議之中：如果數據量太少，那系統的擴展性將比它本來可以實現的更差；而如果數據量太多，那這個系統就面臨崩潰的風險。

擴展性的最大安全水平也依賴于系統中的用戶數量，而用戶數量是一個不可預測的變量。相比之下，Plasma鏈則允許不同的用戶在這方面做出不同的權衡，且允許用戶更加靈活地根據情況的變化進行相應調整。

由單個運營商運行的Plasma鏈還可以提供比分片系統更多的隱私保護；而在分片系統中，所有的數據都是公開的。即便是在不需要進行隱私保護的領域，Plasma鏈也可能更有效率，因為分片系統的總數據的可用性要求需要大量額外的冗余數據作為安全界限。另一方面，在Plasma系統中，每段數據的數據要求都可以最小化，從而使長期來看，每條單獨的數據可能只需要復制幾次，而不是像在分片系統中那樣需要復制上千次。

因此，從長期來看，一個將Plasma和Sharding混合起來的系統(其中基礎層進行分片，Plasma鏈則存在于基礎層之上，以提供更進一步的擴展性)似乎要比只依賴于其中一種策略的系統更能夠滿足不同用戶群體的需求。

但不幸的是，這兩者之間在某些關鍵部分有著難以消解的差異(比如，分片系統中的客戶端所進行的數據可用性檢查無法轉移到Plasma主鏈中，因為這些檢查只有在主觀地、基于私人數據的情況下才有效)。但這兩種擴展性解決方案(以及狀態通道方案)都有著明朗的發展前景。

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