摘要：用戶在將主鏈的資產(chǎn)如以太幣或者其它合約發(fā)布的轉(zhuǎn)移到的過程稱為存款，具體做法是直接向主鏈上的合約發(fā)送以太幣或。將賣給，獲得了以太幣，賺取了以太幣。當(dāng)子鏈中有拜占庭行為發(fā)生時(shí)，用戶之間可以共同協(xié)作執(zhí)行批量取款。

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這一系列文章將圍繞以太坊的二層擴(kuò)容框架，介紹其基本運(yùn)行原理，具體操作細(xì)節(jié)，安全性討論以及未來研究方向等。本篇文章主要對 Plasma 一些關(guān)鍵操作的細(xì)節(jié)進(jìn)行剖析。

在上一篇文章中我們已經(jīng)理解了什么是 Plasma 框架以及它是如何運(yùn)行的，這一篇文章將對其運(yùn)行過程中的一些關(guān)鍵部分，包括 Plasma 提交區(qū)塊的過程，當(dāng)有惡意行為發(fā)生時(shí)如何構(gòu)建防偽證明以及如何退出 Plasma 子鏈等進(jìn)行剖析。需要注意的是，由于 Plasma 是一套框架，因此本文只剖析 Plasma 項(xiàng)目的共性，每一部分的實(shí)現(xiàn)細(xì)則還是需要參考實(shí)際的項(xiàng)目，例如 Plasma MVP（Minimal-Viable-Plasma）和 Plasma Cash 等。

Plasma 的主要思想就是將大部分計(jì)算過程都轉(zhuǎn)移到鏈下進(jìn)行，用戶只有在進(jìn)入和退出 Plasma Chain 的時(shí)候需要跟主鏈上的智能合約交互，這也是所有 Plasma 應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)流程。

用戶在將主鏈的資產(chǎn)（如以太幣或者其它 ERC20 合約發(fā)布的 token）轉(zhuǎn)移到 Plasma Chain 的過程稱為存款（Deposit），具體做法是直接向主鏈上的 Plasma 合約發(fā)送以太幣或 token。Plasma 合約收到 Deposit 交易后會(huì)在子鏈上創(chuàng)建跟 Deposit 數(shù)額一致的交易，并將其打包進(jìn)區(qū)塊中，作為存款確認(rèn)的證明。這個(gè)過程如下圖所示（來源自[[1]]。

當(dāng)用戶看到子鏈上自己之前存款的交易被確認(rèn)后，就可以在子鏈上使用這筆資產(chǎn)（給子鏈上的其他用戶發(fā)送交易或者退出子鏈等）。

當(dāng)大部分都轉(zhuǎn)移到鏈下進(jìn)行時(shí)，需要某種機(jī)制確保鏈下狀態(tài)的更新得到確認(rèn)，這樣才能保證當(dāng)有惡意行為發(fā)生時(shí)，主鏈可以保證用戶不會(huì)受到損失。這就是為什么需要狀態(tài)確認(rèn)（State Commitment），即子鏈周期性地將狀態(tài)更新情況提交到主鏈進(jìn)行共識。

然而，將子鏈中的所有交易都同步到主鏈顯然違反了 Plasma 的初衷，在 Plasma 中，實(shí)際向主鏈提交的是 Merkle Tree 的根哈希。因此子鏈中的實(shí)際交易情況被隱藏，在主鏈上只能看到子鏈區(qū)塊的哈希值。

當(dāng)有惡意行為發(fā)生時(shí)，子鏈網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶都可以向主鏈提交防偽證明，證明成立后，含有惡意交易的區(qū)塊將被回滾。

Plasma 的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)之一就是允許用戶構(gòu)造防偽證明（Fraud Proof）。防偽證明的意義在于只要發(fā)布區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造了含有惡意交易的區(qū)塊，那么就要承擔(dān)被懲罰的風(fēng)險(xiǎn)。每當(dāng)新的區(qū)塊被提交到主鏈上時(shí)，會(huì)留出一段時(shí)間給用戶提交防偽證明，如果在這段時(shí)間內(nèi)沒有證明被提交，則認(rèn)為新的區(qū)塊被驗(yàn)證合法。如果有防偽證明檢測到區(qū)塊中存在惡意交易，則該區(qū)塊將被舍棄，回滾到上一個(gè)被驗(yàn)證合法的區(qū)塊。Plasma 中的防偽證明主要有以下（但不限于）幾種：

資產(chǎn)可花費(fèi)證明

交易簽名有效性證明

存取款證明

至于每種防偽證明的具體形式，則依賴于實(shí)際 Plasma 應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)細(xì)則。

如下圖所示（來源自[[1]](https://plasma.io/)），子鏈中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存有 1-4 個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)。假設(shè)區(qū)塊 1-3 已經(jīng)被驗(yàn)證合法，而區(qū)塊 4 中存在惡意交易，那么每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以使用 1-4 個(gè)區(qū)塊中的數(shù)據(jù)構(gòu)造防偽證明提交到主鏈，主鏈驗(yàn)證后將子鏈中的狀態(tài)回滾到區(qū)塊 1-3。

防偽證明還可以使用零知識證明（zk-SNARKs 或者 STARKs）來構(gòu)造，但由于目前通過零知識證明生成證明的時(shí)間和空間還有待優(yōu)化，目前設(shè)計(jì)的 Plasma 并不依賴零知識證明。零知識證明在 Plasma 中的應(yīng)用是一個(gè)很有前景的研究方向，感興趣的讀者可以參考以太坊研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于這方面的研究[[2]](https://ethresear.ch/t/plasma...。

取款（Withdrawal），顧名思義，就是從子鏈中的資產(chǎn)取回到主鏈上，因此取款也被稱為退出（Exit）。取款操作可以說是 Plasma 框架中最重要的一步，因?yàn)樗_保用戶可以安全地將子鏈上的資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到主鏈上。之前的存款以及狀態(tài)確認(rèn)步驟已經(jīng)產(chǎn)生了一些交易數(shù)據(jù)，并在主鏈上得到同步，用戶可以利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)造資產(chǎn)證明，之后執(zhí)行簡單取款（Simple Withdrawal）操作退出子鏈。當(dāng)有扣留（Withholding）攻擊發(fā)生（即子鏈上的礦工惡意扣留區(qū)塊，意圖雙花攻擊等）時(shí)，用戶可能無法成功獲取數(shù)據(jù)構(gòu)造資產(chǎn)證明，這時(shí)需要執(zhí)行批量取款（Mass Withdrawal）操作退出子鏈。

需要注意的是，當(dāng)子鏈中有取款操作發(fā)生時(shí)，跟這個(gè)取款操作相關(guān)的賬號或者交易都將被禁止。

執(zhí)行簡單取款的條件是所要取回的資產(chǎn)已經(jīng)在主鏈和子鏈上確認(rèn)。

一個(gè)簡單取款的執(zhí)行主要有以下幾個(gè)步驟：

向主鏈上的 Plasma 智能合約發(fā)送已簽名的取款交易。取款的數(shù)額可以包含多個(gè)輸出（UTXO模型），但所有輸出必須在同一個(gè)子鏈當(dāng)中，而且每個(gè)輸出的余額必須全部取出，不能只取出一部分。取款數(shù)額的一部分還需要被當(dāng)作押金，作為惡意行為的懲罰。

當(dāng)取款請求發(fā)送后，需要等待一段“爭議期（Challenge Period）”，這期間其它節(jié)點(diǎn)可以構(gòu)造證據(jù)證明該取款中的部分或全部數(shù)額已經(jīng)被花費(fèi)。如果爭議期內(nèi)有節(jié)點(diǎn)提供證明成功，那么取款被取消，而且押金被扣除。

接下來可能還要等待一段時(shí)間，直到所有區(qū)塊高度較低的取款操作都完成。這是為了保證所有取款操作按照“先來后到”的順序執(zhí)行。

當(dāng)爭議期結(jié)束后，如果沒有爭議被提出，則認(rèn)為取款操作成立，取款者將子鏈資產(chǎn)成功取回到主鏈。

快速取款（Fast Withdrawal）跟簡單取款相比的差別主要是引入一個(gè)中間人，白皮書上稱為 Liquidity Provider，這里簡稱為 LP。如果一個(gè)用戶不想等待很長的爭議期（目前的實(shí)現(xiàn)至少要一周），那么它可以選擇從 LP 這里直接取款，只需要消耗一個(gè)交易確認(rèn)的時(shí)間，代價(jià)是需要支付給 LP 一定的費(fèi)用。由于 Plasma 白皮書上關(guān)于快速取款的描述太過晦澀，這里主要參考 kfichter 提出的 Simple Fast Withdrawal[[3]](https://ethresear.ch/t/simple... 來介紹快速取款是如何實(shí)現(xiàn)的。

為了實(shí)現(xiàn)快速取款，取款方和 LP 可以利用一個(gè)流動(dòng)合約（liquidity contract）。假設(shè)取款方是 Alice，她想要執(zhí)行快速取款將 10 以太幣從子鏈轉(zhuǎn)移到主鏈。她首先向流動(dòng)合約發(fā)送 10 以太幣，注意這里的交易是在子鏈上進(jìn)行的。當(dāng)這個(gè)交易被子鏈打包成區(qū)塊后，Alice 可以調(diào)用合約中的某個(gè)退出函數(shù)，這時(shí) Alice 將獲取一個(gè)代表她這筆資產(chǎn)的 token。Bob 作為 LP，他檢查了子鏈上數(shù)據(jù)之后證明 Alice 的取款沒有問題之后愿意以 9 以太幣的價(jià)格購買這個(gè) token。Alice 將 token 賣給 Bob，獲得了 9 以太幣，Bob 賺取了 1 以太幣。

需要注意的是，實(shí)現(xiàn)快速取款的前提條件是沒有拜占庭行為發(fā)生，即沒有扣留區(qū)塊攻擊發(fā)生，因?yàn)?LP 需要驗(yàn)證取款方的交易歷史。

當(dāng)子鏈中有拜占庭行為（例如，區(qū)塊扣留攻擊）發(fā)生時(shí)，將會(huì)影響以后生成防偽證明，因此網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)用戶都有責(zé)任快速退出子鏈。雖然批量取款（Mass Withdrawal）操作不是必要選擇，但當(dāng)大量用戶執(zhí)行取款時(shí)很可能會(huì)造成主鏈擁塞，也會(huì)消耗更多的 gas，因此批量取款是當(dāng)子鏈?zhǔn)艿焦魰r(shí)更好的選擇。

批量取款操作由于所采用的模型（UTXO 模型或者賬戶模型）不同會(huì)有較大的差別，而且目前關(guān)于批量取款的操作細(xì)節(jié)也正在研討當(dāng)中，因此這里只對批量取款做簡單介紹，想要了解目前研究狀態(tài)可以參考[[4]](https://ethresear.ch/t/basic-...。

當(dāng)子鏈中有拜占庭行為發(fā)生時(shí)，用戶之間可以共同協(xié)作執(zhí)行批量取款。這時(shí)會(huì)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)扮演取款處理人（Exit Processor）的角色，簡稱為 EP，負(fù)責(zé)當(dāng)前某個(gè)批量操作（可以同時(shí)有多個(gè)批量取款操作發(fā)生，但同一個(gè)取款申請不能存在于多個(gè)批量取款），并且可以收取服務(wù)費(fèi)作為報(bào)酬。EP 將構(gòu)造一個(gè)位圖（bitmap，即一串0/1）記錄哪些資產(chǎn)要執(zhí)行取款。之后 EP 將利用現(xiàn)有的區(qū)塊數(shù)據(jù)檢查每個(gè)取款是否合法，之后將構(gòu)造一個(gè)批量退出初始化交易（Mass Exit Initiation Transaction，MEIT），并將其發(fā)送到主鏈上。在 MEIT 被主鏈確認(rèn)之前，每個(gè)用戶都可以對這個(gè)交易提出異議。當(dāng)爭議期結(jié)束，MEIT 被主鏈確認(rèn)，批量取款成功。

本文主要對 Plasma 框架中一些關(guān)鍵操作進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹，但如果不依托于某個(gè)實(shí)際的 Plasma 項(xiàng)目，對一些細(xì)節(jié)還是很難理解。因此在后面的文章中將會(huì)介紹 Plasma MVP 以及 Plasma Cash。

https://plasma.io/

https://ethresear.ch/t/plasma-is-plasma/2195

https://ethresear.ch/t/simple-fast-withdrawals/2128

https://ethresear.ch/t/basic-mass-exits-for-plasma-mvp/3316

本文的作者是蓋蓋，他的公眾號: chainlab

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