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区块链的可扩展性仍然是关键挑战，这促使人们探索诸如Plasma和分片等创新解决方案。随着去中心化网络的持续发展，更高效处理交易并满足日益增长用户需求的重要性变得愈发紧迫。Plasma和分片以不同的方法应对这一根本性挑战，旨在优化交易吞吐量和整体网络性能。
什么是Plasma？
Plasma通常被称为以太坊Plasma，因为它最初由以太坊联合创始人Vitalik Buterin提出。这是一种旨在提升以太坊网络性能的扩展解决方案，其核心在于建立与以太坊主链（即主区块链）交互最少的侧链网络。Plasma的基础结构采用类似区块链树的分层排列，其中多个"子链"叠加在主链之上。
Plasma区块链示意图。来源：ResearchGate
Plasma框架通过智能合约和Merkle树，能够创建大量侧链（也称为子链），这些侧链本质上是以太坊区块链的精简副本。这些侧链专门设计用于执行定制化的智能合约，满足不同实体的多样化需求。通过利用主链提供的安全性，Plasma可以部署众多子链，这些子链独立运行，遵循预设规则并追求特定目标，从而缓解主以太坊区块链的拥堵问题。
以太坊Plasma的组成部分
要理解以太坊Plasma的运作机制，需要探索支撑该网络的基础组件：
1. 链下计算
链下计算概念在以太坊网络参与者之间建立信任感。它促进在主以太坊区块链之外结算多笔交易，源于并非每笔交易都需要主链上所有节点验证的理念。这种选择性交易验证减轻了主链的工作负担，提高效率。
2. 状态承诺
以太坊Plasma定期在以太坊主网上发布状态承诺，确保子链状态相互知晓并保持兼容性。这种互动对于Plasma利用主链安全性至关重要。
3. 入口与出口
将以太坊主链与Plasma整合时，两条区块链间的无缝交互是基本前提。这需要通过主合约建立通信通道，实现资产转移。
4. 争议仲裁
争议解决是以太坊Plasma扩展设计的关键方面。采用基于交易完整性的机制来防范参与者的恶意行为，这种称为"欺诈证明"的保障措施用于识别可疑行为。
以太坊Plasma如何工作？
本质上，Plasma是一种链外解决方案，通过将大量处理任务从主链转移到专门化的小型链网络来显著提升以太坊网络效率。虽然Plasma交易在链外执行，但最终在主以太坊执行层结算以确保安全性。
Merkle根作为密码学构造，能够浓缩大量数据。这些"区块根"可以代表整个区块交易，帮助确认小数据是否包含在更大数据集中。用户可以使用Merkle证明验证数据包含情况。
虽然Plasma最初由Vitalik Buterin和Joseph Poon于2017年8月提出，但该概念展现出可适应其他区块链平台的灵活性。Plasma项目仍是开源计划，其代码库可在GitHub上获取。
使用Plasma的优势
Plasma链相比通道具有明显优势，允许向任何接收者转移资产或代币，而通道交易仅限于双边参与者。
与侧链相比，Plasma链的关键优势在于它们锚定在主链安全性中。如果Plasma链面临威胁，用户可以退出到主链，这赋予Plasma比侧链更优越的安全性。
使用Plasma的局限性
Plasma的一个固有局限是用户将代币从第二层转移到第一层时需要经历漫长的提款时间，通常需要7-14天的等待期来审查提款交易的合法性。
什么是分片？
分片是一种将区块链或数据库分割成更小分区（称为分片）的技术，每个分片管理特定数据段。这减轻了单一链处理所有网络交易的压力。分片作为独立区块链运行，能够处理自身交易，而主链或信标链监督分片交互。
分片的一个显著优势是简化节点操作。随着数据分布在分片上，验证节点不再需要存储整个区块链历史，只需专注于数据完整性确认。分片网络与汇总(rollups)相辅相成，后者通过验证链下交易并将其合并到主链上来提高可扩展性。
分片如何工作？
分片在实现高效数据存储分配方面发挥关键作用，从而提高汇总的成本效益并简化节点操作。这种方法使第二层解决方案能够利用以太坊的安全性，同时保持较低的交易费用。
分片涉及将网络划分为较小单元或分区，每个分区都大幅提升网络的每秒交易量(TPS)。然而，分片虽然看似简单，但包含几个关键组件和复杂性：
1. 节点
区块链网络中的节点处理和管理网络内发生的所有交易量。这些自主实体负责保存和存储去中心化网络生成的数据。
2. 水平分区
分片可以通过数据库的水平分区实现，其中行根据其特征被划分为段或分片。例如，一个分片可能专注于存储特定类别地址的交易历史和当前状态。
区块链分片的优势
区块链网络的处理能力受到限制，因为所有节点需要在处理前就交易合法性达成共识。分片区块链引入了一种替代方案，允许节点不下载完整历史或验证每笔交易，从而增强网络性能。
1. 增强可扩展性
分片最显著的优势是它为区块链提供的可扩展性提升。分片允许集成更多节点和更大数据集，而不会显著减慢交易速度。
2. 提高可访问性
分片带来两个额外优势：更高的网络参与度和更好的用户可访问性。预计以太坊分片的改进可能会降低运行客户端的硬件要求。
分片的安全考虑
值得注意的是，分片在区块链网络中的应用仍处于初步测试阶段，主要存在以下风险：
1. 分片冲突风险
一个安全问题是分片冲突，其中一个分片接管另一个分片或覆盖其数据。以太坊2.0通过随机分配节点到分片并定期重新分配来缓解这种风险。
2. 分片损坏风险
将每个分片视为具有自身用户和数据的独立区块链网络，会揭示一个潜在风险——分片损坏。以太坊通过随机分片分配和重新分配来解决这个问题。
结论
由Vitalik Buterin和Joseph Poon开创的Plasma引入了与主链交互最少的侧链。这种架构允许创建大量具有定制智能合约的子链，缓解主链拥堵同时保持安全性。
相比之下，分片专注于将网络划分为更小、更易管理的部分，称为分片。每个分片处理特定交易，减轻单一链的压力并增强可扩展性。
虽然Plasma和分片都以提高可扩展性为目标，但它们拥有独特的机制。Plasma强调侧链以多样化用例，而分片则专注于分割主链以提高效率。它们的持续开发将重塑区块链潜力，为解决可扩展性挑战提供替代方案。
