Ethereum Plasma MVP and Plasma Cash

Vitalik大約在一年前(2017/08)提出了Plasma這個概念以解決Ethereum交易速度及成本的問題，不過提出的內容太概念性，沒什麼人知道該怎麼實作，在今年初Vitalik提出了 Plasma MVP(Minimal Viable Plasma) ，最小可行性的Plasma，而目前大家也是遵循這個規範來實作。

Plasma屬於layer 2的solution，就是在主鏈之外做運作(也就是離線交易)。Plasma簡單來說就是鏈中鏈，每個鏈都可以有自己的鏈，自己的鏈還可以再有鏈，就像是tree一樣的概念。舉例來說，往後交易所就可以創造自己的鏈，在自己鏈內交易，速度快而且無手續費。而目前MVP的設計是在主鏈外多一層而已，還沒有多層的概念。上個月的COSCUP有Ethereum Foundation負責Plasma的開發者的分享， 影片連結在這 （是中文，大家不用害怕 ＸＤ）。

• Plasma MVP

在每個Plasma chain會有一個operator，operator負責產塊（可以想像是中心化的管理者），以目前來說，operator實作成Restful API server，而產塊可以想作是在ＤＢ insert一筆紀錄，跟我們以往中心化的系統一樣。而你要進入到這個Plasma chain需要先在主鏈上的smart contract作存款（deposit）才能進入。然後Plasma chain每產一個塊，就必須跟主鏈作回報（回報Merkle root），這樣Plasma chain這邊的塊才算被confirm。每個Plasma chain是獨立的，所以不能跨鏈交易，必須先轉回到主鏈。

可以這樣想像，一個Plasma chain是一間賭場，你要進入一間賭場要先去把新台幣換成賭場的籌碼（deposit），接著你就可以在這間賭場做任何交易，那如果你要去隔壁賭場下注呢? 你要先換成新台幣，然後再換成隔壁賭場的籌碼。而在賭場的每一筆交易，都會被記載在賭場的帳本上(可以想像是Excel表格)，而這個帳本要定期地跟政府報備，報備通過了，在帳本上的交易紀錄，才會被承認。Plasma chain的概念大概就像這樣。

那安全問題呢? operator是中央式的，如果被攻擊或是原本就是惡意的呢?接續上面的例子，其實要把籌碼換成新台幣，沒有這麼簡單。首先，要七天後才能領出，這段期間就是挑戰期，在這段期間內，如果有人提出你在賭場內造假的證據，提交到法院（也就是主鏈）並被且被法院認證是造假，那你的錢就不能提領了。

接著回到，如果operator跟某個帳號串通，假造balance的數目怎麼辦勒？Plasma會依照transaction的順序處理，從最舊的到最新的逐一驗證。舉例來說，

1.) A存了5塊存進賭場（A: 5顆籌碼）

2.) B存了20塊進入賭場（B: 20顆籌碼）（此時賭場共有25顆籌碼）

3.) 接著Ｂ給Ａ 3顆籌碼（A:8, B:17)，

4.) operator從桌底下偷偷拿拿自己帶的1000顆籌碼給了Ｃ

這個時候，大家發現賭場詐賭，就會開始想跑，把籌碼換回新台幣，這個時候就會照1,2,3,4順序來驗證交易，驗證到到第3步，Ａ有8塊可以提領，Ｂ有17塊可以提領，ＡＢ領完後，賭場就沒錢了，所以C想領假造的1000塊也沒錢可以領了。更細節的部分，可以參考 Karl.tech 對於Plasma的介紹 。

• Plasma Cash

簡單來說， Plasma Cash 做了兩個修改

1.) 每一筆存入Plasma contract的錢，都給一個 unique token ID

2.) Merkle tree的 index 存token ID ， 內容 存這個token ID的交易紀錄

這樣有什麼好處呢? 你每一筆存入的錢都有一個ID，可以想作是進了Plasma chain，你的Eth就變成了ERC20 token，所以當有人要偷錢的時候，就必須一個一個token的偷，對惡意的攻擊者來說，變得很不方便。不過相對的壞處就是，你存進去兩筆錢，要分開來用，不能合併一起，比較不方便。第二點，可以想像成， 你的token有一個自己的帳戶，所有的交易都在這個帳戶裡，要找紀錄, 證明交易都很方便，重點是尋找起來很快速 ，只要是關於這個token的交易但不在這個帳戶的，都是無效的。

但是每一筆錢都有一個ID，可想像的是Merkle tree會長得很大， Ethereum Research 上有個簡單的算數

Assuming we have a (very) small Plasma Cash chain with only  2^16 (= 65536) coins , then the Merkle proof of either existence or non-existence for a given coin will be at least 32 bytes * 16 siblings = 512 bytes per block. If we assume that Plasma block is created once every 15 seconds, then we’ll end up with 31557600 / 15 = 2103840 blocks per year. 2103840 blocks per year * 512 bytes per block = 1077166080 bytes per year = ~1.077 gigabytes per year.  1 gigabyte per coin, per year! 

source:  https://ethresear.ch/t/plasma-xt-plasma-cash-with-much-less-per-user-data-checking/1926

簡單來說，就是65536種token(也就是63356次存款)，每年大概會多1GB的資料量。如果Plasma 被大量使用，這個量會相當驚人。後來又有提出 Plasma XT ，是基於Plasma Cash之上做改進。資料會這麼大，是為了要有歷史紀錄作為查證，而Plasma XT提出了check point的概念，定期做驗證，也就不需要全部歷史紀錄了。

Check point的概念聽起來很簡單，就定期檢查就好，但是operator並不是實際的一個鏈，只是一個api server，所以假如operator不提供交易紀錄只提供Merkle root那使用者要怎麼確認? 假使有方法可以確認了，那token數量這麼多，大家都同時確認，是不是會超過gas limit的上限？ 目前解決方案，第一個問題，就是用使用者的簽名驗證，如果operator擅自在某個check point finalize你的狀態，那你就很容易地知道這個operator作弊，因為你沒有在這個check point簽名過。第二個問題使用了checkpoint zone，也就是每個token ID有一個時間做驗證，例如0-99做Ｎ block做驗證，100-199在N+1 block驗證...以此類推，解決了一次太大量的問題。

Plasma的介紹大概就到這，若有錯誤歡迎指正！說不清楚的部分，也歡迎提問！