Plasma是以太坊扩容的四大方案之一（另外三个分别是Casper，Sharding和Raiden Network）。前段时间调研了Plasma，看了很多Plasma相关的资料，通过这篇文章总结一下。
什么是Plasma
Plasma对以太坊主链可扩展性的提高通过将大量交易和计算“下放”到侧链来实现。Plasma本质上是一系列运行在以太坊主链上的智能合约，只需处理少量来自侧链的请求，大多数情况下，海量的交易和计算都在侧链上完成。不同于以太坊主链目前使用的POW共识算法，侧链将使用POS等TPS更高的共识机制。因此侧链提供了可扩展性，而主链保证了安全性和去中心化。形象地说，以太坊主链就像最高法院，不需要处理过多事务，而侧链就是下级法院，从最高法院获得权力。
举个例子来说明一下。去年风靡一时的区块链游戏“加密猫”（CryptoKitties）把以太坊网络拥堵成了上下班高峰的北京三环，导致gas费用也水涨船高，破坏了整个以太坊的用户体验。如果有了Plasma，这样的情况就不会发生了——因为游戏可以放在侧链上玩！用户只需要将主链上自己的加密猫（一种ERC721代币）存入到Plasma合约，与此同时侧链上会生成一个相对应的加密猫映射，各项游戏操作都在侧链上进行，侧链上的高TPS能够提供与现在的网络游戏一样流畅的用户体验，玩完之后再把加密猫转移回主链，确保代币财产的安全。
Plasma Cash
V神在2018年3月发帖提出了一种对于Plasma MVP（Minimum Viable Product）的改良实现——Plasma Cash，可以大幅降低检查每一份用户数据的复杂度。总的来说，有以下三个特点：
- 从主链到侧链到每一笔代币存入都有一个唯一的编号（coin ID）与之对应（顾名思义，就像cash现金一样，每一张钞票都有一个序列号），存入到侧链上的代币无法分割也无法合并；
- 在plasma cash侧链的区块结构中，不同于MVP中使用的UTXO模型，交易存储在简易稀疏默克尔树或帕特里夏树中，以该交易花费的coin ID作为索引（即默克尔路径是coin ID，最后的叶子节点是交易哈希，如下图所示）；
- 当用户想从侧链上退出并把代币转移到主链时，需要提交能证明其代币所有权的最后两笔交易，其他用户可以通过前/中/后三种方式来提出质疑（challenge机制，下面会解释）；
Plasma Cash侧链的退出机制
用户可以自由地从侧链把存入的代币退出并转移回主链，但不排除作恶者获取了不义之财想卷款而逃的可能性。为了保证侧链上代币的安全，Plasma Cash在退出时加入了延时和挑战机制：
我们可以把侧链上代币的状态看作一个具有四种状态的状态机：DEPOSITED（存入），EXITING（待退出），CHALLENGED（被挑战）和EXITED（已退出）。
例如，当用户U把代币T存入侧链后，代币T处于DEPOSITED状态。当用户U想退出时，他可以发起startExit并附带一笔保证金bond1，startExit操作需要引用一笔交易TxA，用以证明代币T的所有权归属于用户U，以及TxA的“直接祖先”TxB，连同这两笔交易所在的区块。startExit提交成功之后代币就进入了EXITING状态。
如果一切顺利，7天之后用户U就可以光明正大地退出，代币T转为EXITED状态。
如果中途有人质疑，即退出请求遭遇挑战，则分三种情况：
- challengeAfter——另一用户O发现了一笔在TxA之后的交易TxC可以证明代币T不属于用户U，用户O以此发起挑战，这种情况很容易得到验证，于是用户O赢得保证金bond1，代币T返回DEPOSITED状态；
- challengeBetween——用户O发现了一笔在TxA和TxB之间的交易TxC可以证明代币T不属于用户U，用户O以此发起挑战，这种情况也很容易得到验证，于是用户O赢得保证金bond1，代币T返回DEPOSITED状态；
- challengeBefore——用户O以一笔在TxB之前的交易TxC发起挑战，想要证明代币T不属于用户U，这种情况无法立即得到验证，所以用户O需要附加一笔保证金bond2，而且被挑战的用户U也有申诉的机会。此时代币T会进入CHALLENGED状态。如果申诉成功，保证金bond2由用户U获得，代币T回到EXITING状态。如果无法成功申诉，则退出请求失败，代币T返回初始状态DEPOSITED；
Plasma的进展
Plasma的白皮书（Plasma: Scalable Autonomous Smart Contracts）由Joseph Poon和Vitalik Buterin共同撰写，发布于2017年8月。
Plasma的最小可行产品MVP于2018年1月公布，通过了概念验证。
Plasma Cash是在2018年3月提出的一个完整的Plasma实现，主要适用于像ERC721这样的Non-Fungible Token。
Plasma Debit实现目前正在研究中，将会增加对代币分割和合并的支持。
小结
Plasma侧链方案为以太坊可扩展性的提高提供了一种可能，但同时Plasma也存在一些亟待解决的问题（比如Mass Withdrawal问题，即大量用户同时从侧链退出的情况），还需要以太坊社区进一步地验证和完善。
参考资料：
