Tác giả của bài viết này là Ashwin Ramachandran&Haseeb Qureshi,
Bản dịch của Blue Fox Notes "SIEN".

Vào tháng 8 năm 2017, giá Ether gần đạt mức cao nhất mọi thời đại. Việc sử dụng chuỗi khối Ethereum đã tăng vọt và Ethereum bị choáng ngợp trước nhu cầu ngày càng tăng. Các nhà nghiên cứu và phát triển đang điên cuồng tìm kiếm các giải pháp mở rộng mới.
Tại các hội nghị blockchain trên khắp thế giới, các nhà phát triển tranh luận về các giải pháp về khả năng mở rộng. Cộng đồng Ethereum rất cần một giải pháp. Giữa sự điên rồ này, phiên bản đầu tiên của giấy Plasma đã được phát hành, hứa hẹn một giải pháp mở rộng lớp 2 có thể xử lý “hầu hết mọi phép tính tài chính trên thế giới”. 
Tuy nhiên, Optimistic Rollup và ZK Rollup (vui lòng tham khảo bản phát hành trước của Blue Fox Notes "Tìm hiểu về ZK Rollup và Optimistic Rollup: Các hướng mở rộng quan trọng của Ethereum") đang được ca ngợi là giải pháp có khả năng mở rộng tốt nhất. Tuy nhiên, ký ức về Plasma dường như đã biến mất không dấu vết.
Vậy ai đã giết Plasma?
Hãy quay trở lại đầu năm 2017. Ethereum lần đầu tiên bước vào xu hướng phổ biến và mọi người vô cùng lạc quan về triển vọng của nó. Vào thời điểm đó, người ta tuyên bố rằng tất cả tài sản có giá trị sẽ được mã hóa. Tại sự kiện ở San Francisco, căn phòng chỉ có phòng đứng và bất cứ khi nào chủ đề về Ethereum được nhắc đến, nó đều chật cứng người. Nhưng Ethereum không có khả năng mở rộng.
Giữa sự nhiệt tình này, Vitalik Buterin và Joseph Poon đã xuất bản một bài báo đề cập đến giải pháp mở rộng lớp 2 mới, đó là Plasma. 
Nhưng Plasma là gì? Tại sao cuối cùng nó lại không thực hiện được lời hứa của mình?
Cách thức hoạt động của Plasma
Bài báo Plasma ban đầu mô tả một phương pháp xây dựng cơ chế "cây blockchain" MapReduce. Mỗi nút trong cây đại diện cho một blockchain duy nhất được kết nối với nút cha của nó. Tất cả các blockchain này được sắp xếp theo một cấu trúc phân cấp khổng lồ. Tuy nhiên, các thông số kỹ thuật ban đầu rất mơ hồ và phức tạp. Ngay sau đó, Vitalik đã đơn giản hóa thông số kỹ thuật và gọi nó là MVP (Blue Fox Notes: Minimal Viable Plasma). 
Sidechain là một blockchain được kết nối với một blockchain khác. Sidechain có thể được vận hành theo nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như thông qua các bên thứ ba đáng tin cậy, tập đoàn hoặc thuật toán đồng thuận. Ví dụ: Blockstream tham gia vào một tập đoàn sidechain trên mạng Bitcoin có tên Liquid. Liquid cho phép thông lượng giao dịch cao hơn và nó đạt được điều này nhờ sự đánh đổi mà nó tạo ra trong mô hình tin cậy của mình. Người dùng phải tin tưởng rằng liên minh sẽ không thông đồng và đánh cắp tiền. Trong trường hợp này, các nhà điều hành chuỗi là các thành viên khác nhau của tập đoàn Liquid, chẳng hạn như công ty Blockstream. 
Như chúng ta có thể thấy trong ví dụ trên: việc chuyển tiền ra khỏi sidechain đòi hỏi một thành phần chính: niềm tin. Người dùng phải tin tưởng rằng nhà điều hành sidechain sẽ không trốn tiền. Nhưng đây không phải là tính năng không cần tin cậy chính của blockchain sao? Điều gì sẽ xảy ra nếu người dùng muốn tương tác với sidechain mà không tin tưởng vào nhà điều hành của nó?
Đây chính xác là vấn đề mà Plasma đang cố gắng giải quyết.
Plasma nhằm mục đích giảm thiểu sự tin tưởng vào các nhà khai thác sidechain. Nghĩa là, Plasma cố gắng ngăn chặn tiền bị đánh cắp, ngay cả khi nhà điều hành (hoặc đa số đồng thuận) hành xử không phù hợp. Tuy nhiên, ngay cả khi các nhà khai thác sidechain không thể ăn cắp tiền hoàn toàn thì sidechain vẫn gặp phải một vấn đề khác. Điều gì sẽ xảy ra nếu nhà điều hành sidechain xuất bản tiêu đề khối nhưng từ chối xuất bản dữ liệu giao dịch cơ bản? Điều này sẽ ngăn cản bất kỳ ai xác minh tính chính xác của sidechain. Khái niệm này được gọi là không có sẵn dữ liệu. (Lưu ý của Blue Fox: Nghĩa là, việc phát hành dữ liệu cần phải dựa vào các nhà khai thác chuỗi bên đáng tin cậy và có thể có những tình huống không có sẵn dữ liệu)
Plasma cố gắng đảm bảo an ninh cho người dùng, ngay cả khi nhà điều hành giữ lại dữ liệu giao dịch. Nghĩa là, nếu nhà điều hành từ chối tiết lộ dữ liệu, tất cả người dùng vẫn có thể rút tiền và thoát khỏi sidechain.
Plasma đưa ra cam kết lớn về tính bảo mật và khả năng mở rộng của mình. Trong đợt tăng giá năm 2017, nhiều người tin rằng Plasma sẽ giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng của Ethereum. Nhưng khi thị trường tỉnh táo hơn vào năm 2018 và sự cường điệu về blockchain sụp đổ, một bức tranh thực tế hơn về Plasma bắt đầu hiện thực hóa. Khi bắt đầu triển khai trong thế giới thực, Plasma đặt ra nhiều câu hỏi hơn là giải pháp.
Vấn đề đầu tiên là mỗi người dùng phải theo dõi và xác minh tất cả các giao dịch trên chuỗi Plasma MVP để theo dõi và thoát ra nếu người vận hành có hành vi ác ý. Tuy nhiên, việc xác minh giao dịch rất tốn kém và yêu cầu giám sát này làm tăng thêm chi phí đáng kể khi tham gia vào chuỗi Plasma.
Các nhà nghiên cứu cũng nhận ra rằng người dùng khó thoát khỏi chuỗi Plasma. Khi người dùng cố gắng rút tiền từ chuỗi Plasma MVP, họ phải gửi giao dịch thoát và sau đó đợi trong một khoảng thời gian đã định. Đây thường được gọi là giai đoạn thử thách.
Bất kỳ lúc nào trong thời gian thử thách, bất kỳ người dùng nào cũng có thể thách thức việc thoát của người dùng khác bằng cách gửi bằng chứng cho thấy lần thoát không hợp lệ (ví dụ: họ đã khai thác mã thông báo giả hoặc đánh cắp mã thông báo của người khác, v.v.). Do đó, tất cả các lần rút tiền chỉ có thể được xử lý sau khi thời gian thử thách kết thúc, trong một số đề xuất có thể mất tới một tuần.
Nhưng nó có thể còn tệ hơn nữa.
Xin hãy nhớ rằng ngay cả khi nhà điều hành giữ lại dữ liệu (tức là không công bố dữ liệu đó), chúng tôi muốn người dùng có thể rút tiền của họ khỏi chuỗi Plasma. MVP xử lý vấn đề này như sau: nếu dữ liệu giao dịch Plasma được giữ lại, mỗi người dùng sẽ cần rút tiền riêng của mình dựa trên trạng thái hợp lệ cuối cùng của chuỗi Plasma. Xin lưu ý rằng để tránh các nhà khai thác độc hại vượt lên trước những người dùng trung thực, các lần thoát được sắp xếp theo thời điểm giao dịch cuối cùng. 
Khi giá sụt giảm vào năm 2018, những người theo dõi Ethereum bắt đầu nhận ra rằng Plasma MVP sẽ không phải là giải pháp sát thủ cho khả năng mở rộng mà họ mong đợi. Đơn giản là không có cách nào để khắc phục điểm yếu của nó. Plasma MVP đi vào ngõ cụt. Trong khi đó, Ethereum tiếp tục gặp khó khăn dưới tải giao dịch của nó và ETH2.0 vẫn còn nhiều năm nữa mới xuất hiện.
Thế hệ tiếp theo của Plasma
Vào giữa năm 2018, khi giá tiếp tục giảm mạnh, cộng đồng nghiên cứu Ethereum tiếp tục Chúng tôi nỗ lực tối ưu hóa Plasma và lặp lại thiết kế Plasma MVP. Phiên bản mới có tên là Plasma Cash.
Theo Vitalik, một trong những nhà thiết kế chính của nó, Plasma Cash sẽ có thể đạt được bất kỳ tps cao nào và giải quyết các vấn đề đã gây khó khăn cho người tiền nhiệm của nó. Một số người thậm chí còn cho rằng thiết kế mới này sẽ cho phép thực hiện hàng trăm nghìn giao dịch mỗi giây.
Trước tiên, hãy xem lại vấn đề Plasma MVP.
*Khi người vận hành có hành vi không phù hợp, sẽ xảy ra vấn đề rút tiền theo nhóm quy mô lớn (Ghi chú của Blue Fox: Nó giống như một vụ giẫm đạp).
*Người dùng phải đợi toàn bộ chu kỳ thử thách để rút tiền
*Người dùng phải giám sát tất cả các giao dịch trên chuỗi Plasma
So với Plasma MVP, Plasma Cash có a Ưu điểm chính: Bằng cách sử dụng mô hình dữ liệu khác, Plasma Cash có thể tránh được các vấn đề thoát khỏi nhóm quy mô lớn. Trong Plasma Cash, tất cả các mã thông báo được thể hiện dưới dạng NFT (Ghi chú của Blue Fox: Mã thông báo không thể thay thế), giúp chứng minh quyền sở hữu một bộ mã thông báo dễ dàng hơn. Nói tóm lại, trách nhiệm của người dùng là chứng minh quyền sở hữu mã thông báo của họ chứ không phải của người khác. Do đó, người dùng chỉ cần giám sát mã thông báo của riêng họ chứ không phải toàn bộ chuỗi Plasma.
Plasma Cash cũng giới thiệu một hệ thống thử thách tương tác mới cho phép người dùng dễ dàng rút tiền trong trường hợp nhà điều hành có hành vi sai trái. Sử dụng cấu trúc Cây Merkle mới, còn được gọi là Cây Merkle thưa thớt, người dùng có thể dễ dàng chứng minh lịch sử và quyền sở hữu mã thông báo bằng cách sử dụng bằng chứng đưa vào.
Trong trường hợp nhà điều hành có hành vi sai trái, người dùng sẽ chỉ cần xuất bản bằng chứng trên chuỗi rằng họ hiện sở hữu mã thông báo (bao gồm hai giao dịch gần đây nhất và bằng chứng bao gồm tương ứng của họ). Tuy nhiên, Plasma Cash lại mang đến một loạt vấn đề mới.
Đầu tiên, những người dùng có ý đồ xấu hoặc chủ sở hữu token trước đây có thể đăng những nỗ lực sai trái để rút tiền. Vì người dùng được yêu cầu chứng minh quyền sở hữu mã thông báo của riêng họ, nên những người dùng này thực sự có thể nắm bắt và thách thức việc rút tiền gian lận của họ hay không.
Do đó, Plasma Cash, giống như Plasma MVP, yêu cầu người dùng phải trực tuyến ít nhất hai tuần một lần để phát hiện các giao dịch rút tiền sai sót trong thời gian thử thách.
Hơn nữa, để chứng minh quyền sở hữu mã thông báo, người dùng sẽ phải duy trì toàn bộ lịch sử mã thông báo của họ và bằng chứng bao gồm/loại trừ tương ứng, dẫn đến yêu cầu lưu trữ ngày càng tăng.
Vào cuối năm 2018, giá Ether chạm đáy và sự lạc quan không tưởng về tiền điện tử đã tan biến. Plasma Cash, mặc dù là một cải tiến so với Plasma MVP, nhưng không phải là giải pháp quy mô Visa như Ethereum đã hứa và "cây blockchain" MapReduce của nó giờ đây chẳng khác gì một giấc mơ viển vông. Hầu hết các công ty phát triển khách hàng cho Plasma Cash đã ngừng hoạt động và việc triển khai của họ đang ở trạng thái hoàn thành một nửa.
Cộng đồng Ethereum đang gặp rắc rối. Mặc dù các bản dựng Plasma mới tiếp tục xuất hiện với những cải tiến nhỏ so với các bản tiền nhiệm, cộng đồng Ethereum đã không thể phục hồi trở lại với các bản dựng mới này.
Có vẻ như Plasma đã chết.
Enter Rollup
Khi độ tin cậy ở lớp 2 giảm xuống mức đóng băng, một công ty có tên là "roll_up" GitHub kho lưu trữ được xuất bản bởi một người dùng có bút danh Barry Whitehat. Kho lưu trữ này mô tả giải pháp khả năng mở rộng lớp 2 mới: cấu trúc giống như Plasma với các giao dịch được "đóng gói", trong đó thay vì dựa vào độ tin cậy của nhà điều hành, chúng có thể được xác minh bằng cách sử dụng bằng chứng trên chuỗi (SNARK). giao dịch trọn gói".
SARK đảm bảo rằng các nhà khai thác không thể xuất bản các giao dịch độc hại hoặc không hợp lệ và đảm bảo rằng tất cả các khối sidechain đều hợp lệ.
Ngay sau đó, Vitalik đã phát hành một phiên bản cải tiến của đề xuất của Barry, gọi nó là zk-Rollup. Zk-Rollup trở thành một trong những bài đăng được xem nhiều nhất trên Diễn đàn nghiên cứu Ethereum. Đề xuất của Vitalik giới thiệu một giải pháp ngăn chặn các vấn đề về tính sẵn có của dữ liệu đang gây khó chịu cho Plasma: xuất bản dữ liệu giao dịch sidechain trên chuỗi Ethereum. 
Xuất bản dữ liệu giao dịch dưới dạng tham số chức năng có nghĩa là nó có thể được xác minh khi xuất bản và sau đó bị loại bỏ (để không làm tăng dung lượng lưu trữ Ethereum).
Zk-Rollup hoàn toàn tránh được giai đoạn thử thách và lối thoát của Plasma mà không cần phải cân bằng khả năng chi trả hoặc bảo mật. Với zk-Rollup, người ta có thể giải quyết tất cả các vấn đề nan giải về khả năng mở rộng lớp 2 của Plasma bằng cách sử dụng mật mã mới.
Tuy nhiên, zk-Rollup cũng có một số số dư riêng. Nghĩa là, việc tạo ra các bằng chứng có giá trị sẽ tốn kém về mặt tính toán. Các zk-SNARKS này được tạo ra trên mỗi khối, có thể mất tới 10 phút để tạo và tiêu tốn tới 350.000 gas cho mỗi lần xác minh (sau Istanbul). Để tham khảo, nó chiếm khoảng 3,5% toàn bộ khối (trước đây là Istanbul là 8%). (Lưu ý của Blue Fox: PUSH thường tốn 3 gas và các giao dịch thông thường thường tiêu thụ 21.000 gas. Điều này cho thấy chi phí gas của bằng chứng hợp lệ cao)
Ngoài ra, hiện tại không thể triển khai các hợp đồng thông minh chung trên chuỗi bên zk-Rollup. Có một số đề xuất dành cho các máy ảo không có kiến thức chuyên dụng đang được phát triển (chẳng hạn như zkVM và ZEXE) có thể được hỗ trợ, nhưng chúng vẫn yêu cầu nhiều kiến thức chuyên môn để tương tác với chúng. Trong hầu hết các trường hợp, zk-Rollup giới hạn khả năng lập trình chung. 
Vào giữa năm 2019, những phát triển mới này đã hồi sinh cộng đồng nghiên cứu Ethereum. Zk-Rollup dường như giải quyết được rất nhiều điểm yếu gây khó khăn cho việc kể chuyện ở lớp 2. Các công ty như Matter Labs và LoopRing đã bắt đầu tích cực phát triển zk-Rollup và cả hai hiện đều có mạng thử nghiệm. Với sự tối ưu hóa, Matter Labs tin rằng nó có thể đạt tới 2.000 tps trên mạng ZK Sync.
Ngoài ra, Starkware cũng đang xây dựng một biến thể trên zk-Rollup mà họ gọi là StarkExchange. StarkExchange sử dụng STARK để chứng minh tính hợp lệ của các giao dịch sidechain, nhưng thể hiện vấn đề về quyền giám sát dữ liệu ngoài chuỗi (nếu sidechain bị dừng, việc thoát ra có thể được đảm bảo thông qua các điểm kiểm tra trên chuỗi).
Họ đang hợp tác với DeversiFi để triển khai DEX theo thiết kế này và ra mắt nó trên mạng chính của họ trong tương lai gần.
Nhưng không phải ai cũng đặt hy vọng vào zk-Rollup. Một năm sau khi thông số kỹ thuật zk-Rollup đầu tiên được phát hành, John Adler và Mikerah đã giới thiệu một thiết kế mà họ gọi là Sự đồng thuận hợp nhất. Đồng thuận hợp nhất hỗ trợ một hệ thống đồng thuận ngoài chuỗi được xác minh đầy đủ trên Ethereum mà không cần bất kỳ mật mã không có kiến thức ưa thích nào.
Sau khi ra mắt, Plasma Group đã phát hành phiên bản mở rộng của thiết kế đồng thuận hợp nhất, mang cái tên nổi tiếng hiện nay: Optimistic Rollup.
Trong khi zk-Rollup dựa vào zk-SNARKS để xác minh và đạt được tính hữu hạn trên mỗi khối, thì Optimistic Rollups lại có một cách tiếp cận khác: điều gì sẽ xảy ra nếu mỗi khối đơn lẻ chỉ được coi là hợp lệ?
Khi mọi người hoạt động tốt thì mọi việc sẽ diễn ra tốt đẹp. Nhưng chúng tôi biết rằng các nhà khai thác có thể hành động ác ý. Vậy, Optimistic Rollups xử lý hành vi sai trái của nhà điều hành như thế nào?
Câu trả lời cho Optimistic Rollups là sử dụng bằng chứng gian lận. Bằng chứng gian lận là bằng chứng tính toán cho thấy người vận hành đã thực hiện một thao tác không hợp lệ. Nếu nhà điều hành đưa ra chuyển đổi trạng thái không hợp lệ thì bất kỳ ai cũng có thể gửi bằng chứng cho thấy chuyển đổi đó không hợp lệ và hoàn nguyên các giao dịch đó (trong khoảng 1 tuần). Vì những bằng chứng này không tương tác nên bất kỳ ai cũng có thể xuất bản chúng: chúng không yêu cầu người dùng giám sát tiền của mình để đảm bảo an ninh.
Tuy nhiên, Optimistic Rollup khác với zk-Rollup ở chỗ nó cần xuất bản nhiều dữ liệu hơn (3-5 lần) lên chuỗi. Dữ liệu này chủ yếu bao gồm các nhân chứng, chẳng hạn như dữ liệu chữ ký (không bắt buộc trên zk-Rollup, vì nó sử dụng không có kiến thức để xác minh).
Trong trường hợp tốt nhất, Optimistic Rollup sẽ không bao giờ phải xác minh giao dịch trừ khi ai đó gửi bằng chứng gian lận. Tuy nhiên, việc xác minh và phát hành nhân chứng trên chuỗi rất tốn kém, tuy nhiên, các nhà phát triển đã khám phá các cơ chế chữ ký tổng hợp cho phép xác minh quy mô lớn với chi phí thấp và giảm nhu cầu về dữ liệu giao dịch. Việc tối ưu hóa này có thể tăng TPS lý thuyết của Tổng hợp lạc quan từ khoảng 450TPS hiện tại lên khoảng 2000TPS tiềm năng.
Optimistic Rollup mang lại sự cân bằng hoàn toàn khác với zk-Rollup. Chúng sẽ không quá đắt vì các thách thức gian lận không xảy ra thường xuyên, nhưng chúng đánh đổi tính bảo mật, khiến chúng kém an toàn hơn. Nói cách khác, các giao dịch có thể được áp dụng không chính xác và sau đó bị đảo ngược. Khoảng thời gian an toàn này có thể kéo dài cả tuần. Kết quả là người dùng không thể thoát khỏi chuỗi trong cửa sổ bảo mật này. Nếu không, họ có thể bỏ trốn bằng tiền của người khác. Tuy nhiên, những vấn đề rút tiền này có thể được cải thiện bằng cách giới thiệu thị trường thứ cấp.
Người dùng có thể bán quyền rút tiền của mình cho các nhà cung cấp thanh khoản bên thứ ba và nhà cung cấp thanh khoản có thể tính một khoản phí nhỏ. Các nhà cung cấp thanh khoản được trả thù lao cho việc bù đắp sự thiếu thanh khoản liên quan đến việc thoát lệnh trong một tuần. Điều này cho phép người dùng thoát khỏi chuỗi tổng hợp ngay lập tức. (Blue Fox Lưu ý: Các nhà cung cấp thanh khoản bên thứ ba thực hiện việc này một cách chuyên nghiệp và phù hợp hơn với hoạt động của người dùng. Đây là một giải pháp tốt)
Mặc dù zk-Rollup yêu cầu lập trình viên phải hiểu các hệ thống ràng buộc phức tạp và mã hóa nâng cao. Rollup cho phép triển khai và thực hiện các hợp đồng thông minh có mục đích chung (chẳng hạn như Solidity). Điều này có nghĩa là các giao thức dựa trên hợp đồng thông minh như Uiswap có thể được xây dựng trên các chuỗi bên Optimistic Rollup.
Nhóm giải pháp Rollup cung cấp các phương pháp tiếp cận tương tự để giải quyết các vấn đề về tính sẵn có của dữ liệu của Plasma và các vấn đề phức tạp khi thoát ra, tuy nhiên, tất cả đều có khả năng mở rộng đáng kể cấu trúc của Plasma. Ví dụ: IDEX đã xây dựng và triển khai Tổng hợp lạc quan của riêng mình và chạy DEX trên cấu trúc này.
Tương tự, Fuel Labs cũng đã xây dựng một phiên bản Optimistic Rollup cho phép thanh toán ở chế độ UTXO và trao đổi mã thông báo ERC-20. Plasma Group (nay là Optimism) gần đây đã thông báo rằng họ đang chuyển trọng tâm sang Optimistic Rollup và cam kết cung cấp các khả năng hợp đồng thông minh chung trên nền tảng của mình (thông qua cấu trúc OVM).
Bất cứ điều gì trỗi dậy đều phải hội tụ
Plasma cuối cùng không chỉ là một thỏa thuận. Trong thời điểm hưng thịnh phi lý, Plasma là câu chuyện mà Ethereum cần phải tin tưởng. Nhưng nhìn lại, những tuyên bố về khả năng mở rộng không giới hạn của nó đã được chứng minh là kiêu ngạo về mặt công nghệ. Chỉ bằng cách nhìn qua Plasma, chúng ta mới có thể hiểu sâu sắc về sự đánh đổi vốn có trong khả năng mở rộng lớp 2.
Khi giá ETH tăng trở lại trong năm qua, sự lạc quan về tương lai của Ethereum cũng tăng theo. Sau gần 3 năm tìm kiếm giải pháp mở rộng an toàn, có thể mở rộng và mạnh mẽ, cộng đồng nghiên cứu Ethereum cuối cùng đã chuyển sang tập trung vào tổng hợp. Plasma và những người anh em họ của nó là những nỗ lực đầu tiên, nhưng cuối cùng một nhóm các nhà đổi mới đã tạo ra một thiết kế lớp 2 thực tế hơn, dường như giải quyết được những vấn đề tồi tệ nhất của Plasma. 
Một số nhóm nghiên cứu tập trung vào Plasma, chẳng hạn như Plasma Group, đã bắt đầu nghiên cứu các giải pháp Optimistic Rollup, nhưng chúng tôi tin rằng việc tìm kiếm giải pháp lớp 2 cuối cùng chỉ mới bắt đầu. Có rất nhiều đối thủ cạnh tranh ở đây và chúng tôi kỳ vọng lĩnh vực này sẽ vẫn hoạt động tích cực và là một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển thú vị.
Chào mừng bạn tham gia cộng đồng chính thức của BlockBeats:
Nhóm Telegram đăng ký: https://t.me/theblockbeats
Nhóm Telegram thảo luận: https://t.me/BlockBeats_App
Tài khoản Twitter chính thức: https://twitter.com/BlockBeatsAsia