Plasma 工作原理：技术深度解析

如果你已经学习了 Plasma 的基础知识（或者阅读过我们的入门指南），那么你就可以了解它在底层是如何运作的了。本指南着眼于 Plasma 独特的架构，它建立在模块化理念之上，以提高性能并保持完整的 EVM 兼容性。我们将介绍使 Plasma 成为稳定币专用基础设施的关键组件。

主要收获

• Plasma 使用标准的 Engine API 将其共识层与执行层分离，以实现模块化和性能。

• 该网络连接到比特币区块链，以实现安全性和抗审查性。

• 原生合约支持零费用转账和自定义 Gas 代币，从而减少了中间件需求。

• 节点架构将核心验证器与提供数据的节点分离，允许应用程序扩展，而不会影响网络安全或性能。

核心架构：双层结构的故事

Plasma 的设计是模块化的，交易执行和共识被分为两个角色。这两层通过标准的 Engine API 连接，与以太坊合并后的情况相同，任务分工明确。这使我们能够拥有一个高性能的系统，该系统既安全又灵活。

共识层：PlasmaBFT

Plasma 的安全性和速度由一种名为 PlasmaBFT 的专门设计的协议来保障。它基于一种名为 Fast HotStuff 的现代共识模型，并用 Rust 编写以提高性能。HotStuff 通过减少通信开销并提高响应能力，改进了早期的 BFT 模型。整个系统都经过精心设计，具有很强的弹性，即使多达三分之一的验证器处于离线状态或恶意行为，它也能保持安全并平稳运行。

HotStuff 的核心是在一个基于领导者的轮次中运作，其中一个验证器提议一个区块，其他验证器对该提议进行投票。收集到足够的票数后，它们以聚合签名的形式被打包成一个 Quorum Certificate (QC)，以证明已达成共识。QC 在 Plasma 的高性能共识中发挥着关键作用，以实现快速的最终性和拜占庭容错。

验证器是通过一种旨在简单且可预测的 权益证明 (PoS) 机制来选择的。为了保持通信的快速高效，每一轮只通过一种密码学安全的、按权益加权的随机过程选择一个小的验证器委员会。验证器会因参与共识和区块签名而获得奖励。

其速度的秘诀在于一种名为 流水线 的巧妙方法。PlasmaBFT 的工作方式略有不同，它一次性地完成共识过程的多个部分，而不是先完成一个活动再进行下一个活动。

Plasma流水线

与按顺序处理每个阶段（先提议，然后投票，然后提交）的传统共识设计不同，Plasma 的流水线方法允许这些阶段并行运行。

具体来说，该协议允许在之前的区块仍在完成其最终提交步骤时开始提议一个新区块。这种重叠对吞吐量具有重大影响，并由于减少了区块生成和最终确定之间的延迟而缩短了最终确认时间。最终结果包括更快、高效的区块生成，以及更快、可靠的确认时间，即使在繁重的网络负载下也是如此。

执行层：Reth EVM

Plasma 的执行环境由 Reth 提供支持，Reth 是一种用 Rust 编写的高性能和模块化的以太坊客户端。它最重要的特性是完全 EVM 兼容性。这不是炒作：这意味着所有操作码、所有预编译以及所有行为都与在以太坊主网上完全一样。任何用 Solidity 或 Vyper 为以太坊编写的智能合约都可以在 Plasma 上部署，而无需进行任何更改。

这种兼容性意味着开发人员不需要学习新的堆栈。他们已经使用的所有标准工具和库（如 Hardhat、Foundry 和 Remix）都可以开箱即用。底层架构也针对即插即用体验进行了优化。Plasma 执行层通过标准的 Engine API 连接到共识层，该 API 与现代以太坊中的 API 相同。这种清晰的抽象使平台易于升级且可靠。

执行逻辑与以太坊的相同，但 Plasma 增加了一项关键升级：毫秒级时间戳精度。与以太坊基于秒的标准时间戳相比，使用更精细的时间戳可以实现更好的交易排序，这非常适合高速支付应用程序。展望未来，可以修改核心 Reth 逻辑以支持原生功能。一项计划中的探索是为符合条件的 USD₮ 转账创建保留区块空间，这将为赞助交易提供进入区块的专用快速通道，因此它们不必为费用而竞争。

节点架构：扩展而不妥协

Plasma 节点结构可以水平扩展，而不会影响核心共识组的安全性。节点在网络中按功能划分，以便可以保持验证器集的小型和安全，同时可以单独扩展读/写访问。该网络支持三种主要的参与方式：

• 共识节点（验证器） 这些是 PlasmaBFT 共识层的中心参与者。它们通过提议区块、交易验证和投票来确保网络安全。要参与网络并赚取奖励，这些验证器需要质押 Plasma 的原生代币 XPL。 作为共识节点的参与尚未向公众开放，将在主网启动后开始。
• 非验证器节点 这些只读节点监控区块链并响应 RPC 请求，但不参与共识投票。因此，应用程序和 RPC 提供商能够扩展其服务以满足用户需求，而无需购买额外的验证器席位，从而避免了网络膨胀并损害安全性。 运行非验证器节点对第三方开放，但在测试网阶段，运营商需要提交联系表格。
• RPC 提供商 对于具有生产级基础设施需求的应用程序和开发人员，商业 RPC 提供商（如 QuickNode）提供高正常运行时间的托管端点和企业支持。这使团队能够开发其应用程序，而无需自行维护节点基础设施。

Plasma 设计的一个关键特性是其宽松的质押模型。该协议不采用权益 削减，而是采用奖励削减。换句话说，如果验证器以恶意方式行事或持续停机，他将失去原本可以获得的区块奖励，但最初存入的资金不会面临风险。该协议不会主动惩罚验证器诚实的错误，例如停机或活跃性失败，从而降低了各方的经济风险，并促进了更多参与以确保链的安全。

比特币桥：锚定安全性

Plasma 的一个关键特性是其与比特币的深度连接。Plasma 作为一个 比特币侧链 运行，这意味着它是一个以加密方式链接到比特币网络的独立区块链。这种连接的核心是一个过程，其中 Plasma 定期将其 状态根（其交易历史的摘要）锚定到 比特币区块链。一旦此数据嵌入到比特币区块中，Plasma 的历史记录就会继承比特币工作量证明共识的安全性和最终性。这提供了强大的抗审查性保证和一个中立、可靠的安全基础，机构可以依赖它。

这种连接是通过一个 原生的、最小信任桥 而不是中心化或托管桥来实现的。该桥允许用户将实际的 BTC 直接转移到 Plasma 的 EVM 环境中。当用户存入比特币时，一个分散的独立验证器网络（由稳定币发行商和基础设施提供商等实体组成）使用他们自己的完整比特币节点监控交易。存款确认后，验证器会在将 pBTC 铸造到 Plasma 上之前，在链上发布他们的证明以供公开审计。

pBTC 代币基于 LayerZero 的 Omnichain Fungible Token (OFT) 标准，该标准允许它作为单个原生资产跨多个连接的链移动。这种方法绕过了传统包装代币（如 WBTC）所需的流动性碎片化和增加的信任。对于提款，验证器使用阈值签名方案 (TSS) 或多方计算 (MPC) 对交易进行签名，将 BTC 返回给用户。此过程确保没有单个验证器持有完整的私钥，从而使用户能够以强大的安全保证访问可编程比特币。

但请记住，pBTC 和比特币桥机制仍在开发中，并计划在主网 Beta 版发布后发布。

稳定币原生功能：无摩擦体验

Plasma 最大的优势在于其“稳定币原生”合约，这是一套协议控制的模块，可确保消除链上支付摩擦。

在大多数区块链上，稳定币被视为任何其他代币，这会产生用户体验障碍，例如需要单独的原生代币（如 ETH）用于 Gas 费用，或者没有隐私选项。Plasma 通过在协议级别拥有核心支付基础设施来解决此问题，以便所有应用程序都可以为其用户提供更流畅的体验。

零费用 USD₮ 转账

对于 符合条件 的用户，Plasma 提供 免 Gas USD₮ 转账。该功能建立在由协议控制并由 Plasma Foundation 资助的 支付方合约 之上，该合约代表用户支付 Gas 费用。提供轻量级身份验证和速率限制以避免垃圾邮件。整个流程旨在与任何 EVM 钱包和 EIP-4337 等标准兼容，这意味着用户可以发送 USD₮，而无需持有原生 XPL 代币。

自定义 Gas 代币

该网络还支持为任何交易支付 白名单 ERC-20 代币，例如 USD₮ 或 pBTC。这是通过原生 ERC-20 支付方 实现的，该支付方使用受信任的预言机、计算 Gas 价格并进行内部转换，而无需加价费用。此方法消除了通常与第三方提供商相关的信任问题和额外费用，从而简化了用户体验，无需持有单独的 Gas 代币。

机密支付

目前正在积极研究中，这是一个计划中的可选模块，适用于需要隐私的用例，例如工资单和 B2B 结算。该系统旨在使用隐身地址等技术来屏蔽敏感数据（如转账金额和接收者地址），同时通过可验证的证明来保留可审计性。它的设计目标明确：它将以标准 Solidity 实现，对用户来说是可选的，与 DeFi 完全可组合，并符合合规性的监管需求。

在这些专用组件之下，Plasma 网络的费用由底层 EVM 模型决定，以太坊开发人员应该非常清楚这一点。交易的总成本以相同的方式计算：使用的 Gas 乘以 Gas 价格。但是，Plasma 的架构旨在保持非常低且可预测的 Gas 价格，大多数标准交易的成本低于 1 美分。然后，稳定币原生功能位于低摩擦基础上，以消除支付应用程序的最后一点摩擦。

在 Plasma 上构建：开发人员的工具包

借助 Plasma，程序员可以使用他们在以太坊上拥有的相同工具和经验立即开始开发。由于整个网络完全兼容 EVM，因此完全不需要自定义工具链或修改后的合约模式。这意味着减少了学习新环境的时间，而有更多时间来构建可靠的支付应用程序。

为了支持开发，Plasma 与整套 基础设施 集成。开发人员可以通过 RPC 提供商（如 QuickNode）获得可靠的节点访问，并使用 区块浏览器（如 Routescan）跟踪链上活动。为了将 真实世界数据 引入智能合约，Chainlink 充当官方预言机，而 服务（如 Goldsky）提供数据索引。该网络还支持高级功能，如通过 账户抽象 工具包的无 Gas 交易，以及通过 LayerZero 等协议的 互操作性，以及许多其他集成，如正在进行的 Debridge 和 Hyperlane。

在公共 测试网 上入门非常简单。开发人员可以使用提供的 RPC 和链 ID 将网络添加到 MetaMask 等 EVM 钱包，从 Gas.zip 等 水龙头 获取免费的测试网 XPL，并立即开始部署合约。官方文档 和 Discord 上的开发者社区为顺利的入门过程提供全面支持。

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