Plasma - kukgini/blockchain GitHub Wiki

Abstract

Plasma는 스마트 컨트렉트의 인센티브 및 강제 실행을 위해 제안 된 프레임워크로, 초당 상당량의 상태 업데이트 (잠재적으로 수십 억)로 확장 가능하여 블록 체인이 전 세계적으로 상당한 양의 분산된 금융 애플리케이션을 대표 할 수 있게합니다. 이러한 스마트 컨트렉트는 트랜잭션 상태 전환을 시행하기 위해 궁극적으로 기본 블록 체인 (예 : Ethereum)에 의존하는 네트워크 트랜잭션 수수료를 통해 자율적으로 계속 작동하도록 유인됩니다.

우리는 분산된 자율 응용 프로그램이 금융 활동을 처리 할뿐만 아니라 중앙 집중식 서버 팜에 대한 대안을 만들 수있는 글로벌 영구 데이터 서비스에 경제적 인센티브를 구축하도록 확장할 수 있는 방법을 제안합니다.

Plasma는 디자인의 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 모든 블록 체인 계산을 MapReduce 함수 세트로 다시 채우는 것과 Nakamoto Consensus 인센티브가 블록을 방해한다는 사실을 이해하여 기존 블록 체인 위에 Proof-of-Stake 토큰 본딩을 수행하는 선택적 방법 원천 징수.

이 구성은 주 블록 체인에서 상태 전환을 적용 할 수있는 사기 증거를 사용하여 주요 블록 체인에서 현명한 계약을 작성함으로써 성취됩니다. 블록 체인을 트리 계층 구조로 구성하고 각각을 강제적 인 블록 체인 히스토리를 가진 개별 브랜치 체인으로 취급하고 Merkle 증명으로 커밋 된 MapReducable 계산을 처리합니다. 원장 엔트리를 상위 체인에 의해 적용되는 하위 블록 체인으로 프레임함으로써 신뢰가 ​​최소화 된 믿을 수없는 스케일을 가능하게 할 수 있습니다 (루트 블록 체인 가용성 및 정확성을 가정).

비 글로벌 데이터의 글로벌 시행에 대한 가장 큰 어려움은 데이터 가용성과 원천 징수 공격을 차단하는 것입니다. Plasma는 오류가 발생한 체인을 제거하고 데이터의 지속적인 올바른 실행을 장려하고 시행 할 수있는 메커니즘을 만들어 이러한 문제를 완화합니다.

머크 라이즈 된 커미트먼트 만이 비 결함 상태 동안 루트 블록 체인 (즉, 에테 리움)에 주기적으로 브로드 캐스팅되기 때문에, 이것은 엄청나게 확장 가능하고, 저비용의 트랜잭션 및 계산을 허용 할 수있다. Plasma를 사용하면 지속적으로 분산 된 애플리케이션을 대규모로 운영 할 수 있습니다.

Scalable Multi-Party Computation

연산의 실행은 Off-chain 에서 하지만 궁극적으로는 On-chain 에 업데이트 되도록 하여 초당 수십억개의 연산이 가능한 시스템을 설계 하려는 목적.

Plasma

SmartContract 의 집합을 통해 확장 가능한 Plasma Chain 을 만든다. Root Chain (위 그림에서는 Ethereum) 은 모든 연산을 수행하는 대신 사기 행각이 있었는지 여부만을 판별하고 패널티를 부과한다.

주요 컴포넌트

1. 연산을 지속적으로 유지하도록 유도하는 비용 효율적 인센티브 계층.
2. 하위 체인을 트리 형식으로 정렬하는 구조.
3. 높은 확장성을 위해 상태 전이를 재구성하더라도 트리 구조의 호환성을 유지하면서 상태 전이의 사기 증명이 가능한 맵-리듀스 프레임워크.
4. 강력한 Security 를 제공하는 루트 체인 에 의존하는 합의 메커니즘.
5. 루트 체인에서 정확한 상태 전이를 보장하면서 대량 배출 비용을 최소화하는 비트맵-UTXO 약정 구조.

Note: 데이터 문제 또는 기타 비잔틴 행동 이탈시 Exit 를 허용하는 것이 Plasma의 운영에서 중요한 설계 포인트 중 하나입니다.

The Plasma Blockchain, or Externalized Multiparty Channels

다중의 파티 (각각의 목적을 가진 그룹) 이 그 참여자들의 상태를 보관하게 하는 방법과 프레임워크를 플라즈마 블록체인 이라고 우리가 명하노라.

We propose a method whereby multiparty off-chain channels can hold state on behalf of others. We call this framework a Plasma blockchain.

블록의 내용은 Plasma Chain 에 보관하고 블록 해더만 루트 체인에 보관한다 (일정 시간/기준으로 정기적인 배치작업). 만약 루트 체인에 제출된 내용에 사기 행각이 있다는 것이 증명되면 (누군가 그것을 증명하는 트렌젝션을 제출하면) 블록은 롤백되고 블록 생성자는 패털티를 받게 된다. 다량의 트렌젝션이 하나의 해쉬로 대체되므로 매우 효율적이게 된다.

최악의 상황에서는 펀드가 잠기고 대량 인출 (MassExit)의 발생으로 time-value 를 잃어버리게 된다. (?)

우리는 사기나 비잔틴 장애를 제거할 수 있도록 사기를 증명하는 스마트 컨트렉트 세트를 마련해 두었음.

Enforcible Blockchains in Blockchains

Plasma Proof-of-Stake

단일 운영자에 의한 Plasma 체인이라도 ETH 를 담보한 PoS 로 Validator 세트를 통해 상태를 저장하도록 권한다. 또한 PoS 컨센선스 메커니즘은 꼭 온체인 스마트 컨트렉트로 하시라.

Blockchains as MapReduce

A Description of Economic Incentives around Persistent Decentralized Autonomous Blockchains

Design Stack and Smart Contracts

Plasma 는 신속하게 Finality 에 도달하도록 설계되지는 않았다. (결국에는 RootChain 에 반영이 되어야만 하니까.)

Plasma is not designed to reach assured finality rapidly, even though transactions are confirmed in the child chains rapidly, it requires it to be finalized on the underlying root blockchain.

SmartContract 관점 에서는 FreeOptionProblem 이 이슈이다. 수신자가 서명을 하지 않을 가능성이 있는데 LightningNetwork 을 통해 어느 정도 해결 가능하다. 하나의 큰 거래 대신 작은 거래를 대량으로 일으키는 LightningNetwork 을 사용하면 점진적인 자금 이동이 되므로 FreeOptionProblem 이 최소화된다.

PlasmaChain 에서의 거래과정

1. A 가 A--10-->B Transaction 생성
2. A 가 Operator 에게 Transaction 제출
3. Operator 가 Parent Chain 에 (재귀적으로 Root Chain 에) Commit
4. A 가 B 에게 Transaction 전달
5. B 가 Root Chain 에서 Commit 여부 확인
6. B 가 Transaction 에 서명 (<-- 이 부분에서 B 가 FreeOption 즉, 서명을 하지 않을 수 있음)

이 그림과 같이 PlasmaChain 위에 LightningNetwork 를 구성하여 자금을 통으로 넘기지 않고 점진적으로 넘기게 되면 상대방이 All or Nothing 으로 거래를 선택하기가 힘들어 짐.

Note: PlasmaCash 로도 이 문제를 해결할 수 있음.

The Most Significant Problem in Sharding is Information

Shading 으로 데이터 세트가 갈라지면 개별 Shard 에서 정보를 꺼내올 수 없으므로 사기 증명이 불가능해진다.

With sharded data sets, there is a significant risk of individual shards to refuse to disclose information. It would thereby be impossible to produce fraud proofs.

이를 해결할 3 가지 전략을 가지고 있음

1. 블록 전파를 장려하는 새로운 PoS 메커니즘
2. 정확한 인출 증명이 가능할 만큼 충분한 인출 지연 시간을 갖는다.
3. 어떤 ParentChain 으로든 Transaction 을 전파할 수 있는 ChildChain 을 만든다. (응? 그럼 트리구조가 깨질거 같은데...)

Related Work

TrueBit

사기 증명 과정이 TrueBit 과 매우 유사하게 설계되어 있으며 TrueBit 의 결과물이 Plasma 에 그대로 적용될 수 있을 것임. (특히 상태 전이의 머클 증명 부분에서).

이를 통해:

• 데이터 가용성 문제가 완화될 것임
• PlasmaChain 의 Failure 가 더 명확히 공개될 것임

Blockchain Sharding

현재의 Sharding 은 Plasma 와 유사한 기술과 목표를 가짐짐. 이런 구성은 상위 레이어에서 호환성을 가질 수 있다. RootChain 에 Sharding 이 지원되면 Plasma 는 더 높은 Scalability 를 위해 그 위에서 돌아가거나 다른 장점들을 제공할 수 있을 것이다. (이 말은 Sharding 이 지원되면 Plasma 의 아이디어가 흡수될 것이란 말처럼 보임...)

Federated Sidechains

Actor 들이 매우 정직하게 활동해야 하는 Feterated 방식과 달리 Plasma 는 이를 강제하지 않으므로 FederatedPeggedSidechain 과는 다르다.

Merge-Mined Blockchain

Treechains

zk-SNARKs and zk-STARKs

zk-SNARKs/STARKs (또는 이와 유사한 비 대화형 축약 증명법)은 Plasma 에 권장된다.

zk-SNARKs/STARKs and other forms of non-interactive compact proofs is complimentary to Plasma.

이를 통해 머클 연산과 함께 그에 대한 증명이 붙어 다닐 수 있을 것임. 또한 작은 규모의 ChildChain 에 대한 시스템적 공격을 줄일 수 있을 것임.

Cosmos/Tendermint

Cosmos 는 Hub 와 Zones 라 불리는 하위 블록체인을 배치하여 매우 유사한 구조인 것처럼 보인다. 하지만, Plasma 는 사기 증명이라는 구조 위에서 동작하며 다양한 체인에 응용이 가능할 만큼 충분히 일반화 되어 있는 반면, Cosmos 는 Hub 와 Zone 모두 2/3 이상의 정직한 Validator 가 있다는 가정 하에 동작한다.

Polkadot

Lumino

Multiparty Off-Chain State

Fraud Proofs

모두가 1-4의 블록을 가지고 있고 Block 4 에서 사기 행각이 일어났다고 가정하면

누군가 (여기서는 Alice) Block 4 가 사기임을 증명하는 트랜젝션을 루트 체인에 제출한다. Block 4 의 생성자는 예치해둔 자금을 잃게 되고 현재 최신 블록은 Block 3 가 된다.

Deposits

예치 방법은 RootChain 의 마스터 스마트 컨트렉트에 직접 보내는 것이다. 마스터 스마트 컨트렉트 다음 역할을 수행한다.

• 상태 커밋들의 추적
• 사기 증명을 통한 비정상 행위의 패널티
• 예치 / 인출 처리

Child Plasma Chain 은 RootChain 의 Full validator 이고, 들어오는 트렌젝션들은 Two-phase lock-in 으로 처리되어야 함 (앞절에서 트렌젝션 처리과정에 기술한 것과 같이)

1. ETH 를 RootChain 의 PlasmaContract 로 보냄
2. PlasmaChain 은 들어오는 트렌젝션 증명을 포함시킴. - 예치자에 의해서나 락인 트렌젝션에서만 쓰일수 있게 제한하고 제대로 된 인출 요청에 응한다는 조건과 함께.
3. 예치자는 PlasmaChain 에 생성된 트렌젝션에 서명함. - 이 과정을 통해 예치자가 자금 인출을 위한 충분한 정보를 제공 받았음이 확인됨.

Block 3 에서 Alice 가 1 ETH 를 얻었다. 그녀는 그 자금이 루트 체인에서 잠겨있고 PlasmaContrace 의 계정에 예치되어 있는 것을 확인할 수 있다. 예치자(Alice 에게 PlasmaChain 에서 자금을 넘긴 이전 소유자)는 인출요청을 할 수 있지만 확정되기까지 상당한 시간을 기다려야 한다. 이 기간동안 아무도 (특히 Alice 가) 이의를 제기하지 않으면 자금 인출은 정상적으로 수행된다. (응?)

Mass Withdrawals and Bitmapped State

State Transitions

Periodic Commitments to the Root Chain

Withdrawals

• 단순 인출(Simple withdrawal) - 가장 핵심적인 인출 프로세스
• 빠른 인출(Fast Withdrawal) - 정상적인 상황에서 단순 인출의 번거로움을 덜기 위해 아토믹 스왑 (StomicSwap) 을 활용
• 대량 인출(Mass Withdrawal) - 사기 발생시 자산 보호를 위해 활용되는 인출 프로세스. 한명이 대량 인출 프로세스를 개시하면 다른 사람들이 여기 참여할 수 있다.

Adversarial Mass Withdrawal

Recycling UTXOs

Blockchains in Blockchains

Receiving Funds Inside a Chain

Receiving Funds from a Parent Chain

From a Tree to a Web

Mitigating the Block Withholding Problem

Exiting

Scalability

Plasma Proof-of-Stake

Nakamoto Consensus Incentives

Example Simple Proof of Stake Model

Economic Incentives

Tokens vs. Coins and Economic Security

MapReduce for the Blockchain

Example Applications

Reddit Clone on the Blockchain

Decentralized Exchange

Decentralized Mail

Decentralized CDN

Private Chains

Attacks, Risks, and Mitigations

Smart Contract Code

Closing Transaction on Main Chain Too Expensive

Finality

Root Chain Lack of Capacity or Increasing Costs

Root Chain Censorship

Chain halt

Inability to Change Consensus Rules

Future Research

Conclusion and Summary

Acknowledgements

References

• HomePage
• Paper