以太坊權益證明系統的技術進化之路

以太坊聯合創始人Vitalik Buterin近期發布了一系列關於以太坊未來發展的文章,涵蓋了其路線圖的六個關鍵階段。本文將重點解析第一階段"The Merge",探討權益證明機制(PoS)的潛在改進方向及實現路徑。

"The Merge"標志着以太坊從工作量證明(PoW)向權益證明(PoS)的重大轉型。盡管以太坊作爲PoS系統已穩定運行近兩年,表現出色,但仍有多個方面需要進一步優化。

核心目標

1. 實現單時隙確定性(SSF),將區塊最終確定時間從15分鍾縮短至單個時隙內。

2. 在保持去中心化的前提下,最大化交易確認和完成速度。

3. 降低質押門檻,提高個人質押的可行性。

4. 增強系統整體穩健性。

5. 提升對51%攻擊的抵御和恢復能力。

技術挑戰與解決方案

單時隙確定性與質押民主化

目前,以太坊區塊最終確定需要約15分鍾,最低質押門檻爲32 ETH。這一設置是爲了平衡驗證者數量、最終確定時間和節點運行成本三個目標。

理想情況下,以太坊希望在保持經濟最終性的同時:

• 將區塊最終確定時間縮短至12秒內
• 將最低質押門檻降至1 ETH

爲實現這些目標,目前有幾種方案:

1. 改進籤名聚合協議,如利用ZK-SNARKs技術。

2. 採用Orbit委員會機制,通過隨機選取中型委員會負責鏈的最終確定。

3. 實施雙層質押機制,設置不同存款要求的兩類質押者。

單一祕密領袖選舉

當前,下一個區塊的提議者是可預知的,這存在安全隱患。解決方案是在區塊生成前隱藏提議者信息,但實現一個足夠簡單的協議並非易事。

加快交易確認

將交易確認時間從12秒縮短到4秒可顯著改善用戶體驗。主要有兩種方法:

• 縮短時隙時間至8秒或4秒
• 允許提議者在單時隙內發布預確認

然而,這些方法都面臨技術挑戰和潛在風險。

抗量子計算威脅

面對潛在的量子計算威脅,以太坊需要爲當前依賴橢圓曲線的協議部分開發基於哈希或其他抗量子的替代方案。

結語

以太坊在PoS系統優化方面面臨諸多挑戰。單時隙最終確定性、質押民主化、單一祕密領袖選舉、更快的交易確認以及抗量子攻擊方案的開發,都是亟需解決的關鍵問題。

以太坊團隊正在積極探索各種技術方案,權衡利弊,以找到最佳的發展路徑,不斷提升系統的安全性、性能和去中心化程度。這一進程體現了以太坊社區持續創新和自我完善的精神。