以太坊權益證明系統:未來發展方向

從工作量證明向權益證明的過渡已經成爲以太坊歷史上最重要的裏程碑。經過近兩年的運行,權益證明系統在穩定性、性能和去中心化方面表現出色。然而,仍有一些關鍵領域需要進一步改進。本文將探討以太坊權益證明系統未來可能的技術改進方向。

單槽最終性與質押民主化

目前,以太坊需要約15分鍾才能最終確認一個區塊,且最低質押門槽爲32 ETH。這是爲了平衡驗證者數量、完成時間和節點開銷而做出的折衷。理想情況下,我們希望實現以下兩個目標:

• 在一個時隙內(12秒或更短)完成區塊最終確認
• 將最低質押門檻降至1 ETH

實現這些目標面臨的主要挑戰是如何在保持經濟最終性的同時,處理大量驗證者帶來的開銷增加。目前有幾種可能的解決方案:

1. 改進籤名聚合協議,如利用ZK-SNARKs等技術。

2. Orbit委員會機制:隨機選擇中等規模的委員會負責最終確認,同時保留經濟最終性。

3. 兩層質押機制:將質押者分爲高低兩個層級,只有高層級直接參與經濟最終性。

4. 維持現狀。

每種方案都有其優缺點,需要在安全性、去中心化和效率之間權衡。可能的解決方案還包括上述方案的組合。

單一祕密領導者選舉

當前,下一個區塊的提議者是預先已知的,這存在安全隱患。攻擊者可以對目標驗證者發起DoS攻擊。單一祕密領導者選舉(SSLE)協議旨在解決這一問題,通過加密技術隱藏下一個區塊提議者的身分。

盡管SSLE在理論上可行,但在實際實施中仍面臨一些挑戰:

• 如何在不過度增加協議復雜性的前提下實現SSLE
• 如何設計一個足夠高效的抗量子SSLE方案

另一種選擇是通過其他方式(如P2P層面的措施)來緩解DoS風險,而不實施SSLE。

更快的交易確認

將交易確認時間從12秒縮短到4秒將顯著改善用戶體驗。主要有兩種技術路線:

1. 縮短時隙時間至8秒或4秒。
2. 允許提議者在時隙內發布預確認。

這兩種方法各有利弊。縮短時隙時間可能會增加中心化風險,而預確認方法雖然能改善平均確認時間,但無法改善最壞情況。此外,如何激勵預確認也是一個待解決的問題。

其他研究方向

1. 51%攻擊恢復:減少對社交層的依賴,使恢復過程盡可能自動化。

2. 提高法定人數門檻:將最終確認所需的支持率從67%提高到80%,以增強安全性。

3. 量子抗性:隨着量子計算技術的進步,需要爲依賴橢圓曲線的協議部分開發基於哈希或其他量子抗性的替代方案。

這些改進方向旨在進一步增強以太坊權益證明系統的安全性、效率和去中心化程度。然而,每項改進都需要在多個目標之間權衡,需要社區進行深入討論和研究才能最終確定。