以太坊权益证明系统:未来发展方向

从工作量证明向权益证明的过渡已经成为以太坊历史上最重要的里程碑。经过近两年的运行,权益证明系统在稳定性、性能和去中心化方面表现出色。然而,仍有一些关键领域需要进一步改进。本文将探讨以太坊权益证明系统未来可能的技术改进方向。

单槽最终性与质押民主化

目前,以太坊需要约15分钟才能最终确认一个区块,且最低质押门槽为32 ETH。这是为了平衡验证者数量、完成时间和节点开销而做出的折衷。理想情况下,我们希望实现以下两个目标:

• 在一个时隙内(12秒或更短)完成区块最终确认
• 将最低质押门槛降至1 ETH

实现这些目标面临的主要挑战是如何在保持经济最终性的同时,处理大量验证者带来的开销增加。目前有几种可能的解决方案:

1. 改进签名聚合协议,如利用ZK-SNARKs等技术。

2. Orbit委员会机制:随机选择中等规模的委员会负责最终确认,同时保留经济最终性。

3. 两层质押机制:将质押者分为高低两个层级,只有高层级直接参与经济最终性。

4. 维持现状。

每种方案都有其优缺点,需要在安全性、去中心化和效率之间权衡。可能的解决方案还包括上述方案的组合。

单一秘密领导者选举

当前,下一个区块的提议者是预先已知的,这存在安全隐患。攻击者可以对目标验证者发起DoS攻击。单一秘密领导者选举(SSLE)协议旨在解决这一问题,通过加密技术隐藏下一个区块提议者的身份。

尽管SSLE在理论上可行,但在实际实施中仍面临一些挑战:

• 如何在不过度增加协议复杂性的前提下实现SSLE
• 如何设计一个足够高效的抗量子SSLE方案

另一种选择是通过其他方式(如P2P层面的措施)来缓解DoS风险,而不实施SSLE。

更快的交易确认

将交易确认时间从12秒缩短到4秒将显著改善用户体验。主要有两种技术路线:

1. 缩短时隙时间至8秒或4秒。
2. 允许提议者在时隙内发布预确认。

这两种方法各有利弊。缩短时隙时间可能会增加中心化风险,而预确认方法虽然能改善平均确认时间,但无法改善最坏情况。此外,如何激励预确认也是一个待解决的问题。

其他研究方向

1. 51%攻击恢复:减少对社交层的依赖,使恢复过程尽可能自动化。

2. 提高法定人数门槛:将最终确认所需的支持率从67%提高到80%,以增强安全性。

3. 量子抗性:随着量子计算技术的进步,需要为依赖椭圆曲线的协议部分开发基于哈希或其他量子抗性的替代方案。

这些改进方向旨在进一步增强以太坊权益证明系统的安全性、效率和去中心化程度。然而,每项改进都需要在多个目标之间权衡,需要社区进行深入讨论和研究才能最终确定。