以太坊權益證明系統的未來發展方向

以太坊聯合創始人維塔利克·布特林近期發布了一系列關於以太坊協議未來發展的文章。這些文章涵蓋了以太坊發展路線圖的六個主要部分,包括合並、擴容、清理、驗證、精簡和完善。本文將重點解讀路線圖的第一部分——合並,探討權益證明機制還有哪些可以改進的地方,以及如何實現這些改進。

維塔利克認爲,"合並"是以太坊歷史上最重要的事件之一,標志着從工作量證明向權益證明的過渡。目前,以太坊作爲一個權益證明系統已經穩定運行近兩年,在穩定性、性能和去中心化方面表現出色。但權益證明機制仍有一些重要領域需要進一步改進。

2023年以太坊的路線圖將改進分爲兩個方面:一是技術特性的改進,如提高穩定性、性能和小型驗證者的可訪問性;二是經濟機制的變革,以應對中心化風險。維塔利克指出,這份路線圖並非詳盡無遺,而是當前正在積極考慮的一些想法。

合並的主要目標

1. 實現單時隙確定性:將區塊最終確定時間從15分鍾縮短到一個時隙內。

2. 在保持去中心化的同時,盡可能快速地確認和完成交易。

3. 提高獨立質押者的可行性。

4. 提升系統穩健性。

5. 增強以太坊對51%攻擊的抵抗能力和恢復能力。

單時隙確定性和質押民主化

目前,以太坊區塊需要15分鍾左右才能最終確定,且成爲質押者需要32 ETH。這是爲了在最大化質押參與度、最小化最終確定時間和最小化節點運行開銷三個目標之間取得平衡。

理想情況下,以太坊希望在保留經濟最終性的同時實現兩個改進:

1. 在一個時隙內(理想情況下12秒或更短)完成區塊最終確定。

2. 將質押門檻從32 ETH降至1 ETH。

實現這兩點將使更多用戶受益於更高級別的安全保障,同時支持更多獨立質押者參與。

然而,這兩個目標與最小化開銷的目標存在衝突。近期研究提出了一些可能的解決方案:

1. 改進籤名聚合協議,如使用ZK-SNARKs技術。

2. Orbit委員會機制:由隨機選取的中型委員會負責鏈的最終確定。

3. 雙層質押機制:設置高低兩個層級的質押者,各自承擔不同職責。

每種方案都有其優缺點,需要在安全性、去中心化程度等方面進行權衡。

單一祕密領袖選舉

目前,下一個區塊的提議者是可以提前知道的,這存在安全隱患。解決方案是使用加密技術爲每個驗證者創建"盲"驗證者ID,然後通過多次改組和重新盲化來隱藏提議者信息。

然而,實現一個既簡單又有效的單一祕密領袖選舉協議並非易事。如何在不過度增加協議復雜性的前提下實現這一目標,仍需進一步研究。

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,提高DeFi協議效率,並有助於L2的去中心化。實現方法主要有兩種:

1. 縮短時隙時間至8秒或4秒。

2. 允許提議者在單個時隙內發布預確認。

然而,縮短時隙時間可能導致驗證者集中化。而預確認方法雖然能改善平均情況下的納入時間,但無法改善最壞情況,且如何激勵預確認仍是一個待解決的問題。

抗量子攻擊

面對未來可能出現的量子計算威脅,以太坊需要積極開發抗量子攻擊替代方案。目前依賴橢圓曲線的每個協議部分都需要基於哈希或其他抗量子技術的替代方案。這也是以太坊在權益證明設計中採取保守性能假設的原因之一。

結語

以太坊權益證明系統的技術演進面臨諸多挑戰。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替代方案的開發,都是以太坊需要解決的重要問題。

維塔利克對"合並"升級進行了全面思考,提出了多種技術解決方案組合,探討了權益證明技術的設計潛力和可行的技術升級路徑。在技術升級過程中,以太坊將繼續探索創新,在不同方案間權衡取舍,以找到最佳發展路徑,實現更高的安全性、性能和去中心化程度。