以太坊權益證明系統的未來發展方向

以太坊聯合創始人Vitalik Buterin最近發布了一系列文章,探討以太坊協議的未來發展方向。本文將聚焦於路線圖中的第一部分"The Merge",探討權益證明(PoS)機制還有哪些可以改進的地方,以及如何實現這些改進。

雖然以太坊已經成功過渡到PoS系統近兩年,在穩定性、性能和去中心化方面表現出色,但仍有一些重要領域需要改進。2023年的路線圖將重點放在改進技術特性和應對中心化風險上。

主要目標

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. 降低單獨質押門檻,提高個人質押的可行性。

4. 提高系統穩健性。

5. 增強對51%攻擊的抵抗和恢復能力。

單時隙確定性和質押民主化

目前,以太坊區塊確認需要約15分鍾,最低質押門檻爲32 ETH。這是在最大化驗證者數量、最小化最終確定時間和運行節點開銷三個目標之間的平衡。

理想情況下,以太坊希望:

1. 在一個時隙內(12秒或更短)完成區塊最終確定。
2. 將最低質押門檻從32 ETH降至1 ETH。

這些改進可以讓更多用戶享受到更高級別的安全保障,同時降低單獨質押的門檻。但實現這些目標面臨着與最小化節點開銷相衝突的挑戰。

單時隙確定性方案

爲了在大規模驗證者參與的情況下實現單時隙確定性,有幾種可能的解決方案:

1. 改進籤名聚合協議,可能使用ZK-SNARKs技術。

2. Orbit委員會:隨機選取中型委員會負責鏈的最終確定,同時保持較高的攻擊成本。

3. 雙層質押:設置兩類質押者,高存款要求的質押者直接參與經濟最終性過程。

每種方案都有其優缺點,需要在安全性和去中心化程度之間權衡。

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,這存在安全漏洞。單一祕密領袖選舉(SSLE)協議通過加密技術爲每個驗證者創建"盲"驗證者ID,並讓多個提議者有機會對盲ID池進行改組和重新盲化,從而解決這個問題。

然而,實現一個足夠簡單且抗量子的SSLE協議仍面臨挑戰。

更快的交易確認

將交易確認時間從12秒縮短到4秒可以顯著改善用戶體驗並提高DeFi協議效率。有兩種可能的方法:

1. 縮短時隙時間至8秒或4秒。
2. 允許提議者在單時隙期間發布預確認。

但這兩種方法都存在一些技術挑戰和潛在風險。

抗量子攻擊

面對未來可能的量子計算威脅,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。

在技術升級過程中,以太坊不斷探索和創新,在不同方案間權衡,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。