以太坊Beam Chain：共識層的重大變革

以太坊自誕生以來經歷了重大轉變，從最初的PoW工作量證明到2021年成功轉爲PoS權益證明。然而，以太坊基金會的核心研究員認爲，盡管PoS初期表現良好，但過去幾年裏積累了一些"技術債"，其設計未能充分利用零知識證明等去中心化系統的前沿技術。因此，以太坊的共識層亟需一次重大更新。

在最近的曼谷Devcon會議上，一位以太坊研究員提出了一項名爲"Beam Chain"的提案，旨在徹底改革以太坖共識層。這是以太坊長期發展規劃的一部分，目標是在不啓動新網路的前提下，利用當前零知識密碼學的突破成果，大幅提升網路的可擴展性和性能。毫無疑問，這將成爲以太坊未來3-5年內最關鍵的升級之一。

需要明確的是，Beam Chain並非字面意義上的新區塊鏈，而是在以太坊主網內部構建的新基礎設施。它將顯著提高L1主網的交易速度、安全性和效率。有觀點將Beam Chain誤解爲以太坊3.0，但實際上它僅針對共識層進題優化，不會影響數據層或執行層。

Beam Chain將帶來五大核心變革：

1. 更快的區塊確認：實現4秒插槽時間和單插槽最終性
2. 保持去中心化：維持或改善當前的去中心化水平
3. 降低質押門檻：將ETH質押要求從32 ETH降至1 ETH
4. 保護普通用戶：消除基於區塊重組的MEV
5. 面向未來：爲以太坊網路提供抗量子能力

Beam Chain的升級思路和原理

1. 增加區塊產量

Beam Chain將把區塊生產量提高到當前的3倍，以增強以太坊的交易處理能力。引入FOCIL（分叉選擇強制包含列表）機制來增強抗審查能力，確保交易不易被惡意排除。驗證者將通過執行拍賣進行隔離，以確保更強的性能和去中心化，同時減少用戶受MEV影響的風險。

此外，以太坊將實現單時隙最終確定性和4秒區塊時間，加快交易確認速度並提高網路效率。這意味着交易所將不再需要等待多個區塊確認，單區塊即可確認交易。

2. 改進質押機制

Beam Chain將調整驗證者的獎勵發行模型，提高質押收益。獨立驗證者的質押門檻將從32 ETH大幅降低到1 ETH，使得獨立質押更加普及和簡便。

值得注意的是，以太坊在提升速度的同時，能夠容納更多節點參與共識，並且不大幅提高設備硬件要求，這種突破性進展主要歸功於零知識技術的應用，走在了行業前列。

3. 增強安全性

Beam Chain將實施抗量子密碼學，確保網路能夠抵御未來量子計算的潛在威脅，成爲主流區塊鏈中抗量子的先驅。通過集成zkSNARK和zkVM等零知識證明技術，進一步提升隱私性、可擴展性和安全性。

以太坊將利用RISC-V架構實現區塊鏈的SNARK化，提高證明生成的效率和可擴展性。SNARK是一種緊湊的零知識證明形式，允許證明方證明其擁有某信息，而無需透露信息細節或與驗證方進行交互。

簡而言之，這一升級可以概括爲：將整個以太坊網路直接ZK化。同時，引入更強大的隨機性機制，確保驗證者選擇等關鍵網路流程的公平性，並通過改進的審查抵抗能力，最大限度地降低三明治攻擊等機器人泛濫的風險。

4. 工作原理

自以太坊現有共識層（信標鏈）設計確定以來，密碼學家在SNARK領域取得了重大突破。通過將以太坊的狀態轉換函數SNARK化，可以實現4秒時隙時間和單時隙最終性。這不僅能顯著改善以太坊L1的交易體驗，還能通過消除遠程區塊重組策略來降低MEV風險，減少共識層的技術債務。

Beam Chain將通過以下方式推進以太坊升級：

• 利用分片技術加快處理速度，將數據分割成更小的部分同時處理多筆交易，減少瓶頸並加快交易速度。
• 採用領先的加密技術，確保網路安全性能夠抵御未來量子計算機的潛在威脅。
• 與以太坊現有路線圖深度整合，作爲未來5年擴展和提高安全性計劃的重要組成部分。

5. 重要意義

Beam Chain對於增強以太坊處理日益增長的去中心化應用的能力至關重要。它將提升網路可擴展性，降低交易成本，提高整體安全性，使網路能夠支持更多用戶和復雜應用。

基於SNARK的證明系統允許配備標準硬件的普通質押者實現上述性能優勢。隨着質押門檻的降低和網路性能的提升，以太坊質押者羣體的去中心化程度也將得到顯著改善。

特別是門檻的降低，如果配合一些相關的硬件設備，可能會讓家用級驗證者設備更加普及，進一步鞏固以太坊作爲全球節點最多、最去中心化公鏈的地位。

盡管Beam Chain的願景不會立即改變以太坊，也不會顯著改變其長期路線圖，但它將調整路線圖開發的優先順序，加速某些組件的發展。例如，一些原定於2029年實施的重要升級可能會提前實現。

如果Beam Chain獲得足夠的社區支持，開發人員可能會在明年開始制定規範，然後在2026年由開發團隊編寫生產級代碼，2027年進行測試，最終才能安全地部署到以太坊主網上。雖然實施時間看似遙遠，但對於一個去中心化開發的開源軟件來說，這些安全冗餘是必要的。

總的來說，Beam Chain通過ZK化路線一舉解決了過去的"技術債"，這些改進有望在保持以太坊高度去中心化的同時，大幅提升其L1功能。同時，引入的量子抗性等長期解決方案，將使以太坊的共識層進入"維護模式"，確保網路在未來幾十年內保持安全、高效和適應性，爲未來創新奠定基礎，而無需進行顛覆性的重新設計。

以太坊持續不斷地進行長遠布局，這對整個區塊鏈行業來說都是令人振奮的發展。這也爲我們在當前活躍的市場環境中保持對以太坊的樂觀態度提供了堅實基礎。