以太坊權益證明系統的改進路徑

自從兩年前成功完成"合並"以來,以太坊已經穩定運行在權益證明系統上,並在穩定性、性能和去中心化方面表現出色。不過,權益證明系統仍有一些重要領域需要改進。本文將重點探討以太坊權益證明的技術設計中還可以如何改進,以及實現這些改進的可能途徑。

單槽最終性和質押民主化

目前以太坊需要約15分鍾才能完成一個區塊的最終確認,且最低質押門檻爲32 ETH。我們希望能夠在以下兩個方面改善現狀:

• 在一個時隙內完成區塊最終確認(理想情況下保持或縮短當前12秒的時隙長度)
• 將最低質押門檻從32 ETH降至1 ETH

實現這兩個目標面臨的主要挑戰是如何在不大幅增加節點運營成本的情況下處理更多驗證者的籤名。目前有幾種可能的解決方案:

1. 開發更高效的籤名聚合協議,可能利用ZK-SNARKs技術
2. 採用Orbit委員會機制,通過隨機選擇中等規模的委員會來負責最終確認
3. 實施兩層質押機制,將質押者分爲高門檻和低門檻兩類

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。最終可能會採用混合方案。

單一祕密Leader選舉

目前,下一個區塊的提議者是提前已知的,這會導致潛在的DoS攻擊風險。單一祕密Leader選舉(SSLE)協議可以解決這個問題,通過加密技術爲每個驗證者創建"盲"驗證者ID,然後隨機選擇一個盲ID作爲下一個區塊的提議者。

實現SSLE的主要挑戰在於如何在不過度增加協議復雜性的前提下,找到一個足夠簡單且高效的方案。另一種選擇是不採用SSLE,而是通過其他方式(如P2P層面的措施)來緩解DoS風險。

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。實現這一目標的方法主要有兩種:

1. 縮短時隙時間,如減少到8秒或4秒
2. 允許提議者在時隙過程中發布預確認

縮短時隙時間可能會帶來驗證者集中化的風險。預確認方法可以改善平均情況下的確認時間,但無法改善最壞情況。如何激勵預確認也是一個待解決的問題。

其他研究方向

• 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
• 提高法定人數閾值:從67%提高到80%,增加安全性
• 量子抗性:爲應對未來可能出現的量子計算威脅做準備

總的來說,以太坊權益證明系統仍有多個方面可以進一步優化和改進。這需要在安全性、去中心化和效率之間不斷權衡,同時還要考慮到未來可能面臨的新挑戰。