以太坊权益证明系统的未来发展方向

以太坊联合创始人Vitalik Buterin最近发布了一系列文章,探讨以太坊协议的未来发展方向。本文将聚焦于路线图中的第一部分"The Merge",探讨权益证明(PoS)机制还有哪些可以改进的地方,以及如何实现这些改进。

虽然以太坊已经成功过渡到PoS系统近两年,在稳定性、性能和去中心化方面表现出色,但仍有一些重要领域需要改进。2023年的路线图将重点放在改进技术特性和应对中心化风险上。

主要目标

1. 实现单时隙确定性(SSF):将区块最终确定时间从15分钟缩短到一个时隙内。

2. 在保持去中心化的同时,尽可能快速地确认和完成交易。

3. 降低单独质押门槛,提高个人质押的可行性。

4. 提高系统稳健性。

5. 增强对51%攻击的抵抗和恢复能力。

单时隙确定性和质押民主化

目前,以太坊区块确认需要约15分钟,最低质押门槛为32 ETH。这是在最大化验证者数量、最小化最终确定时间和运行节点开销三个目标之间的平衡。

理想情况下,以太坊希望:

1. 在一个时隙内(12秒或更短)完成区块最终确定。
2. 将最低质押门槛从32 ETH降至1 ETH。

这些改进可以让更多用户享受到更高级别的安全保障,同时降低单独质押的门槛。但实现这些目标面临着与最小化节点开销相冲突的挑战。

单时隙确定性方案

为了在大规模验证者参与的情况下实现单时隙确定性,有几种可能的解决方案:

1. 改进签名聚合协议,可能使用ZK-SNARKs技术。

2. Orbit委员会:随机选取中型委员会负责链的最终确定,同时保持较高的攻击成本。

3. 双层质押:设置两类质押者,高存款要求的质押者直接参与经济最终性过程。

每种方案都有其优缺点,需要在安全性和去中心化程度之间权衡。

单一秘密领袖选举

目前,下一个区块的提议者是可以提前知道的,这存在安全漏洞。单一秘密领袖选举(SSLE)协议通过加密技术为每个验证者创建"盲"验证者ID,并让多个提议者有机会对盲ID池进行改组和重新盲化,从而解决这个问题。

然而,实现一个足够简单且抗量子的SSLE协议仍面临挑战。

更快的交易确认

将交易确认时间从12秒缩短到4秒可以显著改善用户体验并提高DeFi协议效率。有两种可能的方法:

1. 缩短时隙时间至8秒或4秒。
2. 允许提议者在单时隙期间发布预确认。

但这两种方法都存在一些技术挑战和潜在风险。

抗量子攻击

面对未来可能的量子计算威胁,以太坊需要为当前依赖椭圆曲线的协议部分开发基于哈希或其他抗量子的替代方案。

结语

以太坊权益证明系统的技术演进面临诸多挑战。单时隙最终确定性、质押民主化、单一秘密领袖选举、更快的交易确认以及抗量子攻击替代方案的开发,都是以太坊需要解决的重要问题。

在技术升级过程中,以太坊不断探索和创新,在不同方案间权衡,以找到最佳发展路径,实现更高的安全性、性能和去中心化程度。