以太坊权益证明系统的改进路径

自从两年前成功完成"合并"以来,以太坊已经稳定运行在权益证明系统上,并在稳定性、性能和去中心化方面表现出色。不过,权益证明系统仍有一些重要领域需要改进。本文将重点探讨以太坊权益证明的技术设计中还可以如何改进,以及实现这些改进的可能途径。

单槽最终性和质押民主化

目前以太坊需要约15分钟才能完成一个区块的最终确认,且最低质押门槛为32 ETH。我们希望能够在以下两个方面改善现状:

• 在一个时隙内完成区块最终确认(理想情况下保持或缩短当前12秒的时隙长度)
• 将最低质押门槛从32 ETH降至1 ETH

实现这两个目标面临的主要挑战是如何在不大幅增加节点运营成本的情况下处理更多验证者的签名。目前有几种可能的解决方案:

1. 开发更高效的签名聚合协议,可能利用ZK-SNARKs技术
2. 采用Orbit委员会机制,通过随机选择中等规模的委员会来负责最终确认
3. 实施两层质押机制,将质押者分为高门槛和低门槛两类

每种方案都有其优缺点,需要在安全性、去中心化和效率之间权衡。最终可能会采用混合方案。

单一秘密Leader选举

目前,下一个区块的提议者是提前已知的,这会导致潜在的DoS攻击风险。单一秘密Leader选举(SSLE)协议可以解决这个问题,通过加密技术为每个验证者创建"盲"验证者ID,然后随机选择一个盲ID作为下一个区块的提议者。

实现SSLE的主要挑战在于如何在不过度增加协议复杂性的前提下,找到一个足够简单且高效的方案。另一种选择是不采用SSLE,而是通过其他方式(如P2P层面的措施)来缓解DoS风险。

更快的交易确认

将交易确认时间从12秒缩短到4秒将显著改善用户体验。实现这一目标的方法主要有两种:

1. 缩短时隙时间,如减少到8秒或4秒
2. 允许提议者在时隙过程中发布预确认

缩短时隙时间可能会带来验证者集中化的风险。预确认方法可以改善平均情况下的确认时间,但无法改善最坏情况。如何激励预确认也是一个待解决的问题。

其他研究方向

• 51%攻击恢复:减少对社交层的依赖,使恢复过程尽可能自动化
• 提高法定人数阈值:从67%提高到80%,增加安全性
• 量子抗性:为应对未来可能出现的量子计算威胁做准备

总的来说,以太坊权益证明系统仍有多个方面可以进一步优化和改进。这需要在安全性、去中心化和效率之间不断权衡,同时还要考虑到未来可能面临的新挑战。