以太坊權益證明系統的未來發展方向

自今年10月以來，以太坊聯合創始人發表了一系列關於以太坊協議未來可能性的文章，涵蓋了以太坊發展路線圖的六個主要部分。本文將重點解讀路線圖的第一部分，探討權益證明系統還有哪些技術設計可以改進，以及實現這些改進的途徑。

"合並"是以太坊協議歷史上最重要的事件之一，標志着從工作量證明到權益證明的過渡。雖然目前的權益證明系統在穩定性、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年的路線圖將這些改進分爲兩類：技術特性的提升（如穩定性、性能和小型驗證者的可訪問性），以及應對中心化風險的經濟變革。

主要改進目標

1. 單時隙確定性（SSF）：將區塊最終確定時間從15分鍾縮短至一個時隙內。

2. 在保持去中心化的同時，以最快速度確認和完成交易。

3. 降低單獨質押的門檻，提高其可行性。

4. 提高系統整體穩健性。

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

當前系統需要約15分鍾才能完成一個區塊，且要求32 ETH才能成爲質押者。這是在以下三個目標之間的權衡：

• 最大化參與質押的驗證者數量
• 最小化最終確定時間
• 最小化節點運行開銷

理想情況下，以太坊希望在保留經濟最終性的同時實現兩個改進：

1. 在一個時隙內（理想情況下12秒或更短）完成區塊最終確定。
2. 將質押門檻從32 ETH降至1 ETH。

這些改進將使更多用戶受益於更高級別的安全保障，並支持更多個人進行單獨質押。

單時隙確定性提案

爲了在大規模驗證者參與的情況下實現單時隙確定性，同時避免節點運營成本過高，目前有幾種領先的解決方案：

1. 改進籤名聚合協議，可能使用ZK-SNARKs技術。
2. Orbit委員會機制，允許隨機選取的中型委員會負責鏈的最終確定性。
3. 雙層質押機制，設置兩類不同存款要求的質押者。

每種方案都有其優缺點，需要在安全性、去中心化程度和技術復雜性之間進行權衡。

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，這存在安全隱患。解決方案是使用加密技術爲每個驗證者創建"盲"驗證者ID，然後通過多次改組和重新盲化來隱藏下一個區塊提議者的信息。

然而，實現一個簡單且高效的單一祕密領袖選舉協議並非易事，還需要考慮抗量子計算的問題。

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和DeFi協議效率。主要有兩種技術路線：

1. 減少時隙時間至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挑戰，如驗證者集中化風險和激勵機制問題。

抗量子計算威脅

面對未來可能的量子計算威脅，以太坊需要爲目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。爲應對這些挑戰，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亟需解決的重要問題。

在技術升級過程中，以太坊團隊正在不斷探索和創新，權衡不同的技術方案，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。