以太坊权益证明系统的未来发展方向

自今年10月以来，以太坊联合创始人发表了一系列关于以太坊协议未来可能性的文章，涵盖了以太坊发展路线图的六个主要部分。本文将重点解读路线图的第一部分，探讨权益证明系统还有哪些技术设计可以改进，以及实现这些改进的途径。

"合并"是以太坊协议历史上最重要的事件之一，标志着从工作量证明到权益证明的过渡。虽然目前的权益证明系统在稳定性、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年的路线图将这些改进分为两类：技术特性的提升（如稳定性、性能和小型验证者的可访问性），以及应对中心化风险的经济变革。

主要改进目标

1. 单时隙确定性（SSF）：将区块最终确定时间从15分钟缩短至一个时隙内。

2. 在保持去中心化的同时，以最快速度确认和完成交易。

3. 降低单独质押的门槛，提高其可行性。

4. 提高系统整体稳健性。

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

当前系统需要约15分钟才能完成一个区块，且要求32 ETH才能成为质押者。这是在以下三个目标之间的权衡：

• 最大化参与质押的验证者数量
• 最小化最终确定时间
• 最小化节点运行开销

理想情况下，以太坊希望在保留经济最终性的同时实现两个改进：

1. 在一个时隙内（理想情况下12秒或更短）完成区块最终确定。
2. 将质押门槛从32 ETH降至1 ETH。

这些改进将使更多用户受益于更高级别的安全保障，并支持更多个人进行单独质押。

单时隙确定性提案

为了在大规模验证者参与的情况下实现单时隙确定性，同时避免节点运营成本过高，目前有几种领先的解决方案：

1. 改进签名聚合协议，可能使用ZK-SNARKs技术。
2. Orbit委员会机制，允许随机选取的中型委员会负责链的最终确定性。
3. 双层质押机制，设置两类不同存款要求的质押者。

每种方案都有其优缺点，需要在安全性、去中心化程度和技术复杂性之间进行权衡。

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，这存在安全隐患。解决方案是使用加密技术为每个验证者创建"盲"验证者ID，然后通过多次改组和重新盲化来隐藏下一个区块提议者的信息。

然而，实现一个简单且高效的单一秘密领袖选举协议并非易事，还需要考虑抗量子计算的问题。

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和DeFi协议效率。主要有两种技术路线：

1. 减少时隙时间至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挑战，如验证者集中化风险和激励机制问题。

抗量子计算威胁

面对未来可能的量子计算威胁，以太坊需要为目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。为应对这些挑战，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亟需解决的重要问题。

在技术升级过程中，以太坊团队正在不断探索和创新，权衡不同的技术方案，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。