以太坊權益證明系統的改進之路

以太坊轉向權益證明機制已近兩年,運行穩定且表現優異。但仍有一些關鍵領域需要進一步完善,主要包括技術特性的改進和應對中心化風險的經濟變革。本文將重點討論權益證明技術設計中可改進的方面及實現途徑。

單槽最終性和質押民主化

目前以太坊需要15分鍾才能完成一個區塊,且最低質押門槽爲32 ETH。理想情況下,我們希望在一個時隙內(12秒甚至更短)就能完成區塊最終確認,同時將最低質押門槽降至1 ETH。這將使更多用戶受益於最終確認機制帶來的安全保障,同時顯著降低單獨質押的門槽。

實現單槽最終性的主要挑戰在於如何在驗證者數量激增的情況下保持較低的節點運營開銷。目前有幾種可行方案:

1. 通過更高效的籤名聚合協議來處理每個時隙中數百萬驗證者的籤名。

2. 採用Orbit委員會機制,由隨機選擇的中等規模委員會負責最終確認。

3. 採用兩層質押機制,只有高層級質押者直接參與提供經濟最終性。

這些方案各有利弊,需要在安全性、去中心化和效率之間權衡。未來可能會採用混合方案,如結合Orbit和籤名聚合技術等。

單一祕密Leader選舉

目前以太坊網路中下一個區塊的提議者是預先已知的,這存在安全隱患。攻擊者可以通過監視網路識別驗證者的IP地址,並在其即將提出區塊時發起DoS攻擊。

單一祕密Leader選舉(SSLE)協議通過加密技術爲每個驗證者創建"盲"驗證者ID,並在每個時段隨機選擇一個盲ID作爲區塊提議者。只有該盲ID的所有者才能生成有效證明來提議區塊,但沒人知道該ID對應哪個驗證者。

目前SSLE的主要挑戰是如何在保證安全性的同時,降低協議復雜度。未來可能會隨着以太坊引入通用零知識證明機制而變得更易實現。

更快的交易確認

將以太坊的交易確認時間從12秒縮短至4秒將顯著改善用戶體驗。實現方式主要有兩種:

1. 縮短時隙時間至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增加驗證者集中化的風險。而預確認方法雖然能改善平均確認時間,但無法改善最壞情況下的確認時間。此外,如何激勵預確認也是一個懸而未決的問題。

其他研究方向

1. 51%攻擊恢復:盡量自動化恢復過程,減少對社交層的依賴。

2. 提高法定人數閾值:從67%提高到80%,增強系統安全性。

3. 量子抗性:爲應對未來量子計算機的威脅,需要開發基於哈希或其他量子抗性的替代方案。

以太坊權益證明系統的改進是一個持續的過程,需要在安全性、去中心化和效率之間尋求平衡。隨着研究的深入和技術的發展,相信以太坊將變得更加強大和可靠。