以太坊权益证明系统的改进之路

以太坊转向权益证明机制已近两年,运行稳定且表现优异。但仍有一些关键领域需要进一步完善,主要包括技术特性的改进和应对中心化风险的经济变革。本文将重点讨论权益证明技术设计中可改进的方面及实现途径。

单槽最终性和质押民主化

目前以太坊需要15分钟才能完成一个区块,且最低质押门槽为32 ETH。理想情况下,我们希望在一个时隙内(12秒甚至更短)就能完成区块最终确认,同时将最低质押门槽降至1 ETH。这将使更多用户受益于最终确认机制带来的安全保障,同时显著降低单独质押的门槽。

实现单槽最终性的主要挑战在于如何在验证者数量激增的情况下保持较低的节点运营开销。目前有几种可行方案:

1. 通过更高效的签名聚合协议来处理每个时隙中数百万验证者的签名。

2. 采用Orbit委员会机制,由随机选择的中等规模委员会负责最终确认。

3. 采用两层质押机制,只有高层级质押者直接参与提供经济最终性。

这些方案各有利弊,需要在安全性、去中心化和效率之间权衡。未来可能会采用混合方案,如结合Orbit和签名聚合技术等。

单一秘密Leader选举

目前以太坊网络中下一个区块的提议者是预先已知的,这存在安全隐患。攻击者可以通过监视网络识别验证者的IP地址,并在其即将提出区块时发起DoS攻击。

单一秘密Leader选举(SSLE)协议通过加密技术为每个验证者创建"盲"验证者ID,并在每个时段随机选择一个盲ID作为区块提议者。只有该盲ID的所有者才能生成有效证明来提议区块,但没人知道该ID对应哪个验证者。

目前SSLE的主要挑战是如何在保证安全性的同时,降低协议复杂度。未来可能会随着以太坊引入通用零知识证明机制而变得更易实现。

更快的交易确认

将以太坊的交易确认时间从12秒缩短至4秒将显著改善用户体验。实现方式主要有两种:

1. 缩短时隙时间至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增加验证者集中化的风险。而预确认方法虽然能改善平均确认时间,但无法改善最坏情况下的确认时间。此外,如何激励预确认也是一个悬而未决的问题。

其他研究方向

1. 51%攻击恢复:尽量自动化恢复过程,减少对社交层的依赖。

2. 提高法定人数阈值:从67%提高到80%,增强系统安全性。

3. 量子抗性:为应对未来量子计算机的威胁,需要开发基于哈希或其他量子抗性的替代方案。

以太坊权益证明系统的改进是一个持续的过程,需要在安全性、去中心化和效率之间寻求平衡。随着研究的深入和技术的发展,相信以太坊将变得更加强大和可靠。