以太坊權益證明系統還可以如何改進?

以太坊已經成功從工作量證明過渡到權益證明系統近兩年了。權益證明在穩定性、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。本文將重點討論權益證明的技術設計中還可以改進的方面,以及可能的改進途徑。

單槽最終性和質押民主化

目前以太坊需要約15分鍾才能完成一個區塊的最終確認,且最低質押門檻爲32 ETH。理想情況下,我們希望:

• 在一個時隙內(12秒甚至更短)完成區塊最終確認
• 將最低質押門檻降至1 ETH

實現這些目標面臨的主要挑戰是如何在大量驗證者參與的情況下,不會導致節點運營成本過高。目前有幾種可能的解決方案:

1. 使用更高效的籤名聚合協議,可能結合ZK-SNARKs技術

2. Orbit委員會機制:隨機選擇中等規模的委員會負責最終確認,同時保留足夠的經濟最終性

3. 兩層質押機制:將質押者分爲高低兩個層級,只有高層級直接參與提供經濟最終性

這些方案各有優缺點,需要進一步研究和權衡。

單一祕密Leader選舉

目前以太坊的區塊提議者是預先已知的,這存在被DoS攻擊的安全隱患。單一祕密Leader選舉(SSLE)機制可以隱藏下一個區塊提議者的身分,直到區塊實際生成。

SSLE的實現面臨的主要挑戰是如何在保證只有一個提議者的同時,又能保密提議者身分。目前已有一些具體的協議提案,如Whisk。

但SSLE會增加協議的復雜性,可能需要等到以太坊協議中引入通用零知識證明機制時,才能以較低的邊際復雜度實現。

更快的交易確認

將交易確認時間從12秒減少到4秒,可以顯著改善用戶體驗。實現這一目標的兩種主要技術方案是:

1. 減少時隙時間,如減至8秒或4秒
2. 允許提議者在時隙中發布預確認

但這些方案也面臨一些挑戰,如可能導致驗證者集中化、如何激勵預確認等,需要進一步權衡。

其他研究方向

• 51%攻擊恢復:減少對社交層的依賴,使恢復過程盡可能自動化
• 提高最終確認的法定人數閾值:從67%提高到80%,以增強安全性
• 抗量子性:爲應對未來量子計算機的挑戰,開發不依賴橢圓曲線的替代方案

以太坊權益證明系統雖然已經運行穩定,但仍有諸多可以改進和優化的空間。這些潛在的改進將進一步提升以太坊的性能、安全性和去中心化程度。