以太坊权益证明系统还可以如何改进?

以太坊已经成功从工作量证明过渡到权益证明系统近两年了。权益证明在稳定性、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。本文将重点讨论权益证明的技术设计中还可以改进的方面,以及可能的改进途径。

单槽最终性和质押民主化

目前以太坊需要约15分钟才能完成一个区块的最终确认,且最低质押门槛为32 ETH。理想情况下,我们希望:

• 在一个时隙内(12秒甚至更短)完成区块最终确认
• 将最低质押门槛降至1 ETH

实现这些目标面临的主要挑战是如何在大量验证者参与的情况下,不会导致节点运营成本过高。目前有几种可能的解决方案:

1. 使用更高效的签名聚合协议,可能结合ZK-SNARKs技术

2. Orbit委员会机制:随机选择中等规模的委员会负责最终确认,同时保留足够的经济最终性

3. 两层质押机制:将质押者分为高低两个层级,只有高层级直接参与提供经济最终性

这些方案各有优缺点,需要进一步研究和权衡。

单一秘密Leader选举

目前以太坊的区块提议者是预先已知的,这存在被DoS攻击的安全隐患。单一秘密Leader选举(SSLE)机制可以隐藏下一个区块提议者的身份,直到区块实际生成。

SSLE的实现面临的主要挑战是如何在保证只有一个提议者的同时,又能保密提议者身份。目前已有一些具体的协议提案,如Whisk。

但SSLE会增加协议的复杂性,可能需要等到以太坊协议中引入通用零知识证明机制时,才能以较低的边际复杂度实现。

更快的交易确认

将交易确认时间从12秒减少到4秒,可以显著改善用户体验。实现这一目标的两种主要技术方案是:

1. 减少时隙时间,如减至8秒或4秒
2. 允许提议者在时隙中发布预确认

但这些方案也面临一些挑战,如可能导致验证者集中化、如何激励预确认等,需要进一步权衡。

其他研究方向

• 51%攻击恢复:减少对社交层的依赖,使恢复过程尽可能自动化
• 提高最终确认的法定人数阈值:从67%提高到80%,以增强安全性
• 抗量子性:为应对未来量子计算机的挑战,开发不依赖椭圆曲线的替代方案

以太坊权益证明系统虽然已经运行稳定,但仍有诸多可以改进和优化的空间。这些潜在的改进将进一步提升以太坊的性能、安全性和去中心化程度。