以太坊权益证明系统的未来改进

自从以太坊成功过渡到权益证明以来,该系统在稳定性、性能和去中心化方面表现出色。然而,仍有一些重要领域需要进一步改进。本文将讨论权益证明技术设计中可能的改进方向,包括单槽最终性、质押门槛降低、更快的交易确认等。

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,我们希望能在单个时隙(约12秒)内完成最终确认,并将质押门槛降至1 ETH。这将提高安全性,简化协议,并支持更多个人质押者参与。

实现这一目标的几种可能方案包括:

1. 开发更高效的签名聚合协议,如使用ZK-SNARKs
2. Orbit委员会机制,通过随机选择中等规模委员会来最终确认链
3. 两层质押机制,将质押者分为高存款和低存款两类

这些方案各有利弊,需要权衡经济最终性、去中心化程度、节点运营成本等因素。

单一秘密领导者选举

当前区块提议者是预先已知的,这存在被DoS攻击的风险。单一秘密领导者选举(SSLE)协议通过加密技术隐藏下一个区块提议者的信息,直到区块实际生成。

目前SSLE协议的主要挑战是如何在不过度增加协议复杂性的前提下实现。可能需要等到以太坊出于其他原因引入通用零知识证明机制时,SSLE的边际复杂性才会降低到可接受的程度。

更快的交易确认

将交易确认时间从12秒缩短到4秒左右将显著改善用户体验。主要有两种技术路线:

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。预确认方法可以改善平均确认时间,但无法改善最坏情况下的确认时间。

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
• 提高最终确认门槛:从当前的67%提高到80%,以增强安全性
• 量子抗性:为依赖椭圆曲线的协议部分开发基于哈希或其他量子抗性的替代方案

这些改进将进一步增强以太坊权益证明系统的安全性、效率和去中心化程度,但每项改进都需要权衡各方面因素,需要社区持续讨论和研究。