以太坊權益證明系統仍有改進空間

以太坊從工作量證明成功過渡到權益證明已近兩年,運行穩定且表現出色。然而,權益證明系統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有哪些可以改進的地方,以及實現這些改進的可能途徑。

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,且需要32 ETH才能成爲質押者。這是爲了在最大化驗證者數量、最小化完成時間和最小化節點開銷三個目標之間取得平衡而做出的妥協。

理想情況下,我們希望在一個時槽內(12秒)就能最終確定區塊,同時允許驗證者用1 ETH進行質押。這兩個目標都有助於提高以太坊的安全性和去中心化程度。

實現這一目標的主要挑戰在於如何在驗證者數量非常多的情況下,不會導致節點運營商開銷過高。目前有幾種可能的解決方案:

1. 開發更高效的籤名聚合協議,可能使用ZK-SNARKs技術。

2. 採用Orbit委員會機制,由隨機選擇的中型委員會負責最終確定鏈。

3. 實施兩層質押機制,將質押者分爲高存款要求和低存款要求兩類。

4. 結合上述方案的混合路徑。

這些方案各有優缺點,需要權衡安全性、去中心化程度和系統復雜性等因素。

單一祕密Leader選舉

目前以太坊預先知道哪個驗證者將提出下一個區塊,這存在潛在的DoS攻擊風險。單一祕密Leader選舉(SSLE)協議可以解決這個問題,通過加密技術隱藏下一個出塊者的身分。

SSLE的主要挑戰在於如何設計一個足夠簡單且高效的協議,同時保持以太坊系統的相對簡單性。另一種選擇是通過協議外的緩解措施來解決DoS問題。

更快的交易確認

將交易確認時間從12秒減少到4秒將顯著改善用戶體驗。實現這一目標的主要技術有:

1. 減少時槽時間到8秒或4秒。

2. 允許提議者在時槽過程中發布預確認。

減少時槽時間可能會增加驗證者集中化的風險。預確認方法可以改善平均確認時間,但不能改善最壞情況下的確認時間。如何恰當激勵預確認也是一個需要解決的問題。

其他研究領域

1. 51%攻擊恢復:研究如何減少對社交層的依賴,使恢復過程盡可能自動化。

2. 增加法定人數閾值:考慮將最終確定所需的支持比例從67%提高到80%,以增強安全性。

3. 抗量子性:開發不依賴橢圓曲線密碼學的量子抗性替代方案。

以太坊權益證明系統雖然運行良好,但仍有諸多改進空間。通過持續研究和優化,以太坊有望在安全性、去中心化和性能方面達到更高水平。