以太坊权益证明系统仍有改进空间

以太坊从工作量证明成功过渡到权益证明已近两年,运行稳定且表现出色。然而,权益证明系统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有哪些可以改进的地方,以及实现这些改进的可能途径。

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,且需要32 ETH才能成为质押者。这是为了在最大化验证者数量、最小化完成时间和最小化节点开销三个目标之间取得平衡而做出的妥协。

理想情况下,我们希望在一个时槽内(12秒)就能最终确定区块,同时允许验证者用1 ETH进行质押。这两个目标都有助于提高以太坊的安全性和去中心化程度。

实现这一目标的主要挑战在于如何在验证者数量非常多的情况下,不会导致节点运营商开销过高。目前有几种可能的解决方案:

1. 开发更高效的签名聚合协议,可能使用ZK-SNARKs技术。

2. 采用Orbit委员会机制,由随机选择的中型委员会负责最终确定链。

3. 实施两层质押机制,将质押者分为高存款要求和低存款要求两类。

4. 结合上述方案的混合路径。

这些方案各有优缺点,需要权衡安全性、去中心化程度和系统复杂性等因素。

单一秘密Leader选举

目前以太坊预先知道哪个验证者将提出下一个区块,这存在潜在的DoS攻击风险。单一秘密Leader选举(SSLE)协议可以解决这个问题,通过加密技术隐藏下一个出块者的身份。

SSLE的主要挑战在于如何设计一个足够简单且高效的协议,同时保持以太坊系统的相对简单性。另一种选择是通过协议外的缓解措施来解决DoS问题。

更快的交易确认

将交易确认时间从12秒减少到4秒将显著改善用户体验。实现这一目标的主要技术有:

1. 减少时槽时间到8秒或4秒。

2. 允许提议者在时槽过程中发布预确认。

减少时槽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,但不能改善最坏情况下的确认时间。如何恰当激励预确认也是一个需要解决的问题。

其他研究领域

1. 51%攻击恢复:研究如何减少对社交层的依赖,使恢复过程尽可能自动化。

2. 增加法定人数阈值:考虑将最终确定所需的支持比例从67%提高到80%,以增强安全性。

3. 抗量子性:开发不依赖椭圆曲线密码学的量子抗性替代方案。

以太坊权益证明系统虽然运行良好,但仍有诸多改进空间。通过持续研究和优化,以太坊有望在安全性、去中心化和性能方面达到更高水平。