以太坊權益證明系統的改進方向

以太坊已經成爲一個穩定運行的權益證明系統近兩年了,在穩定性、性能和避免中心化風險方面表現出色。然而,權益證明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,以及有哪些途徑可以實現這些改進。

單槽最終性和質押民主化

問題

目前需要 2-3 個 epoch(約 15 分鍾)才能完成一個區塊,並且需要 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運行節點開銷之間取得平衡而做出的妥協。

理想情況下,我們希望:

• 在一個時隙內終結區塊(保持或減少當前 12 秒的長度)
• 允許驗證者用 1 ETH 進行質押(從 32 ETH 降至 1 ETH)

可能的解決方案

1. 暴力破解:使用更好的籤名聚合協議,可能使用 ZK-SNARKs。

2. Orbit 委員會:隨機選擇中型委員會負責最終確定鏈,同時保留經濟最終性。

3. 兩層質押:將質押者分爲存款要求高和低兩類,只有高存款層直接參與提供經濟最終性。

4. 混合策略:結合上述多種方案。

待解決的問題

• 驗證 Orbit 機制的安全性和屬性
• 開發高效的籤名聚合技術
• 設計兩層質押系統的具體權利和責任分配

單一祕密 Leader 選舉

問題

當前,哪個驗證者將提出下一個區塊是預先知道的,這會導致 DoS 攻擊風險。

解決方案

使用加密技術爲每個驗證者創建"盲"驗證者 ID,然後隨機選擇一個盲 ID 作爲區塊提議者。只有該盲 ID 的所有者才能生成有效的證明來提議區塊,但沒有人知道該盲 ID 對應哪個驗證者。

待解決的問題

• 找到並實現一個足夠簡單的協議
• 開發抗量子 SSLE 實現

更快的交易確認

可能的方案

1. 減少時隙時間至 8 秒或 4 秒

2. 允許提議者實時發布交易預確認

待解決的問題

• 評估減少時隙時間的實用性
• 設計預確認的激勵機制

其他研究方向

• 51% 攻擊恢復的自動化
• 提高最終確定閾值(從 67% 到 80%)
• 開發量子抗性替代方案

以太坊權益證明系統仍有多個方面可以改進,需要在安全性、去中心化和性能之間權衡。未來的研究和開發將致力於解決這些挑戰,進一步提升以太坊的性能和安全性。