以太坊权益证明系统的改进方向

以太坊已经成为一个稳定运行的权益证明系统近两年了,在稳定性、性能和避免中心化风险方面表现出色。然而,权益证明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,以及有哪些途径可以实现这些改进。

单槽最终性和质押民主化

问题

目前需要 2-3 个 epoch(约 15 分钟)才能完成一个区块,并且需要 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运行节点开销之间取得平衡而做出的妥协。

理想情况下,我们希望:

• 在一个时隙内终结区块(保持或减少当前 12 秒的长度)
• 允许验证者用 1 ETH 进行质押(从 32 ETH 降至 1 ETH)

可能的解决方案

1. 暴力破解:使用更好的签名聚合协议,可能使用 ZK-SNARKs。

2. Orbit 委员会:随机选择中型委员会负责最终确定链,同时保留经济最终性。

3. 两层质押:将质押者分为存款要求高和低两类,只有高存款层直接参与提供经济最终性。

4. 混合策略:结合上述多种方案。

待解决的问题

• 验证 Orbit 机制的安全性和属性
• 开发高效的签名聚合技术
• 设计两层质押系统的具体权利和责任分配

单一秘密 Leader 选举

问题

当前,哪个验证者将提出下一个区块是预先知道的,这会导致 DoS 攻击风险。

解决方案

使用加密技术为每个验证者创建"盲"验证者 ID,然后随机选择一个盲 ID 作为区块提议者。只有该盲 ID 的所有者才能生成有效的证明来提议区块,但没有人知道该盲 ID 对应哪个验证者。

待解决的问题

• 找到并实现一个足够简单的协议
• 开发抗量子 SSLE 实现

更快的交易确认

可能的方案

1. 减少时隙时间至 8 秒或 4 秒

2. 允许提议者实时发布交易预确认

待解决的问题

• 评估减少时隙时间的实用性
• 设计预确认的激励机制

其他研究方向

• 51% 攻击恢复的自动化
• 提高最终确定阈值(从 67% 到 80%)
• 开发量子抗性替代方案

以太坊权益证明系统仍有多个方面可以改进,需要在安全性、去中心化和性能之间权衡。未来的研究和开发将致力于解决这些挑战,进一步提升以太坊的性能和安全性。