以太坊权益证明系统的改进方向

以太坊转向权益证明系统近两年来运行稳定,在性能和去中心化方面表现出色。但仍有一些重要领域需要改进,主要包括以下几个方面:

单槽最终性和质押民主化

目前以太坊需要15分钟左右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:

• 在一个时隙内(12秒或更短)完成区块最终确认
• 将最低质押门槏降至1 ETH

实现这些目标面临的主要挑战是如何在大量验证者参与的情况下,保持较低的节点运营开销。目前有几种可能的解决方案:

1. 通过改进签名聚合协议来处理每个时隙中数百万验证者的签名

2. Orbit委员会机制:随机选择中等规模的委员会负责链的最终确认

3. 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

这些方案各有利弊,需要在安全性、去中心化和效率之间权衡。

单一秘密Leader选举

目前验证者提出下一个区块的信息是预先知道的,这存在安全隐患。解决方案是在区块生成前隐藏下一个区块生成者的信息。

单一秘密Leader选举(SSLE)协议通过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。

实现SSLE的主要挑战是如何在不增加协议复杂性的前提下找到足够简单的方案。

更快的交易确认

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

• 缩短时隙时间至8秒或4秒
• 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带来验证者集中化风险。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,使恢复过程更加自动化

• 增加最终确认所需的法定人数阈值:从67%提高到80%左右,增强安全性

• 抗量子性: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

以太坊需要在这些方向上继续改进,以增强安全性、去中心化程度和用户体验。