以太坊权益证明机制的改进方向

以太坊已经成功过渡到权益证明机制近两年,但仍有一些重要领域需要改进。本文将探讨权益证明的技术设计中还可以改进的方面,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15分钟才能完成一个区块,并且需要32 ETH才能成为质押者。我们希望能够在两个方面改善现状:

• 在一个时隙内完成区块终结(理想情况下保持甚至减少当前12秒的长度)
• 允许验证者用1 ETH进行质押(从32 ETH降至1 ETH)

实现这些目标面临的挑战是:更快的确定性和更民主化的质押与最小化运行节点开销的目标相冲突。为此,有几种可能的解决方案:

1. 暴力破解:开发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,同时保留攻击成本属性。

3. 两层质押:将质押者分为存款要求较高和较低的两类,只有存款要求较高的层级直接参与提供经济最终性。

4. 维持现状

这些方案各有优缺点,可以单独采用或组合使用。需要进一步研究验证这些方案的安全性和可行性。

单一秘密Leader选举

目前谁将提出下一个区块是预先已知的,这会产生安全漏洞。解决方案是隐藏这一信息,至少在区块生成之前。

单一秘密领导者选举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。只有该盲ID的所有者才能提议有效区块,但没人知道它对应哪个验证者。

这种方案的主要挑战是如何在不过度增加协议复杂性的前提下实现。另一种选择是使用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。有两种主要技术:

• 减少时隙时间,例如减少到8秒或4秒
• 允许提议者在时隙过程中发布预确认

减少时隙时间可能带来验证者集中化的风险。预确认方法可以改善平均情况,但不能改善最坏情况。还需要解决如何激励预确认的问题。

其他研究领域

• 51%攻击恢复:减少对社交层的依赖,使恢复过程尽可能自动化。

• 增加法定人数阈值:将最终确定所需支持从67%提高到80%,以增加安全性。

• 抗量子性:开发不依赖椭圆曲线的量子抗性替代方案。

这些改进方向都需要进一步研究和权衡,以确保以太坊权益证明机制的长期安全性和效率。