以太坊共識層迎來重大升級：Beam Chain五大變革

以太坊從PoW工作量證明起步，2021年成功轉型爲PoS權益證明。然而，以太坊基金會核心研究員認爲，盡管初期信標鏈表現良好，但過去五年積累了一些"技術債"，其設計未能充分利用去中心化系統的前沿技術，如零知識證明。因此，以太坊的共識層亟需一次重大更新。

近期在曼谷Devcon會議上，一位以太坊研究員提出了一項名爲"Beam Chain"的提案，旨在徹底改革以太坊共識層。這是以太坊長期發展規劃的重要組成部分，目標是在不啓動新網路的前提下，利用當前ZK密碼學的突破性成果，大幅提升網路的可擴展性和性能。毫無疑問，這將成爲以太坊未來3-5年內最關鍵的升級之一。

需要明確的是，Beam Chain並非字面意義上的新區塊鏈，而是在以太坊主網內部構建的新基礎設施，旨在顯著提高L1主網的交易速度、安全性和效率。將Beam Chain解讀爲以太坊3.0是不準確的，因爲它主要解決共識層問題，不涉及數據層（如blob通道）或執行層（如以太坊虛擬機EVM）的變動。

Beam Chain的五大核心變革包括：

1. 更快的區塊確認：實現4秒插槽時間和單插槽最終性
2. 保持去中心化：維持或改善當前的去中心化水平
3. 降低質押門檻：將ETH質押要求從32 ETH降至1 ETH
4. 保護普通用戶：消除基於區塊重組的MEV
5. 面向未來：爲以太坊網路提供抗量子能力

Beam Chain的升級思路和原理

1. 增加區塊產量

• 提高吞吐量：Beam Chain將區塊生產量提升至現有水平的3倍，以增強以太坊的交易處理能力。
• 增強抗審查能力：引入FOCIL（分叉選擇強制包含列表）機制，確保交易不易被惡意排除。
• 執行拍賣與驗證者隔離：通過執行拍賣實現驗證者隔離，提升性能和去中心化程度，同時減少用戶遭受MEV影響的風險。
• 加快交易確認：實現單時隙最終確定性和4秒區塊時間，顯著提高交易確認速度和網路效率。

值得注意的是，這一升級將使交易所無需再等待多個區塊確認，單區塊即可完成確認。

2. 改進質押機制

• 優化獎勵模型：調整驗證者獎勵發行模型，提高質押收益。
• 大幅降低質押門檻：獨立驗證者的質押要求從32 ETH降至1 ETH，使獨立質押更加普及和簡便。

這一突破性進展得益於ZK技術的應用，使以太坊在提速的同時能容納更多節點參與共識，且不大幅提高硬件要求，實現了質押機制的重大突破。

3. 增強安全性

• 引入後量子密碼學：實施抗量子密碼技術，保護網路免受未來量子計算威脅，開創主流區塊鏈抗量子的先河。
• 整合zkSNARK和zkVM：將零知識證明（ZKP）技術通過zkSNARK和zkVM與以太坊深度融合，全面提升隱私保護、可擴展性和安全性。
• SNARK化區塊鏈：利用RISC-V技術實現區塊鏈的SNARK化，大幅提高證明生成的效率和可擴展性。
• 增強隨機性：引入更強大的隨機性機制，確保驗證者選擇等關鍵網路流程的公平性。
• 降低MEV風險：通過增強審查抵抗能力，有效減少三明治攻擊等自動化套利行爲。

簡而言之，這一升級可以概括爲：實現以太坊的全面ZK化。

4. 工作原理

自以太坊現有共識層（信標鏈）設計確定以來，密碼學家在SNARK領域取得了重大突破。通過將以太坊的狀態轉換函數SNARK化，可實現4秒時隙時間和單時隙最終性。這不僅能顯著改善L1交易體驗，減少等待時間，還能通過消除遠程區塊重組策略來降低MEV風險，同時減少共識層的技術債務。

此外，SNARK化將賦予以太坊網路抗量子能力，這是未來區塊鏈的必備特性。

Beam Chain將從以下幾個方面推進以太坊的升級：

• 採用分片技術提高處理速度：通過將數據分割成更小的片段（shards）來並行處理多筆交易，有效緩解交易瓶頸，加快交易速度。
• 實現抗量子計算的安全性：利用前沿加密技術，確保網路安全不受未來超級量子計算機的威脅。
• 與以太坊發展路線圖深度整合：Beam Chain作爲以太坊未來5年擴展和安全性提升計劃的重要組成部分，而非獨立網路。

5. 重要意義

Beam Chain對於增強以太坊處理日益復雜的去中心化應用的能力至關重要。它將顯著提升網路的可擴展性，降低交易成本，增強整體安全性，使以太坊能夠長期支持更多用戶和復雜應用。

基於SNARK的證明系統的另一大優勢在於：普通質押者使用標準硬件即可實現上述性能提升。隨着質押門檻從32 ETH降至1 ETH，以太坊質押者羣體的去中心化程度將進一步提高。

特別是質押門檻的大幅降低，配合如eNode等家用級驗證者設備的普及，有望進一步鞏固以太坊作爲全球節點最多、最去中心化公鏈的地位。

雖然Beam Chain的願景不會立即改變以太坊，也不會顯著改變其長期發展路線，但它將重新調整路線圖開發的優先順序，加速某些關鍵組件的發展進程。例如，一些原計劃在2029年實施的重要升級可能會提前實現。

如果Beam Chain獲得充分的社區支持，開發團隊可能會在明年着手制定具體規範，隨後在2026年由客戶端開發團隊編寫生產級代碼，2027年進行全面測試，最終在以太坊主網上安全部署。盡管Beam Chain的實施看似遙遠，但對於一個去中心化開發的開源軟件而言，這些安全冗餘措施是不可或缺的。

總的來說，Beam Chain通過ZK化路線，有望在保持以太坊"世界級去中心化"優勢的同時，大幅提升其L1功能，一舉解決過去積累的"技術債"。同時，引入的量子抗性等長期解決方案，將以太坊的共識層置於"維護模式"，確保其在未來幾十年內保持安全、高效和適應性，爲未來創新奠定基礎，而無需進行顛覆性的重新設計。

以太坊持續不斷地進行長遠布局，這對整個區塊鏈行業來說都是令人振奮的進展。這也爲我們在當前充滿活力的市場環境中保持對以太坊的樂觀態度提供了堅實基礎。