以太坊權益證明系統的未來發展方向

近期，以太坊聯合創始人提出了一系列關於以太坊協議未來發展的構想，涵蓋了多個方面。本文將重點探討其中的第一部分，即"合並"(The Merge)階段，分析權益證明機制的潛在改進空間及其實現途徑。

"合並"是以太坊迄今爲止最重要的裏程碑事件，標志着從工作量證明向權益證明的轉變。雖然目前的權益證明系統在穩定性、性能和去中心化方面表現出色，但仍有多個關鍵領域需要進一步優化。

主要改進目標

1. 實現單時隙確定性，大幅縮短區塊最終確定的時間
2. 在保持去中心化的同時，加快交易確認和完成速度
3. 降低質押門檻，提高個人質押的可行性
4. 增強系統穩健性
5. 提高對51%攻擊的抵抗和恢復能力

單時隙確定性與質押民主化

目前，以太坊區塊的最終確定需要約15分鍾，且最低質押門檻爲32 ETH。這是在多個目標間權衡的結果。理想情況下，以太坊希望在保留經濟最終性的同時實現兩個目標：

1. 將區塊最終確定時間縮短至一個時隙（12秒或更短）
2. 將最低質押門檻降至1 ETH

這些改進將帶來多重好處，包括提高用戶體驗、簡化協議架構，以及降低個人質押門檻。然而，這些目標與最小化系統開銷的需求存在衝突。

單時隙確定性方案

爲解決驗證者數量衆多情況下的性能問題，目前有幾種潛在方案：

1. 優化籤名聚合協議，可能借助ZK-SNARKs技術
2. Orbit委員會機制，通過隨機選取中型委員會負責鏈的最終確定性
3. 雙層質押機制，設置不同質押要求的兩類質押者

每種方案都有其優缺點，需要在安全性、去中心化和技術可行性之間權衡。

單一祕密領袖選舉

當前系統中，下一個區塊的提議者是可預知的，這存在安全隱患。單一祕密領袖選舉協議通過加密技術爲每個驗證者創建"盲"驗證者ID，並允許多個提議者對盲ID池進行重組和重新盲化，以解決這一問題。

然而，實現一個足夠簡單且有效的單一祕密領袖選舉協議仍面臨挑戰，尤其是在保持協議簡潔性和抗量子能力方面。

加快交易確認

進一步縮短交易確認時間（如從12秒減至4秒）將顯著改善用戶體驗並提高DeFi協議效率。主要有兩種技術路線：

1. 縮短時隙時間
2. 允許提議者在單時隙期間發布預確認

但這兩種方法都存在各自的局限性，如可能加劇驗證者集中化或無法改善最壞情況下的性能。

抗量子計算威脅

面對潛在的量子計算威脅，以太坊需要爲當前依賴橢圓曲線的協議部分開發基於哈希或其他抗量子技術的替代方案。這凸顯了在權益證明設計中保持保守性假設的重要性。

結語

以太坊權益證明系統的技術演進之路充滿挑戰。從降低質押門檻到實現單時隙確定性，從優化領袖選舉到加快交易確認，再到應對量子計算威脅，每個方面都需要深入研究和創新。以太坊團隊正在努力探索和權衡各種技術方案，以找到最佳的發展路徑，實現更高的安全性、性能和去中心化水平。