以太坊PoS的潜在改进方向

以太坊已经成功过渡到权益证明(PoS)机制近两年,运行稳定且表现出色。但PoS系统仍有一些重要领域需要改进,主要集中在技术特性和经济设计两个方面。本文将重点讨论PoS技术设计的潜在改进方向。

单槽最终性和质押民主化

目前以太坊需要约15分钟才能完成一个区块,且最低需要32 ETH才能成为质押者。理想情况下,我们希望:

• 在一个时隙内完成区块最终确认(理想情况下维持甚至缩短当前12秒的时隙长度)
• 允许用1 ETH进行质押(从32 ETH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的情况下实现单槽最终性,同时不会导致节点运营成本过高。目前有几种潜在的解决方案:

1. 暴力破解:开发更好的签名聚合协议,可能使用ZK-SNARKs技术。

2. Orbit委员会:使用随机选择的中型委员会负责最终确认,同时保留足够的经济最终性。

3. 两层质押:将质押者分为存款要求较高和较低的两层,只有高层直接参与提供经济最终性。

4. 保持现状

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,下一个区块的提议者是预先已知的,这存在安全漏洞。单一秘密Leader选举(SSLE)协议通过加密技术隐藏下一个区块提议者信息,直到区块实际生成。

主要挑战在于找到一个足够简单的实现方案。可能需要等到以太坊协议引入通用零知识证明机制后,SSLE的额外复杂性才会降低到可接受水平。

更快的交易确认

将交易确认时间从12秒缩短到4秒可以显著改善用户体验。主要有两种技术路线:

1. 缩短时隙时间,如降至8秒或4秒。

2. 允许提议者在时隙过程中发布预确认。

两种方案各有优缺点,需要进一步研究如何平衡性能提升与网络稳定性。

其他研究方向

• 51%攻击恢复:减少对社交层的依赖,部分自动化恢复过程。

• 提高法定人数阈值:将最终确认所需支持率从67%提高到80%,增强安全性。

• 抗量子性:为椭圆曲线密码学开发基于哈希或其他抗量子技术的替代方案。

总的来说,以太坊PoS系统仍有很大的改进空间。未来的发展需要在安全性、去中心化和效率之间寻求平衡,同时为长期的技术演进做好准备。