以太坊权益证明仍有提升空间

以太坊自从从工作量证明转变为权益证明系统以来,已经稳定运行近两年时间。这种权益证明机制在稳定性、性能和去中心化方面表现出色。但权益证明仍有一些重要领域需要改进。

本文将重点讨论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。这不是一份详尽的清单,而是正在积极考虑的想法清单。

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,且需要32 ETH才能成为质押者。这是在三个目标之间权衡的结果:

• 最大化可参与质押的验证者数量
• 最小化完成时间
• 最小化运行节点的开销

这三个目标相互冲突。理想情况下,我们希望在保留经济终结性的同时:

• 在一个时隙内完成区块(12秒或更短)
• 允许验证者用1 ETH进行质押

实现这些目标面临的主要挑战是如何在验证者数量非常高的情况下使单槽最终性发挥作用,同时不会导致极高的节点运营开销。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。

2. Orbit委员会 - 一种新机制,允许随机选择的中型委员会负责最终确定链。

3. 两层质押 - 将质押者分为存款要求高和低两类,只有高层级直接参与提供经济最终性。

4. 维持现状

每种方案都有其优缺点需要权衡。可以组合多种策略,例如添加Orbit但不执行单槽最终性,或使用保守参数执行Orbit SSF并结合暴力技术等。

单一秘密Leader选举

目前,下一个区块的提议者是预先知道的,这存在安全隐患。攻击者可以监视网络,识别验证者对应的IP地址,并在验证者即将提出区块时发起DoS攻击。

单一秘密领导者选举(SSLE)协议通过加密技术为每个验证者创建"盲"验证者ID,然后让多个提议者有机会对盲ID池进行重组和重新盲化。每个时段随机选择一个盲ID,只有该ID的所有者才能生成有效的证明来提议区块,但没人知道该ID对应哪个验证者。

SSLE的主要挑战是找到并实现一个足够简单的协议,以便在主网上实施。我们需要权衡协议的复杂性和安全性。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,使DeFi协议更高效,并有助于L2的去中心化。主要有两种技术路线:

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

减少时隙时间可能导致验证者集中化的风险。预确认方法可以改善平均情况下的包含时间,但不能改善最坏情况。还需要考虑如何激励预确认。

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:将最终确定所需的支持比例从67%提高到80%,以增加安全性。

• 抗量子性:开发基于哈希或其他量子抗性的替代方案,以应对未来量子计算机的威胁。

这些改进可以进一步增强以太坊权益证明系统的安全性、效率和去中心化程度。但每项改进都需要权衡利弊,需要社区共同努力来实现最佳平衡。