以太坊PoS系統未來發展方向探討

近期，以太坊聯合創始人發布了一系列探討以太坊協議未來發展可能性的文章。本文將聚焦路線圖中的"The Merge"部分，探討PoS權益證明系統還有哪些技術設計可以改進，以及實現這些改進的途徑。

"The Merge"被認爲是以太坊歷史上最重要的事件，標志着從PoW工作量證明向PoS權益證明的轉變。目前，以太坊作爲PoS系統已穩定運行近兩年，在穩定性、性能和去中心化方面表現出色。然而，權益證明系統仍有一些重要領域需要進一步改進。

2023年的以太坊路線圖將改進重點分爲兩個方面：技術特性的優化（如穩定性、性能和小型驗證者的可訪問性），以及應對中心化風險的經濟機制調整。

"The Merge"的主要目標包括：

1. 實現單時隙確定性(SSF)，大幅縮短區塊最終確定時間
2. 在保持去中心化的同時，最快速度確認和完成交易
3. 提高獨立質押的可行性
4. 增強系統穩健性
5. 提高以太坊抵御51%攻擊的能力

單時隙確定性與質押民主化

目前以太坊需要約15分鍾才能完成一個區塊，且質押門檻爲32 ETH。這是爲了平衡多個目標而做出的妥協：

• 最大化參與質押的驗證者數量
• 最小化最終確定時間
• 最小化運行節點開銷

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改進：

1. 在一個時隙內完成區塊確定，而非15分鍾
2. 將質押門檻從32 ETH降至1 ETH

這些改進可以讓更多用戶享受到更高級別的安全保障，簡化協議和基礎設施，並支持更多獨立質押者參與。

然而，更快的確定性和更低的質押門檻與最小化開銷的目標相衝突。近期研究提出了一些可能的解決方案：

1. 改進籤名聚合協議，如使用ZK-SNARKs
2. Orbit委員會機制，允許隨機選取的中型委員會負責鏈的最終確定
3. 雙層質押機制，設置兩類不同存款要求的質押者

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進行權衡。

單一祕密領袖選舉

目前，下一個區塊的提議者是可以提前知道的，這存在安全隱患。解決方案是隱藏提議者信息，至少在區塊生成前保密。實現一個簡單有效的單一祕密領袖選舉協議仍面臨挑戰，需要在協議復雜性和安全性之間找到平衡。

更快的交易確認

將交易確認時間從12秒縮短到4秒將顯著改善用戶體驗，提高DeFi協議效率，並使L2更去中心化。主要有兩種技術路線：

1. 減少時隙時間至8秒或4秒
2. 允許提議者在單時隙期間發布預確認

然而，縮短時隙時間可能導致驗證者集中化風險。預確認方法雖可改善平均確認時間，但不能改善最壞情況，且如何激勵預確認仍是一個問題。

抗量子攻擊替代方案

面對未來可能的量子計算威脅，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的替代方案。這也證明了在權益證明設計中保持保守主義的合理性。

總結

以太坊PoS系統的技術演進面臨諸多挑戰。單時隙最終確定性、質押民主化、單一祕密領袖選舉、更快的交易確認以及抗量子攻擊方案的開發都是亟待解決的重要問題。以太坊正在不斷探索和創新，力求在不同技術方案間找到最佳平衡，以實現更高的安全性、性能和去中心化程度。