以太坊PoS改进：Vitalik新路线图
以太坊权益证明的改进之路
自从以太坊实现了从工作量证明到权益证明的转变以来，已经过去了两年。这一转变被称为「合并」，是区块链发展史上的一次重大飞跃。权益证明系统在稳定性、性能和减少中心化风险方面表现出色，但仍有一些领域需要进一步优化。我的2023年路线图旨在通过技术和经济两方面来推动这些改进。技术方面包括提升稳定性、性能和小验证者的参与度，而经济方面则着重于应对中心化风险。本文将聚焦于技术部分，探讨如何改进以太坊权益证明的技术设计。
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单槽最终性和质押民主化
当前，以太坊的区块确认需要2-3个epoch（约15分钟），而成为质押者的门槛是32 ETH。这些设置最初是为了在最大化参与质押的验证者数量、最小化确认时间和节点运行开销之间取得平衡。然而，这三个目标是相互冲突的。为了实现经济最终性，每个验证者在每次最终确认时都需要签署两条消息，这意味着更多的验证者会导致更长的处理时间或更高的节点运行成本。
我们的目标是保留经济最终性，同时在两个方面进行改进：实现单槽内区块最终确认（理想情况下保持或缩短当前12秒的时隙长度），以及降低质押门槛至1 ETH。单槽最终性可以让用户在交易确认后立即看到最终结果，简化协议和基础设施的设计。降低质押门槛则能吸引更多独立验证者的参与，减少中心化风险。
然而，实现这些目标面临的挑战在于，它们与最小化开销的目标相冲突。最近的研究提出了几种可能的解决方案，包括使用更好的签名聚合协议（如ZK-SNARKs）、Orbit委员会和两层质押系统等。这些方案各有优劣，需要进一步研究和验证。
单槽最终性的实现需要在验证者数量庞大时保持低节点运营成本。主要的解决方案包括暴力破解、Orbit委员会和两层质押系统。暴力破解通过改进签名聚合协议来处理大量签名，Orbit委员会通过随机选择中型委员会来实现高效最终确认，而两层质押系统则通过分层质押来平衡经济最终性和参与度。
这些方案的选择需要考虑多种因素，包括安全性、效率和实施复杂度。单槽最终性不仅能提高用户体验，还能降低多块MEV攻击的风险，但也需要重新设计证明者-提议者分离机制和其他协议内块生产管道。
单一秘密Leader选举
当前的系统中，提议下一个区块的验证者是预先可知的，这可能导致DoS攻击。为了解决这个问题，我们需要隐藏下一个区块提议者的身份，至少在区块生成前。单一秘密Leader选举协议通过加密技术为每个验证者创建「盲」验证者ID，并通过混合网络的方式重新盲化和改组这些ID，从而实现这一目标。
然而，实现这种协议需要找到一个足够简单的方案，以避免增加以太坊协议的复杂性。此外，抗量子攻击的SSLE实现也是一个待解决的问题。如果我们能够在以太坊协议的L1上引入通用零知识证明机制，SSLE的复杂性可能会降低到可接受的水平。否则，我们可能需要在协议外采取措施来缓解DoS攻击的风险。
更快的交易确认
减少交易确认时间对提升用户体验和提高DeFi协议的效率具有重要意义。我们可以考虑两种技术：减少时隙时间和允许提议者在时隙过程中发布预确认。减少时隙时间可以从12秒缩短到4秒，而预确认可以让交易在被包含在区块中之前就得到确认。然而，这些方法都有其局限性和权衡，需要进一步研究和测试。
其他研究领域
此外，我们还在探索其他领域的改进，包括51%攻击的恢复、增加法定人数阈值和抗量子性。51%攻击的恢复需要减少对社交层的依赖，增加法定人数阈值可以提高安全性，而抗量子性则需要为当前依赖于椭圆曲线的协议部分寻找替代方案。这些研究将对以太坊的未来发展产生深远影响。
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