以太坊 PoS 系統的潛在改進

以太坊已經成功運行權益證明系統近兩年,表現出色。但仍有一些重要領域需要改進,包括技術特性和經濟變化。本文重點討論權益證明的技術設計還可以如何改進。

單槽最終性和質押民主化

問題

目前需要約15分鍾才能完成一個區塊,且需要32 ETH才能成爲質押者。這是爲了平衡驗證者數量、完成時間和節點開銷。

理想情況下,我們希望:

• 在一個時隙內完成區塊(12秒或更短)
• 允許用1 ETH進行質押

這可以提高安全性,簡化協議,並支持更多單獨質押者。但與最小化開銷的目標相衝突。

解決方案

幾種可能的方案:

1. Orbit委員會:隨機選擇中型委員會負責最終確定,保留經濟最終性。

2. 強力方案:使用更好的籤名聚合協議,如ZK-SNARKs處理大量驗證者籤名。

3. 兩層質押:分爲高存款要求和低存款要求兩層,只有高層直接參與經濟最終性。

4. 維持現狀

可以組合多種策略,如添加Orbit但不執行單槽最終性等。

權衡

需要在經濟最終性、去中心化和效率之間權衡。Orbit可能降低攻擊成本,強力方案增加復雜性,兩層質押存在中心化風險。

單一祕密領導者選舉

問題

當前提前知道下一個區塊提議者,存在DoS攻擊風險。

解決方案

使用加密技術爲每個驗證者創建"盲"ID,隨機選擇盲ID作爲提議者,但無人知道對應哪個驗證者。

權衡

增加了協議復雜性。可能需要等到引入通用零知識證明機制時才值得實施。

更快的交易確認

問題

進一步減少確認時間(從12秒到4秒)可改善用戶體驗。

解決方案

1. 減少時隙時間到8秒或4秒
2. 允許提議者發布預確認

權衡

減少時隙時間可能導致驗證者集中化。預確認方法不能改善最壞情況,且難以激勵。

其他研究領域

• 51%攻擊恢復:減少對社交層的依賴,部分自動化恢復過程
• 增加法定人數閾值:從67%提高到80%,增加安全性
• 抗量子性:爲橢圓曲線密碼學開發量子抗性替代方案

總的來說,以太坊PoS系統仍有多個潛在的改進方向,需要在安全性、去中心化和效率之間權衡。