以太坊 PoS 系统的潜在改进

以太坊已经成功运行权益证明系统近两年,表现出色。但仍有一些重要领域需要改进,包括技术特性和经济变化。本文重点讨论权益证明的技术设计还可以如何改进。

单槽最终性和质押民主化

问题

目前需要约15分钟才能完成一个区块,且需要32 ETH才能成为质押者。这是为了平衡验证者数量、完成时间和节点开销。

理想情况下,我们希望:

• 在一个时隙内完成区块(12秒或更短)
• 允许用1 ETH进行质押

这可以提高安全性,简化协议,并支持更多单独质押者。但与最小化开销的目标相冲突。

解决方案

几种可能的方案:

1. Orbit委员会:随机选择中型委员会负责最终确定,保留经济最终性。

2. 强力方案:使用更好的签名聚合协议,如ZK-SNARKs处理大量验证者签名。

3. 两层质押:分为高存款要求和低存款要求两层,只有高层直接参与经济最终性。

4. 维持现状

可以组合多种策略,如添加Orbit但不执行单槽最终性等。

权衡

需要在经济最终性、去中心化和效率之间权衡。Orbit可能降低攻击成本,强力方案增加复杂性,两层质押存在中心化风险。

单一秘密领导者选举

问题

当前提前知道下一个区块提议者,存在DoS攻击风险。

解决方案

使用加密技术为每个验证者创建"盲"ID,随机选择盲ID作为提议者,但无人知道对应哪个验证者。

权衡

增加了协议复杂性。可能需要等到引入通用零知识证明机制时才值得实施。

更快的交易确认

问题

进一步减少确认时间(从12秒到4秒)可改善用户体验。

解决方案

1. 减少时隙时间到8秒或4秒
2. 允许提议者发布预确认

权衡

减少时隙时间可能导致验证者集中化。预确认方法不能改善最坏情况,且难以激励。

其他研究领域

• 51%攻击恢复:减少对社交层的依赖,部分自动化恢复过程
• 增加法定人数阈值:从67%提高到80%,增加安全性
• 抗量子性:为椭圆曲线密码学开发量子抗性替代方案

总的来说,以太坊PoS系统仍有多个潜在的改进方向,需要在安全性、去中心化和效率之间权衡。