以太坊PoS还可以如何改进?

以太坊已经成为一个稳定运行的权益证明系统近两年了,在稳定性、性能和避免中心化风险方面表现非常出色。然而,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有哪些可以改进的地方,以及有哪些途径可以实现这些改进。

单槽最终性和质押民主化

目前,以太坊需要2-3个epoch(约15分钟)才能完成一个区块的最终确定,并且需要32 ETH才能成为质押者。这是为了在最大化可以参与质押的验证者数量、最小化完成时间、最小化运行节点开销三个目标之间取得平衡而做出的妥协。

理想情况下,我们希望:

• 在一个时隙内完成区块最终确定(理想情况下12秒或更短)
• 允许验证者用1 ETH进行质押(从32 ETH降至1 ETH)

这两个目标都与最小化开销的目标相冲突。为此,有几种领先的解决方案:

1. 暴力破解:努力实现更好的签名聚合协议,可能使用ZK-SNARKs,允许在短时间内处理大量验证者的签名。

2. Orbit委员会:允许随机选择的中型委员会负责最终确定链,但以保留攻击成本属性的方式。

3. 两层质押:将质押者分为两类,一类存款要求较高,另一类较低。只有存款要求较高的层级直接参与提供经济最终性。

4. 混合方案:可以组合多种策略。

单一秘密Leader选举

目前,哪个验证者将提出下一个区块是预先知道的,这会产生安全漏洞。解决方案是隐藏哪个验证者将生成下一个区块的信息,至少在区块实际生成之前。

单一秘密Leader选举协议通过使用加密技术为每个验证者创建一个"盲"验证者ID来解决这个问题,然后让多个提议者有机会对盲ID池进行改组和重新盲化。在每个时段,选择一个随机的盲ID,只有该盲ID的所有者才能生成有效的证明来提议区块。

实现这一目标的主要挑战是找到并实现一个足够简单的协议,以便在主网上轻松实现,同时不会过度增加以太坊协议的复杂性。

更快的交易确认

将以太坊的交易确认时间从12秒减少到4秒将显著改善L1和基于汇总的用户体验,使defi协议更加高效,并让L2更容易去中心化。

主要有两种技术路线:

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

减少时隙时间的主要挑战是可能会导致验证者集中化。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下的包含时间。此外,如何激励预确认也是一个需要解决的问题。

其他研究领域

1. 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。

2. 增加法定人数阈值:考虑将最终确定所需的支持率从67%提高到80%,以增加安全性。

3. 抗量子性:开发量子抗性替代方案,为未来可能出现的量子计算威胁做准备。

这些改进将进一步增强以太坊PoS的安全性、效率和去中心化程度,为以太坊的长期发展奠定更坚实的基础。