以太坊权益证明的改进：合并与祸害

作者 Vitalik 在其 2023 年路线图中，将以太坊权益证明的改进分为两部分：合并和祸害。合并部分侧重于技术改进，例如稳定性、性能和对小型验证者的可访问性，而祸害部分则涉及经济变化以应对中心化风险。本文将深入探讨合并部分，分析哪些技术设计可以改进，以及如何实现这些改进。

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，并且需要 32 ETH 才能成为质押者。这最初是为了平衡最大化验证者数量、最小化完成时间和最小化节点运行开销而做出的妥协。然而，这三个目标相互冲突，为了实现经济最终性（即攻击者需要销毁大量 ETH 才能恢复最终确定的区块），每个验证者都需要签署两条消息。

本文探讨了如何在保留经济终结性的前提下，实现两个目标：在一个时隙内终结区块（理想情况下，保持甚至减少当前 12 秒的长度）以及允许验证者用 1 ETH 进行质押（从 32 ETH 降至 1 ETH）。

为了实现单槽最终性，本文介绍了三种领先的解决方案：

• 暴力破解 - 使用 ZK-SNARKs 处理每个插槽中数百万个验证者的签名。
• Orbit 委员会 - 随机选择的中型委员会负责最终确定链，保留经济最终性属性。
• 两层质押 - 将质押者分为两类，一类的存款要求较高，另一类的存款要求较低。

单一秘密Leader选举

以太坊目前存在安全漏洞，即攻击者可以监视网络，识别哪些验证者对应哪些 IP 地址，并在验证者即将提出区块时对其发起 DoS 攻击。单一秘密领导者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，并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，从而隐藏哪个验证者将生成下一个区块的信息。

更快的交易确认

本文探讨了两种方法来加快交易确认时间：

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

其他研究领域

本文还探讨了其他一些研究领域，包括 51% 攻击恢复、增加法定人数阈值和抗量子性。这些研究领域旨在进一步增强以太坊的安全性、抵抗攻击和适应未来的技术发展。

本文深入分析了以太坊权益证明的技术设计，提出了各种改进方案，并讨论了实现这些方案的挑战和权衡。这些改进将为以太坊带来更高的性能、安全性以及对更多用户的友好性，为以太坊生态系统的未来发展奠定基础。