Vitalik新作：以太坊合并后技术路线图揭秘

以太坊协议的可能未来，第一部分：合并后的技术路线

以太坊已经成功过渡到权益证明（PoS）系统，并稳定运行了两年多。权益证明在稳定性、性能和避免中心化风险方面表现出色，但仍有改进空间。我在2023年的路线图中提出了两大类改进：技术特性和经济变革。前者包括提高稳定性、性能和小型验证者的可访问性，而后者则涉及应对中心化风险的措施。本文将聚焦于“合并”部分，探讨PoS的技术设计改进及其实现途径。

单一插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）才能最终确定一个区块，且需要32 ETH才能成为质押者。这是因为需要在最小化最终确定时间、在一个slot内完成区块和保持slot长度之间取得平衡。我们正在探索的单一插槽最终性（Single-slot finality）旨在在一个slot内最终确定区块。已有提案修改Tendermint共识以适应以太坊独有的“inactivity leaks”属性，从而实现这一目标。

实现单一插槽最终性的挑战在于如何在验证者数量非常高的情况下有效运行，同时不会导致节点运营商开销过高。我们考虑了以下几种解决方案：

选项1：暴力破解——通过更好的签名聚合协议（如ZK-SNARKs）来处理数百万验证者的签名。

选项2：Orbit委员会——随机选择中型委员会来确定链的最终性，同时具备高经济攻击成本。这是一种折中的选择，既能实现部分经济最终性，又能提高单slot的效率。

选项3：双层质押——将质押者分为存款要求较高和较低的两类，只有存款要求较高的质押者直接参与经济最终性。较低层级的质押者可通过委托权益、随机抽取参与区块最终确定等方式参与。

我们有四种路径可供选择：维持现状、Orbit SSF、暴力破解SSF和具有两层质押机制的SSF。每个选项都有其权衡和挑战，但都旨在改善以太坊的安全性和质押民主化。

单一秘密领导人选举

当前的问题是，提前知道哪个验证者将提出下一个区块，这会导致DoS攻击的安全漏洞。解决方案是隐藏哪个验证者将生成下一个区块的信息。单一秘密领导人选举（SSLE）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进行改组和重新盲化，从而解决这个问题。

实现SSLE的挑战在于找到足够简单的协议，并考虑抗量子攻击的需求。我们可能需要在以太坊L1协议中引入执行通用零知识证明的机制，才能降低SSLE的复杂性。否则，我们可能需要通过协议外的缓解措施来解决DoS问题。

更快的交易确认

缩短以太坊的交易确认时间（从12秒到4秒）将显著改善用户体验和defi协议的效率。这有助于L2的去中心化，减少L2构建自己的基于委员会的去中心化排序的需求。实现这一目标的技术包括减少slot时间和提议者预先确认方法。缩短slot时间需要考虑验证者的网络延迟，而提议者预先确认方法需要解决激励问题。

其他研究领域

51%攻击恢复——我们可以尝试通过部分自动化恢复过程来减少对社交层的依赖，确保攻击者不能快速获得彻底的胜利。

提高法定人数门槛——将最终确定所需的质押者支持比例从67%提高到80%，可以增加安全性，减少非最终确定性时期，并使单独质押者更有意义。

抗量子攻击——量子计算机可能在2030年代破解密码学，这意味着我们需要为依赖椭圆曲线的以太坊协议部分开发基于哈希或其他量子抗性的替代方案。

这些技术改进和研究方向将帮助以太坊在合并后的未来继续提升其性能、安全性和去中心化程度。让我们拭目以待这些创新如何塑造以太坊的未来。