以太坊路线图：The Merge 升级，探索 PoS 权益证明的未来

以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 近期发布了关于以太坊协议未来发展路线图的文章，其中涵盖了六个阶段，本文将深入探讨第一个阶段——The Merge，即从工作量证明 (PoW) 向权益证明 (PoS) 的过渡。

虽然以太坊已成功运行 PoS 系统近两年，但 Vitalik 认为 PoS 仍有改进空间，尤其是在稳定性、性能和中心化风险方面。他提出了多个想法，旨在实现单时隙确定性 (SSF)，提高质押民主化，以及解决单一秘密领袖选举、更快的交易确认和抗量子攻击等问题。

单时隙确定性和质押民主化

目前，以太坊区块最终确定需要约 15 分钟，且质押门槛为 32 ETH。为平衡参与质押的验证者数量、最终性时间和运行节点开销，以太坊选择了一种平衡的方案。

然而，Vitalik 认为可以优化现有机制，实现以下目标：

1. 单时隙内确定区块，即在 12 秒内完成区块最终确定，而非 15 分钟，这将显著提高用户体验，并为应用程序提供更稳定可靠的环境。

2. 将质押门槛降低至 1 ETH，鼓励更多个人参与质押，从而提高质押的民主化程度。

为了达成这两个目标，需要克服当前机制与最小化开销之间的矛盾。为此，Vitalik 提出了三种解决方案：

• 暴力破解：通过改进签名聚合协议，例如使用 ZK-SNARKs 来处理大量验证者的签名。

• Orbit 委员会：随机选取中型委员会负责链的最终确定，同时保持攻击成本特性。

• 双层质押：设置两种质押层级，分别对应不同存款要求。

每种方案都有其优缺点，需要权衡各种因素。

单一秘密领袖选举

目前，哪个验证者将提出下一个区块是可以提前知道的，这会导致安全漏洞。攻击者可以通过监控网络，对特定验证者发起 DoS 攻击。

Vitalik 认为，单一秘密领袖选举协议 (SSLE) 可以解决这个问题。该协议使用加密技术为每个验证者创建“盲”验证者 ID，并通过改组和重新盲化来隐藏谁将生成下一个区块。

然而，实现有效的 SSLE 并非易事，需要考虑技术复杂性和抗量子攻击的因素。

更快的交易确认

以太坊的目标是进一步缩短交易确认时间，从 12 秒缩短至 4 秒。这将提升用户体验、提高 DeFi 协议效率，并使 L2 更加去中心化。

为此，可以尝试两种技术：

• 减少时隙时间：将时隙时间缩短至 8 秒或 4 秒。

• 预确认机制：允许提议者在单时隙内发布预确认。

然而，这两种方法都面临着挑战，例如验证者集中化风险、延迟问题和激励机制等。

抗量子攻击

以太坊需要积极开发抗量子攻击的替代方案，以应对未来可能的量子计算威胁。这需要对当前依赖于椭圆曲线的协议进行改进。

总结

以太坊 PoS 系统面临着诸多挑战，包括质押中心化问题和安全漏洞。为了克服这些问题，Vitalik 提出了一系列技术解决方案，涵盖了单时隙确定性、质押民主化、单一秘密领袖选举、更快的交易确认和抗量子攻击等方面。

在技术升级的过程中，以太坊将继续探索创新，权衡各种方案，最终找到最适合的路径，实现更高安全性、性能和去中心化程度。