Vitalik 探討以太坊「合併」後的未來是什麼？考慮修改共識提高最終確認速度

Vitalik 在 10/14 撰文表示，自從以太坊推出以來，已經歷了許多重要的變革，而其中最引人注目的之一就是「合併」(The Merge)。這個事件標誌著以太坊從工作量證明 (PoW) 共識機制，轉換到權益證明 (PoS) 的長期期待轉變。截止到 2024 年 10 月，以太坊作為 PoS 系統已經運行了兩年，展現了穩定性、性能與去中心化抗性方面的優秀成果。然而，儘管這次轉型取得了成功，仍有許多領域需要進一步改進。該報告將探討以太坊 PoS 設計的未來可能性，著重於技術上的改進以及潛在的發展路徑。

合併：以太坊進化中的里程碑

什麼是「合併」(The Merge)？

Vitalik 解釋，「合併」最初指的是以太坊從 PoW 過渡到 PoS 的關鍵轉變，這也開啟了網路的新篇章。以太坊的 PoS 系統自那時以來展現了穩定性和效率，但挑戰依然存在。目前的重點是改進 PoS 的某些技術特性，例如加快區塊最終確認速度、降低驗證者的進入門檻以及提高系統效率。

「合併」後仍然面臨的挑戰

儘管 PoS 轉型成功，但以太坊仍然面臨一些挑戰。其中包括區塊最終確認所需的時間過長，以及對驗證者要求 32 ETH 的較高門檻，這限制了更廣泛的參與。目前正在努力解決這些問題，同時維護以太坊的核心原則，例如經濟最終性。

單槽最終性 (single-slot finality) 與權益質押民主化

最終性的問題是什麼？

以太坊開發者正在探索的主要領域之一是縮短區塊最終確認所需的時間。目前，跨多個 epoch 達到最終確認大約需要 15 分鐘。32 ETH 的高驗證者要求也是一大障礙，阻礙了更多人參與。目標是將最終確認時間縮短到單個區塊槽 (slot)，並將驗證者的進入門檻降低到 1 ETH。

(註：以太坊區塊中 epoch 代表一組驗證者活動發生的時間範圍，一個 epoch 有 32 個 slot。每個 slot 持續 12 秒。這意味著每個 epoch 持續大約 6.4 分鐘。)

兩難問題

Vitalik 解釋，這些目標：縮短最終確認時間和降低質押要求，難以同時實現。為了保證經濟最終性 (即讓區塊回滾的成本高到無法承受)，每個驗證者必須對區塊進行簽名，這會使過程變得更耗時。雖然像 Algorand 這樣的網路使用基於委員會的最終確認，但如果在以太坊上草率應用這一方法，可能會使其更易受到 51% 攻擊的威脅。

探索潛在解決方案

方案 1：硬幹

一種解決方法是通過改進簽名聚合協議來解決這個挑戰。諸如零知識證明 (ZK-SNARKs) 等技術可以幫助更有效地處理來自數百萬驗證者的簽名，從而使以太坊在保持去中心化的同時提升速度。

方案 2：Orbit Committees

衛星軌道委員會 (Orbit Committees) 提供了另一種解決方案，透過將最終確認責任分配給較小的隨機選擇驗證者群體。這可以減少節點運營者的負擔，同時保持高水平的經濟最終性，這對以太坊的安全至關重要。軌道委員會的工作原理是從較大的驗證者池中選擇一個中型委員會，從而降低攻擊風險，同時保持效率。

方案 3：雙層質押系統

雙層質押系統會引入不同等級的驗證者，較高等級的質押者在最終確認中扮演更重要的角色。這種方法可以減輕驗證者的整體負擔，同時仍允許較小的驗證者參與，但這也帶來了潛在的集中化風險。

單槽最終性：最有希望的提案？

單槽最終性的運作方式

單槽最終性將允許區塊在單個槽內 (12秒或更短) 完成最終確認，大幅提升用戶體驗。它將透過減少區塊鏈回滾的可能性，並加速交易確認來簡化以太坊的協議，從而讓網路和用戶都受益。實現這一點需要修改共識機制，但這可能使以太坊在與其他注重性能的區塊鏈競爭中更加具備優勢。

最受到支持的提案們

目前已有多項實現單槽最終性的提案出現，例如專注於改進簽名聚合的「Horn」協議，以及在驗證者效率與經濟最終性之間尋求平衡的「Orbit SSF」。這些提案的目標是保持以太坊的去中心化，同時使系統變得更快且更具包容性。

如何應對去中心化的擔憂

降低驗證者進入門檻

其中一個最重要的目標是降低 32 ETH 的最低質押要求。透過僅允許用戶用 1 ETH 進行質押，以太坊可以實現參與的民主化，並增加單獨質押者的數量。這一舉措還可以進一步去中心化網路，因為它將讓更多個人運行自己的驗證者，而不必依賴大型質押池。

然而，降低進入門檻和加快最終確認速度會增加節點負擔，這可能會將小型驗證者排擠出網路。因此，在包容性和效率之間找到平衡對於以太坊 PoS 未來的成功至關重要。

以太坊的未來：超越合併

單一秘密領導者選舉 (SSLE)

另一個研究領域是單一秘密領導者選舉 (Single Secret Leader Election，SSLE)，該方法旨在解決提前公開下一個區塊提議者身份的漏洞。這一資訊可能被攻擊者利用，對驗證者發動拒絕服務 (DoS) 攻擊。SSLE 透過在區塊產生之前隱藏提議者身份來增加一層安全性。

更快的交易確認

還有關於縮短以太坊槽時間的研究，這可能將交易確認時間從 12 秒縮短到 4 秒。更短的確認時間將提升用戶體驗，尤其是對於去中心化金融 (DeFi) 應用和Rollup，這將使以太坊變得更高效且更加去中心化。

Vitlaik 認為，向 PoS 的過渡對以太坊來說是一個關鍵的成就，但這段旅程還遠未結束。隨著開發者繼續完善協議，焦點將繼續放在使系統更加安全、高效，並對更廣泛的用戶群體更加友好。透過單槽最終性、軌道委員會和 SSLE 等創新，以太坊正朝著保持其作為領先區塊鏈網路的地位邁進，同時應對去中心化、性能和安全性的挑戰。

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