以太坊共識層重大升級：Beam Chain 帶來五大變革

以太坊自誕生以來，經歷了從工作量證明（PoW）到權益證明（PoS）的轉變。然而，以太坊基金會核心研究員指出，盡管轉向PoS後信標鏈運作良好，但過去五年來積累了一些技術債務。目前的設計未能充分利用零知識證明等前沿去中心化技術，因此以太坊的共識層亟需一次重大更新。

在最近的開發者大會上，以太坊研究員提出了一項名爲"Beam Chain"的提案，旨在徹底改革以太坊的共識層。這是以太坊長期發展路線圖的重要組成部分，目標是在不啓動新網路的前提下，利用最新的零知識密碼學成果，大幅提升網路的可擴展性和性能。毫無疑問，這將成爲以太坊未來3-5年內最關鍵的升級之一。

需要明確的是，Beam Chain並非字面意義上的新區塊鏈，而是在以太坊主網內部構建的新基礎設施。它將顯著提高L1主網的交易速度、安全性和效率。有人將Beam Chain誤解爲以太坊3.0，但實際上它僅針對共識層問題，不會改變數據層或執行層。

Beam Chain將帶來五大核心變革：

1. 更快的區塊確認：實現4秒插槽時間和單插槽最終性
2. 保持去中心化：維持或改善現有的去中心化保障
3. 降低質押門檻：將ETH質押要求從32 ETH降至1 ETH
4. 保護普通用戶：消除基於區塊重組的MEV
5. 面向未來：賦予以太坊網路抗量子能力

Beam Chain的升級思路和原理

1. 提高區塊產量

Beam Chain將把區塊生產量提升至目前的3倍，顯著增強以太坊的交易處理能力。引入FOCIL（分叉選擇強制包含列表）機制，增強了抗審查能力，確保交易不易被惡意排除。驗證者將通過執行拍賣進行隔離，不僅提高性能和去中心化，還能保護更多用戶免受MEV影響。此外，以太坊將實現單時隙最終確定性和4秒區塊時間，加快交易確認速度，提升網路效率。

值得注意的是，這一改進意味着交易所將不再需要等待多個區塊確認，因爲未來單個區塊即可確認交易。

2. 優化質押機制

Beam Chain將改進驗證者的獎勵發行模型，提高質押回報。最引人注目的是，獨立驗證者的質押要求將從當前的32 ETH大幅降低至1 ETH，這將使獨立質押變得更加簡單和普及。

這一突破性進展得益於零知識技術的應用，使以太坊在提升速度的同時，能夠容納更多節點參與共識，且不會顯著提高硬件要求，有效突破了質押的不可能三角。

3. 強化安全性

Beam Chain將引入多項安全增強措施：

• 實施抗量子密碼學，確保網路能抵御未來量子計算的威脅
• 通過zkSNARK和zkVM將零知識證明技術與以太坊深度集成，提升隱私、可擴展性和安全性
• 利用RISC-V架構實現區塊鏈的SNARK化，提高證明生成的效率和可擴展性
• 引入更強大的隨機性機制，確保驗證者選擇等關鍵網路流程的公平性
• 增強審查抵抗能力，最大限度降低三明治攻擊等惡意行爲的風險

簡而言之，這些措施將使整個以太坊網路實現全面的零知識化。

4. 工作原理

自以太坊當前共識層（信標鏈）設計確定以來，密碼學領域在SNARK技術上取得了重大突破。通過將以太坊的狀態轉換函數SNARK化，可實現4秒時隙時間和單時隙最終性。這不僅能顯著改善L1交易體驗，還能通過消除遠程區塊重組策略來減少潛在的價值提取，同時降低共識層的技術債務。

此外，SNARK化將賦予以太坊網路抗量子能力，這是未來區塊鏈的必備特性。

Beam Chain將從以下幾個方面推進以太坊的升級：

• 利用分片技術提高處理速度：將數據分割成更小的部分，實現並行處理，減少交易瓶頸
• 引入抗量子計算的安全機制：採用先進的加密技術，確保網路能抵御未來量子計算機的攻擊
• 與以太坊路線圖無縫整合：作爲以太坊未來5年擴展和安全性提升計劃的重要組成部分

5. 重要意義

Beam Chain對於提升以太坊處理日益復雜的去中心化應用的能力至關重要。它將增強網路的可擴展性，降低交易成本，提高整體安全性，使以太坊能夠支持更多用戶和更復雜的應用程序。

基於SNARK的證明系統的另一大優勢是：即使使用標準硬件的普通質押者也能實現上述性能提升。當質押門檻降至1 ETH後，隨着網路性能的提高，以太坊質押者羣體的去中心化程度也將顯著改善。

門檻的大幅降低，結合一些專用硬件設備的普及，有望使家用級驗證者設備走進千家萬戶，進一步鞏固以太坊作爲全球節點最多、最去中心化公鏈的地位。

盡管Beam Chain的願景不會立即改變以太坊，也不會顯著改變其長期路線圖，但它將調整開發優先順序，加速某些組件的發展。例如，當前路線圖中預計在2029年實現的一些重要升級可能會提前完成。

如果Beam Chain獲得足夠的社區支持，開發人員可能會在明年開始制定規範，然後在2026年由開發團隊編寫生產級代碼，2027年進行測試，最後才能安全地部署到以太坊主網上。雖然實施時間看似遙遠，但對於一個去中心化開發的開源軟件而言，這些安全冗餘措施是必要的。

總之，Beam Chain通過零知識化路線，有望在保持以太坊高度去中心化的同時，大幅改善其L1功能，一舉解決過去積累的"技術債務"。同時，引入的量子抗性等長期解決方案，將使以太坊的共識層進入"維護模式"，確保網路在未來幾十年內保持安全、高效和適應性，爲未來創新奠定基礎，無需進行顛覆性的重新設計。

以太坊持續不懈地進行長遠布局，這對整個區塊鏈行業來說都是令人振奮的進展。這也爲我們在當前活躍的市場環境中，保持對以太坊樂觀態度提供了堅實基礎。