以太坊共識層重大升級：Beam Chain將帶來五大變革

以太坊從PoW工作量證明起步，於2021年成功過渡到PoS權益證明。然而，一位核心研究員指出，盡管初期信標鏈運行良好，但過去五年積累了一些"技術債"，其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。

近期在曼谷Devcon會議上，一位以太坊研究員提出了一項名爲"Beam Chain"的重磅提案，旨在全面改革以太坊共識層。這是以太坊長期發展藍圖的重要組成部分，將充分利用當前零知識密碼學的最新突破，在無需啓動新網路的前提下，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。

需要澄清的是，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，旨在顯著提高L1主網的交易速度、安全性和效率。有觀點將其誤解爲以太坊3.0，但實際上Beam Chain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：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. 增加區塊產量

• 提高吞吐量：區塊生產量將增加到當前的3倍，顯著提升交易處理能力。
• 加強抗審查能力：引入FOCIL（分叉選擇強制包含列表）機制，確保交易不易被惡意排除。
• 執行拍賣和隔離驗證者：通過執行拍賣實現驗證者隔離，增強性能和去中心化，同時減少用戶遭受MEV影響。
• 加速最終確定性：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，提高網路效率。

值得注意的是，這一升級將使交易所不再需要等待多個區塊確認，未來單區塊即可確認交易。

2. 改進質押機制

• 優化發行模型：調整驗證者獎勵發行模式，提高質押回報。
• 降低質押要求：獨立驗證者只需質押1 ETH，遠低於當前32 ETH的門檻，使獨立質押更加普及。

這一突破性進展歸功於零知識技術的應用，使以太坊在提速的同時能容納更多節點參與共識，同時不大幅提高硬件要求，有效突破了質押的不可能三角。

3. 增強安全性

• 引入後量子密碼學：實施抗量子密碼技術，保護網路免受未來量子計算威脅。
• 整合zkSNARK和zkVM：將零知識證明技術與以太坊深度融合，提升隱私、可擴展性和安全性。
• SNARK化區塊鏈：利用RISC-V技術將區塊鏈SNARK化，提高證明生成效率和可擴展性。
• 增強隨機性：引入強大的隨機性機制，確保驗證者選擇等關鍵網路流程的公平性。
• 降低MEV風險：通過增強審查抵抗能力，最大限度減少三明治攻擊等機器人活動。

4. 工作原理

自以太坊當前共識層設計確定以來，密碼學在SNARK領域取得了重大進展。通過SNARK化以太坊的狀態轉換函數，可實現4秒時隙時間和單時隙最終性。這不僅能改善L1交易體驗，還能通過消除遠程區塊重組策略來減少MEV影響，同時減輕共識層的技術債務。

SNARK化還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：

• 利用分片技術加快處理速度：將數據分割成更小的部分，實現並行處理多筆交易，減少瓶頸並加快交易時間。
• 實現抗量子計算的安全性：採用前沿加密技術，確保即使面對未來的量子計算機也能保持網路安全。
• 與以太坊路線圖整合：Beam Chain是以太坊未來5年擴展和提高安全性路線圖的重要組成部分。

5. 重要意義

Beam Chain對於提升以太坊處理日益增長的去中心化應用的能力至關重要。它將增強網路可擴展性，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復雜應用。

基於SNARK的證明還能讓普通質押者使用標準硬件實現上述性能優勢。當質押門檻降至1 ETH後，不僅網路性能得到提升，以太坊質押者羣體的去中心化程度也將顯著改善。

門檻的降低配合相關硬件設備的發展，有望使家用級驗證者設備普及到千家萬戶，鞏固以太坊作爲全球節點最多、最去中心化公鏈的地位。

雖然Beam Chain的願景不會立即改變以太坊，但它將調整路線圖開發的優先順序，加速某些組件的發展。例如，當前路線圖中設定在2029年的一些重要升級可能會提前實現。

如果Beam Chain獲得足夠的社區支持，開發人員可能從明年開始制定規範，2026年編寫生產級代碼，2027年進行測試，最後才能安全部署到主網。盡管實施時間看似遙遠，但對於去中心化開發的開源軟件而言，這些安全冗餘是必要的。

總之，Beam Chain通過ZK化路線一舉解決了過去的"技術債"，有望在保持以太坊"世界級去中心化"的同時，大幅改善其L1功能。新思路引入的量子抗性等長期解決方案，將以太坊的共識層置於"維護模式"，確保其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而無需顛覆性重新設計。

以太坊持續進行長遠布局，這對整個區塊鏈行業都是振奮人心的更新。這也爲我們在當前蓬勃發展的市場環境中對以太坊保持樂觀提供了堅實基礎。