以太坊共識層迎來重大升級：Beam Chain帶來五大變革

以太坊從工作量證明(PoW)起步，2021年成功轉型爲權益證明(PoS)。然而，一位核心研究員指出，盡管信標鏈初期運行良好，但五年來累積了一些"技術債"，其設計未能充分利用零知識證明等前沿技術。因此，以太坊的共識層亟需一次重大更新。

在近期的開發者大會上，一位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。這是以太坖長期發展規劃的一部分，將利用當前零知識密碼學的突破成果，在不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。

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，將顯著提高L1主網的交易速度、安全性和效率。有人將其誤解爲以太坊3.0，實際上Beam Chain僅針對共識層進行改進，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：啓用4秒插槽時間和單插槽最終性
2. 保持去中心化：維持或改善當前的去中心化水平
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：爲以太坊網路提供抗量子能力

Beam Chain的升級思路和原理

1. 增加區塊產量

• 提高吞吐量：Beam Chain將區塊生產量提升至現有水平的3倍，增強以太坊的交易處理能力。
• 增強抗審查能力：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。
• 執行拍賣與驗證者隔離：通過執行拍賣實現驗證者隔離，提升性能和去中心化程度，同時減少用戶遭受MEV影響的風險。
• 加快最終確定性：實現單時隙最終確定性和4秒區塊時間，加速交易確認並提高網路效率。

值得注意的是，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完成確認。

2. 改進質押機制

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

這一突破性進展得益於零知識技術的應用，使以太坊在提速的同時能夠容納更多節點參與共識，並且不大幅提高硬件要求，成功突破了質押的不可能三角。

3. 增強安全性

• 後量子密碼學：實施抗量子密碼學，確保網路抵御量子計算威脅，成爲主流區塊鏈中抗量子的先行者。
• 整合零知識證明：通過zkSNARK和zkVM與以太坊集成，進一步提升隱私性、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，提高證明生成的效率和可擴展性。
• 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：通過加強審查抵抗能力，最大限度減少三明治攻擊等自動化套利行爲。

4. 工作原理

自以太坊現有共識層（信標鏈）設計確定以來，密碼學家在SNARK領域取得了重大突破。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。

這一改進不僅能縮短L1交易的等待時間，還能通過消除遠程區塊重組策略來減少潛在的價值提取，並降低共識層的技術債務。此外，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速度。
• 實現抗量子計算的安全性：採用先進的加密技術，確保網路安全不受未來量子計算機的威脅。
• 與以太坊路線圖整合：Beam Chain作爲以太坊未來5年擴展和安全性提升路線圖的重要組成部分。

5. 重要意義

Beam Chain對於增強以太坊處理日益增長的去中心化應用的能力至關重要。它將提升可擴展性，降低交易成本，並增強整體安全性，使網路能夠支持更多用戶和復雜的應用程序。

基於SNARK的證明還允許使用標準硬件的普通質押者實現上述性能優勢。當質押門檻降至1 ETH後，網路性能提升的同時，以太坊質押者羣體的去中心化程度也將得到改善。

門檻的降低配合相關硬件設備，如家用級驗證者設備，有望讓以太坊保持全球節點數量最多、最去中心化的公鏈地位。

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，但它將調整路線圖開發的優先順序，加速某些組件的發展。例如，一些原計劃在2029年進行的重要升級可能會提前實施。

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年編寫生產級代碼，2027年進行測試，最後在以太坊主網上安全部署。雖然實施看似遙遠，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"，有望在保持以太坊高度去中心化的同時，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，無需進行顛覆性的重新設計。

以太坊持續進行長遠布局，這對整個區塊鏈行業都是令人振奮的進展，也爲我們在當前活躍的市場環境中保持對以太坊的樂觀態度提供了堅實基礎。