Beam Chain：以太坊共識層重大升級 引入ZK提升性能降低門檻

以太坊自誕生以來經歷了從PoW工作量證明到PoS權益證明的轉變。某研究員指出，盡管信標鏈在引入PoS時表現出色，但近年來積累了一些"技術債"，其設計未能充分利用零知識證明等去中心化系統的前沿技術。因此，以太坊的共識層迫切需要一次重大更新。

在近期的開發者大會上，一項名爲"Beam Chain"的提案被提出，旨在徹底改革以太坊的共識層。作爲以太坊長期發展規劃的一部分，Beam Chain將利用當前零知識密碼學的最新突破，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。這無疑是以太坊未來幾年內最關鍵的升級之一。

需要明確的是，Beam Chain並非一條全新的區塊鏈，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。有觀點將Beam Chain誤解爲以太坊3.0，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帶來的五大核心變革包括：

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：爲以太坊網路增加抗量子能力

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，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，未來單區塊即可完成確認。

2. 改進質押機制

• 優化發行模型：調整驗證者獎勵發行模型，提高質押收益。
• 降低質押要求：將獨立驗證者的質押門檻從32 ETH降至1 ETH，使獨立質押更加普及。

利用ZK技術，以太坊在提速的同時容納更多節點參與共識，且不大幅提高硬件要求，突破了質押的不可能三角。這一進展大大領先於業界。

3. 增強安全性

• 後量子密碼學：實施抗量子密碼學，保護網路免受量子計算威脅，成爲主流區塊鏈中抗量子的先行者。
• 集成zkSNARK和zkVM：通過零知識證明技術提升隱私、可擴展性和安全性。
• SNARK化區塊鏈：利用RISC-V實現區塊鏈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：通過增強審查抵抗力，減少三明治攻擊等機器人的泛濫。

簡而言之，這些升級可概括爲：讓整個以太坊網路實現ZK化。

4. 工作原理

自以太坊當前共識層設計確定以來，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：

• 使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，減少交易瓶頸。
• 抗量子計算的安全性：採用先進的加密技術，確保網路安全性不受未來量子計算機的威脅。
• 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集成階段，而非獨立網路。

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。它將增強可擴展性，降低交易成本，提高整體安全性，使網路能夠支持更多用戶和復雜應用程序。

基於SNARK的證明的另一大優勢是允許使用標準硬件的普通質押者實現上述性能提升。當質押門檻降至1 ETH後，網路性能提高的同時，以太坊質押者羣體的去中心化程度也將得到改善。

特別是門檻的降低，如果配合相關硬件設備，可能使家用級驗證者設備更加普及，進一步鞏固以太坊作爲全球節點最多、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坖，也不會明顯改變其長期路線圖，但其採用將改變路線圖開發的優先順序，加速某些組件的發展。例如，當前路線圖中一些重要升級原定於2029年實施，而Beam Chain可能會加快這些升級的進程。

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，然後在2026年由開發團隊編寫生產級代碼，2027年進行測試，最後才能安全部署在以太坊主網上。雖然Beam Chain的實施看似遙遠，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"，這些改進有望在保持以太坊"世界級去中心化"的同時，大幅提升其L1功能。同時，引入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。

以太坊持續不斷地進行長遠布局，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的樂觀態度提供了堅實基礎。