以太坊共識層將迎來重大升級：Beam Chain

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，某核心研究員指出，盡管初期信標鏈運作良好，但五年來積累了一些"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，以太坊的共識層亟需一次重大更新。

在最近的曼谷開發者大會上，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。這是以太坊長期發展規劃的一部分，目標是在不啓動新網路的前提下，利用當前零知識密碼學的突破成果，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。

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Beam Chain誤解爲以太坊3.0，實際上它僅聚焦於解決共識層問題，不會改變數據層或執行層。

Beam Chain將帶來五項核心變革：

1. 更快的區塊確認：實現4秒插槽時間和單插槽最終性
2. 不犧牲去中心化：保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，同時減少用戶遭受MEV影響。
• 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，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型，提高質押回報。
• 降低質押門檻：獨立驗證者僅需質押1 ETH，大大低於當前32 ETH的要求，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，使以太坊在提升速度的同時容納更多節點參與共識，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，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。
• 整合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，確保驗證者選取等關鍵網路流程的公平性。
• 降低MEV風險：通過改進審查抵抗能力，最大限度減少三明治攻擊等自動化套利行爲。

4. 工作原理

自以太坊當前共識層設計確定以來，密碼學家在SNARK領域取得了重大進展。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MEV，同時減輕共識層的技術債務。

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：

• 採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。
• 提供抗量子計算的安全性：利用先進的加密技術，確保網路能抵御未來量子計算機的潛在威脅。
• 與以太坊路線圖整合：Beam Chain是以太坊未來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復雜的去中心化應用的能力至關重要。它將提高可擴展性，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應用。

基於SNARK的證明體系允許使用標準硬件的普通質押者實現上述性能優勢。隨着質押門檻從32 ETH降至1 ETH，以太坊質押者羣體的去中心化程度將進一步提高。

盡管Beam Chain的實施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。如果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，最終安全部署到以太坊主網。

總的來說，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高度去中心化的同時，大幅提升其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，也爲我們在當前活躍的市場環境中對以太坊保持樂觀提供了堅實基礎。