以太坊3.0：Beam Chain的突破性提案

近期在曼谷舉行的2024 Devcon大會上，以太坊生態圈的各方代表齊聚一堂，共同探討了區塊鏈領域的最新進展和未來趨勢。在衆多精彩的分享中，一項被稱爲"以太坊3.0"的共識層升級提案——Beam Chain尤其引人注目。

這一提案由以太坊基金會的一位研究員提出，其核心思想是利用零知識證明技術來優化驗證者節點的計算和通信負擔。這種改進不僅能降低成爲驗證者的門檻，還可以吸引更多參與者加入網路，從而增強整體安全性，減少冗餘計算，提高網路效率。此外，該提案還着眼於解決Beacon鏈中由於歷史原因遺留的技術問題，並爲未來可能出現的量子計算威脅做好準備。

Beam Chain的提出與以太坊聯合創始人此前提出的The Verge路線圖不謀而合。The Verge路線圖中就包含了對以太坊進行全面"Snark化"（即應用零知識證明技術）的計劃，涵蓋共識層和執行層。盡管共識層的改造被認爲是一項具有挑戰性的工作，需要持續的優化和考慮，但Beam Chain的提議爲這一難題提供了一個可能的解決方案。

Beam Chain主要聚焦於共識層的改造，其核心在於將狀態轉換函數進行Snark化。這包括對每個時隙、每個區塊和每個時期的狀態轉換函數進行改造，涉及共識算法、Staking邏輯執行、區塊提議、執行層結果驗證、Merkle樹根驗證、共識籤名驗證和聚合、哈希計算以及質押和贖回等操作。值得注意的是，以太坊在推進這一改造時，仍然堅持去中心化和多樣性的原則，不會強制要求使用特定的零知識證明算法和協議。

實現Beam Chain構想的核心挑戰在於如何大幅提升證明效率，將目前需要幾十秒甚至更長時間的證明過程壓縮到秒級。爲解決這一性能瓶頸，有專家提出了使用ASIC芯片來加速零知識證明的全流程，預計在未來幾年內可以將證明生成時間提升十倍以上，實現真正的實時證明。

多個研究團隊正在積極探索利用GPU、FPGA和ASIC等硬件平台加速零知識證明過程。他們已經在多個主流的零知識證明系統上取得了顯著的性能提升，部分核心算法的加速比甚至達到了百倍以上。這些技術進步不僅限於傳統的區塊鏈應用，在AI與零知識證明結合的領域也取得了突破性進展，如大幅縮短了大型語言模型可驗證計算的時間。

面對量子計算帶來的潛在威脅，研究人員也在積極開發後量子密碼庫，並通過優化共識流程和內存讀取，使得抗量子區塊鏈的性能可以達到傳統區塊鏈的一半左右。

這些技術探索已經開始在實際產品中得到應用。例如，一些加速方案針對零知識證明中常用的算法進行了優化，包括多標量點乘、數論變換、多項式求解和證明等關鍵組件，充分利用了GPU的計算資源和帶寬，顯著提升了運算效率。

長期以來，以太坊社區主要關注執行層的優化，如提高區塊gas限制和發展二層網路等。而執行層的Snark化已經通過二層網路解決方案取得了顯著進展。Beam Chain的提出則開啓了共識層Snark化的新篇章，有望激發更多創新思路。

可以預見，隨着共識層和執行層的Snark化逐步完成，以太坊的擴展性和去中心化程度將得到進一步提升。基於零知識證明的虛擬機技術將在以太坊生態系統中扮演越來越重要的角色。通過引入SNARK證明和後量子密碼學，結合更低的質押門檻和更快的區塊確認速度，Beam Chain有望爲以太坊帶來更強的去中心化特性和更高的網路性能。