以太坊共識層迎來重大升級：Beam Chain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，某以太坊核心研究員指出，盡管初期信標鏈表現良好，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。

在近期的開發者大會上，一位以太坊研究員提出了名爲"Beam Chain"的提案，旨在徹底改革以太坊共識層。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，利用最新的ZK密碼學突破，大幅提升網路的可擴展性和性能。毫無疑問，這將是以太坊未來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。有人誤解Beam Chain爲以太坊3.0，但實際上它僅聚焦於解決共識層問題，不會涉及數據層或執行層的變動。

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：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. 提高區塊產量

• 增加交易處理能力：Beam Chain將把區塊生產量提高到當前的3倍，從而提升以太坊的交易處理能力。
• 強化抗審查性：引入FOCIL（分叉選擇強制包含列表）機制，增強網路的抗審查能力，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，既保證更強的性能和去中心化，又能保護更多用戶免受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，因爲未來單區塊即可實現確認。

2. 優化質押機制

• 改進獎勵模型：調整驗證者的獎勵發行模型，提高質押回報。
• 降低參與門檻：獨立驗證者只需質押1 ETH，遠低於目前的32 ETH要求，使獨立質押更加普及和簡便。

這一突破性進展歸功於ZK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，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

• 引入抗量子密碼學：實施抗量子加密技術，確保網路能抵御未來量子計算的威脅，成爲主流區塊鏈中抗量子的先行者。
• 整合zkSNARK和zkVM：將零知識證明技術與以太坊深度整合，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：引入更強大的隨機性機制，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，SNARK技術取得了重大進展。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：

• 利用分片技術加速處理：將數據分割成更小的部分同時處理，減少交易瓶頸，加快交易速度。
• 部署抗量子加密：採用先進的加密技術，確保即使面對未來的量子計算機也能保持網路安全。
• 融入以太坊路線圖：Beam Chain不是獨立網路，而是以太坊未來5年擴展和安全性提升規劃的重要組成部分。

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應用。

基於SNARK的證明系統還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。

特別是門檻的降低，配合一些專用硬件設備，可能會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、最去中心化公鏈的地位。

雖然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，但它將調整開發優先級，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獲得充分的社區支持，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，最後才能安全地部署到以太坊主網。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，無需進行顛覆性重設計。

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中保持對以太坊的樂觀態度提供了堅實基礎。