以太坊 3.0：Beam Chain 提案的技術突破與未來展望

2024年的Devcon大會在曼谷圓滿落幕，會議期間以太坊生態項目紛紛發布最新進展，引發全球Web3界的廣泛關注。其中，以太坊基金會研究員Justin Drake提出的"以太坊3.0"Beam Chain提案尤爲引人注目。

Beam Chain提案的核心理念是利用零知識證明技術來優化驗證節點的計算和通信負擔，從而降低成爲驗證者的門檻。這一改進有望吸引更多驗證者加入網路，提升整體安全性和效率。同時，該提案還旨在解決Beacon鏈中遺留的技術債務，爲未來可能出現的量子計算威脅做好準備。

這一提案與Vitalik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共識層和執行層進行零知識證明改造的計劃。Vitalik最近也坦承，共識層的改造是一項具有挑戰性的工作，需要在後續不斷優化。

Beam Chain提案主要聚焦於共識層的改造。具體而言，只需要將狀態轉換函數進行SNARK化即可，這正是零知識證明技術的優勢所在。共識層的狀態轉換函數主要包括每時隙、每區塊和每紀元三個部分，涉及共識算法執行、區塊提議、執行層結果驗證等多個環節。值得注意的是，以太坊在這一過程中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，而是允許提議者自主選擇。

實現Beam Chain構想的核心難點在於如何將目前需要幾十甚至上百秒的證明時間縮短到秒級。Justin在今年9月的一次研討會上提出了使用ASIC芯片加速的方案，希望在未來幾年內將證明生成時間提升十倍以上，實現實時證明。

一些技術團隊已經在這一領域取得了顯著進展。例如，有團隊利用GPU、FPGA和ASIC等硬件平台對多種零知識證明系統進行加速，部分核心算法達到了百倍以上的加速比。在人工智能與零知識證明結合方面，也有團隊將大型語言模型的首個token生成時間從4小時縮短到約18分鍾。

面對量子計算的潛在威脅，業界也在積極探索解決方案。有團隊基於OpenSSL開發了支持多個NIST標準後量子算法的密碼庫，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原鏈的50%左右。

這些技術突破已經在一些商業產品中得到應用。例如，某團隊推出的軟硬一體加速方案針對零知識證明常用算法進行了優化，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、發展二層網路等。而執行層的SNARK化已經通過二層網路方案取得了顯著成果。Beam Chain的提出開啓了共識層SNARK化的新篇章，相信會激發社區對共識層改造的更多思考。

可以預見，隨着共識層和執行層的SNARK化，以太坊的整體SNARK化藍圖將逐步完善，爲其擴展性和去中心化帶來巨大提升。Beam Chain提案的推進也意味着基於零知識證明的虛擬機將在以太坊生態中扮演更加重要的角色。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時間，Beam Chain有望爲以太坊帶來更強的去中心化和更高的性能。