一文讀懂以太坊Beam Chain的愿景和技術架構

2024-11-13 16:11:27

整理：Karen，Foresight News

以太坊基金會研究員 Justin Drake 在今日 Devcon 大會上提議以太坊的最終設計，其核心在於對以太坊共識層的大規模重新設計。他將這一提議的設計與分叉命名為「Beam」。那么，Beam Chain 究竟承載着怎樣的愿景？其技術架構與實施計劃又是如何鋪展的呢？

Beam 愿景

為何要對共識層進行大規模重新設計？Justin Drake 認為，當前的信標鏈已經過時，其規範在五年前被凍結，加之近年來，在 MEV 緩解、SNARKS（零知識簡潔非交互論證）、zKVMs（零知識虛擬機）等領域取得了諸多突破性進展，因此，共識層的重新設計顯得尤為迫切。

首先需要指出的是，自 2020 年信標鏈啓動以來，以太坊每年都會迎來一次重要的分叉升級。從 2021 年的同步委員會增加，到 2022 年的合並完成，再到 2023 年的質押提款支持，以及 2024 年的 proto-danksharding，每一步都見證了以太坊的成長與蛻變。而在 2025 年以太坊將實施 Electra 分叉，包括實施 EIP-7251 （MaxEB）。在接下來的幾年裏，以太坊也將進行一些漸進式的分叉。

然而，在這些漸進式分叉之後，Justin Drake 認為，我們或將面臨一個前所未有的挑战——Beam 分叉。這是一次共識層的「量子飛躍」，它能夠將多個升級整合（batch）到一個單一的分叉中。

值得一提的是，Beam 專門針對共識層，將 blob 和執行層（包含 EVM）排除在外，這是因為修改 blob 和執行層的機會相當有限，另一方面，共識層並不直接被應用程序使用，有比較大的機會進行設計和改變。

在 Beam Chain 共識層路线圖中，包括區塊生產、質押和密碼學三個類別。區塊生產方面，通過引入 inclusion lists 實現抵抗審查，將驗證者和區塊生產流程解耦，還有像執行拍賣這樣的想法，另外，也許可以縮短當前的 12 秒 slots 時間。

質押方面，目前研究人員廣泛認為，優化當前的發行曲线有機會改善以太坊的整體健康狀況。此外，降低成為驗證者所需的以太坊質押量，以及實現更快的確定性（finality）也是研究的重點。而在密碼學方面，主要是鏈抽象、量子安全以及 strong randomness 等。

Beam Chain 技術層

Justin Drake 認為，「PoW、PoS 之後，我們可能正在進入以太坊共識的零知識證明時代。在 ZK 時代，在這個時代，SNARKS 將成為一項不可或缺的技術。整個 Beam Chain，乃至整個共識層都可以進行 SNARK 化處理。這正是 zKVM 大顯身手之時。」

值得注意的是，需要進行 SNARK 處理的部分主要是狀態轉換函數，這是共識客戶端的核心所在。而圍繞狀態轉換函數的所有基礎設施，如網絡、syncing、緩存優化或分叉選擇規則等，則無需進行 SNARK 處理。最終，狀態轉移函數只是整個系統中的一個子集。

在 Beam Chain 中大量使用 SNARKS 的另一個地方是聚合籤名——使用哈希函數實現後量子聚合籤名（post quantum aggregatable signatures）。Justin Drake 解釋稱，可以收集成千上萬的籤名，並將他們壓縮成一個證明，結合起來就得到一個基於哈希的後量子可聚合方案，還可以對聚合再進行多次聚合。

除此之外，以太坊還將繼續沿用現有的基礎設施，包括 lib p2p、SimpleSerialiZe、PySpec 以及 Protocol Guild。

Beam Chain 路线圖

Justin Drake 為 Beam Chain 的啓動制定了詳細的計劃，從 2025 年开始會啓動相關規格制定過程， 2026 年开始構建，而在 2027 年开始，就會啓動相關測試，以確保 Beam Chain 達到生產級標准，並且可以安全部署到主網。從下面的路线圖來看，主網部署時間可能會在 2029 年、 2030 年以後上线。