全新突破：以太坊共識層升級方案揭祕

最近結束的2024 Devcon大會在曼谷舉行，吸引了以太坊生態系統的廣泛關注。會議期間，多個項目發布了重要進展，引發了全球Web3社區的熱烈討論。

其中最引人注目的是以太坊基金會研究員提出的共識層升級提案，被社區稱爲"以太坊3.0"。這項名爲Beam Chain的提案旨在通過零知識證明技術降低驗證節點的計算和通信負擔，從而降低成爲驗證者的門檻。這不僅有助於吸引更多驗證者加入網路以提高安全性，還能減少計算冗餘，提升整體效率。同時，該提案還計劃解決Beacon鏈中的遺留技術問題，並爲未來可能出現的量子計算威脅做好準備。

Beam Chain提案與以太坊聯合創始人此前提出的The Verge路線圖中關於以太坊Snark化的設想不謀而合。The Verge路線圖強調了對共識層和執行層進行零知識證明改造的重要性。雖然執行層的改造已經通過Layer解決方案取得了顯著進展，但共識層的改造仍然面臨挑戰，需要持續優化。

Beam Chain提案專注於共識層的改造，其核心是將狀態轉換函數Snark化。這包括對每個時隙、每個區塊和每個週期的狀態轉換函數進行改造。這些函數涉及共識算法執行、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、哈希計算以及質押相關操作等。值得注意的是，以太坊在推進共識層Snark化的同時，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將目前需要幾十甚至上百秒的證明時間縮短到秒級。爲此，研究人員提出了使用專用集成電路（ASIC）來加速零知識證明的全流程，目標是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。

多個研究團隊一直致力於利用GPU、FPGA和ASIC等硬件平台加速零知識證明過程。他們已經在多個零知識證明系統上取得了顯著進展，部分核心算法的加速比達到了百倍以上。這些技術突破不僅應用於區塊鏈領域，還延伸到了AI與零知識證明的結合應用中，如大型語言模型的可驗證計算。

面對量子計算帶來的潛在威脅，研究人員還開發了支持多個NIST標準後量子算法的密碼庫。通過優化共識流程和內存讀取，他們成功將抗量子區塊鏈的交易處理能力提升到原鏈的約50%。

這些技術進步已經在一些商業解決方案中得到應用，顯著提升了零知識證明的運算效率。例如，某開源社區在採用這些優化方案後，GPU運算性能提升超過20%，創造了同類服務的最高記錄。

隨着Beam Chain提案的提出，預計以太坊社區將更多地關注共識層的改造，這可能帶來更多創新想法。共識層和執行層的Snark化共同推進，將爲以太坊的可擴展性和去中心化做出重大貢獻。未來，基於零知識證明技術的虛擬機可能在以太坊生態系統中扮演核心角色。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，推動區塊鏈技術向前發展。