在最初推出时，以太坊被视为继比特币之后的一种山寨币。随着时间推移，以太坊逐渐发展成为新兴技术的孵化平台。从 NFT 及其交易市场的兴起，到为用户提供借贷和收益耕作机会的 DeFi 生态，以太坊不断创新。

这些变革都源于以太坊改进提案（EIP，Ethereum Improvement Proposal），这些提案由开发者或社区成员提交，旨在推动以太坊网络的发展。

时至今日，EIP 依然是以太坊发展的核心驱动力，通过的提案会被纳入网络的发展路线图。最近，一个名为以太坊 Beam 链的新提案因其创新的共识机制方案和优化的开发时间表，引发了社区的广泛关注。

什么是 Beam 链？

在 2024 年 11 月的 Devcon 活动上，以太坊基金会研究员 Justin Drake 提出了对以太坊共识层的重大重新设计。他的提案被称为以太坊 Beam 链，这源于他观察到”以太坊路线图的目标与网络变革的步伐不相匹配”。

以太坊路线图是一份功能列表，通过网络分叉以渐进和周期性的方式实施到以太坊网络中。其中一个已实施的重要功能是 Beacon 链升级，它将网络的共识机制从工作量证明（PoW）转变为权益证明（PoS）。然而，按照目前的升级步伐，社区可能需要数十年才能实现路线图上更重要的功能。

因此，Justin Drake 提出了 Beam 分叉方案，其核心是将多个升级整合为一个更大的分叉，使以太坊网络能够引入更先进的技术，从而更好地与竞争对手抗衡。Beam 分叉针对以太坊的共识层和执行层，对区块生产、质押和密码学提出了全面的改进方案。

Beam 链详解

简单来说，Beam 链是对以太坊共识层的重新设计，它将区块链技术的最新重大进展整合到网络中。通过 Beam 链，原本需要数十年才能完成的路线图功能被整合为一个大型升级，计划在 2029 年（4-5 年内）完成实施。目前，ZIM 团队和 Lambda Class 两个开发团队已承诺参与 Beam 链的构建。

Beam 链提案涵盖了以太坊路线图中的 9 个共识层相关项目。其中 5 个是通过分叉实施的渐进式改进，另外 4 个是需要从零开始构建的”重大项目（big-ticket item）”。整个提案分为三个核心模块：区块生产、质押和密码学。

Beam 链的组成部分：区块生产

区块生产部分包含三个重要特性：抗审查性、隔离验证者和更快的时隙（slot）。前两个是渐进式改进。

抗审查性

在区块链中，抗审查性指用户在网络中进行交易时不受没收和交易不可更改性（即第三方无法更改已完成的交易）的自由。以太坊网络的验证过程包括对交易进行排序和提交区块的构建者，以及选择要签名的区块和向链上提议最佳区块的提议者。目前的流程结构高度中心化，使提议者拥有最终决定权，并可能出现提议者和构建者合作审查交易并获取 MEV 的情况。

根据 Beam 链路线图，解决这个问题的最佳方案是强制包含列表（FOCIL，Forced Inclusion List）的概念，通过要求每个验证者将其聚合包含列表与包含列表委员会成员广播的列表进行交叉检查，帮助实现区块生产过程的去中心化。

隔离验证者

隔离验证者是另一个与 MEV 相关的特性。其目的是降低在区块链上验证交易所需的复杂程度，从而提高网络健康度。

更快的时隙

以太坊的时隙时长为 12 秒，每个区块达到最终确认需要大约 15 分钟。这对网络的影响在高规模应用和构建 rollup 时尤为明显。以太坊使用名为 Gasper 的概念实现单时隙最终确认。虽然它能正常运行，但仍有改进空间。Gasper 算法使用基于时期的方式实现连接性，进而实现最终确认，因为每个时隙都必须在经济安全性之前被考虑。

Beam 链提议将时隙时间缩短至 4 秒，这将通过预确认功能实现，该功能甚至可以在当前的以太坊网络上轻松实施。预确认本质上是一个区块链过程，它向用户”保证”他们的交易将被包含在下一个时隙中，使用户能够比通常的时隙时间更快地收到交易确认。

Beam 链的组成部分：质押

提案的第二个部分包含：更智能的发行、更小的验证者和更快的最终确认。这部分的重点是优化网络的发行曲线，并降低成为验证者的最低质押要求。因此，网络的整体健康度得以提升，更快达成最终确认的目标也更容易实现。

Beam 链的组成部分：密码学

这是最具挑战性的部分，因为在四个重大项目中有两项被标记为高风险。这里的核心思路主要涉及以太坊的 snark 化技术和量子抗性。

Snark 技术对整个区块链行业来说并不陌生。 Layer 2 项目已经在利用这项创新技术一段时间了，而像以太坊这样的大型网络则相对滞后。根据 Justin Drake 在提案中所述，其目标是通过使用 ZK 技术对共识客户端进行 snark 化。 Beam 链建议用基于 ZK 技术的验证系统取代以太坊信标链重新执行以确认状态根的过程。这种新方法的理念是，通过 ZK 提供达成网络共识所需的计算和数据，从而提高数据规模和网络可扩展性的效率，而后者一直是以太坊长期面临的问题。

最后是量子安全。以太坊目前使用 BLS 签名来验证作为认证数据的签名。问题在于 BLS 签名使用椭圆曲线，这在量子计算机的计算能力面前正变得越来越脆弱。因此，该提案的目标是实现量子抗性签名算法，而实现方式再次指向了 ZK 技术。

关于 Beam 链实施时间表的讨论

Justin Drake 的这个大胆构想将为网络带来可扩展性和安全性的重大变革，但实施过程需要相当长的时间。根据提议的计划，团队将在 2025 年完成规范协议，2026 年进行生产代码开发，并在 2027 年至 2029 年期间进行全面测试。

整个部署周期预计需要 5 年，目标在 2030 年正式上线。虽然批评者担心这会使以太坊网络在竞争中落后，但支持者认为，考虑到升级的规模和复杂性，这样的时间表是合理且必要的。

Beam 链将如何影响以太坊？

Beam 链是一个硬分叉，旨在改造以太坊的共识层。它计划通过引入更快的出块时间和最终确认性、使用 zkEVM 实现链上 snark 化以及量子和审查抗性，为以太坊带来可扩展性和安全性方面的主要改进。

毫无疑问，Beam 链提案代表着网络迈向最终形态的重要一步。如果正式获得通过，它将为以太坊网络的状态带来重大且持久的改变。

Beam 链对比 Beacon 链

2020 年底推出的 Beacon 链升级通过将工作量证明共识机制替换为更快速、更节能的权益证明机制，显著改变了以太坊网络。

自提案首次公开以来，社区成员开始将 Beam 链与较早的 Beacon 链升级进行比较。虽然两者有相似之处，但也存在重大差异。作为合并升级的一部分，Beacon 链改变了整个共识层：参与者和交易验证流程。虽然 Beam 链确实也在提议对共识层进行改变，但提议的变更并不那么剧烈。

Beacon 链将共识参与者从工作量证明矿工转变为权益证明验证者，但 Beam 链打算在分叉的两端保留验证者。Beam 链提议的是规则变更，例如与时隙数量和交易最终确认性相关的规则，以及最低质押要求。

总结

以太坊 Beam 链是一个开创性的提案，旨在对以太坊共识层进行重大改革。通过集成更快的出块时间、改进的可扩展性，以及通过 zk-EVMs 和量子抗性实现的增强安全性等进步，Beam 链致力于推动以太坊迈向性能和效率的新时代。