在最初推出時，以太坊被視為繼比特幣之後的一種山寨幣。隨著時間推移，以太坊逐漸發展成為新興技術的孵化平臺。從 NFT 及其交易市場的興起，到為用戶提供借貸和收益耕作機會的 DeFi 生態，以太坊不斷創新。

這些變革都源於以太坊改進提案（EIP，Ethereum Improvement Proposal），這些提案由開發者或社區成員提交，旨在推動以太坊網絡的發展。

時至今日，EIP 依然是以太坊發展的核心驅動力，通過的提案會被納入網絡的發展路線圖。最近，一個名為以太坊 Beam 鏈的新提案因其創新的共識機制方案和優化的開發時間表，引發了社區的廣泛關注。

什麼是 Beam 鏈？

在 2024 年 11 月的 Devcon 活動上，以太坊基金會研究員 Justin Drake 提出了對以太坊共識層的重大重新設計。他的提案被稱為以太坊 Beam 鏈，這源於他觀察到”以太坊路線圖的目標與網絡變革的步伐不相匹配”。

以太坊路線圖是一份功能列表，通過網絡分叉以漸進和週期性的方式實施到以太坊網絡中。其中一個已實施的重要功能是 Beacon 鏈升級，它將網絡的共識機制從工作量證明（PoW）轉變為權益證明（PoS）。然而，按照目前的升級步伐，社區可能需要數十年才能實現路線圖上更重要的功能。

因此，Justin Drake 提出了 Beam 分叉方案，其核心是將多個升級整合為一個更大的分叉，使以太坊網絡能夠引入更先進的技術，從而更好地與競爭對手抗衡。Beam 分叉針對以太坊的共識層和執行層，對區塊生產、質押和密碼學提出了全面的改進方案。

Beam 鏈詳解

簡單來說，Beam 鏈是對以太坊共識層的重新設計，它將區塊鏈技術的最新重大進展整合到網絡中。通過 Beam 鏈，原本需要數十年才能完成的路線圖功能被整合為一個大型升級，計劃在 2029 年（4-5 年內）完成實施。目前，ZIM 團隊和 Lambda Class 兩個開發團隊已承諾參與 Beam 鏈的構建。

Beam 鏈提案涵蓋了以太坊路線圖中的 9 個共識層相關項目。其中 5 個是通過分叉實施的漸進式改進，另外 4 個是需要從零開始構建的”重大項目（big-ticket item）”。整個提案分為三個核心模塊：區塊生產、質押和密碼學。

Beam 鏈的組成部分：區塊生產

區塊生產部分包含三個重要特性：抗審查性、隔離驗證者和更快的時隙（slot）。前兩個是漸進式改進。

抗審查性

在區塊鏈中，抗審查性指用戶在網絡中進行交易時不受沒收和交易不可更改性（即第三方無法更改已完成的交易）的自由。以太坊網絡的驗證過程包括對交易進行排序和提交區塊的構建者，以及選擇要簽名的區塊和向鏈上提議最佳區塊的提議者。目前的流程結構高度中心化，使提議者擁有最終決定權，並可能出現提議者和構建者合作審查交易並獲取 MEV 的情況。

根據 Beam 鏈路線圖，解決這個問題的最佳方案是強制包含列表（FOCIL，Forced Inclusion List）的概念，通過要求每個驗證者將其聚合包含列表與包含列表委員會成員廣播的列表進行交叉檢查，幫助實現區塊生產過程的去中心化。

隔離驗證者

隔離驗證者是另一個與 MEV 相關的特性。其目的是降低在區塊鏈上驗證交易所需的複雜程度，從而提高網絡健康度。

更快的時隙

以太坊的時隙時長為 12 秒，每個區塊達到最終確認需要大約 15 分鐘。這對網絡的影響在高規模應用和構建 rollup 時尤為明顯。以太坊使用名為 Gasper 的概念實現單時隙最終確認。雖然它能正常運行，但仍有改進空間。Gasper 算法使用基於時期的方式實現連接性，進而實現最終確認，因為每個時隙都必須在經濟安全性之前被考慮。

Beam 鏈提議將時隙時間縮短至 4 秒，這將通過預確認功能實現，該功能甚至可以在當前的以太坊網絡上輕鬆實施。預確認本質上是一個區塊鏈過程，它向用戶”保證”他們的交易將被包含在下一個時隙中，使用戶能夠比通常的時隙時間更快地收到交易確認。

Beam 鏈的組成部分：質押

提案的第二個部分包含：更智能的發行、更小的驗證者和更快的最終確認。這部分的重點是優化網絡的發行曲線，並降低成為驗證者的最低質押要求。因此，網絡的整體健康度得以提升，更快達成最終確認的目標也更容易實現。

Beam 鏈的組成部分：密碼學

這是最具挑戰性的部分，因為在四個重大項目中有兩項被標記為高風險。這裡的核心思路主要涉及以太坊的 snark 化技術和量子抗性。

Snark 技術對整個區塊鏈行業來說並不陌生。 Layer 2 項目已經在利用這項創新技術一段時間了，而像以太坊這樣的大型網絡則相對滯後。根據 Justin Drake 在提案中所述，其目標是通過使用 ZK 技術對共識客戶端進行 snark 化。 Beam 鏈建議用基於 ZK 技術的驗證系統取代以太坊信標鏈重新執行以確認狀態根的過程。這種新方法的理念是，通過 ZK 提供達成網絡共識所需的計算和數據，從而提高數據規模和網絡可擴展性的效率，而後者一直是以太坊長期面臨的問題。

最後是量子安全。以太坊目前使用 BLS 簽名來驗證作為認證數據的簽名。問題在於 BLS 簽名使用橢圓曲線，這在量子計算機的計算能力面前正變得越來越脆弱。因此，該提案的目標是實現量子抗性簽名算法，而實現方式再次指向了 ZK 技術。

關於 Beam 鏈實施時間表的討論

Justin Drake 的這個大膽構想將為網絡帶來可擴展性和安全性的重大變革，但實施過程需要相當長的時間。根據提議的計劃，團隊將在 2025 年完成規範協議，2026 年進行生產代碼開發，並在 2027 年至 2029 年期間進行全面測試。

整個部署週期預計需要 5 年，目標在 2030 年正式上線。雖然批評者擔心這會使以太坊網絡在競爭中落後，但支持者認為，考慮到升級的規模和複雜性，這樣的時間表是合理且必要的。

Beam 鏈將如何影響以太坊？

Beam 鏈是一個硬分叉，旨在改造以太坊的共識層。它計劃通過引入更快的出塊時間和最終確認性、使用 zkEVM 實現鏈上 snark 化以及量子和審查抗性，為以太坊帶來可擴展性和安全性方面的主要改進。

毫無疑問，Beam 鏈提案代表著網絡邁向最終形態的重要一步。如果正式獲得通過，它將為以太坊網絡的狀態帶來重大且持久的改變。

Beam 鏈對比 Beacon 鏈

2020 年底推出的 Beacon 鏈升級通過將工作量證明共識機制替換為更快速、更節能的權益證明機制，顯著改變了以太坊網絡。

自提案首次公開以來，社區成員開始將 Beam 鏈與較早的 Beacon 鏈升級進行比較。雖然兩者有相似之處，但也存在重大差異。作為合併升級的一部分，Beacon 鏈改變了整個共識層：參與者和交易驗證流程。雖然 Beam 鏈確實也在提議對共識層進行改變，但提議的變更並不那麼劇烈。

Beacon 鏈將共識參與者從工作量證明礦工轉變為權益證明驗證者，但 Beam 鏈打算在分叉的兩端保留驗證者。Beam 鏈提議的是規則變更，例如與時隙數量和交易最終確認性相關的規則，以及最低質押要求。

總結

以太坊 Beam 鏈是一個開創性的提案，旨在對以太坊共識層進行重大改革。通過集成更快的出塊時間、改進的可擴展性，以及通過 zk-EVMs 和量子抗性實現的增強安全性等進步，Beam 鏈致力於推動以太坊邁向性能和效率的新時代。