"以太坊 3.0"：Beam Chain 提案解析

在最近結束的 2024 Devcon 大會上，以太坊生態系統的參與者齊聚曼谷，共同探討了該領域的最新進展和未來趨勢。其中，以太坊基金會研究員 Justin Drake 提出的"以太坊 3.0"升級計劃引起了廣泛關注。

這項被稱爲 Beam Chain 的共識層升級提案旨在通過零知識證明技術降低驗證者的計算和通信負擔，從而降低參與網路驗證的門檻。這一改進有望增加網路的安全性，減少冗餘計算，並提高整體效率。此外，該提案還着眼於解決 Beacon 鏈中的技術債務，並爲未來可能出現的量子計算威脅做好準備。

Beam Chain 的提出與以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 此前提出的 The Verge 路線圖相呼應。該路線圖強調了以太坊 Snark 化（SNARKification）的重要性，包括對共識層和執行層進行零知識證明改造。Vitalik 最近也承認，共識層的改造工作是一項重大挑戰，需要持續的優化和考慮。

Beam Chain 主要聚焦於共識層的改造。這一過程不需要對所有部分進行全面改造，而是將重點放在狀態轉換函數（State Transition Function）的 Snark 化上。對於共識層而言，狀態轉換函數包括每槽位轉換函數、每區塊轉換函數和每時期轉換函數。這些函數涵蓋了共識算法和質押邏輯的執行、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、哈希計算以及涉及帳戶存儲狀態訪問的質押和贖回操作等。

值得注意的是，以太坊在推進共識層 Snark 化的過程中，仍然將去中心化和多樣性作爲首要目標。因此，系統不會強制要求使用特定的零知識證明算法和協議，而是允許提議者自行選擇。

實現 Beam Chain 構想的核心挑戰在於如何顯著提升證明效率，將目前需要幾十秒甚至上百秒的證明時間縮短到秒級。Justin 在最近的一次 ZK Workshop 上提出了一個潛在的解決方案，即鼓勵社區採用 ASIC 加速方法。這種方法旨在通過專用芯片完成從證據生成到證明的全流程，有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（Realtime Proving）。

隨着 Beam Chain 提案的推進，基於零知識證明技術的虛擬機預計將在以太坊生態系統中發揮核心作用。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特性和更高的性能表現。

共識層和執行層的 Snark 化將共同完成以太坊 Snark 化的最終藍圖，這不僅有助於提高以太坊的可擴展性，還將進一步增強其去中心化程度。隨着 Beam Chain 提案的深入討論和潛在實施，我們可以期待看到更多創新思路湧現，推動以太坊生態系統向更高效、更安全的方向發展。