"以太坊 3.0": Beam Chain 提案引領共識層革新

在剛剛結束的 2024 Devcon 大會上，以太坊生態界齊聚曼谷，共同探討了一系列新觀點、新趨勢和新計劃，爲全球 Web3 發展注入了新的動力。其中，以太坊基金會研究員 Justin Drake 提出的"以太坊 3.0"提案計劃尤爲引人注目。

這項被社區稱爲"以太坊 3.0"的提案名爲 Beam Chain，其核心思想是利用零知識證明技術來減輕驗證者的計算和通信負擔。這一創新旨在降低成爲驗證者的門檻，從而吸引更多參與者加入網路，提升安全性，減少計算冗餘，並提高整體網路效率。Justin 還希望借此機會解決 Beacon 鏈中由於歷史原因遺留的技術債務，並爲未來可能出現的抗量子安全需求做好準備。

Beam Chain 的提出與以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 此前提出的 The Verge 路線圖中關於以太坊 Snark 化（SNARKification）的設想不謀而合。Vitalik 曾在最新的解讀中坦言，對共識層的改造工作是一項重大挑戰，需要在未來的工作中持續優化。從這個角度看，Beam Chain 提案可以被視爲對 Vitalik 關於如何實現共識層 Snark 化的一個具體回應。

Beam Chain 的重點在於共識層的改造。具體而言，這涉及將區塊鏈的核心——狀態轉換函數（State Transition Function）進行 Snark 化。對於共識層來說，狀態轉換函數主要包括每時隙轉換函數、每區塊轉換函數和每紀元轉換函數。這些函數涵蓋了共識算法和質押邏輯的執行、區塊提議、執行層結果正確性驗證、Merkle 樹根驗證、共識籤名的驗證和聚合、哈希函數計算以及涉及帳戶存儲狀態訪問的質押和贖回操作等關鍵環節。

值得注意的是，在推進共識層 Snark 化的過程中，以太坊仍然堅持去中心化和多樣性的核心原則。因此，提案並不強制要求使用特定的零知識證明算法和協議，而是允許區塊提議者自主選擇。

實現 Beam Chain 構想的核心挑戰在於如何大幅提升證明效率，將目前需要幾十甚至上百秒的證明時間壓縮到秒級。Justin 在今年 9 月的一次 ZK Workshop 上提出了"實時證明"（Realtime Proving）的概念，建議社區考慮採用 ASIC 加速方法，在專用芯片上完成零知識證明虛擬機從證據生成到證明的全流程，以期在未來幾年內將證明生成時間提升十倍以上，真正實現實時證明。

長期以來，以太坊社區的主要精力集中在執行層的優化上，包括提高區塊gas限制和發展Layer解決方案等。在這個過程中，執行層的Snark化已經通過Layer在"以卷疊爲中心"的路線圖中取得了顯著進展。Beam Chain的提出，開啓了共識層Snark化的新篇章，預計將引導社區更多地關注共識層的改造，激發更多創新思路。

可以預見，隨着共識層和執行層的Snark化共同推進，以太坊的Snark化藍圖將逐步完成，這將極大地提升以太坊的可擴展性和去中心化程度。同時，隨着Beam Chain提案的深入，基於零知識證明技術的虛擬機有望在以太坊生態系統中扮演更加核心的角色。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特性和更高的性能表現。