"以太坊 3.0": Beam Chain 的創新提案

在最近結束的 2024 Devcon 大會上，以太坊生態的各方代表齊聚曼谷，共同探討了行業的最新進展和未來方向。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 Beam Chain 引起了廣泛關注。

Beam Chain 的核心思想是利用零知識證明技術來降低驗證節點(Validator)的計算和通信負擔。這一創新可能會顯著降低成爲驗證節點的門檻，從而允許更多參與者加入網路，提高整體安全性並減少冗餘計算。此外，該提案還旨在解決 Beacon 鏈中的歷史遺留問題，並爲未來可能出現的量子計算威脅做好準備。

這一提案與以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 此前提出的 The Verge 路線圖不謀而合。The Verge 路線圖中就包含了對以太坊進行 Snark 化(SNARKification)的計劃，涵蓋了對共識層和執行層的零知識證明改造。Vitalik 在最新的解讀中承認，共識層的改造工作面臨諸多挑戰，需要在未來持續優化。從這個角度看，Beam Chain 可以視爲對 Vitalik 共識層 Snark 化思路的一種具體響應。

Beam Chain 主要聚焦於共識層的改造。其核心是將區塊鏈的狀態轉換函數(State Transition Function)進行 Snark 化，這正是零知識證明技術的強項。對於共識層而言，狀態轉換函數主要包括每個時隙(per-slot)、每個區塊(per-block)和每個週期(per-epoch)的轉換函數。這些函數涉及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、共識籤名的驗證和聚合、哈希計算以及與帳戶存儲狀態訪問相關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，該方案不會強制要求使用特定的零知識證明算法或協議，而是允許區塊提議者自行選擇。

實現 Beam Chain 構想的核心難點在於如何顯著提升證明效率，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 ZK Workshop II 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，在專用芯片上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，實現真正的實時證明(Realtime Proving)。

隨着 Beam Chain 提案的提出，預計將會引導更多研究者和開發者關注共識層的改造，激發出更多創新想法。共識層和執行層的 Snark 化結合，將共同完成以太坊 Snark 化的最終藍圖，爲提升以太坊的擴展性和去中心化程度做出重大貢獻。

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。這一創新提案的逐步推進，將爲以太坊的長遠發展注入新的活力。