以太坊共识层升级：Beam Chain 提案

近期举行的 2024 Devcon 大会吸引了以太坊生态的广泛关注。会上，以太坊基金会研究员提出了一项被称为"以太坊 3.0"的共识层升级提案——Beam Chain。

这一提案的核心理念是通过零知识证明技术降低验证节点的计算和通信负担，从而降低成为验证节点的门槛。这将使更多验证节点能够加入网络，提高安全性，减少计算冗余，并提升网络整体效率。同时，该提案还旨在解决 Beacon 链中的技术债务，并为未来可能出现的抗量子安全需求做准备。

Beam Chain 提案可以视为对以太坊联合创始人此前提出的 The Verge 路线图中 Snark 化工作的具体落实。它主要聚焦于共识层的改造，这被认为是一项具有挑战性的工作，需要在后续过程中不断优化。

将共识层 Snark 化并不意味着对所有部分进行改造，而是主要针对状态转换函数。这包括每个时隙、每个区块和每个周期的状态转换函数。这些函数涉及共识算法和质押逻辑的执行、区块提议、执行层结果验证、Merkle 树根验证、共识签名验证和聚合、哈希计算以及涉及账户存储状态访问的质押和赎回操作等。

值得注意的是，以太坊在推进共识层 Snark 化的过程中，仍然将去中心化和多样性作为首要目标。因此，不会强制要求使用特定的零知识证明算法和协议，而是由提议者自行选择。

实现 Beam Chain 构想的核心难点在于如何显著提升证明效率，将目前需要几十甚至上百秒的证明时间压缩到秒级。为解决这一性能瓶颈，有研究者提出了使用 ASIC 加速方法的建议。这种方法旨在通过芯片完成零知识证明虚拟机从证据生成到证明的全流程，预计在未来几年内将证明生成时间提升十倍以上，实现实时证明。

随着 Beam Chain 提案的提出，预计会引导社区更多关注共识层的改造，激发出更多创新想法。共识层和执行层的 Snark 化将共同完成以太坊 Snark 化的最终拼图，为以太坊的扩展性和去中心化做出重要贡献。未来，基于零知识证明技术的虚拟机有望在以太坊生态中扮演核心角色。通过引入 SNARK 证明和后量子密码学，结合更低的质押门槛和更快的区块确认时间，Beam Chain 有望为以太坊带来更强的去中心化和更高的性能。