以太坊 3.0：Beam Chain 提案引領性能突破

2024年的Devcon大會在曼谷圓滿落幕，以太坊生態的衆多項目在此期間發布了最新進展和計劃，爲全球Web3行業帶來了一系列新觀點和趨勢。其中，一項名爲"以太坊3.0"的提案尤爲引人注目。

以太坊基金會研究員Justin Drake提出了一個被稱爲Beam Chain的共識層升級方案。該方案的核心思想是利用零知識證明技術來降低驗證者的計算和通信負擔，從而降低成爲驗證者的門檻。這將允許更多驗證者加入網路，提高安全性，減少冗餘計算，並提升整體網路效率。Drake還希望借此機會解決Beacon鏈中的歷史技術債務，並爲未來可能出現的量子計算威脅做好準備。

這一提案與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化改造的計劃，涵蓋共識層和執行層。Vitalik承認，共識層的改造是一個巨大挑戰，需要在未來持續優化。從這個角度看，Beam Chain可以視爲對如何實現共識層Snark化的一種具體回應。

Beam Chain主要聚焦於共識層的改造。實現共識層的Snark化並不意味着要對所有部分進行改造，而是主要針對區塊鏈的核心——狀態轉換函數。對於共識層而言，狀態轉換函數包括每個時隙、每個區塊和每個epoch的轉換函數。這些函數涉及共識算法和Staking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，不會強制要求使用特定的ZK算法和協議，而是允許提議者自主選擇。

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在一次研討會上提出了使用ASIC加速方法的解決方案，希望在芯片上完成零知識證明虛擬機的全流程，從而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。

一些機構在這方面已經取得了顯著進展。例如，有機構利用GPU、FPGA、ASIC等硬件平台對多種ZK系統進行加速，部分核心算子達到了百倍以上的加速比。在AI+ZK方向，也有機構在大模型可驗證計算上取得突破，大幅縮短了首個token的生成時間。

此外，爲應對量子計算機的潛在威脅，一些機構還開發了支持多個NIST標準後量子算法的密碼庫，並通過優化共識流程和內存讀取，使得抗量子區塊鏈的TPS可以達到原鏈的50%左右。

Beam Chain的提出無疑將引導社區更多關注共識層的改造，有望激發更多創新想法。隨着共識層和執行層的Snark化不斷推進，以太坊的Snark化藍圖將逐步完成，這將極大地提升以太坊的擴展性和去中心化程度。

可以預見，隨着Beam Chain提案的推進，基於零知識證明技術的虛擬機將在以太坊生態中發揮越來越重要的作用。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和更高的性能，推動以太坊生態邁向新的發展階段。