以太坊 3.0：Beam Chain 提案引领性能突破

2024年的Devcon大会在曼谷圆满落幕，以太坊生态的众多项目在此期间发布了最新进展和计划，为全球Web3行业带来了一系列新观点和趋势。其中，一项名为"以太坊3.0"的提案尤为引人注目。

以太坊基金会研究员Justin Drake提出了一个被称为Beam Chain的共识层升级方案。该方案的核心思想是利用零知识证明技术来降低验证者的计算和通信负担，从而降低成为验证者的门槛。这将允许更多验证者加入网络，提高安全性，减少冗余计算，并提升整体网络效率。Drake还希望借此机会解决Beacon链中的历史技术债务，并为未来可能出现的量子计算威胁做好准备。

这一提案与Vitalik Buterin此前提出的The Verge路线图不谋而合。The Verge路线图中就包含了对以太坊进行Snark化改造的计划，涵盖共识层和执行层。Vitalik承认，共识层的改造是一个巨大挑战，需要在未来持续优化。从这个角度看，Beam Chain可以视为对如何实现共识层Snark化的一种具体回应。

Beam Chain主要聚焦于共识层的改造。实现共识层的Snark化并不意味着要对所有部分进行改造，而是主要针对区块链的核心——状态转换函数。对于共识层而言，状态转换函数包括每个时隙、每个区块和每个epoch的转换函数。这些函数涉及共识算法和Staking逻辑的执行、区块提议、执行层结果验证、Merkle树根验证、共识签名的验证和聚合、哈希计算以及质押和赎回操作等。

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ZK算法和协议，而是允许提议者自主选择。

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。Justin在一次研讨会上提出了使用ASIC加速方法的解决方案，希望在芯片上完成零知识证明虚拟机的全流程，从而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。

一些机构在这方面已经取得了显著进展。例如，有机构利用GPU、FPGA、ASIC等硬件平台对多种ZK系统进行加速，部分核心算子达到了百倍以上的加速比。在AI+ZK方向，也有机构在大模型可验证计算上取得突破，大幅缩短了首个token的生成时间。

此外，为应对量子计算机的潜在威胁，一些机构还开发了支持多个NIST标准后量子算法的密码库，并通过优化共识流程和内存读取，使得抗量子区块链的TPS可以达到原链的50%左右。

Beam Chain的提出无疑将引导社区更多关注共识层的改造，有望激发更多创新想法。随着共识层和执行层的Snark化不断推进，以太坊的Snark化蓝图将逐步完成，这将极大地提升以太坊的扩展性和去中心化程度。

可以预见，随着Beam Chain提案的推进，基于零知识证明技术的虚拟机将在以太坊生态中发挥越来越重要的作用。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，推动以太坊生态迈向新的发展阶段。