Beam Chain: 探索以太坊共识层的革新

在最近结束的2024 Devcon大会上，以太坊生态界齐聚一堂，共同探讨了该领域的最新进展和未来方向。其中，以太坊基金会研究员Justin Drake提出的"以太坊3.0"计划引起了广泛关注。

这项被称为Beam Chain的共识层升级提案，旨在通过零知识证明技术来优化验证者网络。其核心目标是降低成为验证者的门槛，从而吸引更多参与者加入网络，提升整体安全性和效率。同时，这一提案也希望借此机会解决Beacon链中的历史遗留问题，并为未来可能面临的量子计算威胁做好准备。

Beam Chain提案与Vitalik此前提出的The Verge路线图中关于以太坊Snark化的构想不谋而合。Vitalik承认，对共识层进行改造是一项具有挑战性的工作，需要持续的优化和调整。Beam Chain可以视为对这一挑战的一种回应和探索。

Beam Chain主要聚焦于共识层的改造，其核心是将状态转换函数Snark化。这包括对per-slot、per-block和per-epoch三种状态转换函数的改造，涉及共识算法、Staking逻辑、区块提议、执行层验证等多个方面。值得注意的是，以太坊在推进这一改造时，仍然坚持去中心化和多样性的原则，不会强制要求统一的ZK算法和协议。

实现Beam Chain构想的核心难点在于如何大幅提升证明效率，将目前需要几十甚至上百秒的证明时间压缩到秒级。Justin提出了利用ASIC加速方法，在芯片上完成零知识证明全流程的构想，希望在未来几年内将证明生成时间提升十倍以上。

目前，多个研究团队正在致力于利用GPU、FPGA、ASIC等硬件平台对ZK证明进行加速。一些团队已经在Polygon ZKEVM Prover、Stone Prover、Halo2和Plonky2等ZK系统上取得了显著进展，部分核心算子的加速比达到了百倍以上。

除了性能优化，ZK技术在AI领域也有潜在应用。例如，在大模型可验证计算方面，通过优化矩阵乘法、Sumcheck协议等技术，已经将某些模型的首token生成时间从4小时缩短到约18分钟。

面对量子计算带来的潜在威胁，一些团队还开发了支持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性能可以达到传统链的50%左右。

随着Beam Chain提案的推出，预计会有更多研究者将注意力转向共识层的改造。共识层和执行层的Snark化将共同推动以太坊整体的Snark化进程，为其扩展性和去中心化带来重大突破。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更加核心的角色。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。