"以太坊 3.0"：共识层升级与零知识证明的新纪元

在刚刚结束的2024 Devcon大会上，以太坊生态界齐聚曼谷，共同探讨了一系列新观点、新趋势和新计划，为全球Web3带来了新的活力。其中，以太坊基金会研究员Justin Drake提出的"以太坊3.0"提案计划尤为引人注目。

这项被社区称为"以太坊3.0"的共识层升级提案名为Beam Chain。其核心思想是利用零知识证明技术来减轻验证者的计算和通信负担，从而降低成为验证者的门槛。这一举措旨在吸引更多验证者加入网络，提高安全性，减少计算冗余，并提升网络整体效率。此外，Justin还计划借此机会解决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的提议可以看作是对Vitalik此前提出的The Verge路线图中以太坊Snark化工作的具体回应。Vitalik曾坦言，对共识层的改造是一项挑战，需要在后续工作中持续考虑和优化。

Beam Chain主要聚焦于共识层的改造。将共识层Snark化并不意味着要对所有部分进行改造，而是将核心的状态转换函数Snark化。这包括per-slot transition function、per-block transition function和per-epoch transition function。这些函数涵盖了共识算法和Staking逻辑的执行、区块提议、执行层结果正确性的验证、Merkle Tree Root验证、共识签名的验证/聚合、哈希函数的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，以太坊在进行共识层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。Justin在今年9月的ZK Workshop II上提出了一个解决方案，建议社区采用ASIC加速方法，在芯片上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的时间提升十倍以上，实现真正的实时证明（Realtime Proving）。

随着Beam Chain提案的提出，预计会引导社区将更多注意力投入到共识层的改造中，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大贡献。

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扮演关键角色。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，开启以太坊发展的新纪元。