"以太坊 3.0": Beam Chain 提案引领共识层革新

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 发展注入了新的动力。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。这一创新旨在降低成为验证者的门槛，从而吸引更多参与者加入网络，提升安全性，减少计算冗余，并提高整体网络效率。Justin 还希望借此机会解决 Beacon 链中由于历史原因遗留的技术债务，并为未来可能出现的抗量子安全需求做好准备。

Beam Chain 的提出与以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 此前提出的 The Verge 路线图中关于以太坊 Snark 化（SNARKification）的设想不谋而合。Vitalik 曾在最新的解读中坦言，对共识层的改造工作是一项重大挑战，需要在未来的工作中持续优化。从这个角度看，Beam Chain 提案可以被视为对 Vitalik 关于如何实现共识层 Snark 化的一个具体回应。

Beam Chain 的重点在于共识层的改造。具体而言，这涉及将区块链的核心——状态转换函数（State Transition Function）进行 Snark 化。对于共识层来说，状态转换函数主要包括每时隙转换函数、每区块转换函数和每纪元转换函数。这些函数涵盖了共识算法和质押逻辑的执行、区块提议、执行层结果正确性验证、Merkle 树根验证、共识签名的验证和聚合、哈希函数计算以及涉及账户存储状态访问的质押和赎回操作等关键环节。

值得注意的是，在推进共识层 Snark 化的过程中，以太坊仍然坚持去中心化和多样性的核心原则。因此，提案并不强制要求使用特定的零知识证明算法和协议，而是允许区块提议者自主选择。

实现 Beam Chain 构想的核心挑战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 在今年 9 月的一次 ZK Workshop 上提出了"实时证明"（Realtime Proving）的概念，建议社区考虑采用 ASIC 加速方法，在专用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，以期在未来几年内将证明生成时间提升十倍以上，真正实现实时证明。

长期以来，以太坊社区的主要精力集中在执行层的优化上，包括提高区块gas限制和发展Layer 2解决方案等。在这个过程中，执行层的Snark化已经通过Layer 2在"以卷叠为中心"的路线图中取得了显著进展。Beam Chain的提出，开启了共识层Snark化的新篇章，预计将引导社区更多地关注共识层的改造，激发更多创新思路。

可以预见，随着共识层和执行层的Snark化共同推进，以太坊的Snark化蓝图将逐步完成，这将极大地提升以太坊的可扩展性和去中心化程度。同时，随着Beam Chain提案的深入，基于零知识证明技术的虚拟机有望在以太坊生态系统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特性和更高的性能表现。