以太坊作为全球领先的区块链平台，近年来一直致力于从工作量证明（PoW）向权益证明（PoS）的转型，以实现更加环保和高效的网络运行。尽管以太坊2.0已经开启了PoS时代，但在实际运营过程中，验证者（validators）数量极为庞大，带来了不小的技术负担。以太坊联合创始人Vitalik Buterin于2023年12月底提出了对PoS共识机制进行简化和“轻量化”的建议，旨在通过大幅减少验证者每个区块时间段（slot）所需处理的数字签名数量，缓解网络负载并提升整体性能。 当前以太坊网络支持约89.5万个验证者，旨在通过大规模分布式验证实现去中心化，保障网络安全。然而，根据Buterin的观察，支持如此庞大的验证者数量，也意味着网络必须处理约28000个数字签名每个slot，这对系统处理能力形成了巨大压力。数字签名作为保证交易和区块有效性的关键环节，其计算和存储成本不容忽视。
过高的签名量不仅增加了普通节点的负担，也限制了未来网络的拓展能力。 为此，Buterin提出将每个slot的签名数量控制在8192个，大幅低于现有28000的水平。他认为这一数字既能维持验证网络的安全性，同时又能够使签名处理变得更轻量和简洁。此举不仅减轻了协议层的设计复杂度，也使得量子抗性等高级特性可以更好地整合进以太坊网络。 此外，Buterin指出，为了降低签名负载，实现这一目标有多种路径可选。第一是依赖高度去中心化的质押池，通过合并验证者权限来减少签名数量。
第二是设置二层分级体系，将验证者分为“重质押”和“轻质押”两类，以优化资源分配。第三种方案则是采用轮换式参与机制，让验证者分批次轮流提交签名，同时对参与者进行问责管理，确保网络安全性不因签名减少而受损。 减少签名负载的好处多方面体现。首先，协议层的简化使开发者和基础设施提供者可以更容易地优化和维护网络，降低维护成本。其次，减轻负载提升了网络的量子计算抗攻击能力，这是未来区块链技术长期安全性的关键指标。最后，相对固定且可预测的签名负载使得未来网络扩展变得更可控，有助于技术团队在条件成熟时逐步提升处理能力，避免一味追求验证者数量爆炸而导致系统崩溃风险。
Buterin同样强调，尽管目前成为验证者需最低质押32个ETH，很多普通用户仍然难以负担。他提议的简化方案能够促进质押池和分层服务的发展，为普通用户提供更低门槛的参与渠道，真正实现以太坊“人人皆可参与”的愿景。 该提案的提出，恰逢以太坊生态面对共识层“功能过载”风险的关头。Buterin早在2023年5月就警告，过度扩展共识网络的工作量可能削弱其核心职能——即验证区块和保障安全性，导致网络不稳定。简化签名机制被视为解决这一隐患的有效途径。 从技术层面看，精简签名数量意味着降低共识层的数据吞吐量压力和计算能耗。
网络中节点无需验证和存储庞大签名数据后，能够将更多资源投入到智能合约执行、扩容技术研发等更有价值的方向。同时，简化设计也为引入最新密码学技术如零知识证明（SNARKs）提供了可能性，使网络在保护隐私和提升效率上获得双重收益。 以太坊社区对Buterin的这一提议反响积极。众多开发者和研究人员认为，这种“减负”策略是推动以太坊网络健康成长和实现大规模普适性应用的关键一步。从长期来看，要实现Web3的真正愿景和去中心化金融（DeFi）的广泛普及，轻量化、安全且高效的验证机制必不可少。 综上所述，Vitalik Buterin针对以太坊PoS共识提出的签名数量减负方案，不仅针对当前网络亟待解决的性能瓶颈问题提供了创新思路，更兼顾了未来网络安全性、用户参与度和技术进步的多重需求。
随着技术细节的逐步完善和社区共识的不断积累，预计此方案将在未来成为以太坊生态升级的重要组成部分。这个轻量化和简化的路径，将助力以太坊稳步迈进更加高效、去中心化和安全的区块链新时代。
