探讨以太坊改进交易确认时间的实用方案

区块链用户体验的一个重要方面是交易确认时间。近年来，以太坊在这方面取得了显著进步。目前，用户在L1上发送的交易通常可以在5-20秒内确认，与使用信用卡支付的体验相当。然而，进一步缩短确认时间仍有价值，某些应用甚至需要毫秒级的延迟。本文将探讨以太坊在这方面的一些可行选项。

现有方案概述

单槽最终性

目前，以太坊的Gasper共识采用槽和epoch的架构。每12秒一个槽，验证者对链头进行投票，32个槽（6.4分钟）内所有验证者都有机会投票一次。这些投票被解释为类似PBFT共识算法的消息，两个epoch（12.8分钟）后提供强经济保证的最终性。

然而，这种方法存在复杂性和时间过长的问题。单槽最终性（SSF）通过类似Tendermint的机制替代了这种架构，块N在块N+1生成前就能最终确定。SSF保留了"非活跃泄漏"机制，允许在超过1/3验证者离线时链继续运行。

SSF的主要挑战是每个质押者每12秒需发布两条消息，对链造成较大负担。尽管有一些缓解方案，如Orbit SSF提案，但用户仍需等待5-20秒。

Rollup预确认

以太坊采用以rollup为中心的路线图，L1提供数据可用性和其他功能，L2协议在此基础上为用户提供更大规模的服务。这导致了关注点分离：L1专注于抗审查、可靠性和核心功能，L2则直接面向用户需求。

理论上，L2可以创建自己的"去中心化排序器"网络，每几百毫秒就为区块签名一次。但这要求L2做与创建新L1几乎相同的工作，进展缓慢。因此，有人提出让所有L2共用一个以太坊范围内的预确认机制：基础预确认。

基础预确认

基础预确认利用以太坊提议者的复杂性，激励他们提供预确认服务。用户可以支付额外费用，获得交易将被包含在下一个区块的即时保证。如果提议者违反承诺，将面临惩罚。这种机制不仅适用于L1交易，也可用于"基于"的rollups的L2区块。

未来可能的方向

假设实现了单槽最终性，使用类似Orbit的技术减少每槽签署的验证者数量，同时降低质押门槛。槽时长可能增加到16秒，结合rollup预确认或基础预确认为用户提供更快确认。这实际上形成了一个epoch-slot架构。

这种架构难以避免的原因在于，达成大致一致比达成最大程度的"经济最终性"所需时间更短。影响因素包括节点数量和节点"质量"。如果我们可以依靠专业化的节点子集达成近似协议，同时使用完整验证器集确定最终性，可能将确认时间降至约2秒。

因此，探索具有更强关注点分离的epoch-slot架构设计空间是有价值的。

L2的策略选择

L2目前有三种合理策略：

1. 技术上和精神上都"基于"以太坊，优化其技术属性和价值观。
2. 成为"带区块链脚手架的服务器"，结合服务器效率和区块链安全性。
3. 折衷方法：快速链配合以太坊提供额外互操作性和安全性。

对于某些应用，12秒区块时间已足够。对于其他应用，唯一解决方案是epoch-slot架构。关键问题是以太坊原生的epoch-slot架构能做到多好，这将影响其他方案的意义。

目前，我们离这些问题的最终答案还很远。区块提议者的复杂程度仍存在不确定性。像Orbit SSF这样的新设计为探索更多可能性提供了空间。我们拥有的选项越多，就能为L1和L2用户提供更好的服务，简化L2开发人员的工作。