以太坊交易确认时间提速方案探讨

区块链用户体验的一个关键要素是交易确认速度。近年来，以太坊在这方面取得了显著进步。得益于EIP-1559和向PoS的转变，L1交易通常能在5-20秒内得到确认，与信用卡支付体验相当。然而，进一步缩短确认时间仍有价值，某些应用甚至要求延迟低至数百毫秒。本文将探讨以太坊在这方面的一些可行改进方案。

现有技术概述

单槽最终性

以太坊当前的Gasper共识采用槽和周期结构。每12秒一个槽，部分验证者对链头投票，32个槽（6.4分钟）内所有验证者有机会投票一次。这些投票被解释为类PBFT共识算法的消息，两个周期（12.8分钟）后提供强经济保证的最终性。

这种方法存在两个主要问题：复杂度高，且12.8分钟的最终确认时间过长。单槽最终性（SSF）通过类Tendermint机制替代现有架构，实现块N在块N+1生成前的最终确认。SSF的主要挑战是每12秒要求质押者发布两条消息，给链带来巨大负载。虽然有一些缓解方案，如Orbit SSF提案，但用户仍需等待5-20秒。

Rollup预确认

以太坊采取以rollup为中心的路线图，设计L1支持数据可用性等功能，供L2协议使用。这导致关注点分离：L1专注于抗审查、可靠性和核心功能，L2直接面向用户需求。L2自然希望提供更快的确认速度。

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。但这要求L2做与创建新L1几乎相同的工作。因此，有人提出让所有L2共享一个以太坊范围内的预确认机制：基础预确认。

基础预确认

基础预确认假设以太坊提议者是高度复杂的MEV参与者。它通过激励这些提议者提供预确认服务来利用这种复杂性。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。这种机制适用于L1交易，也可用于"基于"的rollups的L2区块。

未来展望

假设实现了单槽最终性，采用类Orbit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，配合rollup预确认或基础预确认为用户提供更快确认。这形成了一个新的epoch-slot架构。

这种架构反映了一个深刻事实：就某事达成大致一致所需时间少于达成最大程度"经济最终性"。原因包括节点数量和节点"质量"。如果依赖专业化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。

L2策略选择

L2目前有三种合理策略：

1. 技术和理念上都"基于"以太坊，优化其基础层属性和价值观。
2. 成为"带区块链脚手架的服务器"，充分利用服务器效率。
3. 折衷方案：拥有约百个节点的快速链，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。其他情况下，唯一解决方案是epoch-and-slot架构。关键问题是以太坊原生的epoch-and-slot架构能做到多好。如果能将slot时间降至1秒，第三类方案的空间将大大缩小。

目前，我们距离这些问题的最终答案还很远。区块提议者复杂度的演变仍存在不确定性。像Orbit SSF这样的新颖设计为进一步探索提供了机会。选项越多，我们就能为L1和L2用户提供更好的服务，同时简化L2开发人员的工作。