加速以太坊交易確認：探索新方案提升用戶體驗

區塊鏈用戶體驗的一個核心要素是快速的交易確認時間。近年來，以太坊在這方面取得了顯著進展。得益於EIP-1559和轉向權益證明後穩定的出塊時間，用戶在主網上發送的交易通常可在5-20秒內確認，基本達到了信用卡支付的體驗水平。然而，進一步縮短確認時間仍有價值，某些應用甚至需要亞秒級的延遲。本文將探討以太坊改善交易確認時間的幾種可行方案。

現有技術概述

單槽最終性

目前，以太坊的Gasper共識採用槽和紀元的雙層結構。每12秒一個槽，部分驗證者對鏈頭進行投票，32個槽(6.4分鍾)內所有驗證者都有機會投票一次。這些投票隨後被解讀爲類PBFT共識算法中的消息，兩個紀元(12.8分鍾)後提供強經濟保證的最終性。

近年來，這種方法的局限性日益凸顯。首先，復雜度較高，槽級投票與紀元級最終性之間存在諸多交互問題。其次，12.8分鍾的等待時間過長，用戶體驗欠佳。

單槽最終性(SSF)通過類Tendermint的機制取代了這一架構，區塊N在區塊N+1生成前即可最終確認。與Tendermint的主要區別在於保留了"非活躍泄漏"機制，允許鏈在超過1/3驗證者離線時繼續運行並恢復。

SSF的主要挑戰是每個質押者需要每12秒發布兩條消息，給鏈帶來較大負載。雖然有一些巧妙的方案可以緩解這一問題，如最近提出的Orbit SSF，但用戶仍需等待5-20秒。

Rollup預確認

近年來，以太坊一直遵循以rollup爲中心的路線圖，將基礎層設計爲支持數據可用性和其他功能，供L2協議使用，以更大規模地爲用戶提供安全保障。

這導致了以太坊生態系統內的關注點分離：L1專注於抗審查、可靠性和核心功能改進，L2則通過不同的文化和技術直接服務用戶。然而，L2希望爲用戶提供比5-20秒更快的確認。

理論上，創建去中心化排序器網路是L2的責任。一小羣驗證者可能每幾百毫秒就爲區塊籤名一次，並質押資產。這些L2區塊的頭文件最終會發布到L1。

L2驗證者可能作弊：先籤署區塊B1，再簽署衝突的區塊B2並先於B1提交到鏈上。但這樣做會導致他們被發現並失去質押資產。雖然已有中心化版本的實際案例，但rollup在開發去中心化排序網路方面進展緩慢。

要求所有L2都進行去中心化排序似乎不太合理，這相當於要求rollup做與創建全新L1幾乎相同的工作。因此，有人提出讓所有L2（及L1）使用以太坊範圍內共享的預確認機制：基礎預確認。

基礎預確認

基礎預確認假設以太坊提議者是處理MEV的復雜參與者。該方法通過激勵這些提議者承擔提供預確認服務的責任來利用他們的專業性。

其核心思想是創建一個標準協議，用戶可以支付額外費用，以獲得交易將被包含在下一個區塊中的即時保證，以及對執行結果的聲明。如果提議者違反承諾，將面臨懲罰。

這種機制不僅適用於L1交易，對於"基於"的rollups，所有L2區塊都是L1交易，因此也可爲任何L2提供預確認。

未來展望

假設實現了單槽最終性，並使用類Orbit技術減少每槽簽署的驗證者數量，同時兼顧降低32 ETH質押門槽的目標。槽時長可能增加到16秒，再結合rollup預確認或基礎預確認爲用戶提供更快確認。最終我們可能會得到一個紀元-槽架構。

這種架構似乎難以避免，因爲就某事達成近似共識所需時間遠少於達成最大程度"經濟最終性"。原因包括節點數量和節點"質量"。如果我們可以依靠專業化的節點子集達成近似協議，同時使用完整驗證器集確定最終性，確認時間可能降至約2秒。

因此，紀元-槽架構看似正確方向，但不同實現間存在差異。值得探索的是在兩種機制之間建立更強的關注點分離，而非像Gasper那樣緊密耦合。

L2的策略選擇

L2目前有三種合理策略：

1. 技術和理念上都"基於"以太坊，優化其基礎層屬性和價值觀。
2. 成爲"帶區塊鏈腳手架的服務器"，充分利用服務器效率。
3. 折衷方案：擁有約百個節點的快速鏈，以太坊提供額外互操作性和安全性。

對某些應用而言，12秒出塊時間已足夠。對其他應用，唯一解決方案是紀元-槽架構。在三種情況下，"紀元"都是以太坊的SSF，但"槽"各不相同：

1. 以太坊原生的紀元-槽架構
2. 服務器預確認
3. 委員會預確認

關鍵問題是第一種方案能做到多好。如果效果顯著，第三種方案的意義可能會減弱。第二種方案將永遠存在，因爲"基於"的方案不適用於某些鏈下數據L2。如果以太坊原生的紀元-槽架構能將槽時間降至1秒，第三種方案的空間將大大縮小。

目前，這些問題的最終答案尚未確定。一個關鍵不確定性是區塊提議者會變得多麼復雜。像Orbit SSF這樣的新穎設計爲進一步探索提供了機會，例如將其作爲紀元-槽中的紀元。選項越多，我們就能爲L1和L2用戶提供更好的服務，同時簡化L2開發人員的工作。