加速以太坊交易确认：探索新方案提升用户体验

区块链用户体验的一个核心要素是快速的交易确认时间。近年来，以太坊在这方面取得了显著进展。得益于EIP-1559和转向权益证明后稳定的出块时间，用户在主网上发送的交易通常可在5-20秒内确认，基本达到了信用卡支付的体验水平。然而，进一步缩短确认时间仍有价值，某些应用甚至需要亚秒级的延迟。本文将探讨以太坊改善交易确认时间的几种可行方案。

现有技术概述

单槽最终性

目前，以太坊的Gasper共识采用槽和纪元的双层结构。每12秒一个槽，部分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。这些投票随后被解读为类PBFT共识算法中的消息，两个纪元(12.8分钟)后提供强经济保证的最终性。

近年来，这种方法的局限性日益凸显。首先，复杂度较高，槽级投票与纪元级最终性之间存在诸多交互问题。其次，12.8分钟的等待时间过长，用户体验欠佳。

单槽最终性(SSF)通过类Tendermint的机制取代了这一架构，区块N在区块N+1生成前即可最终确认。与Tendermint的主要区别在于保留了"非活跃泄漏"机制，允许链在超过1/3验证者离线时继续运行并恢复。

SSF的主要挑战是每个质押者需要每12秒发布两条消息，给链带来较大负载。虽然有一些巧妙的方案可以缓解这一问题，如最近提出的Orbit SSF，但用户仍需等待5-20秒。

Rollup预确认

近年来，以太坊一直遵循以rollup为中心的路线图，将基础层设计为支持数据可用性和其他功能，供L2协议使用，以更大规模地为用户提供安全保障。

这导致了以太坊生态系统内的关注点分离：L1专注于抗审查、可靠性和核心功能改进，L2则通过不同的文化和技术直接服务用户。然而，L2希望为用户提供比5-20秒更快的确认。

理论上，创建去中心化排序器网络是L2的责任。一小群验证者可能每几百毫秒就为区块签名一次，并质押资产。这些L2区块的头文件最终会发布到L1。

L2验证者可能作弊：先签署区块B1，再签署冲突的区块B2并先于B1提交到链上。但这样做会导致他们被发现并失去质押资产。虽然已有中心化版本的实际案例，但rollup在开发去中心化排序网络方面进展缓慢。

要求所有L2都进行去中心化排序似乎不太合理，这相当于要求rollup做与创建全新L1几乎相同的工作。因此，有人提出让所有L2（及L1）使用以太坊范围内共享的预确认机制：基础预确认。

基础预确认

基础预确认假设以太坊提议者是处理MEV的复杂参与者。该方法通过激励这些提议者承担提供预确认服务的责任来利用他们的专业性。

其核心思想是创建一个标准协议，用户可以支付额外费用，以获得交易将被包含在下一个区块中的即时保证，以及对执行结果的声明。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，对于"基于"的rollups，所有L2区块都是L1交易，因此也可为任何L2提供预确认。

未来展望

假设实现了单槽最终性，并使用类Orbit技术减少每槽签署的验证者数量，同时兼顾降低32 ETH质押门槽的目标。槽时长可能增加到16秒，再结合rollup预确认或基础预确认为用户提供更快确认。最终我们可能会得到一个纪元-槽架构。

这种架构似乎难以避免，因为就某事达成近似共识所需时间远少于达成最大程度"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，确认时间可能降至约2秒。

因此，纪元-槽架构看似正确方向，但不同实现间存在差异。值得探索的是在两种机制之间建立更强的关注点分离，而非像Gasper那样紧密耦合。

L2的策略选择

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。

对某些应用而言，12秒出块时间已足够。对其他应用，唯一解决方案是纪元-槽架构。在三种情况下，"纪元"都是以太坊的SSF，但"槽"各不相同：

1. 以太坊原生的纪元-槽架构
2. 服务器预确认
3. 委员会预确认

关键问题是第一种方案能做到多好。如果效果显著，第三种方案的意义可能会减弱。第二种方案将永远存在，因为"基于"的方案不适用于某些链下数据L2。如果以太坊原生的纪元-槽架构能将槽时间降至1秒，第三种方案的空间将大大缩小。

目前，这些问题的最终答案尚未确定。一个关键不确定性是区块提议者会变得多么复杂。像Orbit SSF这样的新颖设计为进一步探索提供了机会，例如将其作为纪元-槽中的纪元。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。