探討以太坊提升交易確認速度的實用方案

以太坊近年來在交易確認速度方面取得了顯著進步。目前，用戶在L1上發送的交易通常可在5-20秒內確認，這與使用信用卡支付的體驗相當。然而，進一步改善用戶體驗仍然十分必要，某些應用甚至需要將延遲縮短至數百毫秒。本文將探討以太坊改進交易確認時間的一些可行選項。

現有技術與思路概覽

單槽最終性

以太坊當前採用的Gasper共識機制使用單個槽和Epoch的架構。每12秒爲一個槽，部分驗證者對鏈頭進行投票，在32個槽（6.4分鍾）內，所有驗證者都有機會投票一次。這些投票隨後被解釋爲類似PBFT共識算法中的消息，兩個Epoch（12.8分鍾）後，提供一種稱爲最終性的強經濟保證。

然而，這種方法存在兩個主要問題：復雜性高，且12.8分鍾的最終確認時間過長。爲解決這些問題，單槽最終性（Single Slot Finality，SSF）提出了一種類似Tendermint共識的機制，即在生成下一個區塊前就完成當前區塊的最終確認。

SSF的主要挑戰在於每個質押者需要每12秒發布兩條消息，這對網路造成了巨大負擔。盡管有一些創新想法如Orbit SSF提案試圖緩解這一問題，但用戶仍需等待5-20秒才能確認交易。

Rollup預確認

隨着以太坊採用以rollup爲中心的發展路線，L2協議（如rollups、validiums和plasmas）能夠爲用戶提供與以太坊同等安全性的大規模服務。這導致了以太坊生態系統內的職責分工：L1專注於抗審查、可靠性和核心功能的維護與改進，而L2則致力於通過不同的技術和文化直接服務用戶需求。

理論上，L2可以創建自己的"去中心化排序器"網路，由一小羣驗證者每幾百毫秒就爲區塊籤名一次，並以其質押資產作爲保證。這些L2區塊的頭文件最終會發布到L1上。

然而，要求所有L2都建立去中心化排序網路似乎不太現實，這相當於要求rollup完成與創建全新L1幾乎相同的工作。因此，有人提出了讓所有L2（以及L1）共享一個以太坊範圍內的預確認機制：基礎預確認。

基礎預確認

基礎預確認方法假設以太坊提議者是高度復雜的參與者。該方法通過激勵這些提議者接受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化協議，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，以及對交易執行結果的聲明。如果提議者違反承諾，他們將面臨懲罰。

這種機制不僅適用於L1交易，對於"基於"以太坊的rollups，所有L2區塊本質上都是L1交易，因此同樣的機制也可以爲任何L2提供預確認服務。

未來發展方向

假設我們實現了單槽最終性，並使用類似Orbit的技術來減少每個槽的驗證者數量，同時保持足夠的去中心化程度以降低質押門檻。槽時長可能會增加到16秒，然後我們可以利用rollup預確認或基礎預確認爲用戶提供更快的確認。這樣，我們最終得到的是一個epoch-slot架構。

這種架構之所以難以避免，主要是因爲就某事達成大致一致所需的時間，遠少於達成最大程度"經濟最終性"所需的時間。主要原因包括：

1. "近似共識"只需少量節點參與，而經濟最終性則需要大多數節點參與。
2. 節點數量超過一定規模後，收集籤名所需時間會顯著增加。

因此，epoch-and-slot架構似乎是正確的發展方向，但不同的實現方式效果可能有所不同。值得進一步探索的是在兩種機制之間建立更強的關注點分離，而不是像Gasper那樣緊密耦合。

L2的發展策略

對於L2來說，目前有三種合理的發展策略：

1. 在技術和理念上都"基於"以太坊，優化其基礎層技術特性和價值觀。
2. 成爲"帶區塊鏈腳手架的服務器"，充分利用中心化服務器的效率，同時通過加入區塊鏈元素確保安全性和去中心化。
3. 折衷方案：建立一個擁有約百個節點的快速鏈，同時利用以太坊提供額外的互操作性和安全保障。

對於不同的應用場景，這三種策略各有優勢。一個關鍵問題是，我們能在以太坊原生的epoch-and-slot架構中做到何種程度的優化。如果能將slot時間降低到1秒，那麼第三種策略的空間可能會大幅縮小。

目前，我們距離這些問題的最終答案還有一段距離。區塊提議者的復雜程度、新型設計如Orbit SSF的潛力等因素都存在較大不確定性。繼續探索和完善這些方案將有助於爲L1和L2用戶提供更好的體驗，同時簡化L2開發人員的工作。