探讨以太坊提升交易确认速度的实用方案

以太坊近年来在交易确认速度方面取得了显著进步。目前，用户在L1上发送的交易通常可在5-20秒内确认，这与使用信用卡支付的体验相当。然而，进一步改善用户体验仍然十分必要，某些应用甚至需要将延迟缩短至数百毫秒。本文将探讨以太坊改进交易确认时间的一些可行选项。

现有技术与思路概览

单槽最终性

以太坊当前采用的Gasper共识机制使用单个槽和Epoch的架构。每12秒为一个槽，部分验证者对链头进行投票，在32个槽（6.4分钟）内，所有验证者都有机会投票一次。这些投票随后被解释为类似PBFT共识算法中的消息，两个Epoch（12.8分钟）后，提供一种称为最终性的强经济保证。

然而，这种方法存在两个主要问题：复杂性高，且12.8分钟的最终确认时间过长。为解决这些问题，单槽最终性（Single Slot Finality，SSF）提出了一种类似Tendermint共识的机制，即在生成下一个区块前就完成当前区块的最终确认。

SSF的主要挑战在于每个质押者需要每12秒发布两条消息，这对网络造成了巨大负担。尽管有一些创新想法如Orbit SSF提案试图缓解这一问题，但用户仍需等待5-20秒才能确认交易。

Rollup预确认

随着以太坊采用以rollup为中心的发展路线，L2协议（如rollups、validiums和plasmas）能够为用户提供与以太坊同等安全性的大规模服务。这导致了以太坊生态系统内的职责分工：L1专注于抗审查、可靠性和核心功能的维护与改进，而L2则致力于通过不同的技术和文化直接服务用户需求。

理论上，L2可以创建自己的"去中心化排序器"网络，由一小群验证者每几百毫秒就为区块签名一次，并以其质押资产作为保证。这些L2区块的头文件最终会发布到L1上。

然而，要求所有L2都建立去中心化排序网络似乎不太现实，这相当于要求rollup完成与创建全新L1几乎相同的工作。因此，有人提出了让所有L2（以及L1）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

基础预确认方法假设以太坊提议者是高度复杂的参与者。该方法通过激励这些提议者接受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化协议，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，以及对交易执行结果的声明。如果提议者违反承诺，他们将面临惩罚。

这种机制不仅适用于L1交易，对于"基于"以太坊的rollups，所有L2区块本质上都是L1交易，因此同样的机制也可以为任何L2提供预确认服务。

未来发展方向

假设我们实现了单槽最终性，并使用类似Orbit的技术来减少每个槽的验证者数量，同时保持足够的去中心化程度以降低质押门槛。槽时长可能会增加到16秒，然后我们可以利用rollup预确认或基础预确认为用户提供更快的确认。这样，我们最终得到的是一个epoch-slot架构。

这种架构之所以难以避免，主要是因为就某事达成大致一致所需的时间，远少于达成最大程度"经济最终性"所需的时间。主要原因包括：

1. "近似共识"只需少量节点参与，而经济最终性则需要大多数节点参与。
2. 节点数量超过一定规模后，收集签名所需时间会显著增加。

因此，epoch-and-slot架构似乎是正确的发展方向，但不同的实现方式效果可能有所不同。值得进一步探索的是在两种机制之间建立更强的关注点分离，而不是像Gasper那样紧密耦合。

L2的发展策略

对于L2来说，目前有三种合理的发展策略：

1. 在技术和理念上都"基于"以太坊，优化其基础层技术特性和价值观。
2. 成为"带区块链脚手架的服务器"，充分利用中心化服务器的效率，同时通过加入区块链元素确保安全性和去中心化。
3. 折衷方案：建立一个拥有约百个节点的快速链，同时利用以太坊提供额外的互操作性和安全保障。

对于不同的应用场景，这三种策略各有优势。一个关键问题是，我们能在以太坊原生的epoch-and-slot架构中做到何种程度的优化。如果能将slot时间降低到1秒，那么第三种策略的空间可能会大幅缩小。

目前，我们距离这些问题的最终答案还有一段距离。区块提议者的复杂程度、新型设计如Orbit SSF的潜力等因素都存在较大不确定性。继续探索和完善这些方案将有助于为L1和L2用户提供更好的体验，同时简化L2开发人员的工作。