提升以太坊交易確認速度：探索epoch-slot架構

快速的交易確認時間是區塊鏈用戶體驗的關鍵要素之一。近年來，以太坊在這方面取得了顯著進步。目前，L1上的交易通常能在5-20秒內得到確認，與信用卡支付體驗相當。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

以太坊當前採用的Gasper共識機制基於槽和epoch結構。每12秒一個槽，驗證者輪流對鏈頭進行投票。經過兩個epoch（12.8分鍾）後，交易達到最終性狀態。

這種方法存在兩個主要問題：一是復雜度高，槽級投票和epoch級最終性之間的交互容易出錯；二是12.8分鍾的最終確認時間過長。

單槽最終性（SSF）提出用類似Tendermint的機制取代現有架構，使塊N在塊N+1生成前就能最終確認。SSF保留了非活躍泄漏機制，允許在超過1/3驗證者離線時鏈繼續運行。

SSF的主要挑戰在於每個質押者需要每12秒發布兩條消息，這對網路負載較大。雖然有一些緩解方案，如Orbit SSF提案，但用戶仍需等待5-20秒才能確認交易。

Rollup預確認

以太坊採用以rollup爲中心的路線圖，將L1設計爲支持數據可用性和其他功能的基礎層，供L2協議使用。這種分層架構使L1專注於抗審查、可靠性和核心功能，而L2則更貼近用戶需求。

L2希望爲用戶提供更快的確認速度。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籤名一次區塊。然而，要求所有L2都實現去中心化排序似乎不太公平。

基礎預確認

基礎預確認機制假設以太坊提議者是復雜的MEV參與者。它通過激勵這些提議者提供預確認服務來利用他們的專業性。

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。如果提議者違反承諾，將面臨懲罰。這種機制既適用於L1交易，也適用於基於L1的L2交易。

epoch-slot架構的前景

如果我們實現了單槽最終性，並採用類似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，我們可能會得到一個epoch-slot架構：

• epoch：使用SSF機制，每16秒最終確認一個區塊
• slot：利用rollup預確認或基礎預確認，提供更快的交易確認

這種架構反映了一個深層次的哲學原因：達成近似共識比達成最大程度的"經濟最終性"需要更少的時間。主要原因包括：

1. 節點數量：近似共識只需少量節點，而經濟最終性需要大多數節點參與。
2. 籤名收集時間：節點數量增加會延長籤名收集時間。
3. 節點質量：專業化的節點子集可以更快地達成近似協議。

因此，epoch-slot架構似乎是不可避免的，但不同實現之間可能存在顯著差異。值得進一步探索設計空間，特別是在兩種機制之間實現更強的關注點分離。

L2的策略選擇

L2目前有三種主要策略：

1. "基於"以太坊的方案：優化以太坊基礎層技術和價值觀。
2. "帶區塊鏈腳手架的服務器"：結合服務器效率和區塊鏈安全性。
3. 折衷方案：快速鏈與以太坊提供的額外安全性相結合。

對於不同的應用場景，這三種策略各有優勢。關鍵問題是以太坊原生的epoch-slot架構能做到多好。如果能將slot時間降到1秒左右，第三種策略的空間可能會大幅縮小。

目前，我們離這些問題的最終答案還很遠。區塊提議者的復雜程度仍存在不確定性。像Orbit SSF這樣的新設計爲進一步探索提供了機會。我們擁有的選項越多，就能爲L1和L2用戶提供更好的體驗，同時簡化L2開發人員的工作。