提升以太坊交易确认速度：探索epoch-slot架构

快速的交易确认时间是区块链用户体验的关键要素之一。近年来，以太坊在这方面取得了显著进步。目前，L1上的交易通常能在5-20秒内得到确认，与信用卡支付体验相当。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

以太坊当前采用的Gasper共识机制基于槽和epoch结构。每12秒一个槽，验证者轮流对链头进行投票。经过两个epoch（12.8分钟）后，交易达到最终性状态。

这种方法存在两个主要问题：一是复杂度高，槽级投票和epoch级最终性之间的交互容易出错；二是12.8分钟的最终确认时间过长。

单槽最终性（SSF）提出用类似Tendermint的机制取代现有架构，使块N在块N+1生成前就能最终确认。SSF保留了非活跃泄漏机制，允许在超过1/3验证者离线时链继续运行。

SSF的主要挑战在于每个质押者需要每12秒发布两条消息，这对网络负载较大。虽然有一些缓解方案，如Orbit SSF提案，但用户仍需等待5-20秒才能确认交易。

Rollup预确认

以太坊采用以rollup为中心的路线图，将L1设计为支持数据可用性和其他功能的基础层，供L2协议使用。这种分层架构使L1专注于抗审查、可靠性和核心功能，而L2则更贴近用户需求。

L2希望为用户提供更快的确认速度。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签名一次区块。然而，要求所有L2都实现去中心化排序似乎不太公平。

基础预确认

基础预确认机制假设以太坊提议者是复杂的MEV参与者。它通过激励这些提议者提供预确认服务来利用他们的专业性。

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。如果提议者违反承诺，将面临惩罚。这种机制既适用于L1交易，也适用于基于L1的L2交易。

epoch-slot架构的前景

如果我们实现了单槽最终性，并采用类似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，我们可能会得到一个epoch-slot架构：

• epoch：使用SSF机制，每16秒最终确认一个区块
• slot：利用rollup预确认或基础预确认，提供更快的交易确认

这种架构反映了一个深层次的哲学原因：达成近似共识比达成最大程度的"经济最终性"需要更少的时间。主要原因包括：

1. 节点数量：近似共识只需少量节点，而经济最终性需要大多数节点参与。
2. 签名收集时间：节点数量增加会延长签名收集时间。
3. 节点质量：专业化的节点子集可以更快地达成近似协议。

因此，epoch-slot架构似乎是不可避免的，但不同实现之间可能存在显著差异。值得进一步探索设计空间，特别是在两种机制之间实现更强的关注点分离。

L2的策略选择

L2目前有三种主要策略：

1. "基于"以太坊的方案：优化以太坊基础层技术和价值观。
2. "带区块链脚手架的服务器"：结合服务器效率和区块链安全性。
3. 折衷方案：快速链与以太坊提供的额外安全性相结合。

对于不同的应用场景，这三种策略各有优势。关键问题是以太坊原生的epoch-slot架构能做到多好。如果能将slot时间降到1秒左右，第三种策略的空间可能会大幅缩小。

目前，我们离这些问题的最终答案还很远。区块提议者的复杂程度仍存在不确定性。像Orbit SSF这样的新设计为进一步探索提供了机会。我们拥有的选项越多，就能为L1和L2用户提供更好的体验，同时简化L2开发人员的工作。