以太坊交易確認時間優化：探索更快速的用戶體驗

區塊鏈用戶體驗的關鍵之一是交易確認速度。近年來，以太坊在這方面取得了顯著進展。目前，L1上的交易通常能在5-20秒內確認，基本與信用卡支付相當。然而，進一步提升用戶體驗仍有價值，某些應用甚至需要亞秒級的響應時間。本文將討論以太坊提升交易確認速度的幾種可行方案。

現有技術概述

單槽最終性

以太坊當前採用的Gasper共識機制基於槽和紀元結構。每12秒一個槽，部分驗證者對鏈頭進行投票。經過32個槽（6.4分鍾），所有驗證者都有機會投票一次。這些投票被解讀爲類PBFT共識算法中的消息，兩個紀元（12.8分鍾）後提供強經濟保證的最終性。

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。單槽最終性（SSF）通過類Tendermint的機制替代了現有架構，使得區塊N在區塊N+1生成前就能最終確定。SSF保留了"非活躍泄漏"機制，允許超過1/3驗證者離線時鏈仍能繼續運行並恢復。

SSF的主要挑戰在於每12秒要求所有質押者發布兩條消息，這對網路負載較大。雖然有一些緩解方案，如最近提出的Orbit SSF，但用戶仍需等待5-20秒才能確認交易。

Rollup預確認

以太坊近年來採取了以rollup爲中心的發展路線，L1提供數據可用性等基礎功能，供L2協議使用。這導致了關注點分離：L1專注於抗審查、可靠性和核心功能改進，L2則更直接地面向用戶需求。

理論上，創建去中心化排序器網路是L2的責任。一小組驗證者每幾百毫秒就能爲區塊籤名，並質押資產作爲保證。這些L2區塊的頭文件最終會發布到L1上。

然而，要求所有L2都實現去中心化排序似乎不太合理，這相當於創建一個全新的L1。因此，有人提出了讓所有L2（甚至L1）共享一個預確認機制的想法：基礎預確認。

基礎預確認

基礎預確認利用以太坊提議者的復雜性，激勵他們承擔提供預確認服務的責任。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，因此也能享受相同的預確認服務。

未來展望

假設我們實現了單槽最終性，並使用類似Orbit的技術減少每槽籤名的驗證者數量，同時增加槽時長到16秒。結合rollup預確認或基礎預確認，我們可以爲用戶提供更快的確認體驗。這種架構可以稱爲"紀元-槽"結構。

這種結構的出現有其深層原因：就某事達成大致共識所需時間，通常少於達成最大程度"經濟最終性"的時間。影響因素包括參與節點數量和節點"質量"。

對於L2來說，目前有三種可行策略：

1. 在技術和理念上完全"基於"以太坊，可視爲"品牌分片"或進行更大膽的技術創新。
2. 作爲"帶區塊鏈腳手架的服務器"，結合STARK有效性證明等技術，保留服務器效率的同時獲得上鏈的主要優勢。
3. 折中方案：建立一個由約百個節點組成的快速鏈，依靠以太坊提供額外的互操作性和安全保障。

對於不同應用場景，12秒的區塊時間可能已經足夠。對於需要更快確認的應用，"紀元-槽"架構似乎是唯一解決方案。關鍵在於我們能在多大程度上優化這種架構，特別是如果能將槽時間降至1秒，那麼第三種策略的吸引力將大大降低。

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仍存在較大不確定性。像Orbit SSF這樣的新穎設計爲進一步探索提供了機會。我們掌握的選項越多，就能爲L1和L2用戶提供更好的服務，同時簡化L2開發者的工作。