以太坊交易确认时间优化：探索更快速的用户体验

区块链用户体验的关键之一是交易确认速度。近年来，以太坊在这方面取得了显著进展。目前，L1上的交易通常能在5-20秒内确认，基本与信用卡支付相当。然而，进一步提升用户体验仍有价值，某些应用甚至需要亚秒级的响应时间。本文将讨论以太坊提升交易确认速度的几种可行方案。

现有技术概述

单槽最终性

以太坊当前采用的Gasper共识机制基于槽和纪元结构。每12秒一个槽，部分验证者对链头进行投票。经过32个槽（6.4分钟），所有验证者都有机会投票一次。这些投票被解读为类PBFT共识算法中的消息，两个纪元（12.8分钟）后提供强经济保证的最终性。

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。单槽最终性（SSF）通过类Tendermint的机制替代了现有架构，使得区块N在区块N+1生成前就能最终确定。SSF保留了"非活跃泄漏"机制，允许超过1/3验证者离线时链仍能继续运行并恢复。

SSF的主要挑战在于每12秒要求所有质押者发布两条消息，这对网络负载较大。虽然有一些缓解方案，如最近提出的Orbit SSF，但用户仍需等待5-20秒才能确认交易。

Rollup预确认

以太坊近年来采取了以rollup为中心的发展路线，L1提供数据可用性等基础功能，供L2协议使用。这导致了关注点分离：L1专注于抗审查、可靠性和核心功能改进，L2则更直接地面向用户需求。

理论上，创建去中心化排序器网络是L2的责任。一小组验证者每几百毫秒就能为区块签名，并质押资产作为保证。这些L2区块的头文件最终会发布到L1上。

然而，要求所有L2都实现去中心化排序似乎不太合理，这相当于创建一个全新的L1。因此，有人提出了让所有L2（甚至L1）共享一个预确认机制的想法：基础预确认。

基础预确认

基础预确认利用以太坊提议者的复杂性，激励他们承担提供预确认服务的责任。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，因此也能享受相同的预确认服务。

未来展望

假设我们实现了单槽最终性，并使用类似Orbit的技术减少每槽签名的验证者数量，同时增加槽时长到16秒。结合rollup预确认或基础预确认，我们可以为用户提供更快的确认体验。这种架构可以称为"纪元-槽"结构。

这种结构的出现有其深层原因：就某事达成大致共识所需时间，通常少于达成最大程度"经济最终性"的时间。影响因素包括参与节点数量和节点"质量"。

对于L2来说，目前有三种可行策略：

1. 在技术和理念上完全"基于"以太坊，可视为"品牌分片"或进行更大胆的技术创新。
2. 作为"带区块链脚手架的服务器"，结合STARK有效性证明等技术，保留服务器效率的同时获得上链的主要优势。
3. 折中方案：建立一个由约百个节点组成的快速链，依靠以太坊提供额外的互操作性和安全保障。

对于不同应用场景，12秒的区块时间可能已经足够。对于需要更快确认的应用，"纪元-槽"架构似乎是唯一解决方案。关键在于我们能在多大程度上优化这种架构，特别是如果能将槽时间降至1秒，那么第三种策略的吸引力将大大降低。

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仍存在较大不确定性。像Orbit SSF这样的新颖设计为进一步探索提供了机会。我们掌握的选项越多，就能为L1和L2用户提供更好的服务，同时简化L2开发者的工作。