區塊鏈交易確認時間的改進方案探討

在區塊鏈領域，快速的交易確認時間是提升用戶體驗的關鍵因素之一。以太坊在過去五年中已經取得了顯著進步，現在用戶在L1上發送的交易通常可以在5-20秒內得到確認，這與使用信用卡支付的體驗相當。然而，進一步縮短確認時間仍有其價值，特別是對於那些需要亞秒級延遲的應用場景。本文將探討以太坊在改進交易確認時間方面的一些可行選項。

現有技術和想法概述

單槽最終性

目前，以太坊的Gasper共識機制採用單個槽（Slot）和Epoch的架構。每12秒一個槽，部分驗證者對鏈頭進行投票，在32個槽（6.4分鍾）內，所有驗證者都有機會投票一次。這些投票隨後被解釋爲類似PBFT共識算法中的消息，在兩個Epoch（12.8分鍾）後，提供一種稱爲最終性的強經濟保證。

然而，這種方法存在兩個主要問題：復雜性和較長的最終確認時間。爲解決這些問題，提出了單槽最終性（Single Slot Finaty，SSF）的概念，它通過類似Tendermint的共識機制取代了現有架構，使得塊N在塊N+1生成前就能被最終確定。

單槽最終性的主要挑戰在於，它要求每個以太坊質押者每12秒發布兩條消息，這對網路造成了巨大負擔。雖然有一些創新方案如Orbit SSF試圖緩解這一問題，但用戶仍需等待5-20秒才能確認交易。

Rollup預確認

隨着以太坊採用以rollup爲中心的發展路線，L2解決方案如rollups、validiums和plasmas能夠在更大規模上爲用戶提供與以太坊同等水平的安全性。這種架構使得以太坊L1專注於抗審查、可靠性和穩定性等核心功能，而L2則致力於通過不同的技術和文化直接服務用戶需求。

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爲區塊籤名一次，並將其質押資產作爲擔保。然而，這種方法面臨着驗證者可能作惡的風險，如簽署衝突區塊。盡管我們已經看到了中心化版本的實際應用，但L2在開發去中心化排序網路方面進展緩慢。

基礎預確認

爲解決上述問題，提出了基礎預確認（Based preconfirmations）的概念。這種方法假設以太坊提議者是對MEV高度敏感的復雜參與者，通過激勵這些提議者接受提供預確認服務的責任來利用他們的專業性。

基礎預確認創建了一個標準化協議，用戶可以通過支付額外費用來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，他們將面臨懲罰。這種機制不僅適用於L1交易，也可以爲基於以太坊的L2提供預確認服務。

未來的發展方向

假設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程度。槽時長可能會增加到16秒，然後我們可以使用rollup預確認或基礎預確認爲用戶提供更快的確認。這種架構本質上是一個epoch-slot結構。

這種結構之所以難以避免，是因爲就某事達成大致共識所需的時間遠少於達成最大程度"經濟最終性"的時間。這種差異主要源於參與節點的數量和質量。

對於L2來說，目前有三種合理的策略：

1. 在技術和理念上都"基於"以太坊，優化其基礎層屬性和價值觀。
2. 成爲"帶區塊鏈腳手架的服務器"，充分利用中心化效率同時保留去中心化的關鍵優勢。
3. 折衷方案：建立一個由約百個節點組成的快速鏈，同時利用以太坊提供額外的互操作性和安全性。

未來的關鍵問題在於我們能在多大程度上改進以太坊原生的epoch-and-slot架構。如果能將slot時間降低到1秒左右，那麼第三種策略的必要性就會大大降低。

目前，我們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、新型設計如Orbit SSF的潛力等因素都存在不確定性。繼續探索和優化這些方案將有助於爲L1和L2用戶提供更好的體驗，並簡化L2開發者的工作。