区块链交易确认时间的改进方案探讨

在区块链领域，快速的交易确认时间是提升用户体验的关键因素之一。以太坊在过去五年中已经取得了显著进步，现在用户在L1上发送的交易通常可以在5-20秒内得到确认，这与使用信用卡支付的体验相当。然而，进一步缩短确认时间仍有其价值，特别是对于那些需要亚秒级延迟的应用场景。本文将探讨以太坊在改进交易确认时间方面的一些可行选项。

现有技术和想法概述

单槽最终性

目前，以太坊的Gasper共识机制采用单个槽（Slot）和Epoch的架构。每12秒一个槽，部分验证者对链头进行投票，在32个槽（6.4分钟）内，所有验证者都有机会投票一次。这些投票随后被解释为类似PBFT共识算法中的消息，在两个Epoch（12.8分钟）后，提供一种称为最终性的强经济保证。

然而，这种方法存在两个主要问题：复杂性和较长的最终确认时间。为解决这些问题，提出了单槽最终性（Single Slot Finaty，SSF）的概念，它通过类似Tendermint的共识机制取代了现有架构，使得块N在块N+1生成前就能被最终确定。

单槽最终性的主要挑战在于，它要求每个以太坊质押者每12秒发布两条消息，这对网络造成了巨大负担。虽然有一些创新方案如Orbit SSF试图缓解这一问题，但用户仍需等待5-20秒才能确认交易。

Rollup预确认

随着以太坊采用以rollup为中心的发展路线，L2解决方案如rollups、validiums和plasmas能够在更大规模上为用户提供与以太坊同等水平的安全性。这种架构使得以太坊L1专注于抗审查、可靠性和稳定性等核心功能，而L2则致力于通过不同的技术和文化直接服务用户需求。

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为区块签名一次，并将其质押资产作为担保。然而，这种方法面临着验证者可能作恶的风险，如签署冲突区块。尽管我们已经看到了中心化版本的实际应用，但L2在开发去中心化排序网络方面进展缓慢。

基础预确认

为解决上述问题，提出了基础预确认（Based preconfirmations）的概念。这种方法假设以太坊提议者是对MEV高度敏感的复杂参与者，通过激励这些提议者接受提供预确认服务的责任来利用他们的专业性。

基础预确认创建了一个标准化协议，用户可以通过支付额外费用来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，他们将面临惩罚。这种机制不仅适用于L1交易，也可以为基于以太坊的L2提供预确认服务。

未来的发展方向

假设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程度。槽时长可能会增加到16秒，然后我们可以使用rollup预确认或基础预确认为用户提供更快的确认。这种架构本质上是一个epoch-slot结构。

这种结构之所以难以避免，是因为就某事达成大致共识所需的时间远少于达成最大程度"经济最终性"的时间。这种差异主要源于参与节点的数量和质量。

对于L2来说，目前有三种合理的策略：

1. 在技术和理念上都"基于"以太坊，优化其基础层属性和价值观。
2. 成为"带区块链脚手架的服务器"，充分利用中心化效率同时保留去中心化的关键优势。
3. 折衷方案：建立一个由约百个节点组成的快速链，同时利用以太坊提供额外的互操作性和安全性。

未来的关键问题在于我们能在多大程度上改进以太坊原生的epoch-and-slot架构。如果能将slot时间降低到1秒左右，那么第三种策略的必要性就会大大降低。

目前，我们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、新型设计如Orbit SSF的潜力等因素都存在不确定性。继续探索和优化这些方案将有助于为L1和L2用户提供更好的体验，并简化L2开发者的工作。