以太坊交易确认速度优化方案探讨

在区块链用户体验中,交易确认时间是一个关键因素。以太坊在过去几年里通过EIP-1559和向PoS转型等措施,已经将交易确认时间缩短到了5-20秒,与信用卡支付相当。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。本文将探讨以太坊进一步优化交易确认时间的可行方案。

现有技术概述

单槽最终性

目前以太坊采用Gasper共识机制,每12秒一个槽,32个槽组成一个Epoch。验证者对链头进行投票,两个Epoch后达成最终性。这种机制存在复杂性高、最终性时间长(12.8分钟)等问题。

单槽最终性(SSF)类似Tendermint共识,每个区块在下一个区块生成前就能达成最终性。主要挑战是对网络负载较大,需要每个验证者每12秒发布两条消息。虽然有一些优化方案如Orbit SSF,但用户仍需等待5-20秒才能确认交易。

Rollup预确认

以太坊采用以rollup为中心的扩容路线,L2解决方案需要为用户提供更快的确认。理论上L2可以建立自己的"去中心化排序器"网络,每几百毫秒签署一次区块。但这要求L2做与创建新L1几乎相同的工作,实际推进较慢。

基础预确认

这一方案利用以太坊区块提议者的复杂性,激励他们提供预确认服务。用户可以支付额外费用,获得交易将被包含在下一区块的即时保证。如果提议者违反承诺将被惩罚。这种机制可以为L1和基于以太坊的L2提供预确认。

可能的架构方案

假设实现了单槽最终性,并采用类似Orbit的技术减少每槽签名验证者数量,同时使用rollup预确认或基础预确认提供更快确认。最终我们得到的是一个epoch-slot架构:

• Epoch:16秒,由单槽最终性机制保证
• Slot:约2秒,由专业化节点子集达成近似共识

这种架构能够平衡去中心化、最终性和快速确认的需求。L2可以采取以下策略:

1. 完全基于以太坊,优化基础层属性和价值观
2. 类似"带区块链脚手架的服务器",保留服务器效率的同时获得上链好处
3. 折衷方案:拥有约100个节点的快速链,由以太坊提供额外安全性

对于不同应用场景,可以选择不同的slot机制:

• 以太坊原生epoch-slot架构
• 服务器预确认
• 委员会预确认

如果以太坊原生架构能将slot时间缩短到1秒,第三种方案的意义就会减小。但链下数据的L2(如plasmas和validiums)仍需要第二种方案。

目前我们距离最终方案还有一段距离。关键问题包括区块提议者的复杂程度、新型设计如Orbit SSF的潜力等。探索更多选项有助于改善L1和L2用户体验,简化L2开发工作。