區塊鏈良好用戶體驗的一個必不可少的特性是快速的交易確認時間。如今的以太坊與五年前相比已經有了很大的進步，這得益於 EIP -1559 和 PoS 合併之後穩定的出塊時間，用戶在 L1 上發送的交易可以在 5-20 秒內得到可靠的確認，已經接近信用卡支付的使用體驗。然而，以太坊的用戶體驗仍需要進一步的改善，因為有些應用程序確實需要數百毫秒甚至更短的交易延遲。這篇文章將介紹加快以太坊交易確認時間的一些實用方案。

現有的想法和技術概述

單 slot 最終性

現在以太坊的 Gasper 共識採用 slot 和 epoch 架構。每隔 12 秒（單個 slot 的時長），驗證者子集會在區塊鏈的最新區塊上發布投票，在 32 個 slot（6.4 分鐘，一個 epoch 包含 32 個 slot）內，所有驗證者都有機會投票一次。然後，這些投票被重新解釋為類似於 PBFT 的共識算法中的消息，該算法在兩個 epoch（12.8 分鐘）後提供非常嚴格的經濟保證，這就是最終性。

過去幾年，我們對這種方法越來越不滿意。主要原因是：（i）它很複雜，逐個 slot 投票機制和逐個 epoch 最終性機制之間存在許多交互錯誤；（ii）12.8 分鐘太長了，沒人願意等那麼久。

單 slot 最終性（single slot finality，SSF）用一種與 Tendermint 共識相似的機製取代了這種架構，在該機制中，區塊 N 在區塊 N+1 生成之前已經完成。與 Tendermint 的主要不同之處在於我們保留了「非活躍泄漏（inactivity leak）」機制，這種機制允許區塊鏈在超過 1/3 的驗證者離線時繼續運行並恢復。

SSF 的主要挑戰在於，它似乎暗示者每個以太坊質押者都需要每 12 秒發布兩條消息，這對區塊鏈來說是一個很大的負擔。有一些巧妙的想法可以緩解這種情況，包括最近的 Orbit SSF 提案（https://ethresear.ch/t/orbit-ssf-solo-staking-friendly-validator-set-management-for-ssf/19928）。即便如此，這種方案通過加快「最終確定性」能顯著改善用戶體驗，但它並沒有縮短用戶需要等待 5-20 秒的這個時間。

Rollup 預確認

在過去的幾年中，以太坊一直遵循着以 Rollup 為中心的路線圖，圍繞支持數據可用性和其他功能設計以太坊基礎層（L1）。這些功能被 Rollup（還有 Validiums 和 Plasmas）等 L2 協議使用，L2 協議可以為用戶提供與以太坊相同級別的安全性，但它們的交易規模比 L1 要大得多。

這使得以太坊生態系統中產生了一種關注點分離：以太坊 L1 可以專注於抗審查、可靠、穩定以及維護和改進某些核心基礎功能，而 L2 可以通過不同的文化和技術權衡專注於用戶體驗。但如果你沿着這條路走下去，就會出現一個不可避免的問題：L2 專注於為那些希望在 5-20 秒內獲得更快確認的用戶提供服務。

到目前為止，創建自己的「去中心化排序」網路已經成為 L2 不可推卸的責任。可能每隔幾百毫秒，一小部分驗證者會簽署區塊，他們會將自己的代幣質押在這些區塊中。最終，這些 L2 區塊的區塊頭會發布到 L1 上。

L2 驗證者集可以作弊：他們可以先簽署區塊 B1，然後再簽署與 B1 有衝突的區塊 B2，並在 B1 之前將其提交到鏈上。但如果他們這樣做，就會面臨懲罰而失去他們的押金。在實踐中，我們已經看到了這種做法的中心化版本，但是 Rollup 在開發去中心化排序網路方面進展緩慢。你可以說要求 L2 都進行去中心化排序是一項不公平的交易：這相當於要求 Rollup 做與創建一個全新的 L1 相同的工作。出於一些原因，以太坊基金會研究員 Justin Drake 一直在推廣一種讓所有 L2（以及 L1）訪問共享的以太坊預確認機制的方法：based preconfirmations。

Based preconfirmations（Based 預確認）

Based preconfirmations 的方法假設以太坊提議者將因 MEV 相關原因而成為高度複雜的參與者（請參閱此處了解我對 MEV 的解釋，另請參閱提案）。Based preconfirmations 的方法利用這種複雜性，激勵這些成熟的提議者提供預確認服務。

基本思想是創建一個標準化協議，通過該協議，用戶可以提供額外的費用，以換即時取保證自身交易被納入下一個區塊，並獲得有關執行該交易結果的聲明。如果提議者違反了對任何用戶做出的承諾，他們就會受到懲罰。

如上所述，based preconfirmations 機制為 L1 交易提供了保障。如果 Rollup 是「Based Rollup」（註：Based Rollup 由 Justin Drake 於 2023 年 3 月提出，是一種排序完全由 L1 完成的 Rollup），那麼所有 L2 區塊都是 L1 交易，因此可以使用相同的機制為任何 L2 提供預確認。

我們實際上看到的是什麼？

假設我們實現單 slot 最終性。我們使用類似 Orbit 的技術來減少每個 slot 簽名的驗證者數量，這樣我們也可以在減少 32 ETH 最低質押數量，可謂是一舉兩得。結果，slot 時間可能會逐漸增加到 16 秒。然後我們使用 Rollup 預確認或 Based preconfirmations 來為用戶提供更快的保證。我們現在得到了什麼？一個 epoch-and-slot 架構。

「它們是同一張圖」這個 meme 已經被過度使用了，所以我只會將我幾年前繪製的一張舊圖表與 L2 預確認圖表放在一起，以描述 Gasper 的 slot-and-epoch 架構，我希望我能夠解釋清楚。

有一個深刻的哲學原因可以解釋為什麼人們總是不可避免地使用 epoch-and-slot 架構：就某件事達成近似的一致本質上比就某件事達成最大程度的「經濟最終性」一致需要更少的時間。

一個簡單的原因是節點數量。雖然由於超優化的 BLS 聚合和不久的將來的 ZK-STARK，舊的漸進式去中心化 / 最終確定時間 / 開銷權衡現在看起來更加溫和，但從根本上來說，以下觀點仍然是正確的：

· 「近似一致」僅需要少量節點，而經濟最終性則需要所有節點中的相當一部分。

· 一旦節點數量超過一定規模，你就需要花費更多時間來收集簽名。

在當前的以太坊中，12 秒的 slot 被劃分為三個 sub-slots，用於 (i) 區塊發布和分發、(ii) 證明 (iii) 證明聚合。如果證明者數量少得多，我們可以將其減少到兩個 sub-slots，並擁有 8 秒的 slot 時間。另一個實際上更重要的因素是節點的「質量」。如果我們還可以依靠專業化的節點子集來達成近似協議（並且仍然使用完整的驗證器集來實現最終性），我們可以合理地將其縮短到約 2 秒。

因此，我認為 (i) slot-and-epoch 架構顯然是正確的，但 (ii) 並非所有 slot-and-epoch 架構都是一樣的，我們需要更充分地探索設計空間。特別是，那些不像 Gasper 那樣緊密交織的方案值得探索。

L2 應該做些什麼？

在我看來，目前 L2 可以採取三種合理的策略：

· 無論是技術層面還是精神層面，都要「based」。也就是說，L2 是以太坊基礎層技術屬性及其價值（高度去中心化、抗審查等）更優秀的傳遞渠道。用最簡單的形式來理解，你可以將這些 Rollup 視為「品牌分片」，但它們也可以更加雄心勃勃，並且它們對新的虛擬機設計和其他技術改進進行了大量實驗。

· 成為「具有區塊鏈腳手架的服務器」，並充分利用它。如果你從服務器開始，然後添加（i）STARK 有效性證明以確保服務器遵守規則，（ii）保證用戶退出或強制交易的權利，以及可能的（iii）集體選擇的自由，無論是通過協調的大規模退出還是通過投票更改排序器的能力，那麼你已經獲得了很多鏈上的好處，同時保留了服務器的大部分效率。

· 折中方案：一條擁有 100 個節點的快速區塊鏈，依靠以太坊提供額外的互操作性和安全性。這是許多 L2 項目事實上的當前路線圖。

對於某些應用程序（例如 ENS、keystores 以及一些支付場景），12 秒的區塊時間就足夠了。對於需要更短確認時間的應用程序，唯一的解決方案是 slot-and-epoch 架構。在這三種情況下，「epoch」都是以太坊的 SSF（也許我們可以將該首字母縮略詞重新定義為「single slot」以外的其他含義，例如，它可以是「Secure Speedy Finality」）。但在上述三種情況下，「slot」是不同的：

· 以太坊原生的 slot-and-epoch 架構

· 服務器預確認

· 委員會預確認

一個關鍵問題是，我們能把第 (1) 類中的某樣東西做得有多好？特別是，如果它變得非常好，那麼第 (3) 類似乎就意義不大了。第 (2) 類將永遠存在，因為任何「based」的東西都不適用於鏈下數據 L2，例如 Plasma 和 Validium。但如果以太坊原生的 slot-and-epoch 架構可以縮短到 1 秒的「slot」（即預確認）時間，那麼第 (3) 類的空間就會變得小得多。

今天，我們距離得到這些問題的最終答案還很遙遠。區塊提議者將變得多麼複雜？這個關鍵問題的答案仍然存在相當多不確定性。像 Orbit SSF 這樣的設計非常新穎，因此類似 Orbit SSF 的 slot-and-epoch 方案的設計空間還需要更多的探索。我們擁有的選擇越多，我們就能為 L1 和 L2 上的用戶做得更好，我們也能簡化 L2 開發人員的工作。

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