Epoch与Slot方案：ETH交易确认时间大幅提升

以太坊交易确认时间的改进方案

在区块链世界中，快速的交易确认时间是提升用户体验的关键之一。以太坊在这方面已经有了显著的进步，从五年前的状况来看，EIP-1559和转向PoS（The Merge）使得L1上的交易确认时间缩短到了5-20秒，这已经与使用信用卡支付的体验相当了。然而，对于某些应用来说，追求更短的延迟，比如几百毫秒，甚至更短，是有意义的。本文将探讨以太坊在提升交易确认时间方面的一些实用方案。

现有想法和技术概述

单槽最终性

目前，以太坊的Gasper共识机制采用的是单个槽（Slot）和Epoch的架构，每12秒一个槽，一部分验证者会对链的头部进行投票，并在32个槽（6.4分钟）内，所有验证者都有机会投票一次。这些投票随后被重新解释为类似于PBFT的共识算法中的消息，在两个Epoch（12.8分钟）之后，提供一种称为最终性的非常强的经济保证。然而，这种方法存在一些问题：它既复杂，又需要等待太长的时间。

单槽最终性（Single Slot Finality，SSF）提出了一个替代方案，类似于Tendermint共识，块N在块N+1生成之前被最终确定。这里的主要挑战是，每个以太坊质押者需要每12秒发布两条消息，这对链来说是个很大的负担。尽管有如Orbit SSF这样的提案来缓解这个问题，但它并未改变用户需要等待5-20秒的事实。

Rollup预确认

以太坊在过去几年一直遵循以rollup为中心的路线图，设计以太坊基础层（L1）以支持数据可用性和其他功能，这些功能可供L2协议（如rollups、validiums和plasmas）使用，以更大规模为用户提供与以太坊同等水平的安全性。这导致了以太坊生态系统内关注点的分离：L1专注于抗审查、可靠性、稳定性，以及维护和改进基础层核心功能，而L2则通过不同的文化和技术更直接地接触用户。然而，L2希望为用户提供比5-20秒更快的确认时间。

理论上，L2可以创建自己的“去中心化排序器”网络，一小群验证者可以每几百毫秒为区块签名一次，并在这些区块后面投入他们的质押资产，最终，这些L2区块的头文件会发布到L1。但L2验证者集可能会“欺诈”，先签署区块B1，然后再签署一个冲突的区块B2并在B1之前提交到链上。这种情况下，他们会被查验出来并失去质押资产。尽管我们已经看到了中心化版本的实际案例，但rollup在开发去中心化排序网络方面进展缓慢。Justin Drake提出了一种方法，让所有L2（以及L1）都能使用一个以太坊范围内共享的预确认机制：基础预确认。

基础预确认

基础预确认（Based preconfirmations）假设以太坊提议者是与MEV相关的高度复杂的参与者。这种方法通过激励这些复杂的提议者接受提供预确认服务的责任来利用这种复杂性。用户可以提供额外费用以确保交易会被包括在下一个区块中的即时保证，以及对执行该交易结果的声明。如果提议者违反了对任何用户做出的任何承诺，他们可以被罚没。如果rollups是“基于”的，那么所有L2区块都是L1交易，因此相同的机制可以用于为任何L2提供预确认。

我们实际在看什么？

假设我们实现了单槽最终性，并使用类似于Orbit的技术来减少每个槽签署的验证者数量，但不会减少太多，以便我们也可以在减少32 ETH质押最低限度的关键目标上取得进展。槽时长（slot time）可能会增加到16秒，然后我们使用rollup预确认或基础预确认，为用户提供更快的确认。最终我们获得了一个epoch-slot架构。

epoch-and-slot架构似乎难以避免的原因在于，与达成最大程度的“经济最终性”协议相比，达成大致一致所需的时间更少。这是因为“近似共识”只需要少量节点，而经济最终性需要大部分节点。一旦节点数量超过某个规模，你需要花费更多时间来收集签名。在今天的以太坊中，12秒槽划分为三个子槽：区块发布和分发、证明、证明聚合。如果证明者数量大大减少，我们可以减少到两个子槽并使用8秒槽时间。如果我们也可以依靠专业化的节点子集来达成近似协议（并且仍然使用完整的验证器集来确定最终性），我们可以将其降至约2秒。

L2应该怎么做？

L2目前有三种合理的策略：一是技术上和精神上都是“based”的，优化以太坊基础层技术属性及其价值观；二是成为“带区块链脚手架的服务器”并充分利用它，通过添加STARK有效性证明确保服务器遵循规则；三是折衷方法，拥有一个一百个节点的快速链，以太坊提供额外的互操作性和安全性。对于某些应用，12秒区块时间已经足够，对于那些不适用的应用，唯一的解决方案是epoch-and-slot架构。

一个关键问题是，我们能在第一类中做到多好？特别是，如果它变得非常好，那么第三类的意义就不那么大了。因为所有“based”的方案都不适用于如plasmas和validiums之类的链下数据L2，因此第二类将永远存在。如果一个以太坊原生的epoch-and-slot架构可以降低到1秒的slot时间，那么第三类的空间就会变得小得多。

目前，我们离这些问题的最终答案还很远。区块提议者会变得多么复杂，这仍然是一个存在相当大不确定性的领域。像Orbit SSF这样的设计非常新颖，因此例如将Orbit SSF作为epoch-and-slot中的epoch等方案的设计空间仍值得充分探索。我们拥有的选项越多，我们可以为L1和L2的用户做得越好，我们可以简化L2开发人员的工作。