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Vitalik新作:三大方案破解以太坊交易确认瓶颈

如今,以太坊的交易确认时间已大幅缩短。得益于 EIP-1559 和 PoS 合并,L1 交易通常能在 5-20 秒内得到可靠确认,体验已接近信用卡支付。然而,对于需要数百毫秒甚至更短延迟的应用来说,这仍显不足。

因此,我们必须思考:如何突破以太坊确认时间的瓶颈?本文将探讨三大加速方案:单 slot 最终性(SSF)、Rollup 预确认和 Based 预确认。这些方案从共识机制、Layer2 架构和经济激励等不同角度,尝试在保持安全性的同时,显著提升交易响应速度。

单slot最终性:Tendermint的以太坊变体有多难?

揭秘现有slot/epoch架构:12秒出块+12.8分钟最终性机制

以太坊共识机制采用slot和epoch架构。每12秒(一个slot时长),验证者子集会对最新区块进行投票。每32个slot(即一个epoch,约6.4分钟)内,所有验证者都有机会完成一轮投票。这些投票被重新解释为类似PBFT共识算法的消息,在两个epoch(12.8分钟)后提供严格的经济保证,即实现最终性。

解析传统架构三大痛点:复杂交互/确认延迟/性能瓶颈

近年来,该架构暴露出明显缺陷:首先,结构复杂,slot级投票机制与epoch级最终性机制之间存在大量交互错误;其次,12.8分钟的最终确认时间过长,难以满足实际应用需求;最后,系统性能存在瓶颈,影响整体效率。

SSF创新方案:类Tendermint的即时确认+非活跃泄漏机制

单slot最终性(SSF)采用类似Tendermint的共识机制替代现有架构,使区块N在区块N+1产生前即可完成确认。与Tendermint的核心差异在于保留了“非活跃泄漏”机制,确保即使超过1/3验证者离线,区块链仍能持续运行并恢复。

性能挑战:验证者每12秒双签消息的系统压力

SSF面临的主要挑战在于性能负载:每个以太坊质押者需每12秒发布两条消息,对网络造成显著压力。虽已有创新方案(如Orbit SSF提案)试图缓解该问题,但此类方案仅加速了“最终确定性”,并未缩短用户需等待的5-20秒确认时间。

Rollup预确认:L2的加速器还是妥协?

以太坊正遵循以Rollup为核心的路线图,其基础层(L1)专注于提供数据可用性等功能,而Rollup等L2协议则承担起提升交易规模与用户体验的责任。这种架构带来一种关注点分离:L1保持抗审查、稳定和去中心化,L2则通过不同的技术权衡实现更快的交易确认。但这也引出一个关键问题:L2如何在不牺牲安全性的前提下,将确认时间压缩到数百毫秒级别?

,L2需要自行构建“去中心化排序”网络,由一组验证者每隔几百毫秒签署区块,并将区块头最终提交至L1。这些验证者需质押代币,一旦签署冲突区块(如先签B1再签B2并抢先提交),就会面临罚没风险。

然而现实中,L2的去中心化排序进展缓慢,多数仍依赖中心化方案。这相当于要求每个Rollup都承担起创建全新L1的繁重工作,被部分观点认为是一种不公平的负担。

因此,以太坊研究员Justin Drake等人提出一种新思路:构建一套共享的、基于以太坊L1的预确认机制,使所有L2都能访问同一套高效、安全的即时确认服务。

基于MEV的创新方案:激励成熟提议者提供即时确认

这一方案被称为“Based预确认”(Based Preconfirmations)。其核心思想在于,利用MEV(最大可提取价值)经济模型,激励专业化的区块提议者提供预确认服务。

由于MEV的存在,以太坊提议者已成为高度复杂的参与者。Based预确认通过标准化协议,允许用户支付额外费用,以换取其交易被纳入下一区块的即时保证,并获得执行结果的声明。如果提议者违背承诺,就会受到经济惩罚。

该机制天然适用于L1交易。若Rollup采用“Based Rollup”模式(即排序完全依赖L1),那么所有L2区块实际就是L1上的交易,因此同样可以享受同一套预确认机制带来的加速效果。

技术悖论:用L1机制保障L2交易的可行性分析

尽管Based预确认为L2提速提供了一条值得探索的路径,它也揭示出一个深层的技术悖论:我们是否真的能够、或应该用L1的机制去保障L2的交易?

一方面,共享预确认机制可大幅降低L2的开发与运维门槛,使其不必重复建设排序网络;另一方面,它也可能将L2的安全性过度捆绑于L1提议者的行为和经济激励,尤其是MEV所带来的中心化风险。

从可行性角度看,基于L1的预确认在技术上具备实现基础,但其真正落地仍面临诸多挑战,包括协议标准化、惩罚机制设计、抗审查能力,以及如何平衡L1与L2在安全假设上的差异。未来,这一方案是否能够成为L2加速的可靠路径,仍需在实践与迭代中检验。

Based预确认:让区块链脚手架变身超级跑车

重新定义slot架构哲学:近似共识与经济最终性的时序分离

基于预确认机制的核心思想,是创建一个标准化协议,让用户通过支付额外费用,来确保自己的交易被快速纳入下一个区块,并获得执行结果的承诺。如果提议者违反承诺,就会受到惩罚。这种机制为L1交易提供了保障,同时如果Rollup是基于L1的(即Based Rollup),那么所有L2区块作为L1交易,也可以使用相同的预确认机制。

从哲学层面来看,人们之所以总是倾向于采用epoch-and-slot架构,是因为达成近似共识本质上比达成具有严格经济最终性的共识需要的时间更少。近似共识只需要少量节点参与,而经济最终性则需要相当一部分节点的共同确认。一旦节点数量超过一定规模,收集签名所需的时间就会显著增加。

技术突破点:BLS聚合与ZK-STARK如何压缩验证流程

虽然由于超优化的BLS聚合技术和即将到来的ZK-STARK技术,旧的验证流程现在看起来更加温和,但根本观点仍然成立:验证者数量越多,收集签名所需的时间就越长。通过BLS签名聚合技术,可以将多个验证者的签名聚合成一个签名,减少了验证所需的数据量和计算开销。而ZK-STARK技术则能够提供更高效的证明验证过程,进一步压缩整个验证流程。

性能优化路径:sub-slot重构实现2秒超短slot时间

在的以太坊架构中,12秒的slot被划分为三个子时段(sub-slots),分别用于区块发布和分发、证明以及证明聚合。如果证明者数量大幅减少,可以将这个流程缩减到两个子时段,实现8秒的slot时间。更重要的是,如果能够依靠专业化的节点子集来达成近似协议,同时仍然使用完整的验证器集来实现最终性,slot时间甚至可以缩短到约2秒。

设计空间探索:Orbit SSF等新型架构的生态影响

像Orbit SSF这样的新型架构设计非常新颖,它们通过巧妙的方法减少每个slot需要签名的验证者数量,同时还能降低32 ETH的最低质押要求。这类方案的设计空间还需要更多的探索,它们为L1和L2上的用户提供了更好的选择,同时也简化了L2开发人员的工作。

基于预确认机制的设计空间探索表明,并非所有的slot-and-epoch架构都是一样的。特别是那些不像Gasper那样紧密交织的方案值得深入研究。这些新型架构的出现,为区块链性能优化开辟了新的可能性,有望让原本作为区块链基础设施的"脚手架"变身为高性能的"超级跑车"。

L2的三大进化路线:去中心化还是效率优先?

,Layer 2(L2)项目在提升交易确认效率方面,主要存在三种不同的发展策略,分别面向不同的应用需求和价值取向。

第一种策略是“完全基于以太坊”的方案。这类 L2 无论在技术实现还是价值理念上都与以太坊高度一致,致力于传递以太坊基础层的核心特性,包括高度去中心化和抗审查能力。它们可以被理解为一种“品牌分片”,在保持与以太坊一致的安全性和去中心化水平的同时,也积极探索新的虚拟机设计和其他技术改进。

第二种策略可称为“服务器+零知识证明混合模式”。该方案从一个中心化服务器出发,逐步引入区块链元素以增强可信性。具体包括:利用 STARK 有效性证明确保服务器行为合规,保障用户拥有退出或强制执行交易的权利,并可能通过集体决策机制(如协调退出或排序器更换投票)提升治理透明度。这种做法在保留服务器高效率的同时,融入了链上系统的主要优势。

第三种是折衷型路线,即构建一条由约100个节点组成的快速区块链,并依赖以太坊提供额外的互操作性和安全备份。这是许多 L2 项目实际采用的演进路径,试图在效率与去中心化之间取得平衡。

不同应用场景需适配不同的架构。例如,像 ENS、密钥库及部分支付场景等,12秒的区块时间已经足够。但对于需要更快确认的应用,则必须引入某种形式的预确认机制。在上述三种策略中,“epoch”层均可由以太坊的单 slot 最终性(SSF)机制保障,而“slot”层的实现则各不相同:可以是完全以太坊原生的架构,也可采用服务器预确认或委员会预确认。

值得注意的是,如果以太坊原生的预确认机制能大幅优化——例如将 slot 时间压缩到1秒——那么折衷型方案(即第3类)的存在价值将显著降低。而链下数据型方案(如 Plasma 和 Validium)受架构所限,仍将长期依赖服务器预确认路径。,最优架构的探索仍处于早期,提议者机制的复杂度和新型方案(如 Orbit SSF)的设计空间,都将是影响 L2 技术选型的关键变量。

未来架构大猜想:slot-and-epoch的终极形态

技术融合趋势:L1与L2预确认机制的协同效应

随着以太坊生态的演进,L1与L2之间的协同机制正成为提升交易确认效率的关键。基于预确认机制(Based Preconfirmations)的提出,正是利用L1提议者的复杂性和MEV激励,使其能够为用户提供即时交易纳入保证。这种机制不仅适用于L1交易,也适用于“Based Rollup”这类完全依赖L1进行排序的L2协议,从而在保持去中心化和安全性的同时,显著缩短用户等待时间。

性能天花板探索:1秒slot时间的可行性边界

以太坊的slot时间为12秒,但通过优化架构,存在进一步压缩的空间。例如,将slot拆分为多个子slot(sub-slots),分别用于区块发布、证明和聚合,可缩短整体处理时间。若验证者数量减少或节点专业化程度提高,slot时间甚至有望压缩至2秒。而如果以太坊原生的slot-and-epoch架构能够实现1秒级别的预确认时间,将削弱其他折衷型方案的存在意义。

提议者复杂度悖论:MEV经济模型对确认机制的影响

MEV(最大可提取价值)经济模型正在使区块提议者变得越来越复杂。Based预确认机制正是利用这一点,激励成熟的提议者通过标准化协议向用户提供即时交易确认承诺。若提议者违背承诺,将面临经济惩罚。这一机制在提升用户体验的同时,也带来了新的权衡:提议者越复杂,系统越依赖其行为合理性,这为共识机制的设计带来新的挑战。

生态发展展望:Orbit SSF等新方案如何重塑开发范式

新兴提案如Orbit SSF试图在单slot最终性(SSF)架构下降低验证者负载,同时支持更低的质押门槛。这类方案进一步拓展了slot-and-epoch的设计空间,使其不再局限于传统Gasper那样紧密耦合的机制。未来,更灵活的时序分离方案——如将“近似共识”与“经济最终性”分阶段处理——可能成为优化性能的主流方向。这也为L2开发带来新范式,使其更专注于用户体验而非重复构建底层共识。

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