新聞加密貨幣解耦共識草案有望將以太坊約16分鐘的結算等待縮短至4分鐘

解耦共識草案有望將以太坊約16分鐘的結算等待縮短至4分鐘

作者: Coindoo·

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  • •由Ben Edgington與四位共同作者於10月21日以pull request形式發起的解耦共識草案,目標是將以太坊預期最終確定時間至少縮短四倍,從約16分鐘降至約4分鐘。
  • •該提案將目前打包在每份驗證者證明中的頭部投票與最終確定證明分離,由每個slot約512名驗證者組成的委員會負責分叉選擇,全體驗證者則按獨立時程最終確定檢查點。
  • •草案仍處於開放且未合併狀態,一位審查者提議將其編號為EIP 8453,而涉及獎勵、罰沒條件與不活動洩漏的部分仍標記為TBD。
  • •作者將為未來後量子過渡奠定基礎列為首位,分叉選擇安全性列為第二,更快的最終確定在提案動機中排第三。
  • •啟用該變更需要一次共識層硬分叉,Strawmap路線圖將解耦共識列為暫定命名為I*的升級(可能在2027年)的主打候選項,作為挑戰性目標。
解耦共識草案有望將以太坊約16分鐘的結算等待縮短至4分鐘

以太坊研究人員於10月21日發起的一項草案提案,擬將網路的兩套共識投票流程拆分為獨立的訊息流,目標是將預期交易最終確定時間從約16分鐘縮短至約4分鐘。這份「解耦共識」(Decoupled Consensus)草案目前仍處於開放且未合併狀態。

Ben Edgington自述其職責為協調以太坊的快速最終確定工作,他發起了這項pull request,並與Francesco D'Amato、Roberto Saltini、Yann Vonlanthen和Mikhail Kalinin共同撰寫草案。他在pull request上的說明寫道「許多方面仍待確定(TBD)」,當前的直接目標是取得EIP編號。EIPs儲存庫中的一位審查者於同日提議編號8453,並要求作者在Ethereum Magicians論壇(提案討論所在)開啟討論串。

為何最終確定仍需約16分鐘

最終確定(finality)標誌著以太坊驗證者在此之前不會逆轉區塊的分界點。達成最終確定需要兩輪投票——一輪用以正當化(justify)檢查點,另一輪用以最終確定——每輪持續一個epoch,即32個12秒的slot。在5月11日發布於以太坊基金會協議共識部落格的一篇文章中,Edgington指出最短時間768秒,一筆交易的預期時間約為960秒,正常情況下最新區塊中有63至95個尚未最終確定。

這些近期區塊仍可能被重組:節點可能切換到競爭的區塊序列,將被捨棄區塊中的交易送回mempool等待再次打包。已最終確定的區塊則難以撼動得多。逆轉一個區塊需要攻擊者持有超過全部質押量三分之一的份額,且將透過罰沒(slashing)損失至少全部質押ETH的三分之一。

同一篇文章描述了一種旨在提供更早訊號的快速確認規則。當網路運行順暢且沒有過於強大的攻擊者時,它應能在約13秒內顯示一個區塊不會被重組。該規則對攻擊者沒有經濟懲罰,也不容忍網路延遲,因此在網路出現問題時會退回完整最終確定——而這正是服務最需要確定性的時刻。

因此,處理以太坊交易的服務需要自行選擇願意接受多少最終確定等待時間。該文章列舉了數個例子,包括Circle用於USDC的跨鏈轉帳協議(CCTP)。(資料來源:Ben Edgington,以太坊基金會協議共識部落格,2026年5月。)

更快的最終確定將縮小這些途徑之間的差距,無論是對穩定幣橋,還是對JPMorgan帶到以太坊上的銀行存款等較新的代幣化產品而言皆是如此。Edgington預期跨鏈橋接將呈現最顯著的改善。

一份證明變成兩則訊息

以太坊目前的共識設計Gasper將兩票打包進每份驗證者證明中。一票供LMD GHOST使用,即告訴下一個提議者應在哪個區塊上構建的分叉選擇規則;另一票供Casper FFG使用,即最終確定檢查點的較慢流程。由於兩者一同傳輸,分叉選擇每個slot依賴約30,000名驗證者的證明,但草案背後的研究人員表示,遠少於此的數量即已足夠。

這份EIP草案將這些投票拆分為獨立訊息,在網路上傳輸並獨立處理:

  • 頭部投票(Head votes)。 每個slot約由512名驗證者組成的委員會,按各驗證者的有效餘額——即協議記入的質押量——成比例抽籤產生,負責決定哪個區塊是鏈的頭部,以及哪些近期區塊已獲確認。
  • 最終確定證明(Finalityations)。 全體驗證者決定哪些區塊被正當化和最終確定,按自己的時程分輪進行,每一步都要求至少三分之二的活躍質押。

由於擁有自己的時程,最終確定輪可以利用整個投票期間的頻寬,日後還可在不重新設計slot機制的前提下縮短時間。作者訂出的初步目標是最終確定時間至少縮短四倍,具體取決於尚待確定的參數。套用到目前約16分鐘的預期時間,縮短四倍意味著約4分鐘,不過草案本身並未給出具體數字。

四倍縮短在更長遠計劃中的定位

在5月的同一篇文章中,Edgington提出了更長遠的目標:將最終確定時間從約1,000秒降至約10秒。他表明這是個人觀點,而非官方路線圖。

他寫道,單slot最終確定和三slot最終確定等早期設計之所以受挫,是因為它們要求同時解決所有問題。新方法則是分階段推進。「解耦最終確定是最大的解鎖,」他寫道,預期僅這一步就能帶來個位數的低倍提速,與草案的四倍目標相符。進一步的收益將來自各自獨立的升級:

  • 驗證者合併: 自Electra升級以來,大型營運者可將多達64個驗證者合併為一,減少最終確定投票的數量。Edgington稱進展緩慢。
  • 在源頭批量處理投票: 在單一節點背後運行大量驗證者的營運者,會在廣播前先合併投票。
  • 輪換驗證者集合: 任何時刻僅由一部分驗證者參與最終確定,但不排除或設上限於任何人。
  • 更快的網路與聚合: 點對點升級以及基於SNARK的聚合將更有效率地傳輸投票。
  • 單輪最終確定: 以一輪投票取代兩輪可將等待時間幾乎減半,代價是將容錯能力從三分之一質押降低至可能20%或17%。

草案本身並未包含這些步驟。按Edgington的估算,四項各自帶來三倍收益的改進,將接近100倍的宏願。他還提到,Strawmap路線圖將解耦共識列為暫定命名為I*的升級(可能在2027年)的主打候選項,作為挑戰性目標。

為何以太坊不會為求快而停機

Tendermint等經典拜占庭容錯協議能快速最終確定區塊,但當過多驗證者離線時會停止生產區塊。研究員Luca Zanolini在3月發布於Ethereum Research論壇的一篇文章中主張,停機與以太坊的設計不相容。他指出一個已被明的極限,即可用性與最終確定的兩難(availability-finality dilemma):沒有任何單一協議能在參與率起落的情況下持續增長,同時在網路分裂中保持安全。以太坊的答案是兩層結構:一層與在線的驗證者持續構建區塊,另一層在其後進行最終確定。

Zanolini援引了網路的往績。2023年5月,合計運行超過半數驗證者的Prysm與Teku客戶端出現錯誤,擾亂了最終確定,並引發以太坊首次主網不活動洩漏(inactivity leak)。區塊提議從未跌破約90%的slot,交易也持續處理。相比之下,Solana在2024年2月的停機期間連續五小時未產出區塊,使網路上的DeFi協議無法運作。

解耦共識保留了這一安排。最終確定仍需要三分之二法定人數,因此規模夠大的故障可能使其停滯,而其餘驗證者繼續構建區塊。大多數應用可以繼續運行,但任何需要最終結算的交易都必須等待。如果參與率未能恢復,不活動洩漏將逐步削減離線驗證者的質押,直到最終確定得以恢復。新設計下洩漏機制將如何運作,仍有待撰寫。

後量子考量優先

更快的最終確定最引人關注,但在作者的名單上只排第三。pull request將為日後後量子過渡奠定基礎列為首位,分叉選擇安全性列為第二,草案的動機說明亦遵循相同順序。

關鍵在於簽名聚合。驗證者以BLS簽名,這種方案可將眾多簽名合併為一個緊湊的簽名。Zanolini寫道,目前沒有任何後量子方案能在實際尺寸下提供可比擬的聚合。由數百名驗證者組成的頭部投票委員會則避開了這一問題,因為其簽名可以並排發送。他主張,這可能使區塊生產層先於全體驗證者最終確定投票的聚合問題獲得解決之前,就實現後量子版本。草案為這條路徑做了準備,但並未選定後量子簽名方案。

新的防禦伴隨更小的目標

現分叉選擇規則保留每位驗證者的最新投票,且無時效限制。根據草案,這讓攻擊者得以扣留投票,並在策略性時刻釋出,使節點偏向所選的分支。在該提案下,分叉選擇僅計入來自近期slot的投票,並設有投票必須送達的明確時限。

鎖(lock)機制保護鏈已確認的區塊。當某slot的委員會至少有半數及時對某區塊發出頭部投票、且無任何驗證者兩面投票時,該區塊即成為快速鎖定(fast-locked)狀態。鎖會過期,針對競爭區塊的近期投票也可將鎖移回較早的區塊,讓鏈在條件變化時得以恢復。提議者也會在區塊中攜帶近期投票,以使驗證者的觀點趨於一致。這種名為view-merge的技術取代了proposer boost(目前給予及時區塊的額外分叉選擇權重),並針對平衡攻擊與重組攻擊。

更小的委員會是其中的取捨。投票者減少意味著每個slot的簽名工作量降低,但也提高了隨機抽籤讓攻擊者獲得委員會過大份額的機率,並給了攻擊者一個更小的、可用阻斷服務攻擊擊離線的群體。透過可驗證隨機函數私下選出委員會是正在研究的選項之一。規模也尚未定案:較早的研究文章勾勒出約256名驗證者,草案則對其512的數字與選拔方法均保留開放。

任何升級前必須完成的事項

啟用解耦共識需要一次共識層硬分叉,共識客戶端與驗證者客戶端須支援新的投票職責、區塊與狀態格式以及分叉選擇規則。獎勵與懲罰、罰沒條件、時間與鎖參數、分叉過渡規則、可執行測試案例以及完整的安全性與活性分析,均仍有待撰寫。一份進行中的規格位於以太坊共識規格的功能分支中。草案維持驗證者獎勵總預算不變,但支付或可在頭部投票與最終確定職責之間調整。

更大的取捨在於這份草案之外。Edgington曾寫道,他希望在不排斥家庭質押者、獨立質押者或偏遠地區使用者的前提下實現足夠快的最終確定,並指出社群未來可能必須在更快的最終確定與質押多樣性之間權衡。

後續觀察重點

  • EIP狀態: 該pull request是否以8453號Draft合併,以及是否在Ethereum Magicians開啟討論串。
  • 規格撰寫: 仍標記為TBD的獎勵、罰沒與不活動洩漏部分的進展。
  • 升級範界定: 核心開發者是否將解耦共識選為I*的主打項目。若未入選,2027年的挑戰性目標將被迫延後。