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PRO|缩短以太坊的出块时间、Gas Refund 机制
Pro 前沿

PRO|缩短以太坊的出块时间、Gas Refund 机制

比特币通道拼接技术,以及 3 篇论文等

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Zhixiong Pan
Aug 11, 2025
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PRO|缩短以太坊的出块时间、Gas Refund 机制
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欢迎阅读 ChainFeeds PRO # 108。本次内容将包含,以及每周更新内容:比特币协议进展、以太坊治理相关、最新研究和进展,`和最新论文。

重点

LMD GHOST with ~256 validators and a fast-following finality gadget

Vitalik 探讨了如何更激进地缩短以太坊的出块时间(Slot Time),当前以太坊出块时间受限于两个主要因素:1. 区块传播时间:不可避免的网络延迟。2. 投票处理流程:由于验证者数量庞大(约3万/槽),见证(attestations)需要分阶段聚合和广播(子网→全网),导致延迟随验证者数量增加而上升。未来若验证者数量增长到百万级,可能需要更多聚合阶段,进一步延长出块时间。

一、优化方向

  • 降低网络延迟。优化 P2P 网络层,例如采用纠删码(erasure coding)等技术减少数据传输延迟。需实际验证网络性能提升是否足以支持更低的δ值。

  • 重构槽结构。减少每槽所需的网络延迟回合数,关键在于解耦快速出块(LMD GHOST)和最终确定性(Finality)机制。当前设计中,两者紧密耦合,导致必须等待所有验证者完成投票聚合,拖慢出块速度。未来可分离为两个独立层:1. 快速出块层:高频但无需最终性。2. 最终性层:低频但确保不可逆。

二、核心提案:解耦LMD GHOST与最终确定性

  • LMD GHOST 链(快速心跳):

    • 每槽随机选择少量验证者(如 256 人)参与,仅需 2δ即可完成(无需等待聚合)。

    • 作为主链的心跳,提供即时可用性(类似 PoW 的快速出块)。

  • 最终确定性机制(异步追赶):

    • 由全体验证者参与(如 8192 人或更多),延迟较高(如 12δ)。

    • 可采用传统共识算法(如 Tendermint),但需与 LMD GHOST 的链选择规则兼容(最终确定的链必须符合分叉选择规则)。

  • 容灾处理:

    • 网络分区时,LMD GHOST 链继续运行,最终确定性机制暂停;通过 LMD GHOST 触发不活跃泄漏(inactivity leak)恢复最终性。

三、优势

  • 更快的槽时间:LMD GHOST 无需等待见证聚合,安全性不变。

  • 灵活性:可自由选择最终性机制(如支持百万级验证者)。无需依赖复杂技术(如 Orbit)即可扩展验证者数量。

  • 简化设计:减少 LMD GHOST 与最终性机制的交互复杂性。

  • 抗量子计算:通过减少签名数量(如每槽 256 个),兼容大容量子网。


比特币协议进展

什么是 “通道拼接”?

Lorenzo 介绍了通道拼接(Splicing)——是闪电网络的一项技术,允许在不中断通道运行的情况下调整通道容量,即向现有通道添加或移出资金。传统闪电通道的容量由初始注资决定,无法动态调整,导致用户需区分链上与通道余额、路由节点需要关闭重开通道来重新分配流动性,增加了成本和复杂度。通道拼接通过双方协商签署一笔新交易,将原通道的多签输出作为输入,生成新的 2-of-2 多签输出,同时可合并其他输入输出(节省手续费,甚至支持 coinjoin)。流程包括进入 STFU 静默模式、发起 splice 请求、使用交互式交易构造协商新交易、计算新容量和余额、签名并广播交易。交易确认后即可忘记旧状态,节省存储。该技术由 Core Lightning 开发者 Dusty Daemon 首提,目前 CLN、Eclair 等实现正在开发支持。

使用 NWC 拓展比特币应用

Alby 介绍了Nostr Wallet Connect(NWC)协议如何解决比特币闪电钱包集成接口不统一、开发成本高的问题。过去开发者要么自建钱包,要么为每个钱包单独适配,造成用户体验差、生态割裂。NWC 基于 Nostr 通信层,提供无需节点公网暴露的连接方式,用户只需在钱包生成链接并导入 App,即可实现持续交互。它支持发起 BOLT11 或 keysend 支付、获取账户和交易数据,目前已有 Damus、Amethyst、prism、ZapPlanner 等多款应用集成 NWC。

Bitcoin Optech Newsletter #366

  • Utreexo 相关 BIP 草案提案:Calvin Kim 宣布了三份关于 Utreexo 验证模型的 BIP 草案:1. BIP 1 规定了 Utreexo 累加器的结构,使节点能以仅几千字节存储对完整 UTXO 集的承诺,并支持高效更新。2. BIP 2规定了全节点如何通过累加器(而非传统的 STXO 或 UTXO 集)验证新区块和交易。3. BIP 3规定了比特币 P2P 协议的修改,以支持 Utreexo 验证所需的额外数据传输。

  • 降低最低转发费率(Minrelayfee)的持续讨论:Gloria Zhao 提议将默认最低转发费率降低 90% 至 0.1 sat/vbyte,并鼓励就该提案的概念性影响展开讨论,尤其是对其他软件的影响。

  • 通过共享区块模板缓解内存池策略差异问题:Anthony Towns 提出全节点可偶尔通过紧凑区块中继编码互相发送下一个区块的当前模板。接收节点可请求缺失的交易,将其加入本地内存池或缓存。这一机制允许策略不同的节点共享交易,替代了之前提出的「弱区块」(Weak Blocks)方案。


以太坊

研究和进展

Overclocking Blocks with Gas Refunds

以太坊研究员 Toni Wahrstätter 讨论了以太坊当前 Gas 退款机制的原理、问题以及改进方案。以太坊为了鼓励用户清理存储状态,规定交易通过 SSTORE 将存储槽重置为零时,可获得一定比例的 Gas 退款(EIP-3529),退款比例常见为 20%。例如一笔消耗 4500 万 Gas 的交易在 20% 退款率下,最终计费 3600 万 Gas,并且退款可以由后续交易使用。这种机制虽然能长期抑制状态膨胀,但在区块级别的 Gas 计量中会出现偏差,因为退款会减少计入区块的 Gas 消耗,使得区块看起来消耗资源较少,实际执行的计算量却更多。Toni Wahrstätter 用数学模型分析了「Gas 走私」效应:假设区块 Gas 上限为 4500 万、退款率 20%、单笔交易最小 Gas 为 21000,则可以连续利用前一笔交易的退款生成多笔交易,使总计算量达到约 5623 万 Gas,比上限多 25%。随着区块 Gas 上限提升,这个额外计算量线性增长,甚至在 1 亿 Gas 时可达到 1.25 亿 Gas 的真实工作量。Toni Wahrstätter 提供了一个合约示例,通过先写入大量存储再批量清零的方式最大化退款,并在测试网验证了效果。这种偏差会削弱 EIP-1559 基础费率的反馈调节,并增加存储相关最坏情况的 DoS 风险。为此,EIP-7778 提出保留用户层面的退款激励,但将退款从区块级 Gas 计量中剔除,确保区块实际工作量不超过预设上限,同时不影响用户清理状态的动力。

Maintaining Effective Blob Fee Markets During Network Scaling: Dual-Variable EIP-1559

开发者 HSIAO PO WEN 提出并分析了一种「双变量 EIP-1559」机制,旨在解决以太坊在大规模扩容(尤其是 PeerDAS 和 BRO 升级)过程中,blob 费市场失效的问题。该机制的核心在于,不仅动态调整 blob base fee(价格),还同步动态调整 target blob gas per block(容量目标),使价格和容量能根据实际需求联动变化,避免因产能过剩导致价格长期趋近于零。

当前 EIP-1559 模型仅调整价格(base_fee_per_blob_gas),容量目标(target_blob_gas_per_block)则保持固定。当扩容带来容量骤增时,需求增长往往滞后,导致价格迅速跌至 1 wei 并长期维持低位,费市场失去调节作用;而当需求接近目标时,价格又因大户集中使用而出现剧烈波动。

「双变量机制」基于原有公式引入了动态容量调整:当需求长期高于或低于目标时,容量目标会在设定的最小和最大范围内,随价格变化逐步上调或下调,平滑地跟随市场需求;价格仍按 EIP-1559 规则调整,且限定最大单块 12.5% 的涨跌幅。模拟结果表明,该机制能在需求不足时保持最低费率,需求增长时平稳提升价格和容量,有效避免扩容期间价格长期归零。该机制的优势包括:

  • 相比 BRO 硬分叉扩容:双变量机制是自动化的,不需要每次人工协调扩容,也避免每次扩容后价格掉到 1 wei 的问题。

  • 可推广到 普通 gas limit 扩容,防止执行 gas 市场失效。

  • 与 EIP-7918(将 blob 费和执行 gas 费挂钩)相比,双变量方案更简洁,避免多维资源价格交叉影响导致的复杂性和用户困惑。


MEV 相关

The MEV Letter #99

Flashbots 团队推出垂直于 MEV 研究领域的 Newsletter,以下是一些重点摘录:

  • 文章《The Free Option Problem in ePBS, Part II》通过实证检验历史区块数据,验证在实际区块中行使该期权是否会带来盈利。

  • 文章《Protocol Update 001 – Scale L1》总结了协议工作组在 L1 扩容方面的进展,包括将 Gas Limit 提升至 4500 万、合并前历史数据过期机制、BALs 研究等。

  • 文章《lean Ethereum》提出了一个 10 年愿景:在 L1 实现 1 万 TPS、在 L2 实现 1000 万 TPS,并重新设计共识层和执行层,采用实时 zkVM 与抗量子攻击的 Blob 技术。

  • 文章《LMD GHOST with ~256 validators and a fast-following finality gadget》提出通过分离分叉选择规则与终局性工具来减少每个 Slot 的网络延迟轮数,从而缩短 Slot 时间,并设计约 256 个验证者参与的 LMD GHOST 机制与快速终局性工具。

  • 文章《The Complexity of FOCIL for the EL》分析了 FOCIL 给执行层带来的变更,并探讨其与 BAL 的兼容性。

  • 文章《What is ePBS?》概述了在 Glamsterdam 实现 ePBS 的动机、技术细节以及围绕该提案的持续讨论。

  • 文章《Real and virtual reserves in Uniswap v3》解释了 Uniswap v3 流动性模型中真实储备与虚拟储备的区别。

  • 文章《A Heavily Biased Oral History of OEV》回顾了 DeFi 预言机从推送式数据源到 OEV 捕获的演变历程,并介绍了 RedStone Atom 的设计。

  • 视频《Pragma Cannes: Why You Should Be Optimistic About MEV》强调基于 TEE 的区块构建是实现更去中心化、更高效的以太坊技术栈的关键组成部分。

  • 视频《Bankless: Angstrom: The Future of Decentralized Exchange》邀请 Ludwig Thouvenin 和 @Hasu,探讨 Angstrom 在 Uniswap v4 上通过双重拍卖架构为交易者和流动性提供者缓解 MEV 的方法。

  • 视频《10 Years of Ethereum Livestream》邀请 Tim Beiko、Vitalik Buterin、Joseph Lubin、Tomasz K. Stańczak、Hsiao-Wei Wang 以及来自全球的开发者,一同回顾以太坊的发展历史并展望未来十年。


📑论文

Silent Threshold Encryption with One-Shot Adaptive Security

作者来自:ZKSecurity、Flashbots、Ethereum Foundation

作者提出了一种新型的静默门限加密方案(silent threshold encryption)的构造方法,其核心创新在于允许接收方独立生成公钥,无需交互式分布式密钥生成协议。技术层面引入了「单次自适应」的新模型,优势在于:(1) 接收方公钥更小;(2) 无需依赖不可区分混淆等强假设或通用群模型等理想化模型;(3) 支持后量子安全实例化;(4) 在更强的安全定义下证明安全性。性能方面,加密 1MB 数据仅产生 1.1MB 密文。

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