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查看食谱 什么是区块链最终性?概率性与确定性 |Quicknode简而言之:区块链的最终性是指交易被永久确认,且无法被撤销、修改或从账本中删除的时刻。每条区块链达到最终性的方式和速度各不相同,从几秒到几分钟不等。开发人员需要理解最终性,因为交易确认的时间会影响用户体验、安全性以及资金安全。
简明解释
区块链交易并非在您点击“发送”的瞬间就立即成为永久性的。它会进入网络,由验证者或矿工拾取,并被纳入一个区块中。即便如此,通常仍存在一个时间窗口,在此期间,如果网络发生重组(即所谓的“reorg”),交易仍可能被撤销。最终性是指该时间窗口关闭的时刻。
不妨把它想象成邮寄支票:
把它投入信箱,就相当于向全世界公布你的交易。
邮局取件的过程就像交易进入内存池一样。
支票送达银行的过程就像被纳入一个区块一样。
在银行处理完交易且资金最终划转之前,支付并不算最终完成。区块链的最终性就是这一最后一步:即交易在该时刻从实际或数学角度来看都已无法撤销。
每种区块链对此的定义各不相同:
Bitcoin 采用概率性最终性。交易上方的每个新区块都会使交易撤销的难度呈指数级增加。经过六次确认(约60分钟)后,Bitcoin 上的交易在绝大多数情况下被视为安全。
Ethereum 自转为权益证明(PoS)机制以来,该网络一直使用Casper FFG。验证者委员会大约每12至13分钟通过投票确定一次检查点。若要撤销已最终确定的交易,攻击者必须销毁至少三分之一的质押以太币(ETH),这将造成灾难性的经济后果。
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Solana 通过结合“历史证明”和“权益证明”,该系统可在约400毫秒内实现单槽最终性。即将推出的Alpenglow升级旨在将这一时间缩短至150毫秒以内。
如何实现最终性?
在工作量证明机制中,最终性是概率性的。矿工们会延伸最长的区块链,而每个新区块的生成都会使逆转先前区块的成本呈指数级增长。
在权益证明(PoS)和拜占庭容错(BFT)系统中,验证者对区块进行投票。一旦获得超级多数(通常为质押总值的三分之二)的同意,该区块即被最终确认。若要撤销该区块,将导致巨额质押资产损失。
共识设计决定了区块链提供的是概率性、确定性还是经济性最终性,以及其实现速度。
最终性类型
概率性最终性意味着,随着每个新区块的生成,交易的安全性会随之提高,但始终存在极小的撤销可能性。Bitcoin 及其他基于工作量证明(PoW)的区块链均采用这一模型。随着确认次数的增加,交易被撤销的概率会呈指数级下降,但永远不会降至零。
确定性(或绝对)最终性意味着,一旦交易最终确定,就无法在不破坏共识协议本身的情况下将其撤销。像Ethereum (合并后)这样的权益证明(PoS)链以及许多基于BFT的链都是按照这种方式运行的。一旦有足够多的验证者对一个区块进行认证,且该区块达到最终性检查点,该区块便成为永久性的。
经济最终性与此密切相关。即使在具有确定性最终性的区块链上,真正的保障也是经济层面的:撤销一笔已最终确定的交易将导致巨额质押资产被销毁,因此没有任何理性参与者会尝试这样做。在Ethereum 上,这意味着要销毁超过1100万枚ETH(占所有质押ETH的三分之一),才能撤销一个已最终确定的区块。
即时最终性是某些新兴区块链和第二层网络的目标。例如,Avalanche 让验证者反复采样彼此的偏好,直到达成一致,整个过程仅需几秒钟。某些第二层 Rollup提供了near —— 由排序器提供的即时“软”最终性。不过,真正的最终性取决于 Rollup 的证明或数据何时在第一层完成结算。
概率性终结与确定性终结
最终性模型主要分为两类。概率性最终性会随着每个新区块的生成而逐渐增强,但永远无法达到完全确定。确定性最终性则保证,一旦共识确认了某个区块,该区块就无法被撤销。下表对这两者进行了比较。
| 概率性最终性 | 确定性最终性 |
|---|
共识 | 工作量证明 | 权益证明(Proof of Stake)或 BFT |
反转风险 | 呈指数级下降,但永远不会为零 | 一旦最终确定,从数学上讲就不可能了 |
确认 | 等待多个区块 | 单一最终化检查点 |
示例链 | Bitcoin,Litecoin,Dogecoin | Ethereum,Avalanche,BNB Smart Chain |
权衡 | 简单而缓慢的确定性 | 更快地获得确定性,达成更复杂的共识 |
什么是最终确认时间(TTF)?
最终性时间(TTF)是指从用户提交交易到网络保证该交易无法被撤销所经历的总时间。它从交易签名和广播开始计算,直至达成共识检查点,该检查点使交易永久生效。
TTF 是开发者真正关注的指标。它告诉商户、交易所或桥接服务,在将一笔交易视为已结算之前需要等待多长时间。TTF 越低,应用程序的响应速度就越快。具体应等待多长时间,取决于涉及的资金规模。
主要区块链中的最终性
各条区块链通过不同的共识机制实现最终确认,且确认速度差异显著。下表展示了最常用的网络是如何结算交易的。
区块链 | 共识 | 最终性类型 | 预计最终裁决所需时间 |
|---|
Bitcoin | 工作量证明 | 概率论 | 约60分钟(6次确认) |
Ethereum | 权益证明(Casper FFG) | 确定性与经济性 | 大约 12 到 13 分钟(2 个周期) |
Solana | 历史证明与权益证明 | 乐观型,单插槽 | 今天的秒数,目标是使用Alpenglow将时间控制在约150毫秒 |
Avalanche | Snowman 与Avalanche 的共识 | 确定性的 | 大约1到2秒 |
BNB Smart Chain | 具有快速最终性的质押权威证明 | 确定性的 | 大约2到3秒 |
这些数值仅供参考,会随着协议升级而变化。在生产环境中使用这些数值之前,请查阅各网络的官方文档,以确认当前的最终性保证。
最终性与不可变性
“最终性”和“不可变性”这两个术语常被混为一谈,但它们并非同义词。“不可变性”指写入账本的数据无法被修改;而“最终性”则指网络已达成共识,确认某笔交易是永久的,且不会因链重构而被移出区块链。即使区块内容已被固定(immutable ),如果该区块在达到最终性之前因链重构而成为孤块,其交易仍可能被撤销。 最终性正是关闭这一“窗口”的保障。
为什么“最终性”对开发者很重要
去中心化交易所需要在更新余额之前,确认交易何时真正完成。
如果连接两条区块链的跨链桥过早地将交易视为最终确认,就会面临双花攻击的风险。用户可能在源链上的存款尚未真正确认之前,就在目标链上进行提现。
支付:最终结算时间决定了商家在确认一笔购买交易前应等待多长时间。
DeFi:它会影响清算时机、预言机更新的可靠性以及MEV(最大可提取价值)策略。
NFT 交易平台:它决定何时可以安全地显示所有权转移信息。
跨链桥:源链与目标链之间的最终性不匹配是导致跨链桥遭攻击的主要原因之一。
区块重组(reorgs)就是“弱最终性”在实际中的表现。当网络用另一个区块替换掉一个较新的区块时,就会发生区块重组。通常情况下,两个验证者几乎在同一时间生成相互竞争的区块,网络不得不从中选择一个。被替换区块中的交易可能会被丢弃或重新排序。未对区块重组做好准备的应用程序可能会显示出后来消失的“幽灵交易”,这不仅会让用户感到困惑,还可能导致实际损失。
Quicknode 如何处理最终性
Quicknode该平台的基础架构在设计时就考虑到了最终性。Quicknode StreamsStreams 能按最终性顺序交付区块链数据,并内置了重组处理机制,因此即使网络发生重组,您的应用也能获得一致的数据。您无需轮询确认次数,也无需手动追踪重组情况。 保证已最终确定的区块、收据和追踪记录仅被交付一次。这使得构建依赖已确认状态而非乐观假设的应用程序变得更加容易。
Quicknode其核心 API还会为您提供受支持网络中的最新区块数据和已确认区块数据,因此您可以根据具体用例的需求选择所需的确认级别。若需实现响应迅速的用户界面,请使用最新区块数据;若需结算交易,请使用已确认区块数据。
延伸阅读
常见问题解答
区块链的最终确认需要多长时间?
其耗时范围从Avalanche 和Solana 等链上不到一秒,到Ethereum 上达到最终确认约需12至13分钟,再到Bitcoin 上为获得六次确认的安全性约需一小时。应等待多长时间,取决于交易涉及的价值大小。
区块链的最终性与不可变性是一回事吗?
不。不可变性意味着数据一旦写入就无法编辑,而最终性则意味着网络保证交易不会被撤销或从区块链中移除。一个区块可能处于immutable 状态,但在达到最终性之前仍可被撤销。
哪种区块链的最终确认速度最快?
在各大网络中,Avalanche 、BNB Smart Chain 和Solana 的交易结算时间均在几秒内甚至更短。Solana 即将推出的 Alpenglow 升级版旨在将交易最终确认时间控制在约 150 毫秒。
什么是重组,它与最终性有何关系?
当网络用一个竞争区块替换掉一个新添加的区块时,就会发生重组(reorg)。最终性是指在此之后,重组将不再影响该交易的时刻,因此应用程序应在等待最终性确认后,才将资金视为已结算。
对开发人员而言,最终性为何如此重要?
最终性决定了何时可以安全地对余额、交易、跨链转账和所有权变更进行操作。对此判断失误是导致跨链桥漏洞和双花攻击的主要原因,因此,了解每条链的最终性保证对于构建安全的应用程序至关重要。