以太坊以一种独特的方式表达时间：每12秒提出一个新块，代表以太坊虚拟机（EVM）内的上千次瞬时状态变化。本文将深入解析以太坊的基础时间单位 Slot 和 Epoch，并探讨从工作量证明（PoW）转向权益证明（PoS）后，出块机制发生了哪些根本性变化。
以太坊是一个全球共享的计算平台，由遍布世界的成千上万台计算机共同维护，每台计算机都运行着以太坊虚拟机（EVM）的本地副本。整个网络通过共识机制保持状态同步。
在以太坊发展的最初七年，它采用工作量证明（PoW）实现共识；而现在，则全面转向权益证明（PoS）。这两种机制的核心目标都是确定哪个节点有权向区块链添加新区块，但实现路径截然不同。
PoW：工作量证明机制
在PoW机制下，节点（通常称为矿工）通过竞争获得成为下一个区块提议者的权利。区块提议者享有两大特权：
- 自由选择和排序交易；
- 获得网络发放的区块奖励及用户支付的交易手续费。
竞争过程实则是解决一道复杂密码学谜题的过程，只能依靠不断试错。矿工持续尝试不同随机数，直到有人率先解出答案，并证明自己付出了实际计算工作（如消耗电力）。
获胜的矿工将其打包的区块广播给全网其他节点，各节点随后验证交易有效性及解题正确性。
PoS：权益证明机制
PoS 机制与 PoW 有本质区别，它摒弃了算力竞争，转而采用轮流出块的方式。其核心思想是：不再依靠消耗能源来选择出块者，而是由验证者轮流提议区块。
要成为验证者，需质押至少32个ETH作为保证金。这一转变也改变了以太坊的基础运行节奏：从不可预测的竞赛变为基于固定时间单位的回合制系统。
Slot：基本时间单位
在当前的以太坊网络中，时间被划分为每12秒一个的单位，称为“Slot”。每个Slot都会指定一名验证者作为区块提议者。该验证者若能在4秒内成功出块，则该Slot被有效区块填充；否则，Slot为空。
区块提议者将新区块广播给全网节点，各节点接收并处理该区块，更新本地EVM状态，从而保持全网状态同步。
每个Slot还对应一个验证委员会——一组被随机选中的验证节点，负责验证并证明区块提议者广播的区块的有效性。验证通过后，委员会成员会广播其密码学认证。
Epoch：周期单位
以太坊目前有超过44万个活跃验证节点。若每个节点都参与验证每个Slot，网络将因过多计算而拥堵。因此，系统采用分组验证机制：验证者无需验证每个Slot，但需验证每个Epoch。
一个Epoch由32个Slot组成。因每个Slot为12秒，故一个Epoch共6分24秒。每个Epoch开始时，所有验证节点被随机分为32个委员会，分别对应接下来的32个Slot。此随机过程由RANDAO算法保障。
BLS签名与聚合
每个Slot都对应一个新的委员会。其中一名成员为区块提议者，其余为认证者。提议者有4秒时间广播区块，委员会成员验证区块并生成BLS签名（若未收到新区块，则验证上一个区块）。
BLS签名是一种特殊数字签名，除具备普通签名功能外，还支持签名聚合：单个操作即可验证数千个签名，极大提升了效率。
子网（Subnets）优化
44万验证者若均分至32个Slot，每个Slot仍须处理约1.37万签名。为减轻负载，每个Slot的验证委员会进一步划分为128个子网，每个子网仅含约100个验证节点。
每个子网中指定16个节点作为聚合器，负责收集并聚合该子网内成员的BLS签名。区块提议者从每个子网选出一个最佳聚合签名，再次聚合生成代表全体1.37万验证节点的最终签名。
这也解释了为何验证者需质押至少32个ETH：降低门槛会导致验证节点激增，使签名聚合过程变得异常复杂缓慢。
每个Epoch结束时，所有验证节点都会运行process_epoch函数，主要包括两部分操作：
- 最终性确认（Finalization）
- 共识与维护（Consensus and Housekeeping）
最终性确认（Finalization）
最终性确认是Casper FFG协议的核心应用，指一旦达成便不可逆转的状态确认。这是一种数学和经济上的安全保证：若要逆转已最终确认的交易，需销毁全网三分一以上质押的ETH（目前总质押价值已超200亿美元）。
Epoch是最终性的边界单位。若一个Epoch获得三分二以上验证节点认证，即被视为合理；若连续两个Epoch均达此标准，则第一个Epoch会被最终确认，并获得以太坊的安全保障。
共识与维护（Consensus and Housekeeping）
Process_epoch的另一部分涉及共识规则维护与系统管理，包括处理罚没（slashing）、发放奖励等操作，并为下一个Epoch重置环境。若想深入了解可参考相关技术文档。
核心概念总结
- Slot：基本出块时间单位，每12秒产生一个区块（或为空）。
- Epoch：由32个Slot组成的周期，用于组织全网投票与最终确认。
- 最终性：经连续两个Epoch绝对多数验证节点投票确认后，交易不可逆转，构成以太坊安全基石。
常见问题
Q1: Slot和Epoch在设计中有何重要性？
A: Slot是固定出块间隔，保障网络节奏；Epoch将多个Slot组织为周期，用于管理验证节点分组、实现最终性及执行系统维护，是平衡效率与安全的关键设计。
Q2: 验证节点若错过出块或认证会怎样？
A: 区块提议者若未在4秒内出块，则Slot为空；认证节点若未及时履行职责，可能面临少量罚没处罚，影响质押收益。
Q3: 最终性确认能否被逆转？
A: 理论上可能，但需摧毁价值数百亿美元的质押ETH，经济上不可行，因此实际中视为绝对安全。
Q4: 普通用户需直接与Slot/Epoch交互吗？
A: 通常不需要。这些是底层共识机制概念，但了解它们有助于理解交易确认时间和网络安全性。
Q5: BLS签名聚合如何提升性能？
A: 它将数千个签名压缩为单一签名，大幅减少网络传输量与验证时间，是支持大量验证节点的关键技术。
Q6: 如何参与成为验证节点？
A: 需质押32个ETH并运行共识客户端。若想👉探索详细的参与指南与实时数据，可进一步查阅相关资源。