MEV:從第一原理理解 rollup 經濟學

作者：BarnabéMonnot

編譯：ETH中文

Rollup是一種令人驚嘆的原語。Rollup將成為以太坊未來擴容的首選方案(可以參考文章《圖解以太坊發展路線》)，并為以太坊上的操作提供廣闊的設計空間。

總的來說，rollup擴展了它們所建基的協議，并保留了協議的大部分屬性。在整個過程中最重要的是保證鏈下執行的正確性，以及執行背后的數據可用性。而如何實現這兩點取決于設計者。

最近我開始對從經濟學的角度理解rollup感興趣。這不僅僅是一個理論上的問題。基礎層(L1)的費用很高，我們應該積極地提供一些空間，以便用戶在此處可以支付得起交易費用。更好的經濟學意味著更合理的定價，用戶也會更滿意。

那我們應該如何具體思考rollup的經濟學？本文將首先確定rollup系統中的各部分，它們的角色和職責。接著梳理出rollup系統中的各種開銷、收益與費用，從而給我們提供一些線索如何探索這個廣泛的設計空間。

Rollup游戲中的角色

簡單來說，我們將理想化地分為三個角色：

??用戶：用戶可以在L2網絡上發送交易，和在L1上一樣。他們在L2上持有資產，并且與部署在rollup上的合約進行交互。

??Rollup運行者：這個角色包含了許多其他角色。Rollup運行者代表著處理L2網絡交易需要用到的所有基礎設施。我們現在有發布交易批次(batches)的定序者、發布斷言(assertions)的執行者、提出欺詐證明(fraudproofs)的挑戰者、計算有效性證明(validityproofs)的證明者(詳細請看這篇論文)...

??基礎層：為rollup發布的數據提供安全性的協議。這樣的協議可以只需保證數據可用性而不需要結算功能(比如，部署在其執行層上的“模板template”橋接合約)，但也可以是像以太坊這樣的通用結算引擎。

這三個角色的運作：用戶在L2進行交易，運行者連接用戶和基礎層(數據最終發布在基礎層上)。

Rollup的開銷

在本文中，我們從“系統”的角度看待rollup，主要關注其開銷、收益和費用。運行一個系統會產生開銷，這就像“能量庫”(energysinks)，價值從系統內部流向外部。另一方面，系統也會獲得收益，這就是“能量源”(energysources)，價值從系統外部流向內部。

Cool Cats完成網站和個人資料功能更新:金色財經報道，NFT項目Cool Cats在社交媒體宣布已完成網站和個人資料功能的更新，目前已將旅程進度添加到所有個人資料頁面，并進行了更新以幫助對您的徽章和成就進行分類，此外Cool Cats還推出了排行榜查看功能，用戶可以查看好友和其他競爭者的排名，查看領先的 Top Cats，評估排行榜好友，并跟蹤生態系統中其他Cool Cats NFT持有者。[2023/3/10 12:53:45]

費用則在“能量源”和“能量庫”之間架起了橋梁，在系統的各個組件之間轉移價值，以便每個組件正確地履行其功能。

比如，在之前我寫的一篇關于EIP-1559的文章中，我解釋了如何分解用戶支付的交易費用：

??打包交易的部分費用歸運行者所有：在PoW基礎層的情況下，礦工費是對礦工的補償，以對沖增加的叔塊風險。這筆費用覆蓋了運行者發布區塊的開銷，使他們成為網絡的一部分。而這也是當前你在發送交易時默認按1或2Gwei來支付費用。

??其余的費用支付用于使得其交易優先被打包進區塊鏈，即擁堵定價(pricingcongestion)。這個費用使網絡和遭受擁堵情況的用戶在系統中激勵相容。這就是在正常情況下L1的basefee的作用。

好消息是，我們將使用一些相同的思路來理解rollup的開銷。EIP-1559的開銷只涉及兩部分：用戶和基礎層。由于rollup和EIP-1559兩者的架構不同，而運行者位于用戶和基礎層之間，那么我們必須將運行者的開銷與基礎層的開銷分開。這一點我們在下文中展開討論：

L2運行者的開銷(L2operatorcosts)

Rollup必須找到愿意花費計算資源來處理rollup數據的運行者，如維護一個交易池、對交易batch進行排序、計算狀態根/狀態差異/有效性證明等等。這是一種有形的開銷，用來量化運行者運行基礎設施所需要的花費。

L1數據發布的開銷(L1datapublicationcosts)

花一些時間研究數據發布的開銷是值得的，因為這確實是rollup經濟中的新開銷類型。一旦運行者收集了足夠大的交易集，他們就需要在基礎層上發布該交易集的壓縮信息。

報告：45%的尼日利亞人使用或擁有加密貨幣:2月3日消息，一份報告顯示，2022年尼日利亞加密貨幣采用率極高，盡管該國央行禁止交易或使用加密貨幣，但尼日利亞使用或擁有加密貨幣的人口仍達到45%，高居世界第一。其后為印度、南非、菲律賓、土耳其。（legit）[2023/2/3 11:46:15]

目前，這個過程還沒能以一種特別優雅的方式完成：數據僅簡單地作為“CALLDATA”發布，這是一種允許發送者添加一個任意的字節序列交易屬性。

通常，CALLDATA包含被交易調用的智能合約方法的引用，以及該方法的輸入參數。這樣理解可能會有幫助：rollup運行者把代表壓縮交易的字節塊作為輸入參數來調用L1“rollup鏈“智能合約的一些”registerCompressedData”方法。這里是Optimism的“Canonical交易鏈”合約的一個例子。

用戶發送交易，運行者壓縮這些交易并將其發布至基礎層的rollup鏈智能合約中

發布數據的開銷是由基礎層產生的。為了在以太坊上發布數據，目前數據的市場價格由EIP-1559控制，其中CALLDATA的每個非零字節消耗16gas，而每個零字節消耗4gas。

有了多維度EIP-1559(在Vitalik寫的簡單的《Sharding-formatblob-carryingtransactions(用于分片的攜有blob的交易類型》中有實例)，CALLDATA的價格可以在它自己的EIP-1559市場中確定，將數據市場與傳統的執行市場分開定價。

在這個Duneanalyticsdashboard中，我試著整理由幾個主要rollup發布的數據。我不確定我是否捕獲了完整的信息，尤其是zk-rollup的。如果你發現了一些對不上的地方，請告訴我！:)

還可以參考Aditi最近發布的文章EthereumRollupCallData定價分析和?L2fees.info

L2擁堵開銷(L2congestioncosts)

還有第三個，更無形的開銷。只要rollup區塊空間的供應不能滿足現有的需求，稀缺資源就必須被分配。在一個由對時間不敏感的用戶組成的球形奶牛世界中，用戶只需排隊等待。擁堵的系統不會造成價值損失。但是當用戶因等待產生成本時，他們應該會想要盡可能地減少交易延遲。對于排在隊列后面的用戶，他們福利的減少對整個rollup系統來說是增加了的開銷。

Larry Cermak：Nexo所有EVM地址中NEXO占比近70%，價值2.64億美元:金色財經報道，TheBlock副總裁Larry Cermak在社交媒體上稱，這些都是我數據庫中Nexo的EVM地址，目前在19個錢包中總持有3.78億美元，其中2.64億美元是NEXO代幣。所有EVM地址加起來只有1.14億美元的非NEXO資產。[2023/1/13 11:11:07]

依賴費用市場來執行這種分配是典型的(至少在以太坊世界中是如此)，使得這種開銷顯現出來。沒有一個費用市場或者某種形式的擁堵定價，用戶要么“用時間支付”(交易被延遲打包)、在鏈下賄賂區塊提議者以打包其交易、或重復發送他們的交易以保證其中一筆交易會被選中打包。在所有這些情況下，用戶都是通過耗費資源來防止擁堵造成的效用損失。

Rollup收益

現在我們已經清楚rollup的開銷了，我們將嘗試分析系統收益。在這里，我們區分兩種主要資源：交易價值和代幣發放。

交易價值

用戶從rollup上的交易獲得價值而不是其他地方，因此準備為他們獲得的服務支付費用。這里的價值是指用戶從他們的交易被打包到rollup上獲得效用(utility)。如果交易被打包我能獲得50美元的效用，我愿意支付這個金額，讓我的交易被打包。

如果我們最終支付了2美元，我的盈余是48美元。但從rollup系統的角度，無論是誰獲得2美元的收益，最初流入的價值都是50美元。

第二，只要交易包含正的MEV，例如在有些DEX上可被三明治夾擊的兌換交易，這個概念也會被添加到我們的交易價值概念中。在這一點上，誰獲得這個價值不重要，無論是定序者提取這個價值，用戶對交易進行三明治夾擊，還是其他。這里唯一重要的是我們的最初交易給這整個系統帶來的價值比最初這個用戶從這筆交易中獲得的價值更大。這樣，我們得出：

交易價值=用戶價值+MEV

代幣發放

收益的第二個來源是“代幣發放”。在基礎層上，出塊者獲得的收益是新鑄造的代幣，增發出塊者幫助維護的網絡的原生加密資產。這些收益抵消他們的基礎設施開銷，只要他們這樣做是有利可圖的，就會有越來越多的出塊者加入。

假設rollup能夠鑄造它們自己的代幣，且這個代幣價值不為零。rollup可以通過發放新代幣支付其部分運作，以履行其職責。這里的模型比較模糊，有不同方式將收入來源用于rollup開銷。現在，我們只考慮發行有價值的代幣是可能的，且通過這樣做可以給系統帶來更多價值。

Cardano超越XRP成為按市值計算排名第七的加密貨幣:金色財經報道，據CoinMarketCap數據顯示，Cardano超越XRP成為按市值計算排名第七的加密貨幣。[2022/9/5 13:08:29]

傳遞責任：rollup版本

綜上所述，一個rollup系統包括三個相關方：用戶、rollup運行者和基礎層。運行這個系統會產生三種類型的開銷：運行成本、在基礎層發布數據的開銷和擁堵開銷。這個系統以兩種形式獲得收入：交易價值和代幣發放。

現在剩下的就是匹配誰支付什么，以及什么時候支付的游戲。有些配對是很容易處理的。運行者必須向基礎層支付L1數據發布的費用。他們必須在他們發布數據的那一刻就支付，而且按照基礎層的報價來支付。

當在費用市場里費用的定價是動態的，L2擁堵的開銷也是即時的。用戶觀察rollup區塊空間當前的需求，并基于可用供應調整他們的費用。例如，rollup可能想在它們的網絡上部署EIP-1559式的市場機制來管理L2交易的打包。然后L2基本費用可以讓用戶輕松預估當前的L2擁堵開銷。

上圖是系統的全貌，流入代表收益(交易價值+代幣發放)，流出代表開銷(L2運行者開銷、L1數據發布開銷和擁堵開銷)。費用在不同相關方間轉移價值。

預算平衡：傳遞責任的限制

讓我們給我們的系統添加一個新的限制——運行者預算平衡。我們假設rollup運行者不能虧損運營，也就是說他們的收益必須至少要等于或大于他們的開銷。

這個假設可能并不總是成立，然而在我看來，如果我們關心的是在未來運營者集是否足夠去中心化和開放，這是至關重要的。

運行者如果是需要虧本運營的，這會把資本較少的參與者擠出市場，且使得運行者集的規模非常受限。一個小型的運行者集會削弱抗審查的保證，在最壞的情況下，用戶會被迫在基礎層打包他們的交易，必須支付高額費用。

代幣發放作為一個松弛變量遲早會被派上用場，以保證預算平衡。每當運行者“太無利可圖”時，他們就會離開這個系統，這會增加剩余運行者的發放份額，直到再次達至平衡。同樣，當運行者“收益太高”時，就會有新加入者來爭相分一杯羹，直到運行者再次達到預算平衡。

在延遲支付的情況下維持運行者預算平衡

金華市：數字人民幣是金華全市深化金融改革的重要抓手:金色財經報道，金華市召開全市數字人民幣工作推進會，總結前一階段全市數字人民幣試點工作推進情況，研究部署推進下步工作。會議強調，數字人民幣作為數字金融時代重要的基礎設施，是金華全市深化金融改革的重要抓手，有利于穩企紓困、降本增效，實現穩市場、穩增長、穩預期的效果。4月2日，人民銀行總行公布新一批數字人民幣試點城市，金華市作為承辦2022年杭州亞運會的6個城市之一，納入新的數字人民幣試點測試地區。截至5月6日，金華市共開立數字人民幣對公錢包3.47萬個，個人錢包55.66萬個，累計交易筆數15.85萬筆，交易金額2392.91萬元，線下可受理商戶數2.44萬戶，走在浙江全省前列。（金華日報）[2022/5/16 3:19:31]

在預算平衡的規則下，我們必須考慮運行者維持非負的平衡。他們的主要流出，即L1數據發布是可變的，且其費用收取與他們的主要流入(即交易費)是分開的。

我們假設運行者對他們的L2運行開銷是完全了解的，并在交易時向用戶報出確切價格(類似于他們認知中的叔塊率與其對應的用于補償的礦工費用)。但是，他們應該如何為用戶提供最終的L1數據發布開銷報價，延遲一點實現？

今天，rollup應用啟發式方法來避免L1數據發布開銷可變性帶來的風險。一種情況是，rollup觀察當前L1的基本費用(感謝EIP-3198！)并把費用往高報了一點，作為額外緩沖，即在一開始的時候對用戶超額收費，以防后來運行者在發布數據時需要支付更多。另一種情況是，按L1基本費用的流動平均值函數來向用戶收取費用，以拉平長期的波動。

在我看來，合理的解決方案是調用衍生品，即簡單的L1基本費用期貨合約。在交易時間，用戶被收取一筆費用，用于鎖定以未來的價格支付在基礎層發布數據的開銷。通過減少悲觀(pessimistic)超額支付，余額會發回給用戶。關于這種衍生品的最佳設計，目前的研究還沒有定論。

（譯者注：PessimisticApproach是并發控制算法的一種方法，即如果在未來的某個時間點上存在沖突，該事務會被延遲。它鎖定數據庫的記錄以進行更新訪問，其他用戶只能以只讀方式訪問記錄或必須等待記錄被“解鎖”。來源)

用戶在交易時給運行者支付費用，但運行者必須按照基礎層的報價支付數據發布費用，而這不是固定的。

擁堵費用怎么處理？

假設用戶交易時rollup能完美地對擁堵費用進行定價，那么現在就會產生擁堵費用形式的收益。今天，在以太坊基礎層上，這些費用會被燒毀。這樣做的首要原因是與激勵相容：如果擁堵費用返回到出塊者手里，協議的基本費用報價就不再有約束力，破壞了EIP-1559的目的。但是燒毀基本費用不是保持激勵相容性的唯一選擇。

有人提議把所有的"rollup廢氣"，即由經濟外部性(例如擁堵或MEV)引起的費用，都用于公共物品的資助。這不是一個壞的解決方案。城市里的擁堵定價通常會被指定用于改善公共交通系統，也就是說，這些錢是用于補償負外部性的，當這些外部性被進行相應的定價，會帶來這些收益。

請注意，我其實悄悄把MEV加進來了...為什么我們應該像擁堵費用那樣思考MEV？首先，因為MEV與擁堵一樣是外部性。發出一筆攜有MEV的交易這樣的簡單舉動對那些想要捕獲的人來說創造了正外部性。

外部性是“沒有得到匹配的價值”，也就是說，它們產生于一些用報酬來平衡有用工作的原始經濟活動(例如，用戶給L2運行者支付開銷；運行者支付L1發布開銷)，但在這個過程中它們產生或破壞一些額外價值。

這在MEV競拍的概念里得到最清晰的說明，在這種設計中，運行者基于他們能從打包區塊提取多少價值去競爭對一個區塊的打包權。

這個價值隱含著擁堵開銷，用戶通過互相競爭出價來表現。更明顯的是MEV本身，這會是運行者要競爭獲得的。

再次，假設不允許運行者在虧損的情況下運營，他們的出價必須反映他們從區塊提取價值的真實能力，即運行者會對他們的交易批次中對用戶費用的總和加上他們從這個交易批次里提取的MEV進行出價。

同時，假設所有的運行者都必須支付等額的L2運行者開銷，而L1的數據發布開銷則精確地向用戶收取，我們會得出：

?用戶費用=L1數據發布費用+L2運行者費用+L2擁堵費用

?運行者開銷=L2運行者開銷+L1數據發布開銷

?運行者收益=用戶費用+MEV

?運行者利潤=運行者收益-運行者開銷=L2擁堵費用+MEV

在運行者在一個有效市場中競爭，以贏得提議區塊的權利的環境里，運行者必須同時為他們的整個利潤出價，即在他們的交易批次中的擁堵費用和可得的MEV。這是系統隱含的價值：

第一項來自用戶為了免受擁堵帶來的損失而支付的費用，第二項來自初始交易造成的漣漪效應。這些價值從一開始就不屬于任何人，它們為什么不能被捕獲和再分配呢？

用戶愿意為打包支付高達其交易價值的費用。外部性用虛線矩形表示。

探索rollup經濟學

這篇文章做了很多假設。例如，我假設“運行者預算平衡”，因為我相信社區應該以批判的眼光看待處于虧損狀態的運行者所運行的rollup，它們有可能還不適合去中心化。代幣發放有助于重新建立預算平衡，盡管這依賴于一個外生的價格信號(代幣價值)來協調運行者激勵。

在這種觀點下，運行者更偏向于盡可能準確地對他們可以定價的東西定價，即他們的L2運行者開銷和L1數據發布成本。這就避免了未來收益的錯配，運行者會期望更高的代幣價格來支付他們的運營。

但這并不是在倡導一種特定形式的?rollup?經濟學。設計空間仍然是寬廣的。探索L2運行者開銷發現更多我們還未探索的復雜性，例如，市場機構支持一個去中心化的基礎設施以生成用于zk-rollup的有效性證明。

專注于rollup上特定類型的用戶(例如，從L2到L1或跨L2橋接的快速提款服務)還會發現用戶需求的不同面向。在清楚了開銷、收益和費用的概念后，希望現在能更容易分析出rollup應該實現什么樣的結果和商業目標，以及實現這些目標的手段。

其他資源

??JohnAdler的“Wait,it’sallresourcepricing?”(此處是幻燈片和視頻)給出了L2運行者開銷，執行與數據可用性開銷分離的背景。

??PatrickMcCorry,ChrisBuckland,BennetYee,DawnSong,SoK:ValidatingBridgesasaScalingSolutionforBlockchains

非常感謝AndersElowsson、VitalikButerin、FredLacs和AlexObadia非常多有用的意見。

Vitalik還認為，這種開銷是區塊空間提供者的機會成本。在這種解讀中，如果你的交易被打包了，你應該至少向提供者支付他們本來可以從打包其他交易中獲取的收益。

這意味著我們可以進一步解鎖我們的模型。數據發布開銷是通過對基礎層的擁堵情況預測和來報價的，這就與基礎層的運行者，即出塊者一起形成一個整體。

rollup運行者集的中心化可能并不如基礎層的出塊者集中心化般糟糕，但對rollup網絡去中心化權衡的評估留待未來進行。

在撰寫時，甚至那些錯配的費用，例如那些從用戶收取的用于支付數據發布開銷的費用，都用作一些公共物品募資，像?Optimism發起的追溯性公共物品募資計劃。

有趣的是，gas價格競拍這種用于捕獲正外部性的競爭卻對整個網絡創造了負外部性，使得網絡必須處理更嚴重的擁堵。

請注意，在有些運行者可以獲得私人交易訂單流，或參與跨領域MEV(致敬AlexObadia！)的情況里，失效效率不再是一個公平的假設。在后一種情況里，在跨域提取者中的市場效率可以在單域構建者競拍中重建市場效率。

順便說一下，這種模式并不可怕！這主要是礦工一直以來的運作模式。然而，我們必須記住，任何由運行者承擔的額外風險都是中心化的壓力，除非有可用的風險管理的原語，如衍生品。即使有這樣的選擇來對沖風險，開展良好業務的所需知識可能門檻很高，這會使的技術水平不高的運行者望而卻步。

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