GAS:一文對比Layer2四大解決方案的交易成本

作者：Xiang｜W3.Hitchhiker

修訂：Marina、Evelyn｜W3.Hitchhiker

隨著以太坊的興起，我們看到了去中心化金融?(DeFi)的高速發展，以及現在非同質化代幣(NFT)的爆炸式增長。然而，以太坊每秒只能處理不到20筆交易，由于以太坊網絡擁堵導致gasfee大幅上漲。在更廣泛地有效采用這些網絡之前，無疑需要更高的吞吐量和更便宜的費用。但ETH?2.0的擴容還需時間，在中短期內Layer2的解決方案能夠解決主要網絡面臨的低效率問題，同時仍能保持以太坊區塊鏈的完整性。

Layer2值得關注的原因如下：

Layer2網絡將會更快、更便宜，能夠讓更多用戶得以進入以太坊生態；

提前參與Layer2網絡的激勵，能夠獲得獎勵；

在Layer2發展的預期下，用戶可將資產遷移至二層網絡上，將會有很大概率獲得空投；

因此，Layer2也是今年最重要的看點之一。對于用戶來說，除了體驗舒適之外，最關心的還是交易成本。本文從對比Layer2各種解決方案的交易成本出發，方便各位讀者能夠更加清晰的了解到每個解決方案的優劣勢。

一、Layer2的擴容技術

據L2BEAT的數據顯示，當前layer2共計19個項目，總TVL從2021年初的$48.2M增長到$5.63B，總TVL漲幅達11580%。Layer2的快速增長與資本涌入、背后的技術方案調整有著密切的關系。

目前主要有四種技術方案：OptimisticRollup、ZKRollup、Plasma、Validium。

二、各解決方案的Gas費用

四大方案各自費用

??計算方法

身陷加密貨幣丑聞的韓民主黨議員金南國宣布將退黨:5月14日消息，韓國主要在野黨民主黨議員金南國（Kim Nam-kuk）周日表示，由于涉嫌參與大規模加密貨幣交易的指控越來越多，他將退黨。

有指控稱，去年5月和11月，這位第一屆國會議員在參加至少兩次國民議會司法委員會會議期間交易了加密貨幣。

此前消息，據《朝鮮日報》披露，韓國議員金南國在2021年提出推遲加密貨幣等虛擬資產的征稅法案時持有80萬枚WEMIX，價格最高時超 60億韓元（約合455萬美元），這與他節儉的形象大相徑庭。檢方已對此事展開調查，以確認是否存在違法行為。（Korea Herald）[2023/5/14 15:02:06]

如上圖，普通轉賬eth需要字節數112左右，ZK壓縮為12個字節，op系壓縮為78.4，假設swap轉賬需要字節數約180左右，ZK壓縮為14個字節，op系壓縮為126個字節。

在現有的以太坊鏈上，gas上限為3000萬，交易中每個非0字節的calldata數據需要16個gas，0字節需要4個gas。如果ZK占領了以太坊所有的區塊空間，忽略0字節的數量。

那么該批次可以有=1,843,750字節的數據。如上所示，每次用戶操作的ETH轉賬匯總只需要12個字節，這意味著該批次最多可以包含153,645筆交易。在13秒的平均出塊時間下，這轉化為~11,818TPS。

由上可知ZKRollup轉賬eth的可擴展性提高了100+倍，而zk最大優勢不在于轉賬eth，相比轉賬erc20的合約代幣，與uniswap交易來算，主網消耗的gaslimit的更多，ZKRollup壓縮的性價比也越高，ZKRollup相比主網的uniswap交易拓展可提高400+倍。

同理，也可計算Optimistic系的擴展性與極限tps。

注意：EIP-4488、EIP-4844將對rollup的成本大幅降低。

1、ZKRollup的交易費用

Circle CEO：美國的銀行系統風險和加密監管正在影響USDC市值:4月26日消息，Circle首席執行官Jeremy Allaire在接受采訪時表示，在銀行系統和監管方面的挑戰中，投資者推動“將風險從美國轉移出去”，這導致穩定幣USDC的市值下跌。Allaire稱，“我們在全球范圍內看到了對美國銀行系統的極大關注，并看到了對美國監管環境的擔憂。”CoinGecko數據顯示，USDC市值從去年6月超過560億美元的峰值跌至307億美元左右。（彭博社）[2023/4/26 14:27:35]

在zkSync中，每筆交易的成本有兩個組成部分：

鏈下部分：狀態存儲和SNARK生成的成本。

鏈上部分：對于每個zkSync區塊，驗證者必須支付以太坊gas來驗證SNARK，另外每筆交易額外支付約0.4kgas來發布狀態?。

交易費用地板價

ZKrollup的交易地板價依賴于eth主網gas的費用。

鏈上gasfee=每wei的價格*交易大小*gas的費用*代幣的風險系數

ZKRollup是不是用得多費用越低OP,AR是有類似這樣的機制？用戶的狀態數更新，用戶用的越多，ZK支付給layer1層的Gas費用是會相對變少，但是并未平攤至用戶。

鏈下部分：?SNARK生成的成本。這部分依賴于硬件資源的使用，因此是不變的。我們的估計每次轉賬基準約為0.001美元。

實際大小=(zkp_cost_chunk*op_chunks)*token_usd_risk;普通交易的鏈下gas成本=0.001*2*1=0.002u交易接收者為新地址的鏈下gas成本=0.001*6*1=0.006uswap的鏈下gas成本=0.001*5*1=0.005u

以太坊Gas費10分鐘飆漲137.5%:金色財經報道，Ultrasound.money數據顯示，當前以太坊Gas費用漲至38Gwei，10分鐘飆漲137.5%。[2023/2/14 12:05:14]

??驗證流程參考下方代碼塊：

鏈上部分：對于每個?zkSync?區塊，驗證者必須支付以太坊gas來驗證SNARK，另外每筆交易額外支付約0.4kgas來發布狀態。鏈上部分是一個變量，取決于以太坊網絡中當前的gas價格。但是，這部分比普通ETH/ERC20轉賬的成本要便宜幾個數量級。

實際大小=每wei的價格*交易大小*gas的費用*當前gas價格*代幣????的風險系數???=wei_price_usd*gas_tx_amount*scale_gas_price*token_usd_risk

假設ETH價格為2500u，當前gas價格為30Gwei

普通交易的鏈上gas成本=2500/10^18*(0+300+2002)(30*10^9)1.31=0.068u交易接收者為新地址的鏈上gas成本=2500/10^18*(0+940+2006)(30*10^9)1.31=0.20865u

假設eth價格為2500u,當前gas價格為30Gwei

普通交易的鏈上gas成本=2500/10^18*(0+300+200*2)*(30*10^9)*1.3*1=0.068u交易接收者為新地址的鏈上gas成本=2500/10^18*(0+940+200*6)*(30*10^9)*1.3*1=0.20865u

香港加速器希望在未來3年內幫助1000家web3初創公司:金色財經報道，由香港立法會議員 Johnny Ng Kit-chong 共同創立的創業加速器希望在未來三年內幫助 1,000 家 web3 初創公司在香港開店。[2022/12/23 22:03:31]

??

swap的gas_tx_amount=鏈上驗證成本+提交成本+Chunk*SwapChunk參數swap的鏈上成本=2500/(10^18)*(0+710+200*5)*(30*10^9)*1.3*1=0.1667u

??驗證流程如下：

Pantera Capital首席投資官：UST崩盤前已兌現80%的投資:金色財經消息，Pantera Capital首席投資官Joey Krug表示，該公司早在TerraUSD（UST）上周崩盤之前就兌現了近80%的Terra（LUNA）投資。Pantera Capital至少對Terraform Labs進行了兩次投資，2021年1月支持其2500萬美元的一輪融資，以及2021年7月加入其1.5億美元的生態系統基金。（THE BLOCK）[2022/5/19 3:26:46]

總成本=鏈上+鏈下

普通交易總成本=0.002+0.068=0.07u

交易接收者為新地址的總成本=0.005+0.20865=0.21365u

swap總成本=0.005+0.1667=0.1672u

影響地板價的因素

Rollup的交易地板價依賴于ETH主網calldata的費用。

ETH的gas的相關處于草案階段的EIP主要為EIP4488，該方案將calldata非0字節數據由16gas降低至3gas，對layer2TPS的影響較大，利好layer2的Rollup，可以大大降低Rollup主網的交易成本，非0字節的數據可以降低為當前的1/5的成本不到，0字節的也可以微微降低。

費用支付方式

zkSync中的轉賬天然支持“無氣體交易”：用戶在被轉賬的代幣中支付交易費用。因此，例如，如果您想交易DAI?穩定幣，您無需擁有ETH或任何其他代幣。只需支付一小部分DAI的費用。

2、zkPorter的交易費用

目前github無zkPorter相關代碼，由于zkPorter不需要鏈上數據可用性，預計成本將大大降低。

主要為鏈下成本，交易可以控制在1到3美分的恒定費用。引用自官方文檔。

在zkSync2.0中，L2狀態將分為2個方面：具有鏈上數據可用性的ZKRollup和具有鏈下數據可用性的zkPorter。

這兩部分將是可組合和可互操作的：ZKRollup端的合約和賬戶將能夠與zkPorter端的賬戶無縫交互。

從用戶的角度來看，唯一明顯的區別是zkPorter賬戶的費用減少了100倍。

想象一下應用場景：Uniswap?在ZKRollup端部署他們的智能合約，zkPorter賬戶可以以低于0.03美元的費用進行swap。zkPorter賬戶可以在Uniswap合約上進行數千次交換，但只需將一次更新發布到以太坊。

zkPorter賬戶的數據可用性將由zkSync代幣持有者保護。他們將通過簽署區塊來跟蹤zkPorter端的狀態，以確認zkPorter帳戶的數據可用性。

監護人使用zkSync代幣參與權益證明(PoS)，因此任何數據可用性故障都將導致他們被削減。這為數據可用性提供了加密經濟保證。需要注意的是，zkSync中的PoS比側鏈等其他系統中的PoS?安全得多。這是因為zkSync監護人本質上是無法竊取資金。他們只能凍結zkPorter狀態。每個用戶都可以自由選擇自己的安全閾值。任何想要所有鏈上可用數據的用戶都可以完全留在Rollup,使用ZKRollup賬號。

zksync2.0主網上線時間

根據官方文檔2022年1月31日的文章內容可得知，6個月內，zkPorter將與zksync2.0一起上線主網。

3、Arbitrum?Gas機制

Arbgas費用將根據用戶與Arbitrum的交互方式而有所不同，但下表可用作一般參考：

??部分代碼：

4、optimismGas機制

optimism交易中的兩個成本來源：L2執行費和L1數據/安全費。

L2執行費

就像在以太坊上一樣，Optimism?上的交易必須為他們使用的計算量和存儲量支付gas。每筆L2交易都會支付一定的執行費用，等于交易使用的gas數量乘以交易附帶的gas價格。這也是以太坊的收費方式。

這是公式：

l2_execution_fee=transaction_gas_price*l2_gas_used

使用的L2氣體量取決于您嘗試發送的特定交易，交易在Optimism上使用的gas量通常與在Ethereum上的大致相同。

L1數據費

Optimism與以太坊不同，因為Optimism上的所有交易也都發布到以太坊。此步驟對于Optimism的安全屬性至關重要，因為這意味著同步Optimism節點所需的所有數據始終在以太坊上公開可用。這就是使Optimism成為L2的原因。

Optimism上的用戶必須支付向以太坊提交交易的費用。稱之為L1數據費用，這是Optimism與以太坊之間的主要差異。由于以太坊上的gas成本非常昂貴，因此L1數據費用通常會在Optimism上占據交易的總成本。該費用基于四個因素：

以太坊當前的gas價格。

將交易發布到以太坊的gas成本。這交易長度的大小成比例。

以gas計價的固定費用。當前設置為2100。

一種動態的間接費用，按固定數字支付的L1費用。當前設置為1.24。

公式：

L1_data_fee=L1_gas_price*(tx_data_gas+fixed_overhead)*dynamic_overhead

三、總結

隨著越來越多的應用程序接入區塊鏈，用戶的采用和交易量將呈指數級增長。從DeFi、NFT到?DAO，它們最終將消耗以太坊上更多的吞吐量和產生更多交易成本，使其使用體驗感降低，從而阻礙了區塊鏈向更多人口的擴展的機會。

L2s是目前以太坊擴展的最佳解決方案，在提供高吞吐量和更便宜的費用的同時，可以很好的利用L1s的安全性。但由于Layer2的擴容解決方案也在不斷的更新和調整，每種方案都有其各自的優劣勢。總體來說，zkrollup的交易費用更低、極限/部分TPS更快、最大拓展性也大大的得到提高以及在安全性上也有保證，zkporter次之；其他解決方案的交易費用也有所降低，但是同zkrollup相比略遜色。

未來，我們將看到許多項目在L2上遷移或創建，從而改善用戶體驗。作為2022年最熱門的趨勢之一，L2s將繼續建立龐大而忠誠的用戶群，這將成為以太坊最重要的發展之一。

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