GAS:從算法視角解讀L2交易定價：收入、費用和協議的影響

以太坊主網目前每秒處理平均 12 筆交易，在網絡活動高峰期，交易成本已經達到了大多數用戶無法接受的水平。這個可擴展性問題源于網絡中的每個節點都需要存儲和驗證在網絡上發生的所有交易。

為了解決這個問題并擴展以太坊，人們發明了第二層解決方案（L2）。第二層是一個獨立的區塊鏈，擴展了以太坊并繼承了以太坊的安全保證。第二層本質上是一個獨立的區塊鏈，用戶在主鏈（以太坊）之外進行交易。每個第二層解決方案都有自己的安全保證和權衡。在以太坊上，最流行的第二層擴展形式是 Rollups（Arbitrum、Optimism、zkSync）。

Rollups

Rollups 是 L2 解決方案，在返回到 L1 之前處理 L1 的事務。以太坊上的標準交易通常為 156 字節，其中簽名是數據密度最高的部分。因此，Rollups 在 L2 執行環境中處理多個交易，然后將它們捆綁成一個交易，提交給 L1 進行常規狀態驗證。將多個交易捆綁成一個交易可以減少每個交易支付的 Gas 費，因為 Gas 費分攤到多個交易上，而不僅僅是一個交易。然而，并非所有的 Rollups 都是相同的，有許多不同類型的 Rollups：

智能合約 Rollups：Optimistic Rollups（Arbitrum、Optimism）、零知識 Rollups（Matic 的 zkEVM、zkSync、Scroll）；

Celestiums;

Enshrined Rollups;

Sovereign Rollups.

智能合約 Rollups

智能合約 Rollups 是用戶將資金發送到 L1 上的 Rollup 智能合約，然后該智能合約管理交易和狀態變化。

Rollups 和區塊鏈的一個關鍵組成部分是 Merkle 樹。Merkle 樹是存儲每個人的資金狀態和發生的交易的數據結構，允許 L1 在不下載整個狀態的情況下驗證 L2 上的狀態。簡單來說，用戶在 L2 上進行交互和交易（從而改變狀態），L2 會定期向 L1 發送狀態的 Merkle 根，以便 L1 可以驗證鏈的狀態。

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除了將 Merkle 根發布到 L1，L2 還必須發布足夠的 Merkle 樹變化數據，以便用戶能夠完全重建 Merkle 樹。如果由于某種原因 L2 停止運行，如果沒有提供這些數據，用戶將被困在 L2 上。因此，L1 智能合約具有「緊急功能」，用戶可以在 L2 停止運行時從智能合約 Rollup 中提取他們的資金。

L1 需要某種證明來確保 L2 發送的 Merkle 根是有效的，這就是兩種主要的智能合約 Rollup 之間的區別。使用的兩種主要證明是欺詐證明和零知識證明。

Optimistic Rollup

像 Arbitrum 和 Optimism 這樣的 OptimisticRollup 使用欺詐證明來完成狀態的最終確認。欺詐證明的工作原理如下：

L2 節點將 Merkle 根與一小筆保證金一起發布到 L1 智能合約中。

L1 智能合約默認信任 L2 節點，這就是「Optimistic」一詞的含義——L1 對 L2 的更新持樂觀態度。

然而，這種狀態變化在 7 天內不會最終確認。

在這 7 天內，任何人都可以提交一個證明，證明提交的 Merkle 根是欺詐性的，這將撤銷更新并懲罰 L2 節點，將保證金交給報告欺詐性更新的人。

報告者能夠通過驗證狀態根變化中發生的所有交易，并確認這些交易上的每個簽名都是有效的來證明更新是欺詐性的。這是因為 L2 節點發布了 Merkle 根和足夠的 Merkle 變化數據來重新創建 Merkle 樹。

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如果在 7 天的爭議期內沒有對狀態轉換提出異議，更新將最終確認并被視為不可變的。

ZK Rollup

ZK Rollup 使用零知識證明。它們的工作方式如下：

Layer 2 節點將 Merkle 根與證明一起發布到 L1 智能合約中，證明 L2 正確處理了交易并生成了一個新的 Merkle 根。

如果 Layer 2 節點試圖發布一個欺詐性的更新，它們將無法生成有效的零知識證明，因此 L1 智能合約將不接受新的 Merkle 根。

一旦驗證了零知識證明，狀態更新將立即完成。

排序器

排序器是 L2 收集并將交易發布回以太坊基礎鏈的機制。在它們目前的中心化狀態下，它們的工作方式如下：

用戶在 L2 上提交交易——DeFi、NFT、發送/接收等等。

這些交易由中心化的排序器收集。

然后，排序器（塊構建）將這些交易（調用數據/狀態差異）按順序排列為單個塊或批處理交易。

目前，L2 排序器使用先進先出（FIFO）的排序方法對這些交易進行排序。

然后，排序器將這批交易提交回以太坊主網，以便包含在一個區塊中。

在當前狀態下，Rollup 的排序器是中心化的，并由一個實體（Arbitrum 的 Offchain Labs 和 Optimism 的 Optimism PBC）控制。這種中心化為 Rollup 創建了單點故障，并可能導致活躍性問題（以及缺乏審查抵抗力）——如果排序器出現故障，L2 將無法正常運行。

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例如，在 6 月初，Arbitrum 的排序器遇到了一個錯誤，導致批處理在鏈上回滾，從而導致批處理的 Gas 成本損失。在短時間內，批處理提交者沒有 Gas，并且無法正確地將交易發送到以太坊。

L2 Gas 費用

現在我們來看一下這兩種主要的智能合約 Rollup 如何計算用戶將支付的 Gas 費用以及對中心化排序器的影響。

在 Arbitrum 和 Optimism 上，用戶進行交易時需要支付兩項費用：

L2Gas/執行費用；

L1 調用數據/安全費用。

L2Gas/執行費用

L2 Gas 費用類似于以太坊的 Gas 費用。在 L2 上的每筆交易都需要支付一個 Gas/執行費用，該費用等于交易使用的 Gas 量乘以交易附加的當前 Gas 價格。

L1 調用數據/安全費用

L1 調用數據費用是為了支付將交易發布回以太坊的成本而支付的。這個費用存在是因為排序器或批處理提交者需要支付 L1 Gas 費用來將交易發布到以太坊上。

在目前的形式下，Optimistic Rollup（ORU）通過單個中心化排序器的運作來產生收入。未來，預計 ORU 最終會實現去中心化，這將為通過 MEV（最大化以太坊價值）或要求排序器運營商質押原生代幣/分享收入的其他收入流打開大門。

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但就目前而言，在最簡單的表示中，我們可以認為排序器向 ORU 用戶收取 L2 交易費用（排序器收入），并且需要支付 L1 Gas 費用來將用戶的 L2 交易數據批量提交到以太坊網絡（成本 1），以及支付運營排序器的運營成本（成本 2）。

進一步來說，我們可以將收入和成本分解為具體的組成部分。雖然不同的 ORU（例如 Arbitrum、Optimism）沒有完全相同的定價公式，但它們遵循一個通用的框架：

收入（L2 Gas Fees）

Fees = L1_gas_price_estimate * (L1_calldata_size + L1_buffer) + L2_gas_price * L2_gas_used

成本

Costs = L1_actual_gas_price * L1_calldata_size + Sequencer_operational_costs

在所有 ORU 中，L2 費用價格是 L1 計算規模、L1 計算成本、L2 計算規模和 L2 計算成本的函數。

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由于所有 L2 排序器在將批次/證明發布到 L1 主網時都會產生成本，因此當執行 L2 交易時，將主網結算的動態成本傳遞給用戶是合乎邏輯的。

Arbitrum 和 Optimism 的 L2 費用定價方式不同。兩者之間一個非常重要的區別在于 Optimism 和 Arbitrum 計算 L1 計算成本的方式。Arbitrum 使用一個定價 L1 計算的預言機，這意味著在沒有治理投票的情況下，預言機以與 4844 之前相同的方式定價 L1 計算。然而，Optimism 的 L1 計算包含一個可以由 Optimism 團隊調整的動態開銷（標量）變量，以調整 L1 計算成本。

Arbitrum

Arbitrum 的 L2 費用定價實現了「二維 Gas 費用」的概念，其中 Gas 限制是 L2 使用的 Gas 單位、L1 使用的 Gas 單位和估計的 L1Gas 價格的函數。

從中我們可以得出以下結論：

L2 Gas 限制隨著 L2 Gas 價格的增加而減少。

L2 Gas 限制隨著 L2 計算、L1 Gas 價格和 L1 計算的增加而增加。

Optimism

與 Arbitrum 類似，Optimism 的交易費用考慮了 L1 和 L2 計算的成本。Optimism 將其稱為 L2 執行費用和 L1 數據/安全費用。

注意：

- dynamic_overhead 變量是由 Optimism 團隊設置的變量，以確保他們的排序器在將交易批次提交回 L1 網絡時能夠得到足夠的補償，以支付產生的 Gas 成本。

- 目前它被設置為 0.684，這表示排序器正在補貼 Gas 成本。

- 從歷史上看，這個值主要設置在 1 以上，這表示排序器正在額外收費以維持 L1 結算 Gas 緩沖區。

隨著時間推移的動態管理費用/ L1 標量費用

EIP-4844

目前，Optimistic 的 Rollup 在 Layer-2 執行和存儲方面的成本較低，但為了符合數據可用性，將數據發布到 Layer-1 仍對用戶來說是昂貴的。

數據是使用 calldata 操作碼發布到以太坊的 Layer-1，因此 Arbitrum 和 Optimism 都實施了 calldata 壓縮算法，如 Zlib 和 brotli 壓縮算法。這種數據發布成本很高，并且占據了 L2 用戶支付的交易費用的 80-90%。

然而，在 2023 年 10 月至 2024 年 2 月之間，備受矚目的以太坊改進提案（EIP-4844，Proto-danksharding）計劃推出。EIP-4844 提議向以太坊添加一種新的交易類型，允許接受「數據塊」。這些「數據塊」在大約兩周后被刪除或修剪，而不像現有 calldata 一樣永久存儲。這些數據塊的大小設計得足夠小，以減少主網鏈上的存儲開銷。

以太坊 Layer 1（L1）上的高交易費用是 L2 Rollup 在發布批次和證明時的主要成本。EIP-4844 對此的影響是顯著降低 L1 的成本開銷，同時允許批次數據在足夠長的時間內可用，以便發布任何欺詐證明。目前的估計將這種成本節約因素從當前 L1 批次發布成本的 10 倍到 100 倍不等。

在深入討論我們預計在 Arbitrum 和 Optimism 中看到的變化之前，重要的是我們考慮到 Arbitrum 和 Optimism 在 L1 計算定價方面的差異（如前面的 L2 費用定價部分所解釋的）。鑒于 Arbitrum 的 L1 定價預言機，我們現在知道它很可能將 100% 的費用傳遞給用戶（除非我們看到治理投票）。對于 Optimism 來說情況并非如此，因為他們仍然控制著動態開銷變量。

下面的表格為我們提供了 EIP-4844 后可能的結果。

考慮到上面部分中 Arbitrum 財務狀況的現狀，我們探討了在某些假設下 Arbitrum 估值的可能變化。由于預計 EIP-4844 后成本將顯著降低，人們預期在收入保持不變的情況下，利潤和利潤率將增加。

基于此，我們建立了一個表格，顯示了各種可能的結果，其中包括 EIP-4844 節省傳遞給用戶的不同組合（Y 軸）和 EIP-4844 成本降低因素（X 軸，數字越大= EIP4844 節省的費用越高）。

我們用陰影標記了我們認為在 EIP-4844 后最有可能出現的組合。

如果將 100% 的節省傳遞給用戶，我們可以假設這種成本節約可能會增加 Arbitrum 上的交易數量（新的 dApp 類型，更多的用戶）。

做出一些假設：

保持當前的市盈率（P/E）；

假設成本減少 10 倍；

由于費用節省而導致交易數量增長。

我們可以計算出這些變化對 ARB 和 OP 價格的影響。例如，如果 Tx 量增長了 40%，并且只有 90% 的費用節省傳遞給用戶，那么 ARB 的價格將為 2.10 美元。

對于 Optimism 進行相同的計算，我們得到以下結果。

L2 代幣經濟學與估值

目前，Arbitrum 和 Optimism 的唯一價值積累是治理；這是 ARB 和 OP 的唯一功能。然而，ARB 和 OP 的價值積累可能來自另外兩個來源：交易費用和 MEV。

在它們目前的狀態下，這兩個 L2 解決方案嚴重依賴于它們的中心化排序器，所有這些中心化的區塊構建和提議的利潤都會傳遞給 Arbitrum 基金會和 Optimism 基金會。然而，這兩個解決方案已經承諾向去中心化的排序器機制邁進，其中基金會不是唯一構建和提議 L2 區塊的實體。L2 代幣實現價值積累的第一步是去中心化排序器，這并不容易，但它可以允許 L2 代幣持有者通過構建和提議過程參與產生的價值。

排序器的去中心化很可能通過 PoS 機制來實現，用戶將質押原生的 L2 代幣。如果質押者沒有履行職責或惡意行為，將會被削減質押。質押者可以通過原生代幣形式獲得交易費用的一部分、MEV（在后 FIFO 世界中）或質押獎勵。

去中心化排序器的重要性在于，中心化排序器可能導致用戶交易被審查，提取過高的租金或產生有害的 MEV，對用戶產生不利影響。

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