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'解读L2交易定价的算法视角:收入、费用和协议的影响'

第二层解决方案

以太坊主网每秒平均处理12笔交易,而在网络活动高峰期,交易成本已经达到了许多用户无法接受的水平。这一可扩展性问题是因为网络中的每个节点都需要存储和验证在网络上发生的所有交易。为了解决这个问题并扩展以太坊,人们发明了第二层解决方案(L2)。第二层是一个独立的区块链,扩展了以太坊并继承了以太坊的安全保证。第二层本质上是一个独立的区块链,用户在主链之外进行交易。每个第二层解决方案都有自己的安全保证和权衡。在以太坊上,最流行的第二层扩展形式是Rollups(Arbitrum、Optimism、zkSync)。

Rollups

Rollups是一种L2解决方案,它在返回到L1之前处理L1的事务。以太坊上的标准交易通常为156字节,其中签名是数据密度最高的部分。因此,Rollups在L2执行环境中处理多个交易,然后将它们捆绑成一个交易,提交给L1进行常规状态验证。将多个交易捆绑成一个交易可以减少每个交易支付的Gas费,因为Gas费分摊到多个交易上,而不仅仅是一个交易。然而,并非所有的Rollups都是相同的,有许多不同类型的Rollups:

  • 智能合约Rollups:Optimistic Rollups(Arbitrum、Optimism)、零知识Rollups(Matic的zkEVM、zkSync、Scroll);
  • Celestiums;
  • Enshrined Rollups;
  • Sovereign Rollups。

智能合约Rollups

智能合约Rollups是用户将资金发送到L1上的Rollup智能合约,然后该智能合约管理交易和状态变化。

Rollups和区块链的一个关键组成部分是Merkle树。Merkle树是存储每个人的资金状态和发生的交易的数据结构,允许L1在不下载整个状态的情况下验证L2上的状态。简单来说,用户在L2上进行交互和交易(从而改变状态),L2会定期向L1发送状态的Merkle根,以便L1可以验证链的状态。

除了将Merkle根发布到L1,L2还必须发布足够的Merkle树变化数据,以便用户能够完全重建Merkle树。如果由于某种原因L2停止运行,如果没有提供这些数据,用户将被困在L2上。因此,L1智能合约具有「紧急功能」,用户可以在L2停止运行时从智能合约Rollup中提取他们的资金。

L1需要某种证明来确保L2发送的Merkle根是有效的,这就是使用欺诈证明和零知识证明的两种主要智能合约Rollup之间的区别。

Optimistic Rollup

Optimistic Rollup(如Arbitrum和Optimism)使用欺诈证明来完成状态的最终确认。欺诈证明的工作原理如下:

  1. L2节点将Merkle根与一小笔保证金一起发布到L1智能合约中。
  2. L1智能合约默认信任L2节点,这就是「Optimistic」一词的含义 – L1对L2的更新持乐观态度。
  3. 然而,这种状态变化在7天内不会最终确认。
  4. 在这7天内,任何人都可以提交一个证明,证明提交的Merkle根是欺诈性的,这将撤销更新并惩罚L2节点,将保证金交给报告欺诈性更新的人。
  5. 报告者能够通过验证状态根变化中发生的所有交易,并确认这些交易上的每个签名都是有效的来证明更新是欺诈性的。这是因为L2节点发布了Merkle根和足够的Merkle变化数据来重新创建Merkle树。
  6. 如果在7天的争议期内没有对状态转换提出异议,更新将最终确认并被视为不可变的。

ZK Rollup

ZK Rollup使用零知识证明。它们的工作方式如下:

  1. Layer 2节点将Merkle根与证明一起发布到L1智能合约中,证明L2正确处理了交易并生成了一个新的Merkle根。
  2. 如果Layer 2节点试图发布一个欺诈性的更新,它们将无法生成有效的零知识证明,因此L1智能合约将不接受新的Merkle根。
  3. 一旦验证了零知识证明,状态更新将立即完成。

排序器

排序器是L2收集并将交易发布回以太坊基础链的机制。在它们目前的中心化状态下,它们的工作方式如下:

  1. 用户在L2上提交交易 – DeFi、NFT、发送/接收等等。
  2. 这些交易由中心化的排序器收集。
  3. 然后,排序器(块构建)将这些交易(调用数据/状态差异)按顺序排列为单个块或批处理交易。
  4. 目前,L2排序器使用先进先出(FIFO)的排序方法对这些交易进行排序。
  5. 然后,排序器将这批交易提交回以太坊主网,以便包含在一个区块中。

在当前状态下,Rollup的排序器是中心化的,并由一个实体(如Arbitrum的Offchain Labs和Optimism的Optimism PBC)控制。这种中心化为Rollup创建了单点故障,并可能导致活跃性问题(以及缺乏审查抵抗力) – 如果排序器出现故障,L2将无法正常运行。

L2 Gas费用

现在让我们来看一下这两种主要的智能合约Rollup如何计算用户将支付的Gas费用以及对中心化排序器的影响。

在Arbitrum和Optimism上,用户进行交易时需要支付两项费用:

  • L2Gas/执行费用;
  • L1调用数据/安全费用。

L2Gas/执行费用

L2 Gas费用类似于以太坊的Gas费用。在L2上的每笔交易都需要支付一个Gas/执行费用,该费用等于交易使用的Gas量乘以交易附加的当前Gas价格。

L1调用数据/安全费用

L1调用数据费用是为了支付将交易发布回以太坊的成本而支付的。这个费用存在是因为排序器或批处理提交者需要支付L1 Gas费用来将交易发布到以太坊上。

排序器收入模型

在目前的形式下,Optimistic Rollup(ORU)通过单个中心化排序器的运作来产生收入。未来,预计ORU最终会实现去中心化,这将为通过MEV(最大化以太坊价值)或要求排序器运营商质押原生代币/分享收入的其他收入流打开大门。

但就目前而言,在最简单的表示中,我们可以认为排序器向ORU用户收取L2交易费用(排序器收入),并且需要支付L1 Gas费用来将用户的L2交易数据批量提交到以太坊网络(成本1),以及支付运营排序器的运营成本(成本2)。

进一步来说,我们可以将收入和成本分解为具体的组成部分。虽然不同的ORU(例如Arbitrum、Optimism)没有完全相同的定价公式,但它们遵循一个通用的框架:

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

L2费用定价

在所有ORU中,L2费用价格是L1计算规模、L1计算成本、L2计算规模和L2计算成本的函数。

由于所有L2排序器在将批次/证明发布到L1主网时都会产生成本,因此当执行L2交易时,将主网结算的动态成本传递给用户是合乎逻辑的。

Arbitrum和Optimism的L2费用定价方式不同。两者之间一个非常重要的区别在于Optimism和Arbitrum计算L1计算成本的方式。Arbitrum使用一个定价L1计算的预言机,这意味着在没有治理投票的情况下,预言机以与4844之前相同的方式定价L1计算。然而,Optimism的L1计算包含一个可以由Optimism团队调整的动态开销(标量)变量,以调整L1计算成本。

Arbitrum

Arbitrum的L2费用定价实现了「二维Gas费用」的概念,其中Gas限制是L2使用的Gas单位、L1使用的Gas单位和估计的L1Gas价格的函数。

从中我们可以得出以下结论:

  • L2 Gas限制随着L2 Gas价格的增加而减少。
  • L2 Gas限制随着L2计算、L1 Gas价格和L1计算的增加而增加。

Optimism

与Arbitrum类似,Optimism的交易费用考虑了L1和L2计算的成本。Optimism将其称为L2执行费用和L1数据/安全费用。

注意:

  • dynamic_overhead变量是由Optimism团队设置的变量,以确保他们的排序器在将交易批次提交回L1网络时能够得到足够的补偿,以支付产生的Gas成本。
  • 目前它被设置为0.684,这表示排序器正在补贴Gas成本。
  • 从历史上看,这个值主要设置在1以上,这表示排序器正在额外收费以维持L1结算Gas缓冲区。

随着时间推移的动态管理费用/ L1标量费用

EIP-4844

目前,Optimistic Rollup在Layer-2执行和存储方面的成本较低,但为了符合数据可用性,将数据发布到Layer-1仍对用户来说是昂贵的。

数据是使用calldata操作码发布到以太坊的Layer-1,因此Arbitrum和Optimism都实施了calldata压缩算法,如Zlib和brotli压缩算法。这种数据发布成本很高,并且占据了L2用户支付的交易费用的80-90%。

然而,在2023年10月至2024年2月之间,备受瞩目的以太坊改进提案(EIP-4844,Proto-danksharding)计划推出。EIP-4844提议向以太坊添加一种新的交易类型,允许接受「数据块」。这些「数据块」在大约两周后被删除或修剪,而不像现有calldata一样永久存储。这些数据块的大小设计得足够小,以减少主网链上的存储开销。

以太坊Layer 1(L1)上的高交易费用是L2 Rollup在发布批次和证明时的主要成本。EIP-4844对此的影响是显著降低L1的成本开销,同时允许批次数据在足够长的时间内可用,以便发布任何欺诈证明。目前的估计将这种成本节约因素从当前L1批次发布成本的10倍到100倍不等。

对排序器收入的影响的高级概述

在深入讨论我们预计在Arbitrum和Optimism中看到的变化之前,重要的是我们考虑到Arbitrum和Optimism在L1计算定价方面的差异(如前面的L2费用定价部分所解释的)。鉴于Arbitrum的L1定价预言机,我们现在知道它很可能将100%的费用传递给用户(除非我们看到治理投票)。对于Optimism来说情况并非如此,因为他们仍然控制着动态开销变量。

下面的表格为我们提供了EIP-4844后可能的结果。

Arbitrum

考虑到上面部分中Arbitrum财务状况的现状,我们探讨了在某些假设下Arbitrum估值的可能变化。由于预计EIP-4844后成本将显著降低,人们预期在收入保持不变的情况下,利润和利润率将增加。

基于此,我们建立了一个表格,显示了各种可能的结果,其中包括EIP-4844节省传递给用户的不同组合(Y轴)和EIP-4844成本降低因素(X轴,数字越大= EIP4844节省的费用越高)。

我们用阴影标记了我们认为在EIP-4844后最有可能出现的组合。

如果将100%的节省传递给用户,我们可以假设这种成本节约可能会增加Arbitrum上的交易数量(新的dApp类型,更多的用户)。

做出一些假设: – 保持当前的市盈率(P/E); – 假设成本减少10倍; – 由于费用节省而导致交易数量增长。

我们可以计算出这些变化对ARB和OP价格的影响。例如,如果交易量增长了40%,并且只有90%的费用节省传递给用户,那么ARB的价格将为2.10美元。

Optimism

对于Optimism进行相同的计算,我们得到以下结果。

L2代币经济学与估值

目前,Arbitrum和Optimism的唯一价值积累是治理;这是ARB和OP的唯一功能。然而,ARB和OP的价值积累可能来自另外两个来源:交易费用和MEV。

在它们目前的状态下,这两个L2解决方案严重依赖于它们的中心化排序器,所有这些中心化的区块构建和提议的利润都会传递给Arbitrum基金会和Optimism基金会。然而,这两个解决方案已经承诺向去中心化的排序器机制迈进,其中基金会不是唯一构建和提议L2区块的实体。L2代币实现价值积累的第一步是去中心化排序器,这并不容易,但它可以允许L2代币持有者通过构建和提议过程参与产生的价值。

排序器的去中心化很可能通过PoS机制来实现,用户将质押原生的L2代币。如果质押者没有履行职责或恶意行为,将会被削减质押。质押者可以通过原生代币形式获得交易费用的一部分、MEV(在后FIFO世界中)或质押奖励。

去中心化排序器的重要性在于,中心化排序器可能导致用户交易被审查,提取过高的租金或产生有害的MEV,对用户产生不利影响。