第二層解決方案

以太坊主網(wǎng)目前每秒處理平均 12 筆交易，在網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)高峰期，交易成本已經(jīng)達(dá)到了大多數(shù)用戶無(wú)法接受的水平。這個(gè)可擴(kuò)展性問(wèn)題源于網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要存儲(chǔ)和驗(yàn)證在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生的所有交易。

為了解決這個(gè)問(wèn)題并擴(kuò)展以太坊，人們發(fā)明了第二層解決方案（L2）。第二層是一個(gè)獨(dú)立的區(qū)塊鏈，擴(kuò)展了以太坊并繼承了以太坊的安全保證。第二層本質(zhì)上是一個(gè)獨(dú)立的區(qū)塊鏈，用戶在主鏈（以太坊）之外進(jìn)行交易。每個(gè)第二層解決方案都有自己的安全保證和權(quán)衡。在以太坊上，最流行的第二層擴(kuò)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(wù)。以太坊上的標(biāo)準(zhǔn)交易通常為 156 字節(jié)，其中簽名是數(shù)據(jù)密度最高的部分。因此，Rollups 在 L2 執(zhí)行環(huán)境中處理多個(gè)交易，然后將它們捆綁成一個(gè)交易，提交給 L1 進(jìn)行常規(guī)狀態(tài)驗(yàn)證。將多個(gè)交易捆綁成一個(gè)交易可以減少每個(gè)交易支付的 Gas 費(fèi)，因?yàn)?Gas 費(fèi)分?jǐn)偟蕉鄠€(gè)交易上，而不僅僅是一個(gè)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(shí) 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(fā)送到 L1 上的 Rollup 智能合約，然后該智能合約管理交易和狀態(tài)變化。

Rollups 和區(qū)塊鏈的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是 Merkle 樹。Merkle 樹是存儲(chǔ)每個(gè)人的資金狀態(tài)和發(fā)生的交易的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，允許 L1 在不下載整個(gè)狀態(tài)的情況下驗(yàn)證 L2 上的狀態(tài)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，用戶在 L2 上進(jìn)行交互和交易（從而改變狀態(tài)），L2 會(huì)定期向 L1 發(fā)送狀態(tài)的 Merkle 根，以便 L1 可以驗(yàn)證鏈的狀態(tài)。

除了將 Merkle 根發(fā)布到 L1，L2 還必須發(fā)布足夠的 Merkle 樹變化數(shù)據(jù)，以便用戶能夠完全重建 Merkle 樹。如果由于某種原因 L2 停止運(yùn)行，如果沒(méi)有提供這些數(shù)據(jù)，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(yùn)行時(shí)從智能合約 Rollup 中提取他們的資金。

L1 需要某種證明來(lái)確保 L2 發(fā)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(qū)別。使用的兩種主要證明是欺詐證明和零知識(shí)證明。

Optimistic Rollup

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

L2 節(jié)點(diǎn)將 Merkle 根與一小筆保證金一起發(fā)布到 L1 智能合約中。

L1 智能合約默認(rèn)信任 L2 節(jié)點(diǎn)，這就是「Optimistic」一詞的含義——L1 對(duì) L2 的更新持樂(lè)觀態(tài)度。

然而，這種狀態(tài)變化在 7 天內(nèi)不會(huì)最終確認(rèn)。

在這 7 天內(nèi)，任何人都可以提交一個(gè)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(jié)點(diǎn)，將保證金交給報(bào)告欺詐性更新的人。

報(bào)告者能夠通過(guò)驗(yàn)證狀態(tài)根變化中發(fā)生的所有交易，并確認(rèn)這些交易上的每個(gè)簽名都是有效的來(lái)證明更新是欺詐性的。這是因?yàn)?L2 節(jié)點(diǎn)發(fā)布了 Merkle 根和足夠的 Merkle 變化數(shù)據(jù)來(lái)重新創(chuàng)建 Merkle 樹。

如果在 7 天的爭(zhēng)議期內(nèi)沒(méi)有對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)換提出異議，更新將最終確認(rèn)并被視為不可變的。

ZK Rollup

ZK Rollup 使用零知識(shí)證明。它們的工作方式如下：

Layer 2 節(jié)點(diǎn)將 Merkle 根與證明一起發(fā)布到 L1 智能合約中，證明 L2 正確處理了交易并生成了一個(gè)新的 Merkle 根。

如果 Layer 2 節(jié)點(diǎn)試圖發(fā)布一個(gè)欺詐性的更新，它們將無(wú)法生成有效的零知識(shí)證明，因此 L1 智能合約將不接受新的 Merkle 根。

一旦驗(yàn)證了零知識(shí)證明，狀態(tài)更新將立即完成。

排序器

排序器是 L2 收集并將交易發(fā)布回以太坊基礎(chǔ)鏈的機(jī)制。在它們目前的中心化狀態(tài)下，它們的工作方式如下：

用戶在 L2 上提交交易——DeFi、NFT、發(fā)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(gòu)建）將這些交易（調(diào)用數(shù)據(jù)/狀態(tài)差異）按順序排列為單個(gè)塊或批處理交易。

目前，L2 排序器使用先進(jìn)先出（FIFO）的排序方法對(duì)這些交易進(jìn)行排序。

然后，排序器將這批交易提交回以太坊主網(wǎng)，以便包含在一個(gè)區(qū)塊中。

在當(dāng)前狀態(tài)下，Rollup 的排序器是中心化的，并由一個(gè)實(shí)體（Arbitrum 的 Offchain Labs 和 Optimism 的 Optimism PBC）控制。這種中心化為 Rollup 創(chuàng)建了單點(diǎn)故障，并可能導(dǎo)致活躍性問(wèn)題（以及缺乏審查抵抗力）——如果排序器出現(xiàn)故障，L2 將無(wú)法正常運(yùn)行。

例如，在 6 月初，Arbitrum 的排序器遇到了一個(gè)錯(cuò)誤，導(dǎo)致批處理在鏈上回滾，從而導(dǎo)致批處理的 Gas 成本損失。在短時(shí)間內(nèi)，批處理提交者沒(méi)有 Gas，并且無(wú)法正確地將交易發(fā)送到以太坊。

L2 Gas 費(fèi)用

現(xiàn)在我們來(lái)看一下這兩種主要的智能合約 Rollup 如何計(jì)算用戶將支付的 Gas 費(fèi)用以及對(duì)中心化排序器的影響。

在 Arbitrum 和 Optimism 上，用戶進(jìn)行交易時(shí)需要支付兩項(xiàng)費(fèi)用：

L2Gas/執(zhí)行費(fèi)用；

L1 調(diào)用數(shù)據(jù)/安全費(fèi)用。

L2Gas/執(zhí)行費(fèi)用

L2 Gas 費(fèi)用類似于以太坊的 Gas 費(fèi)用。在 L2 上的每筆交易都需要支付一個(gè) Gas/執(zhí)行費(fèi)用，該費(fèi)用等于交易使用的 Gas 量乘以交易附加的當(dāng)前 Gas 價(jià)格。

L1 調(diào)用數(shù)據(jù)/安全費(fèi)用

L1 調(diào)用數(shù)據(jù)費(fèi)用是為了支付將交易發(fā)布回以太坊的成本而支付的。這個(gè)費(fèi)用存在是因?yàn)榕判蚱骰蚺幚硖峤徽咝枰Ц?L1 Gas 費(fèi)用來(lái)將交易發(fā)布到以太坊上。

排序器收入模型

在目前的形式下，Optimistic Rollup（ORU）通過(guò)單個(gè)中心化排序器的運(yùn)作來(lái)產(chǎn)生收入。未來(lái)，預(yù)計(jì) ORU 最終會(huì)實(shí)現(xiàn)去中心化，這將為通過(guò) MEV（最大化以太坊價(jià)值）或要求排序器運(yùn)營(yíng)商質(zhì)押原生代幣/分享收入的其他收入流打開大門。

但就目前而言，在最簡(jiǎn)單的表示中，我們可以認(rèn)為排序器向 ORU 用戶收取 L2 交易費(fèi)用（排序器收入），并且需要支付 L1 Gas 費(fèi)用來(lái)將用戶的 L2 交易數(shù)據(jù)批量提交到以太坊網(wǎng)絡(luò)（成本 1），以及支付運(yùn)營(yíng)排序器的運(yùn)營(yíng)成本（成本 2）。

進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，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(méi)有完全相同的定價(jià)公式，但它們遵循一個(gè)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 費(fèi)用定價(jià)

在所有 ORU 中，L2 費(fèi)用價(jià)格是 L1 計(jì)算規(guī)模、L1 計(jì)算成本、L2 計(jì)算規(guī)模和 L2 計(jì)算成本的函數(shù)。

由于所有 L2 排序器在將批次/證明發(fā)布到 L1 主網(wǎng)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生成本，因此當(dāng)執(zhí)行 L2 交易時(shí)，將主網(wǎng)結(jié)算的動(dòng)態(tài)成本傳遞給用戶是合乎邏輯的。

Arbitrum 和 Optimism 的 L2 費(fèi)用定價(jià)方式不同。兩者之間一個(gè)非常重要的區(qū)別在于 Optimism 和 Arbitrum 計(jì)算 L1 計(jì)算成本的方式。Arbitrum 使用一個(gè)定價(jià) L1 計(jì)算的預(yù)言機(jī)，這意味著在沒(méi)有治理投票的情況下，預(yù)言機(jī)以與 4844 之前相同的方式定價(jià) L1 計(jì)算。然而，Optimism 的 L1 計(jì)算包含一個(gè)可以由 Optimism 團(tuán)隊(duì)調(diào)整的動(dòng)態(tài)開銷（標(biāo)量）變量，以調(diào)整 L1 計(jì)算成本。

Arbitrum

Arbitrum 的 L2 費(fèi)用定價(jià)實(shí)現(xiàn)了「二維 Gas 費(fèi)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(jì)的 L1Gas 價(jià)格的函數(shù)。

從中我們可以得出以下結(jié)論：

L2 Gas 限制隨著 L2 Gas 價(jià)格的增加而減少。

L2 Gas 限制隨著 L2 計(jì)算、L1 Gas 價(jià)格和 L1 計(jì)算的增加而增加。

Optimism

與 Arbitrum 類似，Optimism 的交易費(fèi)用考慮了 L1 和 L2 計(jì)算的成本。Optimism 將其稱為 L2 執(zhí)行費(fèi)用和 L1 數(shù)據(jù)/安全費(fèi)用。

注意：

- dynamic_overhead 變量是由 Optimism 團(tuán)隊(duì)設(shè)置的變量，以確保他們的排序器在將交易批次提交回 L1 網(wǎng)絡(luò)時(shí)能夠得到足夠的補(bǔ)償，以支付產(chǎn)生的 Gas 成本。

- 目前它被設(shè)置為 0.684，這表示排序器正在補(bǔ)貼 Gas 成本。

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