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

近1.02億枚INCH發生轉移:金色財經報道，數據顯示，北京時間今日16:06，101,609,378枚INCH (約合28,014,924美元) 從未知錢包轉移到未知錢包。[2023/6/19 21:47:23]

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

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?。

Cardano引入支持小額支付的開發人員工具Hydra for Payments:11月10日消息，IOHK宣布在Cardano生態系統中實施支付解決方案的開源開發人員工具Hydra for Payments，Hydra for Payments將簡化Hydra Head協議在各種支付用例中的使用，并將釋放Cardano生態系統中小額支付的力量。Hydra for Payments工具將逐步推出，以幫助開發人員管理憑證、管理整個Hydra Head生命周期以及通過通用便捷界面與Heads交互。

此前3月份，Cardano開發團隊在Cardano公共測試網上發布首個Hydra Heads。Hydra節點首個版本已發布，Hydra是一種解決方案，可為Cardano網絡提供改進的數據存儲周期和每個節點空間的可擴展性和效率。[2022/11/10 12:44:28]

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

??驗證流程參考下方代碼塊：

XRPL Labs在荷蘭推出XRP的On/Off-Ramp服務:10月12日消息，XRPL Labs將在荷蘭與德國、比利時和英國推出XRP的On/Off-Ramp服務，目前，已在荷蘭開始試點。

據悉，荷蘭的XUMM Pro錢包用戶可以輕松地將他們的歐元兌換成XRP，反之亦然，無需任何第三方。[2022/10/12 10:32:20]

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

Zcash創始人：在基礎層構建端到端加密或更容易且有效確保隱私和抗審查性:8月24日消息，加密隱私貨幣Zcash創始人Zooko Wilcox發推文稱，“我認為信息論和密碼學的某些后果是共識機制和博弈論無法克服的。我正在考慮隱私和抗審查性，但我不認為可以在明文架構之上這些，即缺乏端到端加密的架構。雖然我不確定在明文之上構建隱私和抗審查性是不是完全不可能的，但我確信在基礎層構建端到端加密是一種更容易且更有效的方法，在ECC，我們正在為Zcash社區制定一個關于如何將Zcash轉移到權益證明（PoS）的提案，所以我們正在密切研究這些想法。”

據悉，Zcash開發公司ECC曾于去年8月份發文表示，考慮將Zcash從工作量證明(PoW)轉向權益證明(PoS)機制。[2022/8/24 12:45:08]

??

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：

美股三大指數盤中持續下跌，納指跌超2.3%:金色財經消息，行情顯示，美股三大股指盤中持續下跌，道瓊斯指數跌0.94%，納斯達克綜合指數跌2.38%，標普500指數跌1.5%。[2022/7/23 2:32:24]

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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