GAS:深度解析Optimism如何實現美分級手續費

譯者注：1月份，Optimism發推更新其Rollup的固定開銷(Fixedoverhead)從2750gas減少至2100gas，動態開銷(FeeScalar)從1.5倍降低到1.24倍；3月份又發布更新，稱將對交易的calldata進行一次系統級別的壓縮。而這一系列調整與更新將會給Optimism的開銷帶來極大的變化，進而影響用戶的交易費(交易費平均減少30%-40%)。這些收費部分在Optimism的運作中分別扮演什么角色？本文先整體介紹了Optimism開銷的組成部分，然后再分析對這些組成部分的調整如何影響用戶的交易手續費。??

Optimism交易費介紹

想要理解我們是如何減少開銷的，首先需要了解Optimism交易費的組成部分：1)?Rollup開銷：將交易「rollup」(打包)進交易batch中然后提交至以太坊主網(L1)的開銷；2)?L2執行開銷：在Optimism(L2)上運行交易的開銷。想要深入研究，請閱讀"Optimism是如何運作的"文檔。

1)Rollup開銷

在Optimism中用戶不再需要支付整個交易執行的L1gas費用，而只需支付將你的交易數據通過交易batch提交至L1所產生的那部分費用。這筆費用包括你的交易的實際Calldata(輸入數據)和固定開銷(FixedOverhead)產生的費用，即在更大的交易batch中添加一個交易所需的額外處理費用。

Optimism還增加了一個動態開銷(FeeScalar,費用比例系數)作為附加費用。這給了我們一些額外資金用來作為緩沖，以防L1價格迅速上升，而多余的資金用于推動公共物品發展。(OptimismPBC發布的《追溯性公共物品募資》文章中有承諾這一點，還可以閱讀我們首輪募資的回顧文章)

SEC提出凍結交易所資產后，Binance.US市場深度開始下降:金色財經報道，區塊鏈分析平臺Kaiko數據顯示，在SEC提出緊急動議凍結交易所資產后，Binance.US市場深度開始下降。[2023/6/8 21:22:22]

Calldata的開銷和L1gas價格是由以太坊L1決定的，但是固定開銷(FixedOverhead)?和費用比例系數(FeeScalar)?是可以由Optimism調整的「花哨數字」。

「L1gas費」代表這些rollup開銷：

Layer1GasFee=FeeScalar*L1GasPrice*(CalldataFixedOverhead)

目前Optimism一筆交易費中rollup開銷占大概99.6%，所以我們可以通過優化這一部分大大地降低交易費用。

2)L2執行開銷

Optimism上的交易使用的gas量與以太坊上的同等交易使用的gas量相同；但是，Optimism上gas的標準開銷只有0.001gwei，比L1便宜很多倍。這個gas價格在使用率高期間會略有增加，但平均只占總交易費的0.4%。

「L2gas費」代表著執行開銷：

Layer2GasFee=L2GasPrice*L2GasUsed

交易費用的節省

將rollup開銷和L2執行開銷相加，我們就得到了總的交易費用。對于簡單的交易(如ETH轉賬)，Optimism上的費用比以太坊便宜約5倍，但對于更復雜的交互(如進行一筆永續swap交易或者期權交易)，Optimism能比直接使用以太坊L1便宜200倍以上。

廣州市將促進密碼與區塊鏈等數字經濟新技術深度融合:10月26日，《廣州市黃埔區、廣州開發區、廣州高新區促進商用密碼科技創新和產業發展辦法》正式推出。在推動密碼產業科技創新方面，打造“密碼+”創新生態，促進密碼與云計算、大數據、物聯網、人工智能、區塊鏈、5G等數字經濟新技術、新業態深度融合，支持加密通信技術、加密存儲技術、芯片等密碼核心技術研發。（科技日報）[2020/11/3 11:29:23]

發現我們新的費用參數

在我們降低費用之前，固定開銷參數被設置在2750gas每筆交易，費用比例系數被設置在1.5倍。后來對它們都做了一些調整：

1.?更低的開銷結構：由于Optimism在去年11月11日進行了EVM等同性(EVMEquivalence)升級，提交Optimism交易batch至L1需要的gas變少了。實際開銷減少了將近25%，從2750每筆交易降至2100gas每筆交易。

2.?從經驗中學得什么：雖然現在Optimism仍處于十分早期的階段，但自我們上線主網這幾個月以來，我們知道我們有能力將額外費用從35%的利潤率減少至10%的利潤率(利潤率=/L2收集的費用)。

?EVM等同性升級后開銷gas降低

預測和優化

下一步就是將更低的開銷轉化成Optimism用戶更便宜的手續費。為了恰當地調整固定開銷和費用比例系數這兩個參數，我們必須理解什么影響了我們的費用：

相里朋：區塊鏈技術一定是與傳統產業深度融合才能發揮其技術價值:近日，工業和信息化部電子第五研究所區塊鏈創新團隊負責人、高級工程師相里朋“云連線”有關人員，為武漢支招獻策。對此，金色財經采訪到工業和信息化部電子第五研究所區塊鏈創新團隊負責人、高級工程師相里朋，進一步了解到此次“云連線”的細節。相里朋表示，我單位與中國通信服務股份有限公司區塊鏈研究院（湖北郵電規劃設計有限公司）已有多次合作，此次“云連線”主要是為共同打造區塊鏈產業創新基地，做好請示匯報。擬重點圍繞“區塊鏈融合創新中心”，建設區塊鏈測試驗證平臺、區塊鏈展示和培訓教育平臺、區塊鏈應用創新研究平臺以及區塊鏈技術綜合研究平臺。面向華中地區開展區塊鏈技術融合應用創新，AI區塊鏈、工業區塊鏈等綜合研究，加速關鍵技術突破。協助江漢區打造區塊鏈產業創新發展示范區，不僅是身體力行的支持武漢復工復產，更是看中了江漢區在金融、商貿、醫療等傳統領域的優勢。區塊鏈技術不是特立獨行的，一定是與傳統產業深度融合，才能最大的發揮其技術價值。[2020/6/10]

1.?Calldata：Calldatagas的多少由交易類型決定(比如，ETH轉賬：0calldatagas、Chainlink預言機更新：890gas、UniswapV3交易：3200gas)。平均一筆交易使用1100calldatagas，但這個gas可能會變高，也可能會隨著Optimism上不同的app被普遍采用之后變低。

2.?開銷：隨著總batch的尺寸變大，在一個batch中添加一筆交易的開銷會減少。這是L2擴容與L1擴容不同的一個地方：交易越多，交易費就越便宜。開銷已經從2750gas減少到2100gas，并會隨著Optimism的使用率增加繼續減少。

聲音 | 貴陽市委書記：要加快區塊鏈和人工智能、大數據、物聯網等前沿信息技術的深度融合和應用:11月28日，“貴陽政法大數據工程”頂層設計發布儀式和“政法大數據重點實驗室”“中國政法大學政法大數據研究中心”揭牌儀式在筑舉行。省委常委、貴陽市委書記、貴安新區黨工委書記趙德明出席并講話。趙德明指出，要加快區塊鏈和人工智能、大數據、物聯網等前沿信息技術的深度融合和應用，創造更多的大數據政用、商用、民用應用場景，構建科學化、精細化、智能化的城市治理新模式。要建立完善適應大數據健康有序發展的法律治理體系，加快制定數據資源確權、開放、流通、交易等相關法規制度，以良法善治促進數字文明發展。[2019/11/29]

3.?L1Gas價格：交易在Optimism上發生了之后過幾分鐘就會被提交至L1，而L1gas價格在這段時間內變化相當大。如果L1gas價格升高，提交者需要支付比預期多的gas費；如果L1gas價格下降，那么就會支付比預期少的gas費。在gas價格波動期間，可以有10%的差距。??

?根據batch大小而變化的開銷gas費用

現在我們知道這些因素是什么樣的了，但一旦我們降低費用，預計使用情況就會發生變化(比如，更多的交易，使用更多的calldata)。因此，我們做了一些假設，提出了一系列的方案，然后在這些范圍內模擬了5000個隨機日(參考蒙地卡羅方法,MonteCarlomethod)。之后我們得到一個簡單的優化問題：通過調整固定開銷和費用比例系數，盡可能地接近10%利潤的目標。

北京銀行業績發布會透露：將深度學習區塊鏈技術:北京銀行召開業績發布會，北京銀行副行長魏德勇表示，“北京銀行未來幾年的零售戰略關注以下三個方向：一是，進一步優化操作流程，實現全面數字化轉型，北京銀行已經和騰訊阿里等展開合作。二是，數據深度學習，包括運用智能投顧和區塊鏈等。三是，拓展主要的零售客群。”[2018/4/27]

結論是：將固定開銷調為2100gas，費用比例系數調為1.24倍。

想了解最新的數據嗎？請看我們的交易開銷dashboard??

Optimisticrollup正迅速地走向成熟。我們度過了「0到1」的階段之后，接下來要開始進行「優化」了——最實在的優化是開銷方面的優化。在下個月之內，我們將在任意的產品級ORU網絡上部署首個系統級別的calldata壓縮，實現費用降低30-40%。

未來，我們還有其他一些計劃來節省更多的gas費，今年夏天會推出下一個主要版本：Bedrock。這篇文章深入探討了calldata壓縮的細節：特別是我們如何評價各類壓縮算法，以及如何利用它們實現我們的亞美元級別的收費。

Calldata概覽

Optimism使用以太坊作為其數據可用性層。這意味著每一筆在Optimism執行的交易都會存儲在以太坊上(但不在上面執行)。目前我們將Optimism的交易存儲在calldata中。多筆L2交易被成批地打包進一個二進制blob中，并且該blob(加上其他信息)存儲在交易的數據字段中。想要檢索回那個數據，我們需要看回交易主體本身(存儲在區塊內)。因為以太坊的區塊有保存下來，Optimism鏈的交易總是可以借助以太坊重構。

雖然在區塊中存儲數據比在合約狀態中存儲數據要便宜得多，但永久保留歷史區塊確實會給節點運行者帶來成本。因此，以太坊對calldata收費。每一個0字節的calldata消耗4gas，每一個非0字節的calldata消耗16gas(0字節類的在提交給Optimism的交易中占40%左右的字節)。

雖然將calldata發布至L1是rollup節省gas費的一個重要部分，但這個費用同時也是二層用戶進行交易的主要開銷。也就是說，我們可以減少calldata發布的數據量越多，rollup的交易費就可以越便宜。走進壓縮：縮小數據大小的藝術！下面將對實際運行的數據壓縮進行深入分析：

壓縮的概覽和結果

我們研究了Optimism提交給以太坊的2.2萬個batch(將近300萬筆單獨交易)，并以不同的配置對其進行壓縮，以確定如何最好地執行壓縮，并對可能的情況進行實驗。

我們還研究了各種壓縮算法，并計算了壓縮率(壓縮后的數據大小占未壓縮大小的百分比)和預估節省的費用(假設交易中40%的字節是0字節)。

需要了解的一個配置選項是字典(dictionary)。提前創建一個字典，以顯示現實數據中常用的算法數據分塊。壓縮算法使用字典來更好地壓縮數據，特別是在一次性壓縮少量數據時。通過隨機抽取交易樣本，我們可以為zlib和zstd創建一個字典，這可以在壓縮單筆交易和交易batch時提高壓縮率。

由于以太坊交易中的大多數字段都是隨機的(地址和函數選擇器是哈希值，簽名應該都是隨機的)，單筆以太坊交易的壓縮率并不高。因為以太坊上0字節本身就很省gas，而壓縮算法會迅速移除這些字節，所以節省的費用不會像壓縮率那么多。因此，為了節省最多的費用，我們需要在盡可能多的數據上運行一個高級的算法。

下面是對交易本身進行壓縮的結果：??

正如你所看到的，壓縮單筆交易本身只會讓我們節省10-15%。請注意，交易大小減少的幅度比這個還大，但節省的幅度較小——這是由于上面討論的更便宜的0字節。

帶有字典的zstandard算法明顯性能更好，因為每筆交易和存儲在字典中的交易之間都有共通點。但是，當一次性壓縮大量數據時，zstd的性能仍然更好。??

另一個極端就是一下子壓縮所有單筆交易。這在實際中是不可能實現的，但可以作為最大壓縮比率的例子研究。

因此，在這個例子中，我們可以通過壓縮節省10%-50%的開銷。但在實踐中，我們能實現什么呢？

當查看交易的壓縮batch時(數百筆交易)，它們的壓縮率明顯比壓縮單筆交易的壓縮率高，但是要比一次性壓縮所有交易略低一些。這是因為用戶傾向于與某些合約交互。此外，某些字段(如鏈ID和gas價格)在交易中趨于相似。壓縮算法依賴于這些相似性來完成它們的工作。

在比較不同的壓縮算法時，我們發現zlib、zstd和brotli是壓縮率最高的算法。我們排除了Brotli是因為在差不多的壓縮率下，它比zstd或zlib慢得多。一般來說，某種算法的壓縮率越高(或某個算法的設置壓縮率越高)，這個算法就運行得越慢。在通用基準測試中，在比較過一系列壓縮速度/壓縮率之后，zstd往往比其他壓縮算法性能更好。還要注意的是，以太坊交易與基準測試中的數據具有不同的特征。

Zlib和zstd十分接近，我們將在短期內推出zlib壓縮(不帶字典)，因為它在不同的編程語言中都有良好的結果、速度和可用性。長期來看，我們希望zstd能夠幫助實現盡可能高的壓縮率和盡可能低的用戶費用。

總結

綜上所述：如果按照這樣的歷史趨勢繼續下去，我們預計可以通過引入上述所說的壓縮方法，將費用減少30%-40%。

使用Zlib壓縮算法的batch很快就會在Optimism上應用。

3/17推出Kovan測試網3/24上線主網

基于Zstd算法的壓縮(帶有字典的)在Optimism未來的升級路線規劃中：Bedrock，將在今年晚些時候發布。

除了通過壓縮減少用戶的費用之外，Optimism同時正研究如何通過EIP-4844和類似的方法來改善以太坊作為數據可用性層的能力，以進一步減少開銷。??

附錄：算法總結??

ZLE是零字節運行長度編碼(zero-byterunlengthencoding)的縮寫。它是一種簡單的壓縮算法，將一串零替換成應該存在的多少個零。

原文鏈接

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