ROLL:開發者可以怎樣降低以太坊Layer2上的交易費用

自 2020 年以來，Ethereum 的擴張路線圖一直圍繞「Rollup」展開: 使用證明（無論是零知識證明還是 optimistic 欺詐證明）來繼承 Ethereum 安全性的獨立執行環境。

經過多年的發展，Rollup 終于完成了部署，并正在獲得采用。Arbitrum 的王牌 optimistic Rollup 已經上線近一年，期間有價值超過 27 億美元的資產存入跨鏈橋，而 Optimism 則緊隨其后。Loopring 和 dydX 等針對于特定應用程序的零知識 Rollup 也得到了廣泛使用，許多競爭性的通用零知識 Rollup 將在未來幾個月內推出。

盡管 Rollup 如今正在快速迅速，但一些人還是擔心其費用居高難下。

事實上，Arbitrum 和 Optimism 的交易費用仍然顯著高于 Solana 和 Polygon 等「低費用」鏈。

那么，是什么阻礙了這些 Rollup 的發展？

為了理解交易費用，我們首先需要分清區塊鏈交易所產生的各種成本：

?執行

這是一個網絡中所有節點執行交易并驗證結果是否有效所需的成本（例如：你實際擁有你所轉移 Token 的所有權）。

?存儲/狀態

這是用新值更新區塊鏈「數據庫」的成本（例如：在 Token 轉移后，發送方的余額減少，接收方的余額增加）。

以太坊開發者：擴容解決方案EIP-4844的Devnet 3推遲到下周發布:12月1日消息，以太坊開發者、Arbitrum研發團隊的terence.eth在社交媒體上稱，擴容解決方案EIP-4844的Devnet 3推遲到下周發布，此前原定于11月30日發布。

terence.eth解釋稱，CL（共識層）團隊需要更多時間來處理規范測試和同步協議。EL（執行層）團隊需要通過時間戳機制在分叉之上對4844個更改進行rebase。正在就配置和預設使用主網值達成共識，以便與KZG庫的字段元素大小和每個blob大小兼容。[2022/12/1 21:15:35]

?數據可用性

為了讓區塊鏈保持去信任化并可被所有人驗證，區塊鏈必須確保所有關于交易的相關數據與所有網絡參與者公開共享。從本質上講，這就是要保證世界上每個人都能看到你的交易。如果沒有這種保證，各種攻擊就都有可能發生（被稱為扣塊攻擊）。

正如我們所見，數據可用性是當今區塊鏈的關鍵瓶頸之一。

Rollup 的主要進步在于，它將區塊鏈的執行和存儲轉移到了「鏈外」，即一組有限的節點上進行。與其讓網絡中的每個 Ethereum 節點執行所有交易或存儲每條更新，我們可以直接把這個任務委托給 Rollup 運營商。

不過，這是否意味著我們需要信任這群操作員？難道這不是中心化嗎？

Rollup 會使用各種證明類型來繼承 Ethereum 的安全性。Optimistic Rollup 允許單一誠實的實體提交一個「欺詐證明」，并為一個行為不端的序列器贏得獎勵，而 ZK Rollup 使用零知識證明來證明 Layer-2 鏈已經正確更新。

以太坊開發者提出EIP-3382提案以固定區塊gas限制，而不受受礦工制約:以太坊開發者Philippe Castonguay提出EIP-3382提案，提議將區塊Gas限制硬編碼為每區塊12,500,000 gas。更新塊驗證規則，如果Gas限制header字段不等于12,500,000，則區塊無效。Philippe Castonguay表示，對區塊氣Gas限制進行硬編碼，因為它是一個關鍵參數，需要網絡達成共識，并且不受礦工的制約。Philippe Castonguay認為，以太坊的PoW和PoS設計都假設區塊生產商（礦工）在財務上是理性的，但并沒有假設礦工是仁慈的。但是，有一個例外，那就是礦工選擇區塊的Gas限制時，假定礦工關心鏈的長期健康和去中心化。實際上，區塊gas限制是以太坊中唯一不是由節點一致性決定，而是由礦工選擇的參數。這一決定最初是為了在必要時允許緊急改變區塊Gas限制。大幅增加或減少這一參數都可能會產生嚴重的后果，這可能是不希望的。因此，這是一個關鍵參數，需要節點一致性，以避免少數參與者對網絡其余部分施加任何突然的有害變化。[2021/3/16 18:49:37]

將執行從主鏈轉移可以大大降低執行和狀態存儲的成本，不過 Rollup 仍需要將他們的數據發布到 Layer-1 鏈上以確保數據的可用性。從本質上講，Rollup 支付低廉的 Layer-2 執行和存儲成本，但仍需要支付 Layer-1 的費用來發布他們的數據。

這可以在 ArbiScan 區塊瀏覽器中任何交易的「Advanced TxInfo」標簽上看到。交易費用由發布到 L1 的調用數據成本、L2 上使用的計算和 L2 存儲構成，而在幾乎所有的交易中，L1 的調用數據都是費用的主要來源。也就是說，Rollup 上最需要解決的問題便是將數據發布到 Layer-1 的費用問題。

前門羅幣首席開發者：從反審查角度看央行數字貨幣可能不會有太大作為:前門羅幣首席開發者Riccardo Spagni最近在接受采訪時談到了加密貨幣的問題，中央銀行數字貨幣的興起，以及它們對隱私和監視的意義，同時也談到了Libra對人們金融隱私的影響等。Spagni將這些隱私問題稱為戰場，他說：“我們在澳大利亞已經打過仗了，但在很大程度上輸了。澳大利亞的監管機構已經提出了后門和腐敗的理由。我認為，打擊所謂的負責任和腐敗是一場值得打的仗。而且我認為這些監管機構甚至都不會關注隱私幣。” Spagni也談到了門羅幣，他指出，“隱私幣”之所以存在，是因為人們對隱私漠不關心。Riccardo Spagni接著談到了Libra、央行數字貨幣（CBDC）和金融隱私問題，他指出，盡管這些概念在表面上看起來很花哨，但從反審查的角度來看，它們實際上沒有多大作用。Spagni解釋稱：“我認為CBDC的討論某種程度上為比特幣，當然還有其他貨幣，比如門羅幣鋪平了道路。但如果CBDC或Libra這樣的數字貨幣有任何有意義的隱私，我會感到非常驚訝。”（AMBCrypto）[2020/3/8]

雖然數據可用性對于 Rollup 來說仍是一大瓶頸，但隨著時間推移這種情況也會得到緩解。

Ethereum 的升級，如 Proto-Danksharding 和最終的完全 Danksharding 將大大降低向 Ethereum 發布數據的成本。此外，Celestia 這樣的項目旨在提供獨立的鏈，而這些鏈是專門為提供廉價的數據可用性而建立的。

從長遠來看，Danksharding 和 Celestia 這樣的系統將降低數據可用性成本并增加其豐富性，同時將問題拋回到執行層面。然而，這些解決方案還需要時間才能完全成熟：Celestia 還有幾個月的時間才會發布其主網，而在 Ethereum 能夠增加像 Proto-Danksharding 這樣的數據可用性升級之前，可能還需要一年多的時間。

聲音 | 比特幣核心開發者：比特幣區塊鏈上已確認超過5億筆交易:金色財經報道，比特幣核心開發者、Casa的技術總監Jameson Lopp發推特表示，截止區塊高度616064，比特幣區塊鏈上確認的交易已超過5億筆。[2020/2/6]

數據壓縮是一個比計算機本身還要古老的領域。莫爾斯電碼發明于 1838 年，是已知最早應用數據壓縮的實例。然后，計算機的使用加速了人們對于數據壓縮的研究，于是上世紀 50 年代哈夫曼編碼這樣的算法就發明了出來。

鑒于 Rollup 的執行成本低廉，但數據可用性成本昂貴，這些團隊一直在將數據壓縮算法整合到他們的協議當中。Optimism 已經將 Zlib 壓縮算法整合到他們的 Rollup 中，而 Arbitrum 即將推出的 Nitro 升級版則使用了 brotli 壓縮算法。

數據壓縮算法肯定是有用的工具，有助于降低這些調用數據的成本。然而，壓縮區塊鏈交易是一項艱巨的任務：數據壓縮的作用是尋找相同的模式并縮短它們。然而，交易中充滿了地址、哈希值和簽名，對于這些壓縮算法來說，它們本質上是「隨機數據」，不具有相似性。

只有當開發者開始關心如何減少他們應用程序中的調用數據，該類數據的成本才能真正降低。2020-2021 年的天價 Gas 價格迫使開發者優化他們的代碼，以盡量減少執行和狀態存儲。

當我們過渡到 L2 世界時，調用數據將從最便宜的資源變成最昂貴的資源，因此開發者必須再次學習這些新的優化方案。

聲音 | 軟件開發者：擔心Parity通過DAO開放維護工作后會威脅以太坊網絡安全:此前Parity節點同步以太坊主網出現問題，許多推特用戶指出，只有大約20%的以太坊節點在Parity上運行。然而，根據軟件開發者Liam Aharon的說法，如果任何此類攻擊的目標是Geth節點，就有可能摧毀整個以太坊網絡。他表示：“我很擔心，因為本月Parity宣布他們將逐步減少對Parity Ethereum的支持，并將通過DAO來開放其客戶端維護工作。如果這種情況成為現實，類似這次的攻擊將摧毀整個網絡，而不僅僅是帶來不便。”注：PeckShield安全人員此前研究發現，由于以太坊Parity客戶端存在某種缺陷，當它收到一個問題區塊時，下個有同樣哈希的合法區塊將不被處理。具體而言：攻擊者可向Parity客戶端發送合法header+非法body，使得之后的合法區塊header+body被Partiy客戶端過濾，但可以被geth等客戶端接收，進而可能會導致以太坊主網意外“分叉”。Parity客戶端目前占以太坊主網的22.08%，主要應用于礦池、交易所等相關節點。（Finance Magnates）[2020/1/1]

現在讓我們在 Arbitrum 上做一個實驗：我們可以將一個簡單的 Token 傳輸所需的調用數據壓縮到什么程度？這些優化能在多大程度上降低交易費用？

為了進行我們的實驗，我們將建立一個簡單的智能合約，將一個 Token 從交易發送方轉移到任何給定的地址。

這個智能合約確實需要用戶在發送我們的實際測試交易之前，先發送一個 approve() 交易。由于這個限制，用戶可能不會想用這個系統進行 Token 轉移。然而，本實驗中用到的節約成本方法也可以應用于其他合約（例如，優化的 Uniswap 路由器）。

在實驗開始時，我們將發送一個「控制」交易以獲得基準成本，它會調用一個簡單的 Solidity 函數，用于傳遞 Token 地址、接收者地址和要轉移的 Token 數量。

我們的測試交易使用了 576,051 個 ArbiGas，總費用為 0.43 美元。

用于對照組的調用數據有很多我們可以剝離出來的不必要數據。首先，我們需要刪除所有的零，這些零只是用于數據填充。雖然它們非零字節更便宜，但仍會產生成本，所以我們需要將其刪除。

開頭還有一個 4 字節的函數簽名，它是我們試圖調用哪個 Solidity 函數的標識符。我們可以刪除這個數據，讓我們的代碼推斷出我們所要采取的行動。

經過這兩步優化之后我們已經將字節碼從 100 減少到 43 了。這樣一來，我們的測試交易使用了 494,485 ArbiGas（減少了 14%），花費 0.37 美元。

現在我們的大部分數據是由調用數據中的兩個地址組成的：一個是我們要轉移的 Token 地址，另一個是轉移的接收地址。

然而，我們可以假設大多數用戶都在轉移同樣的幾種 Token（WETH，Dai，USDC）。所以，從調用數據中刪除整個 Token 地址的其中一個方法是為該 Token 部署一個特殊的「助手」合約。如果我們可以把交易發送給這個助手，就完全避免了發送 Token 地址的必要。

這樣我們就把數據字節碼減少到了 23 字節，測試交易使用了 457,546 ArbiGas（比對照組減少了 21%），成本為 0.34 美元。

上一階段我們用「助手合約」從調用數據中刪除了一個地址，但是我們的調用數據中仍包含有另一個地址。

我們是否可以可以找到另一種更可靠的「壓縮」地址方法呢？

值得慶幸的是，Arbitrum 有一個名叫「地址表注冊」的內置合約，我們可以用它來縮短我們的調用數據。

這個合約本質上是一個「電話簿」，可以將 20 字節的 Ethereum 地址轉換為簡單的整數。想象一下，你的朋友有一本傳統的電話簿：與其把你的整個電話號碼讀給他們聽，不如直接說「我是電話簿第 200 頁上的第 4 個電話號碼」，然后讓他們查到你的號碼。

因此，我們可以制定一個合約并用「地址索引」來代替完整的地址，并在內部查詢到它。

這樣我們既省去了 Token 地址又省去了接收地址，從而將將調用數據減少到 9 字節。如此一來，我們的測試交易使用了 428,347 ArbiGas（比對照組減少了 26%），成本為 0.32 美元。

最后，讓我們把所有的方法整合到一起：

?移除數據填充與函數選擇器

?使用輔助合約來刪除常見的地址

?使用 Arbitrum 地址表來縮短其他地址

全部加在一起，我們的調用數據大小現在只有 6 個字節了。最后的測試交易使用了 426,529 ArbiGas（也比對照組減少了 26%，比之前的測試組略低），花費 0.32 美元。

我們剛剛談到的所有壓縮方法都屬于「無損壓縮」，即壓縮后的輸出包含與原始輸入相同的所有數據。

但就像照片和視頻文件通常會使用「有損壓縮」算法來刪除不必要的信息一樣，我們也可以在大多數情況下刪除不必要的數據。

我們可以通過縮短數字來去除不必要的精度。例如，ERC-20 Token 往往有著 18 位小數的精度，但大多數用戶通常只關心小數點后 4 位。為此，我們可以建立一個合約，默認接受小數點后 8 位的數字并乘以 10 的 10 次方，并為需要更多精度的用戶提供相應的輔助功能。

同樣，日期通常表示為「1970 年 1 月 1 日以來的秒數」（也被稱為 Unix 時間）。合約可以通過設定的不同的時間單位，如分鐘、小時或天來減少這個整數的大小，并可以設置自己的「紀元」，例如，2015 年 1 月 1 日。

總之，調用數據已經從 Ethereum L1 上最便宜的資源，變成了 Ethereum Rollup 上最昂貴的資源。Proto-Danksharding 和 Celestia 這樣的數據可用性技術最終會解決這一問題，但二者都還沒有上線，而且數據可用性變得廉價且普遍可能還需要幾年時間。

因此，區塊鏈開發者需要非常注意他們交易所需的調用數據數量，因為這對終端用戶的交易費用會產生重大影響。

這篇文章概述了一些可用于減少調用數據的技術方法，我相信隨著越來越多的「優化大軍」將注意力轉向 Layer 2，此類方法將變得愈發豐富。

原文標題：《Crunching the Calldata》

原文作者：David Mihal

原文編譯：Kxp，BlockBeats

來源：區塊律動

區塊律動BlockBeats

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