GAS:深入解讀Optimism如何實現美分級手續費

原文標題：《TheRoadtoSub-dollarTransactionsPart1、2:SlashingFeesby30%》原文來源：OptimismPBC官方Medium原文翻譯：ETH中文微信公眾號譯者注：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。

對沖基金Third Point CEO：一直在深入研究加密貨幣:美國紐約對沖基金Third Point 首席執行官Daniel Loeb表示其一直在深入研究加密貨幣。（U.Today）[2021/3/1 18:05:03]

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)

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*(Calldata+FixedOverhead)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

國務院辦公廳盧向東：區塊鏈等新技術與政府業務深入融合:10月12日，第三屆數字中國建設峰會數字政府分論壇在福州召開。國務院辦公廳電子政務辦公室主任盧向東表示，黨中央、國務院作出推進數字政府建設的重要決策部署，意義重大，影響深遠。目前推進數字政府建設已經具備良好的支撐條件。當前，5G網絡覆蓋范圍不斷拓展，云計算統籌優化基礎設施資源，物聯網、大數據、人工智能、區塊鏈等新技術與政府業務深入融合，新一代信息技術為數字政府建設提供了強有力的技術保障。（經濟參考報）[2020/10/15]

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。

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)。

共為2020 | Block.one首席執行官：區塊鏈深入數據，更好為用戶服務:金色財經現場報道，2020年6月21日，由金色財經主辦的共為2020·區塊鏈創新應用論壇在深圳拉開帷幕。Block.one首席執行官Brendan Blumer、金色財經CEO安鑫鑫就《Block.one、EOSIO和區塊鏈未來》進行現場連線。Block.one首席執行官Brendan Blumer指出：大家看到周圍的事物往往只是表面，但往下深挖是很大的數據庫。比如現在社交媒體上有很多廣告，這些廣告下面是數據，很多公司用算法和技術方法把廣告推送到我們身邊。區塊鏈技術可以深入其中，提高更好的透明度，看是否為用戶服務，讓用戶能更好的掌控。[2020/6/21]

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：

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 | 全國政協副主席：許多專家認為區塊鏈能為AI奠定數據和信任基礎，值得深入探討:據澎湃新聞報道，5月16日，在天津舉行的第三屆世界智能大會上，全國政協副主席、中國科協主席萬鋼表示，技術的發展角度來看，有許多專家認為區塊鏈技術將是人工智能安全問題有效解決方案，能夠將大數據改造成為可信、可靠、可用和高效的真數據。為人工智能奠定數據和信任的基礎，這一點值得我們深入探討。[2019/5/16]

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。

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??

聲音 | 李東榮：依托區塊鏈研究工作組等 就國內外金融科技熱點重點問題開展深入研究:據人民網報道，中國互聯網金融協會會長李東榮做客人民網視頻訪談表示，從四方面加強金融科技發展，其中提到： 第一，依托移動金融專委會、網絡與信息安全專委會、金融科技發展與研究工作組、區塊鏈研究工作組等，牽頭組織行業研究力量，就國內外金融科技熱點重點問題開展深入研究，主要包括英美及部分新興市場國家金融科技監管最新進展，網絡借貸、股權眾籌等金融科技業態國際比較，監管科技、監管沙箱發展情況，大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等技術在金融領域的應用情況等。其次是持續加強金融科技標準化建設，提升行業標準化規范化水平。三是履行社會組織對外交往職能，不斷加強金融科技國際交流合作。 第四，協會綜合運用自身掌握數據，以及司法系統、科技公司等第三方合作數據，針對互聯網資管、網絡借貸、ICO、互聯網非法外匯交易、涉嫌違法違規宣傳活動等重點領域持續開展監測。[2018/12/27]

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。

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