GAS:一文对比Layer2四大解决方案的交易成本_IMI

作者：Xiang｜W3.Hitchhiker

修订：Marina、Evelyn｜W3.Hitchhiker

随着以太坊的兴起，我们看到了去中心化金融?(DeFi)的高速发展，以及现在非同质化代币(NFT)的爆炸式增长。然而，以太坊每秒只能处理不到20笔交易，由于以太坊网络拥堵导致gasfee大幅上涨。在更广泛地有效采用这些网络之前，无疑需要更高的吞吐量和更便宜的费用。但ETH?2.0的扩容还需时间，在中短期内Layer2的解决方案能够解决主要网络面临的低效率问题，同时仍能保持以太坊区块链的完整性。

Layer2值得关注的原因如下：

Layer2网络将会更快、更便宜，能够让更多用户得以进入以太坊生态；

提前参与Layer2网络的激励，能够获得奖励；

在Layer2发展的预期下，用户可将资产迁移至二层网络上，将会有很大概率获得空投；

因此，Layer2也是今年最重要的看点之一。对于用户来说，除了体验舒适之外，最关心的还是交易成本。本文从对比Layer2各种解决方案的交易成本出发，方便各位读者能够更加清晰的了解到每个解决方案的优劣势。

一、Layer2的扩容技术

据L2BEAT的数据显示，当前layer2共计19个项目，总TVL从2021年初的$48.2M增长到$5.63B，总TVL涨幅达11580%。Layer2的快速增长与资本涌入、背后的技术方案调整有着密切的关系。

目前主要有四种技术方案：OptimisticRollup、ZKRollup、Plasma、Validium。

二、各解决方案的Gas费用

四大方案各自费用

??计算方法

VitaDAO完成410万美元融资，辉瑞风投部门Pfizer Ventures等参投:1月30日消息，去中心化自治组织VitaDAO完成410万美元融资，辉瑞的风投部门Pfizer Ventures、Shine Capital、L1 Digital、Balaji Srinivasan等参投。

这是辉瑞在web3领域的第一笔投资，该公司通过特殊目的工具持有Vita治理代币，甚至参与了治理提案。该轮融资的消息是在辉瑞先前宣布向VitaDAO提供500,000美元的承诺之后发布的。

VitaDAO资助的项目主要关注长寿和衰老过程，支持了生产mRNA药物的斯坦福大学分拆公司 Turn Biotechnologies，以及哥本哈根大学一项关于了解药物对衰老过程影响的研究。

VitaDAO旨在利用这笔资金进一步资助长寿研究项目和将于明年从DAO中剥离出来的生物技术初创公司。（TheBlock）[2023/1/30 11:36:40]

如上图，普通转账eth需要字节数112左右，ZK压缩为12个字节，op系压缩为78.4，假设swap转账需要字节数约180左右，ZK压缩为14个字节，op系压缩为126个字节。

在现有的以太坊链上，gas上限为3000万，交易中每个非0字节的calldata数据需要16个gas，0字节需要4个gas。如果ZK占领了以太坊所有的区块空间，忽略0字节的数量。

那么该批次可以有=1,843,750字节的数据。如上所示，每次用户操作的ETH转账汇总只需要12个字节，这意味着该批次最多可以包含153,645笔交易。在13秒的平均出块时间下，这转化为~11,818TPS。

由上可知ZKRollup转账eth的可扩展性提高了100+倍，而zk最大优势不在于转账eth，相比转账erc20的合约代币，与uniswap交易来算，主网消耗的gaslimit的更多，ZKRollup压缩的性价比也越高，ZKRollup相比主网的uniswap交易拓展可提高400+倍。

Vitalik：与PoW的共识机制相比，PoS消耗的电力减少99.95%:金色财经联合Coinlive现场报道Singapore FinTech Festival 2022，以太坊创始人Vitalik Buterin发表题为《大合并：与 Vitalik Buterin 一起重构以太坊》的演讲，谈到了以太坊的合并的好处、困难和问题。Vitalik表示，与PoW的共识机制相比，PoS 消耗的电力减少了 99.95%。强大的共识设计和并行确认，让攻击链的难度增加、更容易进行升级、降低了代币发行要求，这些都为以太坊带来更好的稳定性。未来以太坊要提升可扩展性、用户体验、安全问题和隐私，Vitalik已经想到了几个解决方案，例如danksharding，通过添加大量数据空间来改进以太坊基础层。[2022/11/3 12:13:04]

同理，也可计算Optimistic系的扩展性与极限tps。

注意：EIP-4488、EIP-4844将对rollup的成本大幅降低。

1、ZKRollup的交易费用

在zkSync中，每笔交易的成本有两个组成部分：

链下部分：状态存储和SNARK生成的成本。

链上部分：对于每个zkSync区块，验证者必须支付以太坊gas来验证SNARK，另外每笔交易额外支付约0.4kgas来发布状态?。

交易费用地板价

ZKrollup的交易地板价依赖于eth主网gas的费用。

链上gasfee=每wei的价格*交易大小*gas的费用*代币的风险系数

ZKRollup是不是用得多费用越低OP,AR是有类似这样的机制？用户的状态数更新，用户用的越多，ZK支付给layer1层的Gas费用是会相对变少，但是并未平摊至用户。

动态 | Vitalik提出加速合并以太坊1.0及2.0的替代方案，1.0系统将成为执行环境:以太坊联合创始人Vitalik Buterin发布了一项在向以太坊2.0过渡中的合并以太坊1.0和2.0的替代方案。Vitalik表示，该方案旨在将整个PoW区块链加速移向以太坊2.0的信标链，但该方案需要无状态客户端 (stateless clients) ，无需无状态矿工和Webassembly语言，所以将减少需要完成过渡的配置。该方案的条件包括需要一个能够实现支持验证、见证区块以及生成见证区块功能的无状态客户端软件。该方案的运营方式为，以太坊1.0系统将成为以太坊2.0的执行环境之一，但在最初可以成为以太坊2.0的分片之一。在该方案中，参与以太坊1.0系统的验证人可以注册为以太坊1.0的友好验证人，将维护除了其信标节点外一个完整的以太坊1.0完整节点。[2019/12/26]

链下部分：?SNARK生成的成本。这部分依赖于硬件资源的使用，因此是不变的。我们的估计每次转账基准约为0.001美元。

实际大小=(zkp_cost_chunk*op_chunks)*token_usd_risk;普通交易的链下gas成本=0.001*2*1=0.002u交易接收者为新地址的链下gas成本=0.001*6*1=0.006uswap的链下gas成本=0.001*5*1=0.005u

??验证流程参考下方代码块：

链上部分：对于每个?zkSync?区块，验证者必须支付以太坊gas来验证SNARK，另外每笔交易额外支付约0.4kgas来发布状态。链上部分是一个变量，取决于以太坊网络中当前的gas价格。但是，这部分比普通ETH/ERC20转账的成本要便宜几个数量级。

动态 | RippleNet与秘鲁Interbank银行和英国Vitesse银行合作:RippleNet新增加了两个合作伙伴，分别为秘鲁Interbank银行和英国Vitesse银行。这两家机构可能会开始使用Ripple的xCurrent系统来进行国际支付。（U.Today）[2019/9/20]

实际大小=每wei的价格*交易大小*gas的费用*当前gas价格*代币????的风险系数???=wei_price_usd*gas_tx_amount*scale_gas_price*token_usd_risk

假设ETH价格为2500u，当前gas价格为30Gwei

普通交易的链上gas成本=2500/10^18*(0+300+2002)(30*10^9)1.31=0.068u交易接收者为新地址的链上gas成本=2500/10^18*(0+940+2006)(30*10^9)1.31=0.20865u

假设eth价格为2500u,当前gas价格为30Gwei

普通交易的链上gas成本=2500/10^18*(0+300+200*2)*(30*10^9)*1.3*1=0.068u交易接收者为新地址的链上gas成本=2500/10^18*(0+940+200*6)*(30*10^9)*1.3*1=0.20865u

??

swap的gas_tx_amount=链上验证成本+提交成本+Chunk*SwapChunk参数swap的链上成本=2500/(10^18)*(0+710+200*5)*(30*10^9)*1.3*1=0.1667u

??验证流程如下：

非营利组织“机器情报研究所”接受加密货币捐赠 收到Vitalik Buterin763,970美元的捐赠:非营利组织“机器情报研究所”(Machine Intelligence Research Institute)最近发布了一份筹款统计数据，显示了对加密货币社区的大力支持。该机构是一家非盈利组织，负责调查与人类高级人工智能(AI)相关的安全问题。他们在2017年的年度募款活动筹集了250多万美元，是125万美元目标的两倍多。非营利组织透露，在这次筹款活动中捐赠的资金有66%(大约166万美元)是用加密货币(主要是比特币和以太坊)进行的。事实上，最大的捐赠是在筹款活动结束的时候，从Vitalik Buterin那里获得了价值763,970美元的捐赠。Vitalik的捐赠是迄今为止研究机构在所有筹款活动中所收到的第三大捐款。[2018/2/22]

总成本=链上+链下

普通交易总成本=0.002+0.068=0.07u

交易接收者为新地址的总成本=0.005+0.20865=0.21365u

swap总成本=0.005+0.1667=0.1672u

影响地板价的因素

Rollup的交易地板价依赖于ETH主网calldata的费用。

ETH的gas的相关处于草案阶段的EIP主要为EIP4488，该方案将calldata非0字节数据由16gas降低至3gas，对layer2TPS的影响较大，利好layer2的Rollup，可以大大降低Rollup主网的交易成本，非0字节的数据可以降低为当前的1/5的成本不到，0字节的也可以微微降低。

费用支付方式

zkSync中的转账天然支持“无气体交易”：用户在被转账的代币中支付交易费用。因此，例如，如果您想交易DAI?稳定币，您无需拥有ETH或任何其他代币。只需支付一小部分DAI的费用。

2、zkPorter的交易费用

目前github无zkPorter相关代码，由于zkPorter不需要链上数据可用性，预计成本将大大降低。

主要为链下成本，交易可以控制在1到3美分的恒定费用。引用自官方文档。

在zkSync2.0中，L2状态将分为2个方面：具有链上数据可用性的ZKRollup和具有链下数据可用性的zkPorter。

这两部分将是可组合和可互操作的：ZKRollup端的合约和账户将能够与zkPorter端的账户无缝交互。

从用户的角度来看，唯一明显的区别是zkPorter账户的费用减少了100倍。

想象一下应用场景：Uniswap?在ZKRollup端部署他们的智能合约，zkPorter账户可以以低于0.03美元的费用进行swap。zkPorter账户可以在Uniswap合约上进行数千次交换，但只需将一次更新发布到以太坊。

zkPorter账户的数据可用性将由zkSync代币持有者保护。他们将通过签署区块来跟踪zkPorter端的状态，以确认zkPorter帐户的数据可用性。

监护人使用zkSync代币参与权益证明(PoS)，因此任何数据可用性故障都将导致他们被削减。这为数据可用性提供了加密经济保证。需要注意的是，zkSync中的PoS比侧链等其他系统中的PoS?安全得多。这是因为zkSync监护人本质上是无法窃取资金。他们只能冻结zkPorter状态。每个用户都可以自由选择自己的安全阈值。任何想要所有链上可用数据的用户都可以完全留在Rollup,使用ZKRollup账号。

zksync2.0主网上线时间

根据官方文档2022年1月31日的文章内容可得知，6个月内，zkPorter将与zksync2.0一起上线主网。

3、Arbitrum?Gas机制

Arbgas费用将根据用户与Arbitrum的交互方式而有所不同，但下表可用作一般参考：

??部分代码：

4、optimismGas机制

optimism交易中的两个成本来源：L2执行费和L1数据/安全费。

L2执行费

就像在以太坊上一样，Optimism?上的交易必须为他们使用的计算量和存储量支付gas。每笔L2交易都会支付一定的执行费用，等于交易使用的gas数量乘以交易附带的gas价格。这也是以太坊的收费方式。

这是公式：

l2_execution_fee=transaction_gas_price*l2_gas_used

使用的L2气体量取决于您尝试发送的特定交易，交易在Optimism上使用的gas量通常与在Ethereum上的大致相同。

L1数据费

Optimism与以太坊不同，因为Optimism上的所有交易也都发布到以太坊。此步骤对于Optimism的安全属性至关重要，因为这意味着同步Optimism节点所需的所有数据始终在以太坊上公开可用。这就是使Optimism成为L2的原因。

Optimism上的用户必须支付向以太坊提交交易的费用。称之为L1数据费用，这是Optimism与以太坊之间的主要差异。由于以太坊上的gas成本非常昂贵，因此L1数据费用通常会在Optimism上占据交易的总成本。该费用基于四个因素：

以太坊当前的gas价格。

将交易发布到以太坊的gas成本。这交易长度的大小成比例。

以gas计价的固定费用。当前设置为2100。

一种动态的间接费用，按固定数字支付的L1费用。当前设置为1.24。

公式：

L1_data_fee=L1_gas_price*(tx_data_gas+fixed_overhead)*dynamic_overhead

三、总结

随着越来越多的应用程序接入区块链，用户的采用和交易量将呈指数级增长。从DeFi、NFT到?DAO，它们最终将消耗以太坊上更多的吞吐量和产生更多交易成本，使其使用体验感降低，从而阻碍了区块链向更多人口的扩展的机会。

L2s是目前以太坊扩展的最佳解决方案，在提供高吞吐量和更便宜的费用的同时，可以很好的利用L1s的安全性。但由于Layer2的扩容解决方案也在不断的更新和调整，每种方案都有其各自的优劣势。总体来说，zkrollup的交易费用更低、极限/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证，zkporter次之；其他解决方案的交易费用也有所降低，但是同zkrollup相比略逊色。

未来，我们将看到许多项目在L2上迁移或创建，从而改善用户体验。作为2022年最热门的趋势之一，L2s将继续建立庞大而忠诚的用户群，这将成为以太坊最重要的发展之一。

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