深度解析Optimism如何實現美分級手續費_GAS

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)

央行上海總部黨委副書記：深度參與數據安全、數字貨幣等領域國際規則標準制定:12月4日，在第三屆上海金融科技國際論壇暨首屆長三角金融科技大會上，中國人民銀行上海總部黨委副書記、副主任兼上海分行行長金鵬輝表示，加快推進金融機構數字化轉型，從決策運營、服務能力、用戶體驗多方面發力，打造數字核心競爭力，推動長三角數字生態協同共建，同時主動融入全球創新網絡，深度參與數據安全、數字貨幣等領域國際規則標準制定。他還表示，積極發展綠色金融服務，依托金融科技深化綠色金融產品和服務創新，聚焦當前綠色金融展業痛點，加強金融科技創新應用，比如探索應用型科技、科學核算碳排放，豐富和完善綠色信息體系。（澎湃新聞）[2021/12/4 12:50:53]

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%。

廣州市工業和信息化局總工程師：廣州將不斷增強區塊鏈與傳統經濟各領域深度融合:6月17日，廣州市工業和信息化局總工程師胡志剛在第130場廣州市疫情防控和復工復產新聞發布會上表示，廣州區塊鏈發展先行示范區將圍繞技術創新、應用落地、產業發展，加快“建鏈、上鏈、用鏈”，力爭到2022年，突破一批區塊鏈底層核心關鍵技術，培育一批具有安全穩定區塊鏈產品的行業企業，形成一批可復制推廣的區塊鏈典型應用示范場景，成為全國區塊鏈技術和產業集聚中心。廣州將在黃埔區打造廣州區塊鏈國際創新中心、黃埔鏈谷、蟻米區塊鏈眾創空間、區塊鏈未來空間四大載體，推動區塊鏈底層技術開發企業及應用服務商快速集聚。目前，已集聚區塊鏈企業約400家，涵蓋金融、政務、民生、制造業等多個領域。胡志剛表示，下一步，廣州將以黃埔區為核心，推動區塊鏈產業生態“建鏈”、產業資源“上鏈”、實施主體“用鏈”，以區塊鏈產業發展作為服務實體經濟的重要推手，從金融、物流、政務、知識產權、工業互聯網等方面，不斷增強區塊鏈技術與傳統經濟各領域的深度融合，構建經濟高質量發展新引擎。（南方都市報）[2020/6/18]

「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。

動態 | 無錫市委宣傳部：促進區塊鏈等與傳統產業的深度融合:1月3日，無錫市委宣傳部發布文章《無錫產業強市“復興號”駛向新征程》。文章指出，做優存量主要是加快工業企業的智能化改造，以智能制造為主攻方向，促進大數據、云計算、區塊鏈、人工智能與傳統產業的深度融合，加快現有設備智能化改造，推動制造業向更多依靠數據、信息、知識等新型生產要素的增長模式轉變。[2020/1/3]

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：

現場 | 挪威工程院院士容淳銘：推動區塊鏈和實體經濟深度融合，提供更加智能、便捷、優質的公共服務:金色財經現場報道，12月5日，由海南省工業和信息化廳主辦，海南生態軟件園及火幣中國承辦的“海南自貿港數字經濟和區塊鏈國際合作論壇”在海南省海口市舉行。挪威工程院院士、 IEEE計算機協會區塊鏈委員會主席容淳銘表示，我們堅信，通過分析和研究區塊鏈技術，為全球數字金融秩序構建、全球標準制定、數字金融發展與治理，探索新觀點、新方法和解決問題提供新途徑；通過增進全球對區塊鏈和數字金融的理解和認知，共同打造一個便捷高效、公平競爭、共建共享、穩定安全的數字金融世界，分享數字時代紅利；推動區塊鏈和實體經濟深度融合，提供更加智能、更加便捷、更加優質的公共服務，區塊鏈技術和數字金融將被廣泛應用并造福全人類，惠及世界上每個角落。[2019/12/5]

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 | 粵港澳大灣區研究中心副秘書長：未來將運用區塊鏈技術 推動數據庫的深度開發:據大公網消息，粵港澳大灣區博士后科技創新(南沙)公共研究中心今日正式揭牌，該研究中心副秘書長林津表示，目前中心正在建立科研設備有償共享庫，未來將運用區塊鏈技術，完善數據管理和使用，推動數據庫的深度開發，為粵港澳大灣區科技創新提供支持。[2019/1/23]

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??

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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