GAS:深度解析Optimism如何實現美分級手續費_TIMI

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)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

橫琴粵澳深度合作區布支持元宇宙產業發展十方面稅收措施:11月7日消息，近日，橫琴粵澳深度合作區財政局、稅務局、經濟發展局聯合發布關于支持元宇宙產業發展十方面稅收措施的通告。根據《通告》，與發展元宇宙有關的產業行業，如5G、人工智能、區塊鏈、XR等，可對照合作區企業所得稅15%稅率優惠政策9大類150項優惠目錄，申報享受稅收優惠。對國家需要重點扶持的高新技術元宇宙企業，可享受減按15%的稅率征收企業所得稅。對于在合作區工作的元宇宙相關行業從業人員來說，符合高端人才和緊缺人才條件的，個人所得稅負超過15%的部分予以免征。在合作區工作的澳門居民，個人所得稅負超過澳門稅負的部分予以免征。[2022/11/7 12:27:51]

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)。

中國工程院院士：區塊鏈產業發展需要深度挖掘其價值:中國工程院院士張平表示，區塊鏈技術是非常有價值、有前景的一種應用技術，在新一輪的區塊鏈發展浪潮下，區塊鏈的產業發展更需要厘清相關問題、深度挖掘其存在和發展的價值，更好地為城市的經濟產業發展做出更大貢獻。（南京晨報）[2020/6/19]

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。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。

聲音 | 經濟日報：積極推進區塊鏈等與實體經濟深度融合:2月22日，經濟日報刊文“高級化+現代化推動制造業高質量發展”。文章表示，要提升產業鏈融合水平。智能化引領產業鏈融合創新，加速傳統制造業數字化轉型，加快優化智能制造產業生態，以產業鏈智能化、高端化轉型升級拓展制造業換道超車的機遇和空間。密切關注區塊鏈技術發展趨勢，積極推進區塊鏈、互聯網、大數據、人工智能等與實體經濟深度融合，推動產業鏈供應鏈在組織、平臺、業態、模式及至市場、服務等的突破式、重構式創新。[2020/2/22]

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 | 中國智能交通產業聯盟理事長：交通需要與區塊鏈等新技術深度融合:金色財經報道，12月10日，在“智無界·共生長” 2019百度地圖生態大會上，中國智能交通產業聯盟理事長、國家智能交通系統研究中心首席科學家王笑京表示，交通是個完整的體系，既包括基礎設施建設，又包括運輸服務網發展，更需要與大數據、互聯網、人工智能、區塊鏈等新技術的深度融合。[2019/12/11]

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

聲音 | 新加坡工程院院士：推動區塊鏈等與交通行業深度融合是行業市場未來趨勢:新加坡工程院院士、佳都科技副總裁、全球智能技術研究院院長李德紘在接受采訪時表示：“政策的落地，其實已經為市場指明了方向。《交通強國建設綱要》中提到，強化前沿關鍵科技研發。瞄準新一代信息技術、人工智能、智能制造、新材料、新能源等世界科技前沿，加強對可能引發交通產業變革的前瞻性、顛覆性技術研究；大力發展智慧交通。推動大數據、互聯網、人工智能、區塊鏈、超級計算等新技術與交通行業深度融合。這是行業市場未來的趨勢。”（證券日報）[2019/9/30]

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。原地址

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