共享排序的压力

介绍：

作为以太坊的第二层扩展解决方案，rollups 的出现开启了通过共享排序来优化交易的激动人心的可能性。通过聚合多个 rollup 链的交易批次，并在同一个排序器槽中提交单个聚合证明，共享排序使 rollups 能够为以太坊 L1 的数据可用性和争议解决分担费用。这为降低Gas费用提供了可观的节省，并促进了利用相同排序器链之间的无缝互操作性。

然而，共享排序目前面临广泛采用的障碍。以太坊当前的交易费用机制，EIP-1559，根据拥堵动态调整交易的基础费用。这种对 L1 成本的不确定性使得 rollup 提供商在可靠地考虑波动并协调在多个链之间的公平划分时变得复杂。在缺乏更有效的费用估算和分配管理技术的情况下，与专用排序器相比，共享排序在财务上仍然不太稳定。

因此，在我们积极寻求投资共享排序解决方案和作为基础设施的共享排序器之前，我们认为有必要对 以太坊费用市场 进行全面研究，然后再提出或实施在快速发展的 rollup 生态系统中的改进。

什么是 EIP-1559 和共享排序器？

EIP-1559 为以太坊引入了一种新的交易定价机制，其中包含动态调整的 基础费用 和可选的 优先费用“小费”。基础费用根据当前的网络拥堵水平和区块空间需求进行算法调整。具体来说，它的目标是通过将上一个块中消耗的Gas与目标Gas使用情况进行比较，使得平均区块使用率达到约 50%。

Rollups 是第二层扩展解决方案，在线下执行交易并生成加密证明以在以太坊主链 (L1) 上验证这些交易。这些证明需要通过名为排序器的特殊节点以批次提交或“排序”到以太坊区块链中。对一批交易进行排序需要在 L1 上支付Gas费用以提交批量证明数据。共享排序是指多个 rollup 链协调在同一个 L1 排序器槽中排序来自各自链的合并交易批次。

例如，rollups A、B 和 C 可以共享一个排序器槽，并在该槽中将来自三个链的交易作为一个单独的批量证明提交给以太坊 L1。这使得不同的 rollup 链能够共享按排序的Gas成本，而无需单独排序。

将来自多个 rollup 的交易批量处理提供了规模经济并降低了每个 rollup 的 L1 成本。它也促进了共享同一排序器的不同链之间的互操作性和资产转移。从本质上讲，共享一个排序器槽使 rollups 可以将它们的交易批次捆绑成一个单一的聚合证明，从而降低每条链的排序成本。

共享排序为 rollups 提供了一些关键优势。

• 通过将来自多个链的交易聚合成一个合并批次进行排序，提交证明给 L1 以太坊的Gas支出被分摊。

• 这提供了规模经济，显著降低了每个 rollup 的Layer1 成本。

• Gas节省对那些可能最初没有自己的专用排序器槽的新或小型 rollup 系统尤其重要。

目前，rollups 支付的费用计算如下：

Gas费用 (G) * 交易数量 (T)

通过共享排序器，Rollups 通过

总费用 (F) / rollups 数量 (n) = F/n

共享批量交易的费用。此外，共享排序还使资产和数据在利用相同排序器的多个链之间无缝转移。

• 用户可以在共享排序的 rollup 之间自由转移代币，无需经过 L1。

• 将多个链的交易捆绑到联合证明中也最小化了重复消息传递的开销。

• Rollups 还可以进一步协调利用集体信任和声誉良好的排序器，而不是依赖于单独的实体。

然而，当前共享排序也面临一些采用挑战。

问题陈述：

当一个 rollup 或共享排序器准备一个交易批次时，它们本质上是在为未来以太坊Layer1 块保留一定数量的空间，以发布该批次的加密证明。排序器并不知道它们的批次将被包含在未来的哪个块中。从以下几个方面存在不确定性：

• 何时会产生一个足够空间的块？由于以太坊的工作量证明波动，区块时间也会波动。

• 当它们的块到达时，基础费用会是多少？基础费用由总体网络需求驱动，这具有不可预测性。

• 需要多少优先费用才能在与其他交易竞争中获胜？优先费用竞价实际上是一种拍卖环境。

因此，当生成一批时，排序器本质上是在下注，他们能够在未来的 L1 块中确保有足够的块空间来发布他们的批次证明——而不会在优先费用上支付过高的费用1。

如果由于流行的 NFT 发布、网络升级或 DApp 活动增加，需求突然激增，排序器可能会支付比他们预算的更高的基础费用和优先费用。这使得在以太坊上进行排序成为一种概率活动，排序器在以某个可接受的价格点获得未来块空间的事情冒险。EIP-1559 的波动基础费用只会加大金融不确定性。将其与多个 rollup 使用公共排序器相结合（共享排序）；对于每个参与的 rollup，同样的问题进一步加剧。

作为零售用户，你可能会说使用大多数 rollup 的费用微不足道，但从经济成本的角度来看，重要的是要理解，rollups 每天处理数十万笔交易，甚至对批处理这些交易的费用的轻微波动也可能给他们的金库带来巨额支出。

我们对这一问题的思考：

我们 L2IV 团队认为，深入研究以太坊现行交易费用机制 EIP-1559，以理解在多个 rollup 链上实施共享排序所面临的挑战至关重要。

分析 EIP-1559 揭示了设计机制以公平计算和分配不同 rollup 链的排序成本所面临的确切限制。更广泛地说，以太坊的费用动态在决定批次大小、频率以及最终共享排序作为 rollup 扩展解决方案的可行性方面发挥了重要作用。

我们认为，考察 EIP-1559 在拥堵期间缺乏对交易类型及紧急程度的区分是一个重要的背景。这种一刀切的方法加剧了异构共享排序系统的问题。

为了更好地理解它，我们来看看以太坊的费用市场和机制是如何多年来发展演变的：

EIP-1559 的动态费用模型以及它如何使费用估算变得复杂：

以达到平均区块使用率约 50% 为目标，如果使用率超过目标，下一块的基础费用将增加。如果低于目标，它会减少。

这个自适应机制导致了交易成本中基础费用组成部分的波动性。在持续高活动期间，基础费用可能会迅速飙升，因为网络变得拥堵。当需求较低时，基础费用下降。这种波动性和基础费用的不确定性使得用户和 rollup 提供商很难可靠地估算未来的整体交易成本。可选小费也可以根据用户的紧急程度和支付优先包含的意愿动态波动。基础费用和小费的波动都增加了费用预测中的重大不确定性。

EIP-1559 不可预测费用给多个 rollup 之间的共享排序带来的挑战

尽管 EIP-1559 的基础费用旨在提高可预测性，但 rollups 仍然面临由于网络活动波动引起的第一层支出的波动。储备变得必要，以缓冲波动，即使基础费用也是如此。

此外，随着以太坊的日益普及，预测拥塞和随之而来的Gas费用变得愈发复杂。外部事件可能导致突然的激增，助长固有的不确定性。对于协调多个 rollup 的共享排序器而言，每个 rollup 的独特交通都会影响波动性，这使得复杂性成倍增加。

如上图所示（简化的视觉解释），

• 在 场景 1 中，rollups 可以可靠地预测共享批次的 L1 成本，因为基础费用是稳定的。协调费用分配很容易。

• 在 场景 2 中，受到一个 rollup 驱动的不可预测的基础费用峰值可以大幅超过其他 rollup 在批量中的成本估算。协调公平分配很难。提供者可能需要在波动基础费用模型下高估 L1 成本以对冲波动风险。

• 场景 3 的专用排序允许单个 rollup 在其自身交易组合中吸收基础费用的波动。更具内部可预测性。专用排序的缺点包括相比共享更低的互操作性和更高的整体 L1 成本。

从数学上说，如果我们要展示这种情况，是这样的。

注意：这是简化版：

• 费用计算是合理的，展示了正确的激励机制。

• 但现实世界中的数值会根据当前的网络条件和 rollup 运营参数而有所不同。

• 总体经济影响和排序挑战保持不变。

• 要进行准确估算，我们需要输入当前的Gas价格、实际批次大小、数据调用费用等，这会使其更加复杂。

我们先定义变量：

• B 或 B(t) 是以太坊根据拥堵设定的基础费用。根据 EIP-1559 被销毁。

• B(t+1) 是下一个块的调整基础费用，动态变化。

• n 是共享 L1 费用的 rollup 数量。Rollups 在链下批量处理交易。

• F 或 F(t) 是处理 rollup 数据所需的块的总 L1 费用。

• T 是 rollup 批次中的交易数量。

• G 是批次中每笔交易所需的Gas。

• P 是用户可以支付给矿工以优先处理交易的优先费用。

1. 没有 EIP-1559 波动的共享排序：

公式：

1. rollup 的批次总Gas：总Gas = G * T

2. rollup 批次的Gas费用：Gas费用 = 总Gas * B

3. 每个 rollup 的 L1 费用贡献：L1 费用 = (F/n) * T

4. rollup 批次的总费用：总费用 = Gas费用 + L1 费用

解释：

• ( G * T ) 给出了 rollup 中所有交易消耗的总Gas。

• 将总Gas乘以基础费用 ( B ) 提供了仅来自Gas使用的总体费用。

• L1 费用在 Rollups 之间平等共享，因此为 ( F/n )。然后乘以交易数量以获取 rollup 的总 L1 费用。

• 最后，将Gas费用和 L1 费用相加以获取 rollup 的总费用。

计算：

1. 总Gas = 21,000 * 1,000 = 21,000,000 Gas (注意：21,000 是单笔交易中使用的标准Gas)

2. Gas费用 = 21,000,000 * 20 = 420,000,000 Gwei

3. L1 费用 = (90/3) * 1,000 = 30,000 Gwei

4. 总费用 = 420,000,000 + 30,000 = 420,030,000 Gwei 或 0.42003 ETH (1 ETH = 10^9 gwei)

2. 不同 EIP-1559 波动的共享排序：

公式：

1. （与上面的相同）

2. 导致峰值的 rollup 的Gas费用：Gas费用（峰值）= 总Gas * B(t+1)

3. 导致峰值的 rollup 的优先费用：优先费用 = P * T

4. 导致峰值的 rollup 的总费用：总费用（峰值）= Gas费用（峰值） + 优先费用

5. 其他 rollup 的Gas费用：同上Gas费用（峰值）

6. 其他 rollup 的总费用：总费用（其他）= Gas费用（峰值） + L1 费用

解释：

• 导致峰值的 rollup 的Gas费用使用新的基础费用 ( B(t+1) )，因为我们假设它影响了下一个基础费用。

• 峰值会导致Gas价格的激增而加收优先费用。

• 其他 rollup 支付相同的Gas费用，但没有额外的优先费用。

计算：

1. （与场景 1 相同）

2. Gas费用（峰值） = 21,000,000 * 25 = 525,000,000 Gwei

3. 优先费用 = 10 * 1,000 = 10,000 Gwei

4. 总费用（峰值） = 525,000,000 + 10,000 = 525,010,000 Gwei 或 0.52501 ETH

5. （与上面相同）

6. 总费用（其他） = 525,000,000 + 30,000 = 525,030,000 Gwei 或 0.52503 ETH

3. 有 EIP-1559 波动的专用排序：

公式：

1. （与上面相同）

2. rollup 的Gas费用：Gas费用 = 总Gas x B(t+1)

3. 优先费用 = P x T

4. 总费用 = Gas费用 + 优先费用

解释：类似于第二场景，但不需要考虑多个 rollup。Gas费用使用新的基础费用 B(t+1)。

计算：

1. （与上面相同）

2. Gas费用 = 21,000,000 x 24 = 504,000,000 Gwei

3. 优先费用 = 5 x 1,000 = 5,000 Gwei

4. 总费用 = 504,000,000 + 5,000 = 504,005,000 Gwei 或 0.504005 ETH

基于这些示例场景，我们可以得出几个关键结论：

• EIP-1559 不可预测的基础费用峰值增加了共享排序器的 rollup 成本。当一个造成峰值时，其他 rollup 向上支付。

• 专用排序使 rollup 与其他引发的峰值隔离。它们的成本随自身负载造成的基础费用变化。

• 在需求高涨的时候，排序批量需要支付过高的费用。精确预测费用是困难的。

• 现实世界中的条件如当前Gas价格和 rollup 参数将更改数字。但整体影响仍然存在。

• 计算展示了在波动基础费用下对于 rollup 的经济激励和权衡。

EIP-1559 这一调整的主要机制是：

B(t+1)=B(t)×(1+ (Gas Used−Target Gas) / (Target Gas×BASE_FEE_MAX_CHANGE))

但我们已对此进行了简化，以便于理解。（请参见附录）

EIP-1559 fluctuated 的基础费用和小费引入的财务不确定性，因此成为跨 rollup 链共享排序器槽的主要障碍。在财务可预测性更强的专用排序器相比于在共享批中排序的风险，显得更加吸引人。

例如：

1. 在 2022 年 5 月，由于以太坊 L1 基础费用的激增，Optimism 的Gas费用在几天内上升了 3-5 倍。由于 L1 拥堵，平均 L2 费用从每笔交易 0.2 美元上涨至 1 美元。Optimism 每笔交易收取固定费用，无论Gas使用或复杂性如何。它还使用排序器批处理，这使得排序器可以将多个交易批量合并到单个 L1 交易中，减少每笔交易的 L1 成本。然而，这种机制仍然依赖于 L1 上的基础费用和小费。这引发了对 L1 基础费用变动在可预测 L2 成本上的影响的担忧。

这发生在 Optimism Bedrock 升级之前，该升级引入了基础费用和优先费用，并 优化了数据压缩策略，使 L1 数据费用降低了 40% 并消除了所有主网执行Gas。

2. 在 2022 年 9 月，以太坊合并后，zkSync 的费用因活动增加和 L1 上的基础费用上涨而上涨了 60-100% 几周。平均 L2 费用从每次转账 0.02 美元提高到 0.04 美元，以及从每次提现 1.59 美元提高到 3.18 美元。zkSync 根据Gas使用、复杂性和数据可用性收取可变费用。zkSync 还采用费用平滑策略，允许用户为一定数量的交易提前支付固定费用，减少用户的费用波动。然而，该机制仍然要求用户为每个希望在 L2 上使用的代币支付 L1 的激活费用。这使得 zkSync 不得不补贴用户的费用，以抵消意外的激增。这显示了 EIP-1559 的动态基础费用对排序开支的影响。

正式化 EIP-1559 缺乏区分的特点

为了进一步补充到目前为止解释的内容，Kiayias 等人最近的一篇论文 （https://arxiv.org/abs/2304.06014） ，标题为“区块链交易费用的分层机制”，强调了以太坊现行 EIP-1559 交易费用机制在 accommodating 不同交易类型和优先级方面的根本局限性。

论文指出，EIP-1559 在 accommodating 不同类型的交易和控制Gas费用方面存在不足。这也与跨 rollup 共享排序的困难有关。作者们还引入了一种分层定价机制，提出多个层次，每个层具有不同的延迟和价格。用户根据紧急程度选择哪个层次提交他们的交易。

• 根据研究，在拥堵期间，EIP-1559 通过大幅加高基础费用来将高费用紧急交易优先考虑，而将低价值交易排除在外。然而，这并没有真正减轻整体Gas支出，因为成本仍然可能因网络需求的变化而剧烈飙升。在持续的高使用期，基础费用将持续上涨以排除交易，甚至包括低优先交易的使用场景。

• 因此，EIP-1559 无法解决Gas费用激增的根本驱动因素——有限的吞吐量。它采取了一刀切的方法。对于共享排序系统，这意味着当需求激增时，rollup 提供商在 EIP-1559 引入之后仍然面临Layer1 支出的不可预测峰值。基础费用的波动加剧了在多个 rollup 上高估排序开销的风险。

EIP-1559 的不确定费用动态因此并未提供共享排序所需的 L1 成本可预测性。实质上，论文认为 EIP-1559 无法可靠地抑制上升的Gas成本。其不可预测性和缺乏交易类型间差异也妨碍了跨 rollup 解决方案。重新思考费用设计可能能够解决这两种限制。

为此，论文提供了理论证明和实验演示，显示 EIP-1559 无法应对不同交易类型和优先级。

为保持简单，这里是 命题 2 (第 7 页) 和展示 EIP-1559 限制的实验 (第 19 页) 的简要解释：

命题 2 证明：

设想以太坊上两种主要交易类型：

1. 需要在下一个块中的紧急交易。用户愿意支付 2 美元。

2. 较不紧急的交易，可以暂时等待。下一个区块价值 1.50 美元或延迟为 1 美元。

假设我们想要为较不紧急的第 2 种交易留出 20% 的空间。EIP-1559 能做到吗？

不能，因为 EIP-1559 始终优先考虑那些支付更多Gas费用的交易以获得最快的包含。

紧急交易将支付更高的费用以在下一个块中进入。因此，在拥堵期间，它们将排除所有较不紧急的交易。

这正式证明了 EIP-1559 无法为较不紧急的交易类型保留空间。它始终优先考虑那些支付立即高价的交易。

实验：

研究人员模拟了紧急、中等紧急和较不紧急交易的组合。

• 当拥堵急剧增加时，EIP-1559 对所有交易类型同样提升了费用。较不紧急的交易被排除。

• 他们提出的分层定价在拥堵期间为较不紧急交易保持了较低的费用。

模拟表明，EIP-1559 无法根据紧急程度实施差异化定价。所有交易都经历相似的费用激增。分层定价可以在拥堵期间保持较不紧急交易的费用较低，以适应多样性。

那么，提议的解决方案是什么？

• 像 EIP-4844 这样的潜在解决方案可以增强不同链之间共享排序的数据可用性成本的可预测性。更便宜的 blob 交易有助于估算总体 L1 开支。

• 探索如论文中提议的分层定价模型等替代 L1 定价模型也是值得的。分层定价通过将交易分为定义好的紧急层并对应政策来处理多样性，从而提供稳定性。这种可预测的分层定价简化了跨链批量费用的成本估算。

• 为每个 rollup 在共享批次中的费用分配制定 formal 机制将提供所需的确定性。基于层次和固定价格的再分配策略使批量成本分配变得可行。

• 使用 Solana 作为执行层降低计算成本，并增加批量内的可预测性。通过将执行卸载到以太坊，波动性仅来自数据可用性。然而，Solana 并不能消除易变的 L1 基础费用。

结论：

总之，这项分析突出了 EIP-1559 为共享排序所创造的实际障碍，其波动和难以预测的费用使得在不同的 rollup 链之间估算和分配排序成本变得高度不切实际。实现共享排序在Gas节省和互操作性方面的全部潜力需要重新思考费用设计以确保稳定。

令人鼓舞的是，像 EIP-4844、分层定价和批量费用分配这样的创新为减少波动以实现公平的 rollup 协调提供了路径。随着以太坊的演化，在可预测性、效率和包容性之间取得平衡是释放共享排序等创新的关键。通过聚焦改善，共享排序器可以成为可行的 - 释放出跨越以太坊扩展生态系统的巨大协作价值。

合作的协同效应超过孤立的进展。解决 EIP-1559 的限制对于释放共享排序的可能性至关重要。通过改进，以太坊可以平稳穿越波动，迈向跨链合作和共同成长的未来。

下周，我们将深入讨论提议及更新的费用机制 EIP-4844 的细节。

如果你正致力于这个领域，请与我们联系。

附录：

EIP-1559 调整的主要机制是：

B(t+1)=B(t)×(1+(Gas Used−Target Gas)/(Target Gas×BASE_FEE_MAX_CHANGE))

其中：

• B(t) 是当前块的基础费用。

• B(t+1) 是下一个块的基础费用。

• Gas Used 是当前块所用的总Gas。

• Target Gas 是块的目标Gas，通常设定为区块Gas限制的 50%。

• BASE_FEE_MAX_CHANGE 是一个常数，确定一个块到下一个块的最大百分比变化，以防止过于剧烈的变化。

该公式在 EIP-1559 文档中未明确提及。 然而，它为 EIP-1559 中基础费用调整机制提供了常见的表示，基础费用根据需求自动进行调整。

• 如果一个块是 100% 满的，基础费用将上涨一个由 BASE_FEE_MAX_CHANGE 指定的百分比。

• 如果一个块恰好是 50% 满（刚好达到目标），基础费用保持不变。

• 如果该块比目标少，则基础费用将减少。

需要注意的是，虽然此机制有助于使Gas费用更可预测，但并不保证费用更低。在高需求时期，费用仍然可能大幅上涨。

然而，通过 EIP-1559，用户可以更好地预测正确的费用，从而降低以往拍卖基础费用系统的各种不确定性和高额溢出费用。但正如我们之前解释的，在拥堵期间 EIP-1559 费用机制的缺乏区分加剧了这些问题，因为它对所有交易类型收取相似的费用激增，无论紧急程度或优先级如何。

• 原文链接： l2ivresearch.substack.co...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～