GAS:一文了解Layer2四大解决方案的交易成本计算方法和优劣势_以太坊

作者：Xiang｜W3.Hitchhiker

修订：Marina、Evelyn｜W3.Hitchhiker

原标题：《一文了解Layer2的四大解决方案交易成本对比》

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ETH2.0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

EOA地址将200枚ETH转至Tornado Cash:金色财经报道，据CertiK官方推特发布消息称，EOA地址（0xd50e）将200枚ETH（约合37万美元）转至Tornado Cash。据悉，该笔资金来自已遭入侵的Multichain执行器地址，其在7月5日将95.5万枚USDT转移到一个新的EOA地址。[2023/8/11 16:20:10]

四大方案各自费用

??计算方法

入上图，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。

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?。

美股集体低开，道指开跌约340点:金色财经报道，美股集体低开，道指开跌约340点，纳指跌1.6%，标普500指数跌1.24%。[2023/2/25 12:28:13]

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。

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：

zkSync 2.0 新里程碑 Fair Onboarding Alpha 即将上线:2月1日消息，基于 ZK Rollup 的以太坊二层网络 zkSync 发布推文称，zkSync 2.0 的 下一个里程碑——Fair Onboarding Alpha 即将上线，其允许开发者在封闭环境中测试代码，新的费用模型可以确保交易和区块扩容考虑系统整体成本，改善证明生成性能并修复所有审计发现。

据悉，Fair Onboarding Alpha 的持续时间将与生态系统项目一起确定。在 Fair Onboarding Alpha 期间，系统将对外部用户关闭，完成后将进入 Full Launch Alpha 阶段并对外部用户开放。[2023/2/1 11:40:27]

报告：若以太坊合并后仍维持EIP-1559年均销毁2.1%，以太坊将正式进入通缩时代:8月26日消息，据欧科云链研究院报告分析，以太坊当前主网和信标链的年总发行率为4.39%，其中约88.84%的发行在主网，剩余11.16%发行在信标链上。伴随以太坊合并升级，主网/执行层的发行将归零（90%的发行量消失），加之受EIP-1559影响，目前链上已累计销毁251.1万枚ETH（占总发行量2.1%），若以太坊合并后仍维持年均销毁2.1%，那以太坊将真正意义上进入通缩时代。[2022/8/26 12:50:50]

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

Cogent Bank推出了包括区块链在内的四个新团队:金色财经报道，美国Cogent银行推出了四个新的团队，专注于大麻银行、区块链公司、优质金融贷款和公共财政，从而使其产品和服务阵容多样化。这家提供全方位服务的商业银行认为其支持这些以客户为中心的利基市场的努力是对银行业未来的投资。

该银行掌握了基于区块链的支付背后的风险、动态、资金流动、去中心化组织、区块链集成、协议开发和不断变化的监管环境，这些对于客户在这一垂直领域的成功至关重要。?

Cogent 是一家州立特许银行，Cogent总资产超过10亿美元，在佛罗里达州北部和中部提供多个银行中心。?（gulfshorebusiness）[2022/8/9 12:13:10]

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、ArbitrumGas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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