深入理解区块链L2扩展方案Rollup经济学

来源：FTFTX

Rollup是一个引人入胜的原始概念。它们将成为以太坊的首选扩展方式，并为其运营提供广阔的设计空间。在所有方面，rollup扩展了它们构建的协议，保留了它的大部分属性。重要的是保证链下执行的正确性，以及执行背后数据的可用性。如何实现两者都取决于设计者。

最近我开始对从经济角度理解rollup感兴趣。这不仅仅是理论上的问题。基础层（L1）的费用很高，我们应该积极努力提供用户可以以可承受的价格进行交易的空间。更好的经济性意味着更好的定价意味着更快乐的用户。

那么我们应该如何具体考虑rollup经济学呢？我们将首先确定在rollup系统中交互的各方、它们的角色和职责。完成后，我们梳理出影响rollup系统的各种成本、收入和费用，从而给我们提供如何驾驭这一广阔设计空间的线索。

Rollup游戏中的玩家

为简单起见，我们将理想化三个不同的角色：

• 用户：用户在 L2 网络上发送他们的交易，就像在 L1 上一样。他们在 L2 上拥有资产，并与部署在 rollup 上的合约进行交互。
• Rollup运算符：此角色包含许多其他角色。Rollup运算符代表处理 L2 网络上收到的交易所需的所有基础设施。实际上，我们有发布交易批次的排序器、发布断言的执行者、报告欺诈证明的挑战者、计算有效性证明的证明者……
• 基础层：保护Rollup发布的数据的协议。考虑一个协议来保证数据可用性并减少结算功能就足够了（例如，部署在其执行层上的“模板”桥接合约），但您也可以考虑通用结算引擎，如以太坊。

这三个角色的运作：用户在 L2 上进行交易，运作者在他们与基础层之间进行连接，最终发布数据。

Rollup成本

在本文中，我们从“系统”的角度看待Rollup，重点关注成本、收益和费用。运行系统会产生成本，即“能量库”，即从系统内部流向外部的价值。该系统还可能获得收入，这是相反的“能量源”，即从系统外部流向内部的价值。费用将能量源连接到接收器，在整个系统组件中转移价值，以便每个组件都能适当地执行其功能。

例如，在EIP-1559 的文章中，我解释了如何分解用户支付的交易费用：

• 交易在内的部分费用归运营商所有：在工作量证明基础层的情况下，矿工费补偿矿工增加的叔块风险。这笔费用使运营商完全承担了发布区块的成本。这是您今天发送交易时默认使用的 1 或 2 Gwei。
• 其余的费用用于支付在其他人之前被包括在内的权利，从而定价拥塞。这笔费用使整个网络及其遭受额外拥塞的用户。在正常情况下，这就是 L1 基本费用的目标。

好消息是我们将使用一些相同的想法来了解rollup成本。EIP-1559 成本只涉及两方：用户和基础层。对于不同的架构和位于用户和基础层之间的运营商，我们必须将运营商的特定成本与基础层的特定成本分离，我们将在以下部分中这样做。

L2 运营商成本

Rollup必须找到愿意花费计算资源来处理 rollup 数据的运营商，即维护交易池、序列批次、计算状态根/状态差异/有效性证明等。这是有形成本，量化了必要的美元和美分运行运营商背后的基础设施。

L1 数据发布成本

值得花时间在数据发布成本上，因为这确实是rollup经济中的新成本。一旦运营商组装了足够大的交易集，他们就应该将该集的压缩信息发布到基础层。目前，它并没有以特别优雅的方式完成：通过简单地将数据发布为“CALLDATA”来发布数据，这是一个允许发送方添加任意字节序列的交易属性。

通常 CALLDATA 保存对交易调用的智能合约方法的引用，以及该方法的输入。将Rollup运算符视为调用 L1“rollup链”智能合约的一些“registerCompressedData”方法可能会有所帮助，其中表示压缩交易的字节块作为其参数。这是Optimism 的“规范交易链”合约的一个例子。

用户发送常规交易，运营商将其压缩并发布到基础层的rollup链智能合约。

发布数据的成本由基础层承担。为了在以太坊上发布数据，当前数据的市场价格由 EIP-1559 管理，其中 CALLDATA 的每个非零字节消耗 16 gas，而每个零字节消耗 4 gas。使用多维度 EIP-1559，例如，在Vitalik的简单分片格式 blob-carrying transactions中的实例，CALLDATA 的价格可以在其自己的 EIP-1559 市场上找到，将数据市场与传统执行市场分开定价。

L2 拥塞成本

还有第三个，更无形的成本。每当rollup区块空间的供应无法满足现有需求时，就必须分配稀缺资源。包含的用户会被包含在内，而不会对不包含的用户造成损害。在对时间不敏感的用户的球形牛世界中，用户只需排队等待。拥堵的系统不会造成价值损失。但是当用户产生等待成本时，他们会尽量减少延迟。对于排在队列后面的用户，他们的福利减少是整个rollup系统的成本。

典型的依赖费用市场来执行这种分配 (至少在以太坊世界中是如此)。没有费用市场或某种形式的拥堵定价，用户要么“及时付款”（交易被延迟打包），要么在链下贿赂区块提议者以打包其交易，要么重复重新发送他们的交易以保证其中一个会从内存池中被选中打包。在所有这些情况下，用户通过消耗资源来防止这种损失来表达他们因拥堵而失去效用。

Rollup收益

既然我们清楚了rollup的成本，我们将尝试对系统收益进行推理。在这里，我们区分两个主要来源：交易价值和发行量。

交易价值

用户通过rollup交易而不是其他地方获得一些价值，因此准备为他们获得的服务支付费用。这里的价值是指用户通过将他们的交易包含在rollup中而获得的效用。如果我有 50 美元的实用程序可以包含在内，我愿意支付最多该金额，以便包含我的交易。如果我最终支付 2 美元，我的盈余价值 48 美元。收取费用的人的收入为 2 美元，但从rollup系统的角度来看，初始流入价值为 50 美元。

其次，每当交易包含正MEV时，例如，交易是某个 DEX 上的三明治交换，这个数量就会被添加到我们的交易价值概念中。在这一点上，谁接收这个值并不重要，定序者提取这个价值，用户对交易进行三明治夹击，还是其他。这里唯一重要的是，我们的初始交易给整个系统带来的价值比原始用户从中获得的价值要多。这给了我们：

交易价值 = 用户价值 + MEV

代币发行

第二个收入来源是代币发行。在基础层，区块生产者以新铸造代币的形式获得收入，发行他们帮助维护的网络原生的加密资产。这笔收入抵消了他们的基础设施成本，只要他们这样做是有利可图的，就会有更多的区块生产者加入。

假设rollup能够铸造自己的代币，并且该代币具有非零值。Rollup可能会通过发行新代币来支付其部分运营费用以履行其义务。这里的模型更加模糊，有多种方式将收入来源用于rollup成本。现在，让我们只考虑发行有价值的代币是可能的，并通过这种行为为系统带来更多价值。

传递责任：rollup版本

总而言之，一个rollup系统包括三方：用户、rollup运作者和基础层。运行系统会产生三种成本：运营运行成本、基础层数据发布成本和拥塞成本。系统以两种形式获得收入：交易价值和发行。

现在它只是一个匹配谁支付什么，何时支付的游戏。有些对很容易发货。运营商必须向基础层支付 L1 数据发布费用。他们必须在发布数据时准确地支付费用，并按照基础层引用的费率。

当费用是动态的，在费用市场中定价时，L2 拥堵成本也是直接的。用户观察当前对rollup区块空间的需求，并根据可用供应调整他们的费用。例如，rollup可能希望在其网络之上部署 EIP-1559 风格的市场机制来管理 L2 交易的包含。然后可以使用 L2 基本费用来轻松估计用户当前的 L2 拥堵成本。

上图是Rollup系统全视图，流入代表收入（交易价值 + 发行），流出代表成本（L2 运营商成本、L1 数据发布成本、拥堵成本）。费用在各方之间转移价值。

预算平衡：传递责任的限制

让我们为我们的系统添加一个新的约束，运营商预算平衡。我们假设rollup运营商不能亏本运营，即他们必须至少获得等于或大于其成本的收入。这个假设可能并不总是成立，但对我来说，如果我们关心在运营商去中心化的未来有足够去中心化和开放的运营商集合，这对我来说似乎很重要。亏损经营的运营商可能会为资本不足的参与者定价并限制运营商的集合。一小部分运营商减少了抗审查保证，在最坏的情况下，用户必须强制通过基础层包含他们的交易，从而产生高额费用。

发行作为一个松弛变量派上用场，以确保预算平衡。每当运营商“太无利可图”时，他们就会离开系统，增加剩余运营商收到的发行份额，直到再次达到平衡。同样，当运营商“太赚钱”时，新进入者会争相分一杯羹，直到运营商再次实现预算平衡。

通过延迟付款维持运营商预算平衡

使用预算平衡规则，我们必须考虑运营商如何保持非负平衡。它们的本金流出（L1 数据发布费用）是可变的，并与本金流入（交易费用）分开收取。我们假设运营商完全了解他们的 L2 运营商成本，并在交易时向用户报出准确的价格（类似于他们对叔块费率和相应的矿工费补偿的了解）。但是他们应该如何向用户报出最终的 L1 数据发布成本，并在以后实现呢？

如今，rollup应用启发式方法来对冲 L1 数据发布成本的可变性。在一种情况下，rollup观察当前的 L1 基本费用（感谢EIP-3198！）并用额外的缓冲区填充费率，提前向用户收取过高的费用，以防运营商以后必须支付更多费用才能发布数据。另一种方法是根据 L1 基本费用的运行平均值向用户收取费用，以平衡长期波动。

在我看来，自然的解决方案是调用衍生工具，例如简单的 L1 basefee期货合约。在交易时，向用户收取费用，以支付锁定在基础层上发布数据的未来价格的成本。通过减少悲观的超额支付，节省的费用会转嫁给用户。研究此类衍生产品的最佳设计仍然是一个悬而未决的问题。

用户在交易时向运营商支付费用，但运营商必须按照基础层报价的费率支付数据发布费用，该费率是可变的。

拥堵费怎么办？

假设当用户进行交易时，rollup 完美地定价了拥堵成本，那么现在可以以拥堵费的形式获得收入。今天，在以太坊基础层，这些费用被销毁了。这样做的第一个原因是激励兼容性：如果拥堵费返还给区块生产者，协议引用的基础费将不再具有约束力，从而破坏了 EIP-1559 的目的。但燃烧并不是保持激励相容性的唯一选择。

有人提议将所有“rollup释放”，即由经济外部性（例如拥堵或 MEV）产生的费用用于公共产品资金。这不是一个糟糕的解决方案。城市的拥堵定价通常专门用于改善公共交通系统，即用于补偿负外部性的资金，在相应定价时提供这种收入。

请注意，我将 MEV设置在那里……我们为什么要像考虑拥堵费一样考虑它？首先，因为与拥堵一样，MEV 是一种外部性。发出带有 MEV 的交易的简单行为为那些能够捕获它的人创造了积极的外部性。外部性是“无与伦比的价值”，即它们产生于平衡有用工作与为该工作付费的某些原始经济活动（例如，用户支付 L2 运营商成本；运营商支付 L1 出版成本），但他们在过程中产生或破坏一些额外的价值。

这在MEV 拍卖的概念中得到了最清楚的表述。在这种设计中，运营商根据他们可以从中提取多少价值来竞争制作区块的权利。这种价值概念中隐含的是拥堵成本，用户通过相互竞标来表达。更明确的是 MEV 本身，潜在的运营商在其上进行竞争。再一次，假设不允许运营商亏本运营，他们的出价必须反映他们从区块中提取价值的真实能力，即运营商将出价其批次中的用户费用之和加上他们从批次中提取的 MEV。同时，假设所有运营商都必须支付等量的 L2 运营商成本，并且 L1 数据发布成本准确地向用户收取，我们得到：

用户费用= L1 数据发布费用 + L2 运营商费用 + L2 拥堵费用
运营商成本= L2 运营商成本 + L1 数据发布成本
运营商收入 =用户费用 + MEV
运营商利润 = 运营商收入 -运营商成本 = L2 拥堵费用 + MEV

在一个运营商在有效市场中竞争以赢得提出区块的权利的世界中，运营商必须竞标他们的全部利润，即确切地说，他们的批次中可用的拥堵费用和 MEV。这是系统“隐藏”的价值：第一个来自用户防止因拥堵而造成的损失，第二个来自初始交易引起的连锁反应。这个价值从来都不是任何人的价值，那么为什么不应该以某种方式捕获和重新分配它呢？

用户愿意支付其价值以包含在交易费用中。外部性用虚线矩形表示。

拆解

文章中做了很多假设。例如，我假设“运营商预算平衡”，因为我认为社区应该考虑以批判的眼光亏损运营的rollup，可能不太准备好去中心化。发行有助于重建预算平衡，尽管它依赖于外部价格信号（代币价值）来协调运营商的激励措施。在这种观点下，运营商最好尽可能准确地定价，例如他们的 L2 运营商成本和 L1 数据发布成本。这避免了未来的收入不匹配，运营商期望更高的代币价格来覆盖他们的运营。

但这并不是呼吁提倡一种特定形式的rollup经济学。设计空间仍然是敞开的。拆解 L2 运营商成本揭示了我们在此尚未探索的更多复杂性，例如，支持去中心化基础设施以生成 zk-rollup有效性证明的市场机构。关注rollup中特定类型的用户，例如从 L2 到 L1 或跨 L2 桥的快速提现服务，也将揭示用户需求的不同方面。有了关于成本、收入和费用的清晰概念，现在有望更容易推断rollup应实现的结果和业务目标，以及实现这些目标的方法。

非常感谢 Anders Elowsson、Vitalik Buterin、Fred Lacs 和 Alex Obadia 的许多有用的评论，以及 Michael Silberling 的见解和讨论。

[1]Vitalik还建议，这个成本是区块空间供应商的机会成本。在本阅读中，如果您的交易被打包了，则您应该至少向供应商支付他们可以从包括其他人中获得的收益。

[2]这意味着我们可以进一步拆解我们的模型。数据发布成本是通过评估基础层的拥塞情况，让整个基础层的运营商，即区块生产者来报价的！

[3]Rollup运营商集的中心化可能不如基础层区块生产者集的集中化那么糟糕，但评估rollup网络的去中心化权衡留待未来进行。

[4]在撰写本文时，就 Optimism 的 retroPGF 计划而言，即使是从用户那里收取的用于对冲数据发布成本的不匹配费用也被用于一些公共产品资金。

[5]有趣的是，通过gas价格拍卖，捕捉这种正外部性的斗争会给整个网络带来负外部性，谁必须处理更大的拥堵！

[6]请注意，在一些运营商获得私人交易订单流的世界中，市场效率不再是一个公平的假设，或者一些运营商从事跨域 MEV（h/t Alex Obadia！）在后一种情况下，跨域之间的市场效率提取者可以在单域建设者拍卖中重建市场效率。

[7]顺便说一句，这个模型并没有那么可怕！这主要是矿工一直在运作的模式。然而，我们必须记住，运营商承担的任何额外风险都是中心化的新压力，除非风险管理原语（例如衍生品）的可用性。即使存在此类对冲风险的选择，开展良好业务所需的专有技术也可能很高，从而阻止了不太成熟的运营商。

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