Vitalik 新文：大幅擴展 L1 仍具有價值，將使應用開發更簡單安全

作者：Vitalik Buterin

編譯：Daisy，MarsBit

以太坊路線圖中一個重要的短期討論是 L1 gas 限制應提高多少。 最近，L1 gas 限制已從 3000 萬提升至 3600 萬，提高了 20% 的網絡容量。 許多人支持在不久的將來進一步大幅增加這一限制。 這些提升之所以可行，得益於近期和即將到來的技術改進，例如以太坊客戶端的效率提升、EIP-4444 提案減少對歷史數據的存儲需求（詳見路線圖），以及未來的無狀態客戶端 技術。

然而，在採取這一措施之前，我們需要思考一個關鍵問題：在以 rollup 為核心的發展路線中，長期來看提高 L1 gas 限制是否是正確的選擇？ gas 限制易於提升，但降低卻十分困難——即使未來降低了，去中心化的影響可能是永久性的。 如果 L1 過度使用帶來了中心化風險，而我們並不確定這種使用能帶來足夠的收益，那將是一個不可取的結果。

本文不會試圖論證更多應用是否應長期運行在 L1。 相反，本文的目標是論證，無論這一爭論的結果如何，L1 進行約 10 倍擴容在長期內都具有重要價值。

目標是抵抗審查

火星財經註：配圖中文字源自小說《1984》「戰爭即和平，自由即奴役，無知即力量」

區塊鏈的核心價值主張之一是抗審查能力：如果一筆交易是有效的，並且用戶能夠支付市場費率的gas 費用，那麼這筆交易就應當能夠可靠且快速地被納入鏈 上。

在某些情況下，抗審查能力需要在極短的時間尺度上生效。 例如，在 defi 協議中持有倉位的用戶，如果市場價格快速波動，即便交易上鍊的延遲僅為 5 分鐘，也可能導致倉位被清算。

L1 的質押者（staker）集合高度去中心化，使得對交易進行長期審查變得極為困難，通常最多只能在幾個區塊（slots）內延遲交易。 目前也有提案進一步增強以太坊的抗審查能力，以確保即使區塊構建過程（block building）高度集中並被外包，交易仍能順利上鍊。

相比之下，L2 依賴於相對更集中的區塊生產者（block producers）或中心化排序器（sequencer），這些實體可以輕易地選擇審查特定用戶的交易。 一些 L2（例如 Optimism 和 Arbitrum，詳見其官方文檔）提供了強制包含機制（force-inclusion mechanism），允許用戶直接通過 L1 提交交易。 然而，這一機制的實際可行性依賴於兩個關鍵因素：

1.L1 交易費用足夠低，使得用戶可以負擔直接在 L1 上提交交易的成本；

2.L1 具有足夠的區塊空間，即使 L2 大規模審查用戶交易，L1 仍能容納用戶繞過 L2 直接提交的交易。

因此，—抗審查能力—得以維持。

基本數學假設

我們可以通過一些數學計算來估算實際使用強制包含機制的費用。 首先，列出一些假設，這些假設我們將在其他部分中重複使用：

1.當前一個 L1 → L2 存款交易的費用大約為 120,000 L1 gas。 例如 Optimism 的一個案例。

2.一個極簡的 L1 操作，例如改變某個存儲槽的值，成本為 7500 L1 gas（冷 SSTORE 加上地址的 calldata 成本，再加上一些計算費用）。

3.ETH 價格為 2500 美元。

4.gas 價格為 15 gwei，這是一個合理的長期平均近似值。

5.需求彈性接近 1（即 gas 限制翻倍時，價格會減半）。 這一點在之前的數據分析中得到了一定的支持，但實際上，我們應該注意，實際彈性可能會在兩個方向上有所不同。

6.我們希望響應攻擊的費用低於 1 美元。 「正常」操作的費用不應超過每筆交易 0.05 美元。 那些屬於介於兩者之間的異常操作（例如密鑰更改）應低於 0.25 美元。 這顯然是一個直觀的價值判斷。

根據這些假設，今天繞過審查的成本為： 120000 * 15 * 10**-9 * 2500 = $4.5

為了將其降低到目標以下，（儘管需要注意的是，這是一個非常粗略的估算，因為彈性很難估算，甚至絕對的使用 水平也很難預測）。

需要在 L2 之間轉移資產

用戶經常需要將資產從一個 L2 轉移到另一個 L2。 對於常見的、高交易量的資產，最實用的方法是使用意圖協議（例如 ERC-7683）。 實際上，只有少數市場做市商需要直接在兩個 L2 之間轉移資產；其他用戶則只是與做市商進行交易。 然而，對於低交易量的資產或 nft，這種方法不可行，因此，要將這些資產從一個 L2 轉移到另一個 L2，個人用戶需要通過 L1 發送交易。

目前，從一個 L2 提現的成本大約是 250,000 L1 gas，存款成本則是 120,000 L1 gas。 從理論上講，這一流程可以進行相當大的優化。 例如，要將一個 NFT 從 Ink 轉移到 Arbitrum，NFT 的基礎所有權必須從 Ink 橋接轉移到 Arbitrum 橋接，這一操作發生在 L1 上。 這是一次存儲操作，成本大約為 5000 gas。 其他的操作基本上是調用和證明，只要有合適的邏輯，可以將其成本控制得很低；假設總成本為 7500 gas。

我們來計算這兩種情況的費用。

370000 * 15 * 10**-9 * 2500 = $13.87

7500 * 15 * 10**-9 * 2500 = $0.28

我們的理想目標是 0.05 美元，因此這意味著 L1 需要擴展約 5.5 倍。

或者，我們也可以更直接地基於容量來分析。 假設每個用戶平均每月需要進行一次跨 L2 的 NFT（或稀有 erc20）轉移。 以太坊每月的總 gas 容量為： 18,000,000×(1286,400×30)=3.88 萬億 gas 即足夠支持 5.18 億次這樣的轉移。 因此，如果以太坊想要服務全球用戶（假設 Facebook 的用戶數為 31 億），，這僅僅是 L1 用途的唯一情形。

L2 大規模撤離 (L2 mass exits)

L2 的一個重要特性是其能夠在 L2 出現故障時，允許用戶退出到 L1，這是「替代 L1」（alt L1s）所不具備的功能。 那麼，如果所有用戶都不能在一周內成功退出會怎樣呢？ 對於 optimistic rollup 來說，這可能並不是什麼大問題：只要有一個誠實的參與者，就能阻止惡意狀態根被確認。 然而，在 Plasma 系統中，如果數據變得不可用，通常需要在一周內完成退出。 即便是在 optimistic rollup 中，如果發生敵對的治理升級，用戶也會有 30 天的時間窗口來提取資產（見：階段 2 定義）。

這意味著什麼呢？ 假設一個 Plasma 鏈出現故障，並且退出的成本是 120,000 gas。 那麼，多少用戶能夠在一周內完成退出？ 我們可以進行計算：86400 * 7 / 12 * 18000000 / 120000 = 756 萬用戶。

如果是一個有敵對 30 天延遲治理升級的 optimistic rollup ，數字則增加到 3240 萬用戶。 假設可以創建一個大規模退出協議，允許大量用戶同時退出。 如果我們將效率推到極限，每個用戶只需要進行一次 SSTORE 操作和一點額外的計算（即 7500 gas），那麼兩個數字分別增加到 1.21 億和 5.18 億用戶。

索尼今天在以太坊上有一個 L2，Playstation 擁有大約 1.16 億的月活躍用戶。 如果這些用戶都成為 Soneium 用戶，那麼目前的以太坊就無法擴展到足夠支持一個大規模退出事件。 然而，如果我們實現更聰明的大規模退出協議，它就勉強可以應對。

如果我們希望避免技術上複雜的哈希提交協議，可能需要為每個資產預留 7500 gas。 我在我的 Arbitrum 主錢包中有 9 個具有較大價值的資產；如果以此為估算，那麼 L1 可能需要擴展約 9 倍。

另一個用戶關心的問題是，即使 L1 擴展得足夠安全，他們也會因為極高的 gas 成本而損失大量資金。

我們來分析一下退出的 gas 成本，使用現有的和「理想」退出成本進行比較：

120000 * 15 * 10**-9 * 2500 = $4.5

7500 * 15 * 10*-9 * 2500 = $0.28

然而，這些估算的問題在於，在大規模退出的情況下，所有人都會試圖同時退出，因此 gas 成本會顯著增加。 我們已經看到過某些天 L1 的平均每日 gas 成本超過 100 gwei。 如果我們將 100 gwei 作為基準，那麼我們得到的提現成本為 1.88 美元，這意味著 L1 需要擴展 1.9 倍，才能使退出保持在可負擔範圍內（即低於 1 美元）。 另外，如果你希望用戶能夠一次性退出所有資產，而無需使用技術上複雜的哈希提交協議，那麼每個資產可能需要7500 gas，這樣提現成本將分別增加到2.5 美元或16.8 美元，具體取決於 你的參數，L1 需要擴展的比例也相應發生變化，以確保提現成本保持可承受範圍內。

在 L1 上發行 ERC20 代幣

如今，許多代幣都在 L2 上發行。 但這帶來一個被低估的安全問題：如果某個L2 經歷了敵對的治理升級，那麼在該L2 上發行的ERC20 代幣可能會開始無限發行新代幣，且無法阻止這些新代幣滲透到 整個生態系統。 如果代幣是在 L1 上發行的，那麼一個 L2 走偏的後果主要局限於該 L2 本身。

到目前為止，已有超過 20 萬個 ERC20 代幣在 L1 上發行。 支持即使是 100 倍數量的代幣發行也是可行的。 然而，要讓在 L1 上發行 ERC20 代幣成為一個受歡迎的選擇，成本需要足夠低。 以 Railgun 代幣（一個主要的隱私協議）為例。 它的部署交易成本為 1.647 萬 gas，按我們的假設，這大約是 61.76 美元。 對於公司來說，這個成本是可以接受的。 從原則上講，這個成本可以通過優化得到大幅降低，尤其是對於那些以相同邏輯發行大量代幣的項目。 然而，即使我們將成本降低到 120,000 gas，成本依然是 4.5 美元。

如果我們的目標是將Polymarket 帶到L1（至少是資產發行；交易仍可以在L2 上進行），並且希望有大量微型市場發生，那麼按照上述目標0.25 美元，。

Keystore 錢包操作

Keystore 錢包是一種錢包類型，它具有可修改的驗證邏輯（用於更改密鑰、簽名算法等），並且這些更改會自動傳播到所有 L2。 驗證邏輯位於 L1 上，L2 使用同步讀取（例如 L1SLOAD、REMOTESTATICCALL）來讀取這些邏輯。 Keystore 錢包可以將驗證邏輯放在 L2 上，但這樣會增加許多複雜性。

假設每個用戶每年需要進行一次密鑰更改或賬戶升級操作，且我們有 31 億用戶。 如果每個操作的成本是 50,000 gas，那麼每個槽的 gas 消耗為：50000 * 3100000000 / (31556926 / 12) ~= 5900 萬，這大約是當前目標的 3.3 倍。

我們可以通過很大的優化來減少成本，例如將密鑰更改操作發起於 L2，但將數據存儲在 L1 上（為此創意向 Scroll 團隊致謝）。 這樣可以將 gas 消耗減少到僅僅一個存儲寫入操作和一點點額外的計算（假設為 7500 gas），這將使 keystore 更新能夠使用以太坊當前 gas 容量的大約一半。

我們還可以估算一下keystore 操作的成本：7500 * 15 * 10**-9 * 2500 = $0.28，從這個角度來看。

L2 證明提交 (L2 proof submission)

為了使 L2 之間的跨鏈互操作性既快速、通用又無需信任，我們需要 L2 經常向 L1 提交，以便它們能夠直接了解彼此的狀態。 為了獲得最優的低延遲，L2 需要在每個區塊提交到 L1。

根據目前的技術（如ZK-SNARKs），每個L2 的提交成本大約為50 萬gas，因此以太坊最多只能支持36 個L2（相比之下，L2beat 追踪了大約150 個L2， 包括validiums 和optimiums）。 但更重要的是，這種做法在經濟上幾乎不可行：以長期平均gas 價格15 gwei 和eth 價格2500 美元為假設，提交的年成本為：500000 * 15 * 10**-9 * (31556926 / 12) * 2500 = 4900 萬美元/年。

如果我們使用聚合協議，成本可以進一步降低，最終每次提交的 gas 可能降至約 10,000 gas，因為聚合機制相較於僅更新一個存儲槽會更複雜。 這樣，每個 L2 的年提交成本將大約是 100 萬美元。

理想情況下，我們希望每個區塊都能提交到 L1，且這應該是一個理所當然的操作。 要實現這一目標，L1 的容量將需要大幅增加。 每年 10 萬美元的成本對 L2 團隊來說是相對較小的，但每年 100 萬美元的成本則不可忽視。

結論

我們可以將上述用例整理成如下表格：

請注意，第一列和第二列是相加的。 例如，如果密鑰庫錢包操作佔用了當前 gas 消耗的一半，那麼需要有足夠的空間來運行一個 L2 大規模退出操作。

此外，請再次注意，基於成本的估算極為粗略。 需求彈性（gas 費用如何響應 gas 限制變化，特別是在長期內）非常難以估算，而且即使在固定使用水平下，關於費用市場如何演變仍然存在很大的不確定性。

總體而言，這項分析表明，。 這反過來意味著，無論長期前景如何，未來 1-2 年內能夠實現的短期 L1 擴展依然是有價值的。