Layer2の四大解決策の取引コストを比較する
Layer 2のさまざまなソリューションの取引コストを比較し、各ソリューションの長所と短所を理解する。著者：Xiang｜W3.Hitchhiker
改訂：Marina、Evelyn｜W3.Hitchhiker
イーサリアムの台頭に伴い、分散型金融（DeFi）の急速な発展と、現在の非代替性トークン（NFT）の爆発的な成長を目の当たりにしています。しかし、イーサリアムは1秒あたり20件未満の取引（TPS）しか処理できず、イーサリアムネットワークの混雑によりガス料金が大幅に上昇しています。これらのネットワークをより広く効果的に採用するためには、より高いスループットと安価な手数料が必要です。しかし、ETH 2.0のスケーリングには時間がかかるため、中短期的にはLayer 2のソリューションが主要なネットワークが直面している非効率の問題を解決しつつ、イーサリアムブロックチェーンの完全性を維持することができます。
Layer 2に注目すべき理由は以下の通りです：
Layer 2ネットワークはより速く、より安価で、より多くのユーザーがイーサリアムエコシステムに参加できるようになります；
Layer 2ネットワークへの早期参加のインセンティブにより、報酬を得ることができます；
Layer 2の発展が期待される中、ユーザーは資産を二層ネットワークに移行することで、エアドロップを受け取る可能性が高くなります；
したがって、Layer 2は今年最も重要な注目点の一つでもあります。ユーザーにとって、快適な体験を除けば、最も関心があるのは取引コストです。本記事では、Layer 2のさまざまなソリューションの取引コストを比較し、各ソリューションの利点と欠点をより明確に理解できるようにします。
1. Layer 2のスケーリング技術
L2BEATのデータによると、現在Layer 2には合計19のプロジェクトがあり、総TVLは2021年初頭の$48.2Mから$5.63Bに増加し、総TVLの増加率は11580%に達しています。Layer 2の急速な成長は、資本の流入と背後の技術的な調整と密接に関連しています。
現在、主に4つの技術的ソリューションがあります：Optimistic Rollup、ZK Rollup、Plasma、Validium。
2. 各ソリューションのガス料金
4つのソリューションのそれぞれの料金
【 以上の計算は、現在のETH価格を2500u、ブロックガスリミットを30000000、ガス料金を30Gwei、平均13秒のブロック生成時間で計算しています。極限TPSは、対応する実行環境がすべてのイーサリアムブロックスペースを占有している場合を指します（証明検証に500000ガスを費やす）。通常のTPSは、対応する実行環境がイーサリアムの1/3のブロックスペースを占有している場合を指します。】
▶️ 計算方法
上の図のように、通常のETH送金には約112バイトが必要で、ZKは12バイトに圧縮され、op系は78.4バイトに圧縮されます（固定ではなく、30%のスペースが圧縮されたと仮定）。swap送金には約180バイトが必要で、ZKは14バイトに圧縮され、op系は126バイトになります。
現在のイーサリアムチェーンでは、ガス上限は3000万で、取引中の各非0バイトのcalldataデータには16ガスが必要で、0バイトには4ガスが必要です。ZKがイーサリアムのすべてのブロックスペースを占有した場合（証明検証に500kガスを費やす）、0バイトの数は無視します。
このバッチには（2950万 / 16）= 1,843,750バイトのデータが含まれる可能性があります。上記のように、ユーザーのETH送金の合計はわずか12バイトで済むため、このバッチには最大で153,645件の取引が含まれることになります。13秒の平均ブロック生成時間では、これは約11,818 TPSに相当します（対照的に、イーサリアム自体でのETH送金は1300万 / 21000 / 13 ~= 101 TPSです）。
これにより、ZK RollupのETH送金のスケーラビリティは100倍以上向上し、ZKの最大の利点はETH送金ではなく、ERC20のコントラクトトークンの送金にあります。Uniswapの取引を考慮すると、メインネットで消費されるガスリミットが多く、ZK Rollupのコストパフォーマンスが高くなります。ZK RollupはメインネットのUniswap取引に比べて400倍以上のスケーラビリティを向上させます。
同様に、Optimistic系のスケーラビリティと極限TPSも計算できます。
注意：EIP-4488、EIP-4844はRollupのコストを大幅に削減します。
1. ZK Rollupの取引料金
zkSyncでは、各取引のコストは2つの要素から成り立っています：
オフチェーン部分（ストレージ + プルーフコスト）：状態ストレージとSNARK（ゼロ知識証明）の生成コスト。
（この部分はハードウェアリソースの使用に依存するため、変わりません。私たちの基準では、各送金のコストは約0.001ドルです。）
オンチェーン部分（ガスコスト）：各zkSyncブロックに対して、検証者はSNARKを検証するためにイーサリアムガスを支払う必要があり、さらに各取引に約0.4kガスを追加して状態∆を公開します。
（オンチェーン部分は変数であり、イーサリアムネットワークの現在のガス価格に依存します。しかし、この部分は通常のETH/ERC20送金のコストよりも数桁安くなります。）
（1）取引料金のフロア価格
ZK Rollupの取引フロア価格は、ETHメインネットのガス料金に依存します。
オンチェーンガス料金 = 各weiの価格 * 取引サイズ * ガスの料金 * トークンのリスク係数
ZK Rollupは使用が多いほど料金が低くなるOP、ARには似たようなメカニズムがあります。ユーザーの状態数が更新され、ユーザーが多く使うほど、ZKがLayer 1に支払うガス料金は相対的に減少しますが、ユーザーに分配されるわけではありません。
オフチェーン部分：SNARK（ゼロ知識証明）の生成コスト。この部分はハードウェアリソースの使用に依存するため、変わりません。私たちの基準では、各送金のコストは約0.001ドルです。
実際のサイズ = (zkpcostchunk * opchunks) * tokenusd_risk;
通常の取引のオフチェーンガスコスト = 0.001 * 2 * 1 = 0.002u
新しいアドレスの取引受取人のオフチェーンガスコスト = 0.001 * 6 * 1 = 0.006u
swapのオフチェーンガスコスト = 0.001 * 5 * 1 = 0.005u
▶️ 検証プロセスの参考は以下のコードブロック：
オンチェーン部分（ガスコスト）：各zkSyncブロックに対して、検証者はSNARKを検証するためにイーサリアムガスを支払う必要があり、さらに各取引に約0.4kガスを追加して状態を公開します。オンチェーン部分は変数であり、イーサリアムネットワークの現在のガス価格に依存します。しかし、この部分は通常のETH/ERC20送金のコストよりも数桁安くなります。
実際のサイズ= 各weiの価格 * 取引サイズ * ガスの料金 * 現在のガス価格 * トークンのリスク係数
= weipriceusd*gastxamount*scalegasprice*tokenusdriskETH価格が2500u、現在のガス価格が30Gweiと仮定します。
通常の取引のオンチェーンガスコスト = 2500/10\^18*(0+300+2002)(30*10\^9)1.31 = 0.068u
新しいアドレスの取引受取人のオンチェーンガスコスト = 2500/10\^18*(0+940+2006)(30*10\^9)1.31 = 0.20865uETH価格が2500u、現在のガス価格が30Gweiと仮定します。
通常の取引のオンチェーンガスコスト = 2500/10\^18*(0+300+200*2)* (30*10\^9)*1.3*1 = 0.068u
新しいアドレスの取引受取人のオンチェーンガスコスト = 2500/10\^18*(0+940+200*6)* (30*10\^9)*1.3*1 = 0.20865u▶️
swapのgastxamount = オンチェーン検証コスト + 提出コスト + Chunk * Swap Chunkパラメータ（0 + 710 + 200*5 ）
swapのオンチェーンコスト = 2500/(10\^18)*(0+710+200*5)* (30*10\^9)*1.3*1 = 0.1667u
▶️ 検証プロセスは以下の通り：
総コスト = オンチェーン + オフチェーン
通常の取引の総コスト = 0.002 + 0.068 =0.07 u
新しいアドレスの取引受取人の総コスト = 0.005 + 0.20865 = 0.21365 u
swapの総コスト = 0.005 + 0.1667 = 0.1672 u
（2）フロア価格に影響を与える要因
Rollupの取引フロア価格は、ETHメインネットのcalldataの料金に依存します。
ETHのガスに関連する草案段階のEIPは主にEIP4488であり、この提案はcalldataの非0バイトデータを16ガスから3ガスに削減し、Layer 2のTPSに大きな影響を与え、Layer 2のRollupに有利で、Rollupメインネットの取引コストを大幅に削減できます。非0バイトのデータは現在の1/5のコストにまで削減でき、0バイトもわずかに削減できます（ab、op、zkなどはすべて現在の1/5の手数料にまで低下することが予想されます）。
（3）料金支払い方法
zkSyncの送金は「ガスなし取引」を自然にサポートしています：ユーザーは送金されたトークンで取引手数料を支払います。したがって、たとえばDAIステーブルコインを取引したい場合、ETHや他のトークンを持っている必要はありません。DAIのわずかな部分の手数料を支払うだけです。
2. zkPorterの取引料金
現在、githubにはzkPorterに関連するコードはありませんが、zkPorterはオンチェーンデータの可用性を必要としないため、コストは大幅に削減されると予想されます。
主にオフチェーンコストで、取引は1セントから3セントの一定料金に制御できます。公式文書からの引用です。
zkSync 2.0では、L2の状態は2つの側面に分かれます：オンチェーンデータ可用性を持つZK Rollupとオフチェーンデータ可用性を持つzkPorter。
これら2つの部分は、組み合わせ可能で相互運用可能です：ZK Rollup側のコントラクトとアカウントは、zkPorter側のアカウントとシームレスに相互作用できます。
ユーザーの観点から見ると、唯一明らかな違いは、zkPorterアカウントの料金が100倍減少することです。
想像してみてください：UniswapがZK Rollup側にスマートコントラクトをデプロイし、zkPorterアカウントは0.03ドル未満の手数料でswapを行うことができます。zkPorterアカウントはUniswapコントラクトで数千回の交換を行うことができますが、イーサリアムに1回の更新を公開するだけで済みます。
zkPorterアカウントのデータ可用性は、zkSyncトークンの保有者（監視者）によって保護されます。彼らはブロックに署名することでzkPorter側の状態を追跡し、zkPorterアカウントのデータ可用性を確認します。
監視者はzkSyncトークンを使用してプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に参加するため、データ可用性の故障は彼らの削減につながります。これはデータ可用性に暗号経済的な保証を提供します。注意すべきは、zkSyncのPoSはサイドチェーンなどの他のシステムのPoSよりもはるかに安全であるということです。これは、zkSyncの監視者が本質的に資金を盗むことができないためです。彼らはzkPorterの状態を凍結することしかできません（自分のステークを凍結します）。各ユーザーは自分のセキュリティ閾値を自由に選択できます。すべてのオンチェーンデータ可用性を望むユーザーは、完全にRollupに留まり、ZK Rollupアカウントを使用できます。
zkSync 2.0メインネットのローンチ時期
公式文書2022年1月31日の記事によると、6ヶ月以内にzkPorterはzkSync 2.0と共にメインネットにローンチされる予定です。
3. Arbitrumガスメカニズム
Arbgas料金は、ユーザーがArbitrumとどのように相互作用するかによって異なりますが、以下の表は一般的な参考として使用できます：
▶️ 一部のコード：
4. Optimismガスメカニズム
Optimismの取引には2つのコスト源があります：L2実行料金とL1データ/セキュリティ料金。
（1）L2実行料金
イーサリアムと同様に、Optimism上の取引は、使用する計算量とストレージ量に対してガスを支払う必要があります。各L2取引は、取引に使用されるガスの量に取引に付随するガス価格を掛けた一定の実行料金を支払います。これはイーサリアムの料金方式と同じです。
これは（単純な）公式です：
l2executionfee = transactiongasprice * l2gasused
使用されるL2ガスの量は、送信しようとする特定の取引によって異なりますが、Optimism上で使用されるガスの量は、イーサリアム上での大まかな量と通常は同じです。
（2）L1データ料金
Optimismはイーサリアムとは異なり、Optimism上のすべての取引もイーサリアムに公開されます。このステップは、Optimismのセキュリティ特性にとって重要であり、これはOptimismノードを同期するために必要なすべてのデータが常にイーサリアム上で公開されていることを意味します。これがOptimismがL2である理由です。
Optimism上のユーザーは、イーサリアムに取引を提出するための料金を支払う必要があります。これをL1データ料金と呼び、これはOptimism（および他のL2）とイーサリアムとの主な違いです。イーサリアム上のガスコストが非常に高いため、L1データ料金は通常、Optimism上の取引の総コストを占めます。この料金は4つの要因に基づいています：
イーサリアムの現在のガス価格。
取引をイーサリアムに公開するためのガスコスト。この取引の長さのサイズ（バイト単位）に比例します。
ガスで評価される固定料金。現在は2100に設定されています。
固定数で支払われるL1料金の動的間接料金。現在は1.24に設定されています。
公式：
L1datafee = L1gasprice * (txdatagas + fixedoverhead) * dynamicoverhead
3. まとめ
ますます多くのアプリケーションがブロックチェーンに接続されるにつれて、ユーザーの採用と取引量は指数関数的に増加します。DeFi、NFTからDAOまで、最終的にはイーサリアム上でより多くのスループットを消費し、より多くの取引コストを生み出し、使用体験を低下させ、ブロックチェーンがより多くの人口に拡張する機会を妨げます。
L2は現在のイーサリアムの拡張に最適なソリューションであり、高いスループットと安価な料金を提供しつつ、L1のセキュリティをうまく活用できます。しかし、Layer 2のスケーリングソリューションは常に更新と調整が行われており、各ソリューションにはそれぞれの利点と欠点があります。全体として、zk rollupの取引料金は低く、極限/部分TPSは速く、最大のスケーラビリティも大幅に向上し、セキュリティも保証されています。zkporterは次点です。他のソリューションの取引料金も低下していますが、zk rollupと比較するとやや劣ります。
今後、L2上に移行または作成される多くのプロジェクトが見られ、ユーザー体験が改善されるでしょう。2022年の最も注目されるトレンドの一つとして、L2は引き続き大規模で忠実なユーザー群を構築し、イーサリアムの最も重要な発展の一つとなるでしょう。
