Galaxy：比特幣 L1 是數據可用性層嗎？

作者：Gabe Parker，Galaxy；編譯：五銖，金色財經

前言

比特幣的區塊空間極其稀缺，每個區塊的大小上限爲 4MB。這種稀缺性對尋求利用比特幣作爲數據可用性層的 Rollups 提出了重大挑战。基於比特幣的新興 Rollups 格局主要基於 ZK，旨在每 6-8 個區塊發布一次 ZK 證明輸出和狀態差異。然而，這種方法面臨一個關鍵障礙；每個數據發布最多消耗 400KB（0.4MB）的區塊空間，實際上佔據了整個區塊的 10%。

鑑於比特幣自 2023 年 1 月以來一直處於滿負荷狀態，多個 Rollups 之間對區塊納入的競爭將加劇，可能會使比特幣的交易費市場緊張到不可持續的水平。比特幣基礎層的當前限制，加上正在开發的 Rollups 的激增，可能會創造一個 L2 難以負擔數據發布的環境。爲了保持可行性，比特幣上的 Rollups 將需要通過有用的應用程序從交易費中獲得可觀的收入。本報告通過研究以太坊 ZK-Rollups 的數據並預測使用比特幣進行 Rollups 的成本（以實現數據可用性），分析了 Rollups 在比特幣上的經濟可行性。該分析探討了這些項目在主網上啓動後對比特幣區塊構成的潛在影響，並討論了如果將數據發布到比特幣的成本過高，Rollups 可能採用的替代策略。

比特幣 L1 是數據可用性層嗎？

將數據發布到基礎層的比特幣 Rollups 將面臨一個重大問題：發布數據的成本。比特幣區塊空間是所有鏈中每字節最昂貴的。此外，比特幣的區塊大小被嚴格限制在 4MB，費用與交易的數據權重掛鉤，這使得任何數據密集型交易的執行成本都很高。序數（附在單個 Satoshi 上的銘文）的出現突顯出，佔據區塊大小很大一部分的交易需要支付額外費用並推高交易費用。例如，Taproot Wizards 團隊（區塊 774,628）銘刻的第一筆 4MB 比特幣交易的費用爲 14.7 萬美元。

根據與在比特幣上構建 ZK-Rollups 的幾個團隊的對話，Rollups 預計每 6-8 個區塊（1 小時 - 1.2 小時）將 ZK-Proof 輸出和狀態差異以銘文的形式發布到比特幣 L1，銘文是存儲在交易隔離見證部分中的任意數據。這些數據將使任何運行比特幣節點的參與者能夠重建 Rollup 的最新狀態。根據測試網和與开發人員的對話，我們估計，每次將證明輸出和狀態差異發布到比特幣的第 1 層區塊鏈時，最多需要 400KB (0.4MB)。

當將比特幣與以太坊和 Celestia 每秒處理的兆字節數進行比較時，很明顯比特幣從未被設計爲 DA 層。

驗證證明的成本 – 以太坊 ZK-Rollups

從以太坊的 Rollup 生態系統中汲取經驗，ZK-Rollups 因使用有效性證明而成爲資本密集型運營。這種方法要求證明者發布 ZK-Proof 以及每次 L2 狀態更改的交易數據或狀態差異。與僅在發生欺詐糾紛（罕見發生）時支付驗證成本的 Optimistic Rollup 擴展解決方案不同，ZK-Rollups 通過發布有效性證明預先支付驗證成本。ZK Rollup 的前期成本較高，可實現即時終結（而 Optimistic Rollup 的挑战窗口約爲 7 天）。下面的圖表顯示了以太坊上 ZK-Rollups 的每周數據發布成本。

ZK-Rollups 通過 L2 交易費收入來支付數據發布費用。自推出以來，ZK-Sync Era 已證明該模式的可行性，從 L2 交易費中獲得了 6690 萬美元的總收入。其中 5120 萬美元用於 ZK 驗證和 L1 呼叫數據成本。ZK-Sync 已成功爲 540 萬用戶處理了超過 4.176 億筆交易，平均每筆交易成本爲 0.16 美元。這種高效的運營帶來了 1570 萬美元的總利潤。

估算將數據發布到比特幣的成本

在比特幣 L1 上，每 6 個區塊發布一次數據，費用爲 400KB，費用低至 10 sat/vByte，比特幣上的 Rollups 將爲每個發布的區塊支付 2,640 美元。每 6 個區塊發布一次數據，比特幣上的 Rollups 將每月支付高達 190 萬美元，以發布到 730 個區塊（每年 2300 萬美元）。使用 50 sat/vByte 級別將使每月數據發布成本增加到近 960 萬美元（每年 1.15 億美元）。需要注意的是，由於隨着 Ordinals、BRC-20s 和 Runes 的出現，比特幣的費率環境現在變得越來越不穩定，因此估計未來的 sat/vByte 水平極其困難。

爲了抵消在每個帖子爲 400KB 的世界中發布數據的高成本，使用比特幣提供數據的 ZK-Rollups 每月需要從 L2 交易費中產生約 190 萬美元至 963 萬美元的收入。下面的敏感度表估算了比特幣 Rollup 在扣除數據發布成本後實現收支平衡所需的交易活動和費率水平。我們的模型預測，截至 2024 年 7 月 23 日，Rollup 每 6 個區塊向比特幣 L1 發布 400KB 數據的每周成本爲 10、20 和 50 sats/vByte。如果比特幣 Rollup 每月處理 2000 萬筆交易（與 ZK-Sync 過去一年的每周交易量相當），則需要收取 0.096 美元、0.193 美元和 0.482 美元的交易費才能在 10、20 和 50 sats/vByte 的水平上實現收支平衡。需要注意的是，由於測試網上缺乏可用數據，此敏感度表假設 400KB 數據發布大小固定在每月 100 萬至 8000 萬筆交易之間。我們理解，根據狀態差異中包含的交易數量，數據發布大小可能大於或小於 400KB。

無法提供足夠交易費來支付數據發布成本的 Rollup 將需要動用其金庫來支付 L1 交易費，並可能最終被迫不再使用比特幣作爲 DA 層。其他選擇包括在更具成本效益的 DA 層（如 Celestia、Near 或 Syscoin）上發布 ZK 證明和狀態差異。但是，使用比特幣以外的其他東西作爲 DA 層會降低該層自稱爲“比特幣 Rollup”的能力。如果第 2 層網絡不匯總到比特幣，它是否仍被視爲比特幣 Rollup，還是會轉變爲替代 DA 網絡的 Validium 鏈？對於難以支付成本的 Rollup，另一個潛在的解決方案是重組爲第 3 層解決方案。在這種情況下，Rollup 會將狀態差異發布到第 2 層或側鏈，而只有 merkle 根哈希會發布到第 1 層。這種方法可以顯著降低數據發布成本，同時保持與比特幣網絡的連接。

Rollups 啓動時的比特幣區塊空間

自 2023 年初出現 Ordinals 和 BRC-20 以來，比特幣的每日平均區塊重量一直略低於其 4m 重量單位限制（4MB 數據）。區塊重量是區塊“大小”的無量綱測量，在 SegWit 升級中引入，以包含折扣見證數據。由於大量銘文相關交易的湧入，每日平均區塊重量顯著增加，其中包括交易隔離見證字段中的任意數據（文本、圖像等）。自 2023 年 2 月以來，比特幣區塊的平均飽滿度爲 98%。

如果每個證明輸出和狀態差異總計爲 400k 重量單位，則如果 Rollup 的數據大小保持一致，則單個 Rollup 將數據發布到區塊，這將佔用區塊重量限制的 10%。鑑於區塊始終處於滿負荷狀態，引入 Rollup 將改變每個數據發布區塊內交易數據的組成。下圖展示了 2024 年 7 月 18 日 30 個區塊樣本的區塊組成，假設兩個 Rollup 處於活動狀態，並且每 6 個區塊發布一次數據。

Rollups 每 6-8 個區塊在比特幣 L1 上發布一次數據，對區塊空間的持續需求將迫使時間敏感型交易在數據發布區塊之前或期間支付溢價。下圖強調了 Runes 和 Ordinals 鏈上活動競爭加劇如何迫使時間敏感型交易（也稱爲金融交易）支付最高的費率溢價。

爲什么比特幣 DA 很重要

爲了使 Rollup 與比特幣完全一致，它必須利用比特幣來實現數據可用性。這種選擇雖然成本高昂，但卻充分利用了比特幣無與倫比的安全性、不變性和去中心化。選擇替代 DA 解決方案的 Rollup 會在比特幣網絡之外引入額外的信任假設，可能會損害其完整性和“比特幣 Rollup”的分類。比特幣作爲 DA 層的優勢不僅在於其強大的安全性，還在於其廣泛的節點分布和設置輕節點或完整節點的低門檻。這種可訪問性確保任何運行比特幣完整節點的人都可以重建 Rollup 的最新 L2 狀態，從而增強透明度和去中心化。

盡管費用高昂且存在潛在的長期可行性挑战，但比特幣作爲 Rollup 的原始 DA 層的角色凸顯了一個基本的權衡：利用比特幣基礎設施的高成本與其提供的無與倫比的安全性和去中心化。成本和安全性之間的這種平衡可能會塑造比特幣網絡上 Rollup 實施的未來格局。

使用比特幣進行 DA 的 Rollups 展望

• 使用比特幣進行數據可用性的 ZK-Rollups 需要從 L2 交易費中產生大約 190 萬美元至 960 萬美元的月收入，才能在 10-50 Sat/vByte 費率環境中運營。

• 費用估算引擎對於比特幣上的 Rollups 實現盈利最大化至關重要。

• 比特幣區塊空間根本無法支持每 6-8 個區塊發布 400KB 證明的 4-8 個 Rollups。

• 將在比特幣上構建主權 Rollup 的團隊將需要使用應用程序執行上市策略，讓用戶在 L2 上進行交易。

• 一些比特幣 L2 將探索 L3 環境以執行交易，並使用 L2 和比特幣 L1 的組合來提供數據可用性。

• 比特幣上的 Rollups 將增加區塊納入的競爭，從而提高所有人（包括 Rollups 本身）的 L1費用。

• 使用比特幣 L1 進行 DA 的比特幣 L2 將需要通過費率衍生品市場和帶外挖礦交易來對衝意外的波動費用飆升。

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