探索比特币的数据可用性

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\ \ 盖比·帕克\ \ 研究助理

主题

• 比特币

研究 • 2024年8月2日

探索比特币的数据可用性

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引言

比特币的区块空间极其稀缺，每个区块的大小限制为4MB。这一稀缺性对寻求将比特币作为数据可用性层的Rollups构成了重大挑战。在比特币上构建的Rollups，主要是基于ZK的，旨在每6-8个区块发布ZK-Proof输出和状态差异，从而锚定比特币的高度安全的第一层区块链。然而，这种方法面临一个关键障碍：每个单独的数据发布交易可能消耗多达400KB（0.4MB）的区块空间，实际上占据整个区块的10%。虽然标准比特币交易的最大交易大小为400KB，但在同一个区块中有多个数据发布交易的情况下，单个Rollup的理论数据发布限制为4MB，这将消耗整个比特币区块。

考虑到自2023年1月以来，比特币的区块始终处于满载状态，随着Rollups等新区块空间买家的引入，区块包含的竞争将会加剧，这可能会将比特币的交易费用推至新高，使一些用户（尤其是Rollups）难以承担交易费用。在世界上最古老的区块链上争夺空间的竞争可能会导致L2s难以承担数据发布费用，考验其与比特币的对齐能力。为了保持可行性，比特币上的Rollups需要从自己网络的交易费用中产生可观的收入，前提是有大量用户支付费用进行Layer 2交易。本报告通过分析以太坊ZK-Rollups的数据，预测选择使用比特币进行数据可用性的Rollups的成本，探讨这些项目在主网上线后对比特币区块组成的潜在影响，同时讨论如果发布数据到比特币变得过于昂贵，Rollups可能会采取的替代策略。

比特币L1是数据可用性层吗？

在比特币上发布数据到基础层的Rollups将面临一个重大问题：发布数据的成本。比特币的区块空间是所有链中每字节最昂贵的。此外，比特币的区块大小严格限制为4MB，费用与交易的数据重量相关，使任何数据密集型交易的执行成本高昂。Ordinals的出现，即附加在单个Satoshi上的铭文，突显出占据大量区块大小的交易成本昂贵，并推高了整个网络的交易费用。例如，由Taproot Wizards团队铭刻的首个4MB比特币交易（区块774,628）费用为147,000美元。

根据与多个构建基于比特币的ZK-Rollups团队的对话，我们预计ZK-Rollups将在每6-8个区块（1小时 – 1.2小时）向比特币L1发布证明输出和状态差异，以铭文的形式存储在交易的见证中。这些数据将使任何运行比特币节点的参与者能够重构Rollup的最新状态。基于测试网和与开发人员的对话，我们估计这些证明输出和状态差异的组合，每个数据发布交易每6个区块将需要约400KB的区块空间。

在将比特币每秒处理的兆字节与以太坊和Celestia进行比较时，显然比特币从未设计为数据可用性层。

验证证明的成本 – 以太坊ZK-Rollups

以下是显示以太坊ZK-Rollups每周数据发布成本的图表。ZK-Rollups通过从L2交易费用中产生的收入来资助其数据发布开支。自推出以来，ZK-Sync Era证明了这一模型的可行性，生成了6690万美元的L2交易费用总收入。其中，5120万美元用于ZK验证和L1调用数据费用（即，发布到以太坊的ZK-Proofs和状态差异）。ZK-Sync已成功处理超过4.176亿笔交易，涉及780万个独立地址，保持其生命周期内平均每笔交易费用为0.16美元。这一高效的运营使其总利润达到1570万美元。

估算发布数据到比特币的成本

ZK-Rollups在比特币上的数据发布成本主要由两个部分组成：ZK-Proof输出和状态差异。尽管Stark Proof的大小在批处理交易数量不变时保持不变，但状态差异的大小随着交易量和类型而变化。因此，状态差异通常代表了Rollup数据发布成本的较大部分。鉴于对数据可用性需求的估算和预期在ZK-Rollup团队之间存在变动——这取决于交易类型和数量——我们选择使用一般化的数据大小来说明发布到比特币L1的成本及相关的L2盈亏平衡点。值得注意的是，ZK-Proof和状态差异大小的估算正在不断演变，因为团队正在研究并优化数据压缩机制，因此这个过程旨在进行演示而非最终定论。

在我们的模型中，我们假设一个Rollup的ZK-Proof和状态差异每730个发布区块为400KB（大约一个月）。换句话说，我们预期Rollups每小时或每6-8个区块“结算”一次，即每月730个区块。如果比特币L1的交易手续费为10 sats/vByte，每个区块的发布将花费630美元。这转化为每月约46万美元，或者年均550万美元，假设数据大小和费用率保持不变。然而，如果平均费率上升到50 sats/vByte，每月开支将飙升至230万美元，年成本约为2760万美元。我们的模型在一个月内为每个数据发布交易采用固定的KB大小，强调在比特币L1发布ZK-Proofs和状态差异是昂贵的，无论L2用户在Rollups上支付多少费用。

以下敏感性表估算了Rollups在发布数据成本后实现盈亏平衡所需的交易活动和费用水平。我们的模型预测，在2024年8月1日，Rollup以每6个区块发布固定的400KB数据到比特币L1的每月成本为10、20和50 sats/vByte。在一个比特币Rollup每月处理2000万笔交易的情况下——与ZK-Sync过去一年的交易量相当——则需按10、20和50 sats/vByte收费0.05美元、0.09美元和0.23美元才能实现盈亏平衡。

值得注意的是，由于缺乏可用的测试网数据，这个敏感性表假设400KB数据发布大小在每月1万到2000万笔交易间固定。Alpen团队的白皮书提供了基于发布批次中交易数量的状态差异大小的估算，我们对此进行了考虑。他们的白皮书指出，如果Rollup每6个区块发布一次，大约每批1万笔交易，每月大约730万笔交易，则每批次发布的大小为670KB。由于这些估算超过一年，我们的模型试图考虑到压缩算法的进步和整体误差空间。我们了解到，从每月1万到200万笔交易，状态差异的大小可能小于400KB。

无法获得足够交易费用以覆盖数据发布成本的Rollups将需要动用其国库来支付L1交易费用，并最终可能被迫完全放弃使用比特币作为数据可用性层。如果Rollups发现发布到比特币不可行，反过来，他们可以在更具成本效益的数据可用性层上发布ZK-Proofs和状态差异，例如Celestia、Near或Syscoin。然而，使用非比特币作为数据可用性层会降低该层称之为“比特币Rollup”的能力。如果一个Layer 2网络不向比特币汇聚，是否仍将其视为比特币Rollup，还是会转变为替代数据可用性网络的Validium链？另一个可能的解决方案是为那些面临成本覆盖困难的Rollups重组为Layer 3解决方案。在这种情况下，Rollup将状态差异发布到现有的Layer 2或侧链上，仅将Merkle根哈希发布到Layer 1。这种方法可以显著降低数据发布成本，同时保持与比特币网络的连接。

Rollups上线时的比特币区块空间

自2023年初Ordinals和BRC-20s出现以来，比特币的每日平均区块重量一直稳定在其4m重量单位限制（4MB数据）以下。区块重量是一个无量纲的区块“大小”度量，随着SegWit升级的引入，将折扣见证数据纳入其中。由于铭文相关交易的大量涌入，平均每日区块重量大幅增加，这些交易在交易的见证字段中包含任意数据（文本、图像等）。自2023年2月以来，比特币区块的平均饱和度为98%。

每个证明输出和状态差异总计400k重量单位，如果Rollup的数据大小保持一致，单个Rollup向区块发布数据将使用区块重量限制的10%。鉴于区块始终处于满载状态，Rollups的引入将改变每个数据发布区块中的交易数据组成。下图演示了截至2024年7月18日，如果两个Rollups在每6个区块发布数据，最近30个区块的区块组成。在这种情况下，该图不考虑发布状态差异的Rollups，其数据大小低于或超过400KB。请注意，该图仅考虑了两个Rollups发布数据——尽管有多项希望上线。

每6-8个区块发布数据的Rollups对区块空间的持续需求将迫使时间敏感的交易在数据发布区块之前或期间支付额外费用。这将提高所有比特币用户（包括Rollups）的费用。下图强调了由于Rune和Ordinal的链上活动竞争日益增加，时间敏感交易（主要是金融交易，例如交易对手之间的交易）不得不支付最高的费用率溢价。“过度支付”是指特定交易类型在区块中的中位值sat/vByte与其所在区块的中位值sat/vByte之间的差异。下图汇总了每日的过度支付情况，显示某一天内逐区块的平均过度支付差异。

为什么比特币的数据可用性很重要

为了使Rollup与比特币完全对齐，许多人认为Rollup必须使用比特币进行数据可用性。尽管成本高昂，但这一选择利用了比特币无与伦比的安全性、不可篡改性和去中心化。选择替代数据可用性解决方案的Rollups引入了比特币网络之外的额外信任假设，可能会损害其完整性以及其作为“比特币Rollup”的分类。比特币作为数据可用性层的优势不仅在于其强大的安全性，还在于其广泛的节点分布以及设置轻节点或完整节点的低门槛。这种可及性确保任何运行比特币全节点的参与者都能够重构Rollup的最新L2状态，从而增强透明度和去中心化。

尽管存在显著的开支和潜在的长期可行性挑战，比特币作为Rollups的精英数据可用性层的角色突显了一个基本的权衡；利用比特币基础设施的高成本与所提供的无与伦比的安全性和去中心化之间的权衡。这种成本与安全之间的平衡将可能塑造比特币网络上Rollup实现的未来格局。虽然高成本可能不会迫使所有Rollups远离比特币，但很可能会造成仅有少数能生存下来的环境。

对使用比特币作为数据可用性的Rollups的展望

• 如果平均数据发布大小为400KB，使用比特币进行数据可用性的ZK-Rollup将需要在10-50 Sat/vByte的费用率环境中，每月从L2交易费用中产生约459,000到230万美元的收入，以实现盈利。

• 费用估算引擎对比特币上的Rollups至关重要，以最大化盈利能力。

• 比特币区块空间根本无法容纳4-8个Rollups每6-8个区块发布100KB-400KB的证明，而不导致所有用户（包括Rollups）的费用高昂。

• 比特币Rollups可能会探索与比特币矿工的合作，以提供私密交易流以确保块包含，从而锁定一些固定、较低的交易费用率。

• 成功在比特币上构建主权Rollup的团队需要执行一种市场策略，开发使用户留在L2的应用。

• 标签活动不足以证明发布数据到BTC的成本，项目面临烧钱仅用于发布数据的风险。

• 一些比特币L2将探索L3环境进行交易执行，并组合使用L2和比特币L1进行数据可用性。

• 比特币上的Rollups将增加对区块包含的竞争，从而抬高所有人的L1费用，包括Rollups本身。

• 使用比特币L1进行数据可用性的比特币L2需要通过费用率衍生市场和非公开矿业交易来对冲意外的费用波动。

• 原文链接： galaxy.com/insights/rese...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～