Vitalik新文：大幅扩展L1仍具有价值，将使应用开发更简单安全

原文标题：Reasons to have higher L1 gas limits even in an L2-heavy Ethereum

原文作者：Vitalik Buterin

原文编译：Daisy，MarsBit

以太坊路线图中一个重要的短期讨论是 L1 gas 限制应提高多少。最近，L1 gas 限制已从 3000 万提升至 3600 万，提高了 20% 的网络容量。许多人支持在不久的将来进一步大幅增加这一限制。这些提升之所以可行，得益于近期和即将到来的技术改进，例如以太坊客户端的效率提升、EIP-4444 提案减少对历史数据的存储需求（详见路线图），以及未来的无状态客户端技术。

然而，在采取这一措施之前，我们需要思考一个关键问题：在以 rollup 为核心的发展路线中，长期来看提高 L1 gas 限制是否是正确的选择？gas 限制易于提升，但降低却十分困难——即使未来降低了，去中心化的影响可能是永久性的。如果 L1 过度使用带来了中心化风险，而我们并不确定这种使用能带来足够的收益，那将是一个不可取的结果。

本文将论证，即使在大多数用户和应用都运行在 L2 的世界中，大幅扩展 L1 仍然具有价值，因为这将使应用开发模式更加简单和安全。

本文不会试图论证更多应用是否应长期运行在 L1。相反，本文的目标是论证，无论这一争论的结果如何，L1 进行约 10 倍扩容在长期内都具有重要价值。

抗审查能力

目标是抵抗审查
火星财经注：配图中文字源自小说《1984》「战争即和平，自由即奴役，无知即力量」

区块链的核心价值主张之一是抗审查能力：如果一笔交易是有效的，并且用户能够支付市场费率的 gas 费用，那么这笔交易就应当能够可靠且快速地被纳入链上。

在某些情况下，抗审查能力需要在极短的时间尺度上生效。例如，在 DeFi 协议中持有仓位的用户，如果市场价格快速波动，即便交易上链的延迟仅为 5 分钟，也可能导致仓位被清算。

L1 的质押者（staker）集合高度去中心化，使得对交易进行长期审查变得极为困难，通常最多只能在几个区块（slots）内延迟交易。目前也有提案进一步增强以太坊的抗审查能力，以确保即使区块构建过程（block building）高度集中并被外包，交易仍能顺利上链。

相比之下，L2 依赖于相对更集中的区块生产者（block producers）或中心化排序器（sequencer），这些实体可以轻易地选择审查特定用户的交易。一些 L2（例如 Optimism 和 Arbitrum，详见其官方文档）提供了强制包含机制（force-inclusion mechanism），允许用户直接通过 L1 提交交易。然而，这一机制的实际可行性依赖于两个关键因素：

1.L1 交易费用足够低，使得用户可以负担直接在 L1 上提交交易的成本；

2.L1 具有足够的区块空间，即使 L2 大规模审查用户交易，L1 仍能容纳用户绕过 L2 直接提交的交易。

因此，提高 L1 的容量，不仅能降低费用，还能增强 L2 用户在遭遇审查时的应对能力，确保区块链的核心价值—抗审查能力—得以维持。

基本数学假设

我们可以通过一些数学计算来估算实际使用强制包含机制的费用。首先，列出一些假设，这些假设我们将在其他部分中重复使用：

1.当前一个 L1 → L2 存款交易的费用大约为 120,000 L1 gas。例如 Optimism 的一个案例。

2.一个极简的 L1 操作，例如改变某个存储槽的值，成本为 7500 L1 gas（冷 SSTORE 加上地址的 calldata 成本，再加上一些计算费用）。

3.ETH 价格为 2500 美元。

4.gas 价格为 15 gwei，这是一个合理的长期平均近似值。

5.需求弹性接近 1（即 gas 限制翻倍时，价格会减半）。这一点在之前的数据分析中得到了一定的支持，但实际上，我们应该注意，实际弹性可能会在两个方向上有所不同。

6.我们希望响应攻击的费用低于 1 美元。「正常」操作的费用不应超过每笔交易 0.05 美元。那些属于介于两者之间的异常操作（例如密钥更改）应低于 0.25 美元。这显然是一个直观的价值判断。

根据这些假设，今天绕过审查的成本为： 120000 * 15 * 10**-9 * 2500 = $4.5

为了将其降低到目标以下，我们需要将 L1 扩展 4.5 倍（尽管需要注意的是，这是一个非常粗略的估算，因为弹性很难估算，甚至绝对的使用水平也很难预测）。

需要在 L2 之间转移资产

用户经常需要将资产从一个 L2 转移到另一个 L2。对于常见的、高交易量的资产，最实用的方法是使用意图协议（例如 ERC-7683）。实际上，只有少数市场做市商需要直接在两个 L2 之间转移资产；其他用户则只是与做市商进行交易。然而，对于低交易量的资产或 NFT，这种方法不可行，因此，要将这些资产从一个 L2 转移到另一个 L2，个人用户需要通过 L1 发送交易。

目前，从一个 L2 提现的成本大约是 250,000 L1 gas，存款成本则是 120,000 L1 gas。从理论上讲，这一流程可以进行相当大的优化。例如，要将一个 NFT 从 Ink 转移到 Arbitrum，NFT 的基础所有权必须从 Ink 桥接转移到 Arbitrum 桥接，这一操作发生在 L1 上。这是一次存储操作，成本大约为 5000 gas。其他的操作基本上是调用和证明，只要有合适的逻辑，可以将其成本控制得很低；假设总成本为 7500 gas。

我们来计算这两种情况的费用。

当前情况： 370000 * 15 * 10**-9 * 2500 = $13.87

理想设计：7500 * 15 * 10**-9 * 2500 = $0.28

我们的理想目标是 0.05 美元，因此这意味着 L1 需要扩展约 5.5 倍。

或者，我们也可以更直接地基于容量来分析。假设每个用户平均每月需要进行一次跨 L2 的 NFT（或稀有 ERC20）转移。以太坊每月的总 gas 容量为： 18,000,000×(1286,400×30​)=3.88 万亿 gas 即足够支持 5.18 亿次这样的转移。因此，如果以太坊想要服务全球用户（假设 Facebook 的用户数为 31 亿），它需要将容量扩展约 6 倍，这仅仅是 L1 用途的唯一情形。

L2 大规模撤离 (L2 mass exits)

L2 的一个重要特性是其能够在 L2 出现故障时，允许用户退出到 L1，这是「替代 L1」（alt L1s）所不具备的功能。那么，如果所有用户都不能在一周内成功退出会怎样呢？对于 optimistic rollup 来说，这可能并不是什么大问题：只要有一个诚实的参与者，就能阻止恶意状态根被确认。然而，在 Plasma 系统中，如果数据变得不可用，通常需要在一周内完成退出。即便是在 optimistic rollup 中，如果发生敌对的治理升级，用户也会有 30 天的时间窗口来提取资产（见：阶段 2 定义）。

这意味着什么呢？假设一个 Plasma 链出现故障，并且退出的成本是 120,000 gas。那么，多少用户能够在一周内完成退出？我们可以进行计算：86400 * 7 / 12 * 18000000 / 120000 = 756 万用户。

如果是一个有敌对 30 天延迟治理升级的 optimistic rollup ，数字则增加到 3240 万用户。假设可以创建一个大规模退出协议，允许大量用户同时退出。如果我们将效率推到极限，每个用户只需要进行一次 SSTORE 操作和一点额外的计算（即 7500 gas），那么两个数字分别增加到 1.21 亿和 5.18 亿用户。

索尼今天在以太坊上有一个 L2，Playstation 拥有大约 1.16 亿的月活跃用户。如果这些用户都成为 Soneium 用户，那么目前的以太坊就无法扩展到足够支持一个大规模退出事件。然而，如果我们实现更聪明的大规模退出协议，它就勉强可以应对。

如果我们希望避免技术上复杂的哈希提交协议，可能需要为每个资产预留 7500 gas。我在我的 Arbitrum 主钱包中有 9 个具有较大价值的资产；如果以此为估算，那么 L1 可能需要扩展约 9 倍。

另一个用户关心的问题是，即使 L1 扩展得足够安全，他们也会因为极高的 gas 成本而损失大量资金。

我们来分析一下退出的 gas 成本，使用现有的和「理想」退出成本进行比较：

现有情况：120000 * 15 * 10**-9 * 2500 = $4.5

理想情况：7500 * 15 * 10*-9 * 2500 = $0.28

然而，这些估算的问题在于，在大规模退出的情况下，所有人都会试图同时退出，因此 gas 成本会显著增加。我们已经看到过某些天 L1 的平均每日 gas 成本超过 100 gwei。如果我们将 100 gwei 作为基准，那么我们得到的提现成本为 1.88 美元，这意味着 L1 需要扩展 1.9 倍，才能使退出保持在可负担范围内（即低于 1 美元）。另外，如果你希望用户能够一次性退出所有资产，而无需使用技术上复杂的哈希提交协议，那么每个资产可能需要 7500 gas，这样提现成本将分别增加到 2.5 美元或 16.8 美元，具体取决于你的参数，L1 需要扩展的比例也相应发生变化，以确保提现成本保持可承受范围内。

在 L1 上发行 ERC20 代币

如今，许多代币都在 L2 上发行。但这带来一个被低估的安全问题：如果某个 L2 经历了敌对的治理升级，那么在该 L2 上发行的 ERC20 代币可能会开始无限发行新代币，且无法阻止这些新代币渗透到整个生态系统。如果代币是在 L1 上发行的，那么一个 L2 走偏的后果主要局限于该 L2 本身。

到目前为止，已有超过 20 万个 ERC20 代币在 L1 上发行。支持即使是 100 倍数量的代币发行也是可行的。然而，要让在 L1 上发行 ERC20 代币成为一个受欢迎的选择，成本需要足够低。以 Railgun 代币（一个主要的隐私协议）为例。它的部署交易成本为 1.647 万 gas，按我们的假设，这大约是 61.76 美元。对于公司来说，这个成本是可以接受的。从原则上讲，这个成本可以通过优化得到大幅降低，尤其是对于那些以相同逻辑发行大量代币的项目。然而，即使我们将成本降低到 120,000 gas，成本依然是 4.5 美元。

如果我们的目标是将 Polymarket 带到 L1（至少是资产发行；交易仍可以在 L2 上进行），并且希望有大量微型市场发生，那么按照上述目标 0.25 美元，我们就需要将 L1 扩展大约 18 倍。

Keystore 钱包操作

Keystore 钱包是一种钱包类型，它具有可修改的验证逻辑（用于更改密钥、签名算法等），并且这些更改会自动传播到所有 L2。验证逻辑位于 L1 上，L2 使用同步读取（例如 L1SLOAD、REMOTESTATICCALL）来读取这些逻辑。Keystore 钱包可以将验证逻辑放在 L2 上，但这样会增加许多复杂性。

假设每个用户每年需要进行一次密钥更改或账户升级操作，且我们有 31 亿用户。如果每个操作的成本是 50,000 gas，那么每个槽的 gas 消耗为：50000 * 3100000000 / (31556926 / 12) ~= 5900 万，这大约是当前目标的 3.3 倍。

我们可以通过很大的优化来减少成本，例如将密钥更改操作发起于 L2，但将数据存储在 L1 上（为此创意向 Scroll 团队致谢）。这样可以将 gas 消耗减少到仅仅一个存储写入操作和一点点额外的计算（假设为 7500 gas），这将使 keystore 更新能够使用以太坊当前 gas 容量的大约一半。

我们还可以估算一下 keystore 操作的成本：7500 * 15 * 10**-9 * 2500 = $0.28，从这个角度来看，1.1 倍的 L1 扩展将足以使 keystore 钱包变得足够负担得起。

L2 证明提交 (L2 proof submission)

为了使 L2 之间的跨链互操作性既快速、通用又无需信任，我们需要 L2 经常向 L1 提交，以便它们能够直接了解彼此的状态。为了获得最优的低延迟，L2 需要在每个区块提交到 L1。

根据目前的技术（如 ZK-SNARKs），每个 L2 的提交成本大约为 50 万 gas，因此以太坊最多只能支持 36 个 L2（相比之下，L2beat 追踪了大约 150 个 L2，包括 validiums 和 optimiums）。但更重要的是，这种做法在经济上几乎不可行：以长期平均 gas 价格 15 gwei 和 ETH 价格 2500 美元为假设，提交的年成本为：500000 * 15 * 10**-9 * (31556926 / 12) * 2500 = 4900 万美元/年。

如果我们使用聚合协议，成本可以进一步降低，最终每次提交的 gas 可能降至约 10,000 gas，因为聚合机制相较于仅更新一个存储槽会更复杂。这样，每个 L2 的年提交成本将大约是 100 万美元。

理想情况下，我们希望每个区块都能提交到 L1，且这应该是一个理所当然的操作。要实现这一目标，L1 的容量将需要大幅增加。每年 10 万美元的成本对 L2 团队来说是相对较小的，但每年 100 万美元的成本则不可忽视。

结论

我们可以将上述用例整理成如下表格：

请注意，第一列和第二列是相加的。例如，如果密钥库钱包操作占用了当前 gas 消耗的一半，那么需要有足够的空间来运行一个 L2 大规模退出操作。

此外，请再次注意，基于成本的估算极为粗略。需求弹性（gas 费用如何响应 gas 限制变化，特别是在长期内）非常难以估算，而且即使在固定使用水平下，关于费用市场如何演变仍然存在很大的不确定性。

总体而言，这项分析表明，即使在 L2 主导的世界中，L1 gas 的 10 倍扩展仍具有重要价值。这反过来意味着，无论长期前景如何，未来 1-2 年内能够实现的短期 L1 扩展依然是有价值的。

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