以太坊以 L2 为主的情况下，提高 L1 gas 限制的理由

作者：维塔利克·布特林 2025 年 2 月 14 日 原文链接

特别感谢 Ansgar Dietrichs 的反馈和审阅

以太坊路线图中一个重要的近期争议是关于应该在多大程度上提高 L1 gas 限制的问题。最近，L1 gas 限制从 3000 万提高到了 3600 万，使容量增加了 20%。许多人支持在不久的将来进行更大幅度的提升。这些提升得益于最近和即将到来的技术改进而变得安全：以太坊客户端的效率提升、由于 EIP-4444（参见路线图）而减少存储旧历史记录的需求，以及之后的无状态客户端。

然而，在我们走这条路之前，有一个重要的问题需要问：在以 Rollup 为中心的以太坊路线图的背景下，提高 L1 gas 限制从长远来看是否正确？gas 限制容易提高，但很难降低——即使你后来降低了，对去中心化的影响可能也是永久性的。我们不希望在没有确定能从这种使用中受益的情况下，就承担大量 L1 使用带来的中心化风险。

本文将论证，即使在大多数使用和应用都在 L2 的世界中，显著扩容仍然是有价值的，因为它能够实现更简单和更安全的应用开发模式。本文不会试图论证从长远来看更多应用应该在 L1 上这一说法的对错。相反，本文的目标是论证，无论那场辩论的结果如何，L1 上约 10 倍的扩容都具有长期价值。

抗审查性

目标是抵抗审查。

区块链的核心价值主张之一是抗审查性：如果一笔交易是有效的，并且你有资金支付市场价格的手续费，那么你应该能够可靠且快速地将该交易上链。

在某些情况下，即使在短时间尺度上也需要抗审查性：如果你在去中心化金融协议中持有仓位，而价格变化非常快，那么即使交易延迟5分钟也可能足以让你被清算。

L1的质押者集合是高度去中心化的，这使得审查一笔交易超过几个时隙（slot）变得非常困难。目前有一些提案旨在进一步改进以太坊的这一特性，即使在区块构建高度中心化和外包的情况下也能保证抗审查性。另一方面，L2依赖于更加集中的出块者集合或中心化的排序器，它们可以轻易选择审查用户。一些L2（例如参见Optimism、Arbitrum文档）确实有强制包含机制，允许用户直接通过L1提交交易。因此，抗审查性保证的实际价值取决于：(i) L1费用足够低，以及 (ii) L1有足够的空间，即使L2大规模审查用户，用户也能发送绕过交易。

基本数学假设

我们可以通过一些计算来确定使用强制包含机制的实际成本。首先，让我们列出一些假设，这些假设在其他章节中也会用到：

• 目前，一笔 L1 → L2 的存款交易大约需要消耗 120000 L1 gas。这里是一个来自 Optimism 的示例。
• 一个极简的 L1 操作（如修改某个存储槽的值）需要消耗 7500 L1 gas（包括首次访问存储的 SSTORE、地址的 calldata 成本以及少量计算开销）
• ETH 价格为 $2500
• gas 价格为 15 gwei，这是对长期平均值的合理近似
• 需求价格弹性接近于 1（即 gas 限制翻倍会使价格减半）。这一点在早期的数据分析中得到了初步支持，不过实际上我们应该注意到，实际弹性可能会在任何方向上有很大差异
• 我们希望应对攻击的成本低于 $1。正常操作每笔交易的成本不应超过 $0.05。介于两者之间的特殊操作（例如密钥更改）成本应低于 $0.25。这确实只是一个直观的价值判断。

基于这些假设，目前绕过审查的成本为 120000 * 15 * 10**-9 * 2500 = $4.5。为了将其降至我们的目标值以下，我们需要将 L1 扩容 4.5 倍（但请注意，这只是一个非常粗略的估计，因为弹性很难估计，甚至绝对使用水平也很难估计）。

需要在 L2 之间转移资产

用户经常需要在不同的 L2 之间转移资产。对于交易量大的常见资产来说，最实用的方式是使用意图协议，如 ERC-7683。只需要少数做市商实际执行 L2 之间的直接转移；其他人只需要与做市商进行交易即可。然而，对于交易量低的资产或 NFT，这种方式并不可行，因此要在 L2 之间转移此类资产，个人用户需要通过 L1 发送交易。

目前，提款需要消耗 约 250，000 的 L1 gas，存款则需要另外 120，000 的 L1 gas。理论上，这个流程可以得到很大的优化。例如，要将 NFT 从 Ink 转移到 Arbitrum，NFT 的底层所有权需要在 L1 上从 Ink bridge 转移到 Arbitrum bridge。这是一个存储操作，只需要约 5000 gas。其他都"只是"调用和证明，通过合适的逻辑可以变得很便宜；假设总成本为 7500 gas。

让我们计算这两种情况下的成本。

目前：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，这意味着需要扩容 5.5 倍。

或者，我们可以基于容量进行更直接的分析。假设每个用户平均每月需要进行一次跨 L2 的 NFT（或稀有 ERC20）转账。以太坊一个月的总 gas 容量是 18000000 * (86400 * 30 / 12) = 3.88 万亿，足够支持 5.18 亿次此类转账。因此，如果以太坊想要服务全世界（例如，按照 Facebook 31 亿 的用户数量计算），它需要将容量扩大约 6 倍，而且这还是在假设 L1 只用于这一个用途的情况下。

L2 大规模退出

L2 相比"替代性 L1"的一个重要特性是，当 L2 出现故障时，用户能够退出到 L1。但如果所有用户无法在一周内完成退出怎么办？在乐观 Rollup 中，这可能不是问题：一个诚实的参与者就能无限期地阻止错误的状态根被确认。然而在 plasma 系统中，如果数据变得不可用，通常需要在一周内退出。即使在乐观 Rollup 中，恶意的治理升级也会给用户30天的时间（参见：第2阶段定义）来提取他们的资产。

这意味着什么？假设一个 Plasma 链出现故障，一次退出需要消耗 120000 gas。在一周内能有多少用户完成退出？我们可以计算：86400 * 7 / 12 * 18000000 / 120000 = 756万用户。如果是带有恶意30天延迟治理升级的乐观 Rollup，这个数字会增加到3240万用户。可以设想，你可以创建一个允许多个用户同时退出的大规模退出协议。假设我们将效率推到极限，每个用户只需要执行一次 SSTORE 和一些额外操作（即7500 gas），那么这两个数字将分别增加到1.21亿和5.18亿。

索尼目前在以太坊上已经有了一个 L2。索尼的 PlayStation 拥有约1.16亿月活用户。如果所有这些用户都成为 Soneium 用户，那么目前的以太坊将无法支持大规模退出事件。然而，如果我们实现更加智能的大规模退出协议，这勉强是可行的。

如果我们想要避免技术上复杂的哈希提交协议，我们可能需要为每个资产预留7500 gas 的空间。我目前在 Arbitrum 上的主钱包中有9个具有重要价值的资产；如果以此为估计，那么 L1 可能需要扩容约9倍。

对用户来说，另一个担忧是，即使他们能够安全地扩展，他们也会因为非常高的 gas 费用而损失大量资金。

让我们分析一下 gas 费用，使用当前和"理想"的退出成本：

120000 * 15 * 10**-9 * 2500 = 4.5美元

7500 * 15 * 10*-9 * 2500 = 0.28美元

然而，这些估算的问题在于，在大规模退出的情况下，所有人都会同时尝试退出，因此 gas 费用会显著更高。我们曾见过 L1 的平均每日 gas 费用超过100 gwei 的情况。如果我们以100 gwei 为基准，那么退出成本将达到1.88美元，这意味着 L1 需要扩容1.9倍才能使退出费用保持在可承受的水平（1美元以下）。还要注意，如果你希望用户能够一次性退出所有资产，而不需要技术上复杂的哈希提交协议，那么可能需要每个资产消耗7500 gas，这样退出成本将增加到2.5美元或16.8美元，具体取决于你的参数，相应地也会影响 L1 需要扩容多少才能保持退出费用在可承受范围内。

在 L1 上发行 ERC20 代币

如今，许多代币都在 L2 上发行。这存在一个被低估的安全隐患：如果某个 L2 经历了恶意的治理升级，那么在该 L2 上发行的 ERC20 代币可能会开始无限制地发行新代币，而且没有办法阻止这些代币泄漏到整个生态系统中。如果代币是在 L1 上发行的，一个 L2 出现问题的后果主要限制在该 L2 内。

目前为止，已经有超过 20 万个 ERC20 代币在 L1 上发行。即使支持其 100 倍的数量也是可行的。然而，要使在 L1 上发行 ERC20 成为一个受欢迎的选择，成本需要降低。让我们以 Railgun 代币（一个主要的隐私协议）为例。这里是它的部署交易。它消耗了 164.7 万 gas，按照我们的假设相当于 61.76 美元。对于一个公司来说，这个成本本身是可以接受的。原则上，这可以进行大量优化，特别是对于使用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 12 万 gas，仍然需要 4.5 美元。

如果我们设定的目标是将Polymarket引入 L1（至少是资产发行；交易仍可以在 L2 上进行），并且我们希望出现大量的微观市场，那么按照我们上述 0.25 美元的目标，我们需要将 L1 扩展约 18 倍。

密钥库钱包操作

密钥库钱包是一种特殊的钱包，其验证逻辑（用于更改密钥、签名算法等）可以修改，且这些修改会自动传播到所有 L2。验证逻辑位于 L1，L2 通过同步读取（例如 L1SLOAD、REMOTESTATICCALL）来读取这些逻辑。虽然密钥库钱包也可以将验证逻辑放在 L2 上，但这会带来更多的复杂性。

假设我们有 31 亿用户，每人每年需要进行一次密钥更改或账户升级操作。如果每次操作消耗 50，000 gas，那么每个时隙的 gas 消耗将达到 50000 * 3100000000 / (31556926 / 12) ~= 5900 万，约为当前目标的 3.3 倍。

我们可以通过深度优化来改进：让密钥更改操作在 L2 上发起，但在 L1 上存储（感谢 Scroll 团队提出的这个想法）。这样可能将 gas 消耗降低到仅需一次存储写入和少量额外开销（我们再次假设为 7500 gas），使得密钥库更新仅需使用以太坊当前 gas 容量的约一半。

我们还可以估算密钥库操作的成本：

7500 * 15 * 10**-9 * 2500 = 0.28 美元

从这个角度来看，只需 1.1 倍的增长就足以使密钥库钱包的使用成本变得可承受。

L2 证明提交

要让跨 L2 互操作性既快速又通用且无需信任，我们需要 L2 频繁地向 L1 提交数据，以便它们能够直接感知彼此的状态。为了获得最优的低延迟，L2 需要在每个时隙都向 L1 提交。

以当今的技术（ZK-SNARKs）而言，每个 L2 的成本约为 500，000 gas，因此以太坊只能支持 36 个 L2（相比之下：L2beat 追踪了约 150 个，包括 validium 和 optimium 类型的扩容方案）。但更重要的是，这在经济上是不可行的：按照长期平均 gas 价格 15 gwei和 ETH 价格 2，500 美元计算，每年提交的成本为 500000 * 15 * 10**-9 * (31556926 / 12) * 2500 = 每年 4，900 万美元。如果我们使用聚合协议，成本可能会再次下降，极限情况下每次提交可能约为 10，000 gas，因为聚合机制比仅仅更新单个存储槽要复杂一些。这样每个 L2 每年的提交成本约为 100 万美元。

理想情况下，我们希望每个时隙向 L1 提交能成为一个毫无争议的选择。要实现这一点，还需要显著提高 L1 的容量。对于一个 L2 团队来说，每年 10 万美元是一个相当可接受的成本，但每年 100 万美元则明显超出合理范围。

结论

我们可以将上述用例整理成如下表格：

用例	当前技术下的 L1 gas 需求	更理想技术下的 L1 gas 需求	L1 gas 需求（可承受范围）
抗审查能力	< 0.01x	< 0.01x	~4.5x
跨 L2 资产转移	278x	5.5x	~6x
L2 大规模退出	3 - 117x	1 - 9x	~1 - 16.8x
发行 ERC20 通证	< 0.01x	< 0.01x	~1 - 18x
密钥库钱包操作	3.3x	0.5x	~1.1x
L2 证明提交	4x	0.08x	~10x

请注意，第一列和第二列是累加的，例如，如果密钥库钱包操作占用了当前一半的 gas 消耗，那么还需要有足够的空间来执行 L2 大规模退出。

此外，再次提醒，基于成本的评估是非常粗略的。需求弹性（gas 成本如何响应 gas 限制的变化，尤其是长期来看）很难估算，而且即使在固定使用水平的情况下，费用市场的发展也存在很大的不确定性。

总的来说，这项分析表明，即使在 L2 主导的世界中，将 L1 gas 扩容约 10 倍仍具有重要价值。这进而意味着，无论长期前景如何，未来 1-2 年内可以实现的短期 L1 扩容都是有价值的。