作者：Jiawei, IOSG Ventures
Rollup 是眾多基礎設施中一個好的投資類別嗎？
Rollup 的投資邏輯從早期的ZK/OP 敘事之爭，到後來實踐中的TPS 和用戶體驗比拼，再到圍繞OP Stack 等衍生工具構建的護城河——對於這個問題，處在行業發展的不同階段或許有不同的回答。
但歸根結底我們需要回答的是，Rollup 是賺錢的生意嗎？ Rollup 的經濟學是怎麼一回事？本文試圖學習探討Rollup 的商業模式及其Monetization 的設計空間。
Barry Whitehat 最早在Ethereum Research 論壇提出了Rollup 的概念。當Rollup 的概念處在雛形階段時，我們把運作Rollup 的角色統一稱為Relayer 或Operator。隨著基礎設施發展的精細化，這一角色被分解為多個實體：Sequencer 負責排序交易，並寫入DA，Challenger 負責提出挑戰，Prover 負責生成證明。在我們討論Rollup 經濟時，基本上可以從這幾個實體出發進行梳理。
Source: IOSG
本文主要討論Rollup Monetization 的幾個方面：
- 交易費用（Transaction Fee）的緣由、構成和Rollup 的盈虧情況；
- MEV 在Decentralized Sequencer 語境下的形式和Monetization；
- 基於Fault Proof 和Validity Proof 進行Monetization 的可能性。
交易費用(Transaction Fee)
與在其他鏈上類似，用戶在Rollup 發送交易需要支付交易費用。
從Sequencer 的角度看，這個交易成本主要涵蓋兩部分支出：執行開銷和安全開銷。
執行開銷（Execution Cost）
Source: John Adler
Rollup 的執行開銷繼承自以太坊的模型。抽象來看，每個以太坊節點運行著一個複制狀態機。如上圖所示，節點下載並存儲交易數據、執行計算、讀寫內存和存儲，這些操作對應物理性的資源花銷和消耗。 Gas 作為統一的資源定價單位，被用於對這些操作背後隱含的資源進行度量。
那麼延伸到Rollup 中也是如此， 運營Rollup 節點將產生一定的執行開銷，這是Rollup 用戶支付的交易費用的由來。由於EVM 等效性的細微差異和Rollup 設計的不同，不同Rollup 對執行開銷的定價也有些許分別（例如，zkSync Era 提供了原生的賬戶抽象，一些操作對比EOA 可能需要支付更多的Gas），但總體上沿用以太坊的Gas 模型。
Source: Dune Analytics @springzhang
除了上述的執行開銷之外，還應考慮擁堵費用和最低交易費用。
擁堵費用。反映在Gas 價格與網絡流量的動態平衡上。例如在Arbitrum Odyssey 期間，網絡流量的激增導致了Gas 價格的大幅上漲。
最低交易費用。在網絡費用極低的區塊鏈上，為了避免Spam 和DoS 攻擊，有必要設置一個交易費用的下限。目前Arbitrum One 上為0.1 gwei，Arbitrum Nova 上為0.01 gwei。最低交易費用的數值取決於該網絡的設計（在Optimism 上是0.001 gwei）。
安全開銷（Security Cost）
Source: Celestia Forum @adeets_22
安全開銷即為我們討論的數據可用性（DA）成本，DA 是Rollup 等效於以太坊安全性的保證，確保所有人能夠根據發佈在以太坊L1 上的數據重建Rollup 的狀態（這裡討論的是以太坊L1 的情況，當然還有其他DA 方案）。貢獻給以太坊L1 的DA 成本佔據Rollup 總成本的絕大多數。今年5 月，Arbitrum 向以太坊提交了大約3,927 MB 的數據，並為此支付4,856 枚ETH，DA 成本約1.24 ETH/MB。 （按S3 Standard 每GB $ 0.023 和ETH 價格$1800 計算，以太坊的DA 存儲成本大概是AWS 的一億倍）。
由於鏈上DA 非常昂貴，各個Rollup 都採用了數據壓縮方法。 Arbitrum 和Optimism Bedrock 分別使用開源數據壓縮庫Broti 和zlib 對發佈到以太坊L1 的數據進行壓縮。 StarkNet 和zkSync Era 通過發布State Diff（即先前狀態與新狀態之差）而非全部數據，對數據進行壓縮。 （PS：Optimism Bedrock 升級還採取了多種方法對交易成本進行壓縮，在這裡我們可以看到更多數據指標）。
Source: IOSG
值得期待的是，以太坊L1 高昂的DA 成本將在Decun Upgrade 引入EIP-4844 後得到大幅緩解。另外，此處討論的「安全開銷」實際隱含了不同的安全級別。除以太坊L1 保證的DA 之外，DAC 和Celestia、EigenDA 等解決方案提供了多樣的「安全- 成本」權衡，為DA 需求端提供了多種選擇。一些低頻、高價值的DeFi 應用更需要安全保證，一些高頻、相對低價值的應用（例如游戲），則可以更多考慮成本；各取所需。
Source: Dune Analytics @optimismfnd
綜上所述，簡單地從Sequencer 的角度看：Sequencer 從用戶側收取交易費用，向以太坊支付DA 費用。那麼Sequencer 的利潤可以按上述方式計算。目前多數Sequencer 由Rollup 團隊運營，如果忽略代幣發行的收入和通脹等一系列細節，Rollup 的收入也可以粗略地用這個方式進行衡量。
Source: Token Terminal
Source: IOSG
以Optimism 為例，在過去30 天，Optimism 每天的盈利大約是20k 美金。根據Token Terminal 的數據，Optimism 上線至今的盈利大約是10.9 M 美金。
MEV
MEV 是Rollup 建立商業模式的重要方式。在中心化的單個Sequencer 語境下談論MEV 沒有太多意義，所以我們先從去中心化Sequencer 開始，隨後將探索Rollup 的MEV 經濟。
Decentralized Sequencer (DS)
截至目前Arbitrum ($5.87b)、Optimism ($2.14B) 和zkSync Era ($649M) 依賴於中心化的Sequencer/Operator 進行交易排序、提交批次等操作。
去中心化是一項繁雜的事項，引入多方參與者的過程需要仔細打磨，一步到位沒有必要。從安全性、競爭形勢和開發者資源的角度思考，在項目早期採用中心化的Sequencer 講得通。然而，中心化的Sequencer 至少有兩個明顯的缺陷（這同樣也是大多數中心化手段的缺陷）。
- 交易審查：即對特定用戶的交易進行審查，包括勒索攻擊等等。為了解決這個問題，Arbitrum 和Optimism 提供了用戶交易強制包含的選項，例如Arbitrum 的所有用戶都可以調用forceInclusion 方法來強制包含交易；StarkEx 實施了逃生艙（Escape Hatch）機制，實現了部分抗審查。
- 活躍保證：Sequencer 是否能夠持續保持在線？如果中心化的服務產生單點故障（例如硬件故障或軟件配置錯誤），整個網絡將會停機。這種可能性雖小，但一旦發生會產生廣泛的負面影響。
Source: Taiko
當前， Sequencer 實際上同時扮演了以太坊L1 上Builder 和Proposer 的角色：既負責交易排序，又負責提交Batches —— 實現DS 的過程有點像在重走以太坊PBS 的老路。
要實現DS，Rollup 通常有幾種選項。
- 領導者選舉/輪換（Leader Election/Rotation）機制，加上本地區塊構建，即以太坊L1 上非PBS 的情況。 Vitalik 在他的An Incomplete Guide to Rollups 提出了幾種選舉/輪換的方法：Sequencer 拍賣、基於PoS 的隨機選取、DPoS 投票等。根據以太坊的實踐，很顯然PBS 會是更優解。
- 領導者選舉/輪換機制，加上開放的區塊構建市場，即以太坊L1 上Enshrined PBS 或者Proposer 採用MEV-Boost的情況。
- 一些特定機制，例如FCFS (First Come First Serve)。 FCFS 最終會導致延遲競賽，類似於傳統高頻交易中的Colocation。 Arbitrum 當前採用FCFS，並在研究Time-Boost 等變體。 Time-Boost 在FCFS 的基礎上引入了優先費用，可以支付費用讓交易加快最多0.5 秒。這是一種延遲與費用之間的二維權衡。
Rollup 團隊可以採用以上選項內部構建DS，也可以考慮外包Sequencing：
- Espresso/Astria 等項目提出了它們的DS/SS 服務；
- Flashbots 正在構建SUAVE，一個域間通用的加密內存池；
- Justin Drake 提出的Based Rollup，直接借助L1 共識，由以太坊L1 的Proposer 把Rollup 區塊包含到L1 區塊中，繼承L1 等同級別的去中心化和活躍保證。
選擇內部構建或外包有一些利弊權衡，本文將在稍後進一步討論。
DS 語境下的Rollup MEV
Source: odos.xyz/arbitrage
如果我們有了一個開放區塊構建的DS 市場，那麼現在以太坊上的MEV 供應鏈就會在Rollup 上復現。其中，域內MEV （Intradomain MEV） 指發生在Rollup 內部的MEV，這與以太坊L1 的MEV 並沒有太多差異。例如DEX 中的三明治攻擊、跨DEX 套利等等。因為目前Rollup 還沒有實現DS ，上圖以以太坊L1 上的跨DEX 套利作為舉例。
更有趣的可能是跨域MEV （Cross-domain MEV）。我們把跨域MEV 分為普通跨域MEV 和Shared Sequencer （SS）下的跨域MEV。
- 普通領域MEV
Source: odos.xyz/arbitrage
普通跨域MEV 在以太坊L1 和Rollup、Rollup 和Rollup 之間發生。在DS 的語境下，各個域之間都有各自的MEV 管道，涵蓋不同角色。上圖是跨域套利的一個示例。
在Searcher 端，跨域MEV 涉及到復雜的執行風險，因為不同域有不同的確認時間和最終性，無法確定交易是否會被如願包含。為此，Primev 正在構建一個通訊網絡，Searcher 可以向多個域的多個Builder 提交出價，為其Bundle 獲取預先確認（Pre-confirmation）保證。這樣一來Searcher 可以量化並管控它們的執行風險。
跨域MEV 存在中心化的趨勢。如Flashbots 所指出，同時在多條鏈上進行區塊構建的Builder 與僅在一條鏈進行區塊構建的Builder 相比，在跨域MEV 方面具有更大的優勢，因此容易導致中心化。在Rollup-centric Roadmap 之下，這是未來幾年需要面對的話題。
- SS 下的MEV
如果多個Rollup 使用同一個SS，情況有所不同。
Source: IOSG
SS 的特性之一是它可以實現跨Rollup 原子套利。原先Searcher 在分別提交交易1 和交易2 的時候，不確定這兩筆交易是否會按它的期望被包含（例如剛好在下一個區塊被包含）。有了SS 之後，Searcher 可以提交類似上圖的Bundle，當交易1 和交易2 能夠同時滿足時才進行執行，否則兩筆交易都不執行（當然，需要滿足交易不是無效交易）。這種實施減少了Searcher 的執行風險。
理想情況下，SS 將會實現「整體大於部分之和」。例如，一筆交易涵蓋的信息在單個Rollup 上可能沒有價值，但在多Rollup 共享排序的情況下可以與其他Rollup 上的交易進行排列組合，從而充分利用一些「無效信息」並實現正和遊戲。
儘管有眾多好處，但Sequencing 涉及到復雜的商業問題，故筆者認為SS 短期內不會得到頭部Rollup 採用，而可能在長尾的App-specific Rollup 中率先實施和驗證，或者作為Rollup-as-a-Service 項目的可選項提供給開發者使用。
- 圍繞MEV 的Rollup 經濟
Source: IOSG
在DS 得到實施之後，問題回歸到如何圍繞MEV構建經濟模型和價值捕獲機制。
在上文我們討論了Rollup 的開銷。這種開銷的源頭是DA 資源和運營Rollup 本身的物理資源。這些有限資源構成了區塊空間的稀缺性。 MEV 反映了對區塊空間稀缺性的支配權。 Rollup 可以對該支配權進行定價。
Fuel Network 認為一個優化的代幣模型應該合理地對區塊空間的價值進行捕獲。用戶使用Rollup 代幣支付交易費用，是價值捕獲的其中一種方式（即賦予了代幣Utility）。但這也引入了額外的用戶側摩擦。 Fuel 的想法也是對區塊空間的稀缺性進行代幣化，但代幣化的是「收取區塊空間內費用的權利」。這是從區塊生產者和MEV 的角度而言的，並不影響終端用戶。
對應上述DS 的選項，筆者認為可能有以下設計空間：
- MEV Auction (MEVA)。 Sequencer 參與拍賣來確定特定區塊、或特定時間內的區塊的交易排序權。拍賣的出價作為Rollup 的收入。
- PoS。質押Rollup 代幣，隨機選擇Sequencer；質押越多，成為Sequencer 的概率越大。注意Rollup 仍由Validity/Fault Proof 和以太坊保證安全，並不需要依賴於PoS 提供的經濟安全。 PoS 僅作為選擇領導者的方式。質押代幣為Rollup 提供了價值捕獲，這種鎖倉本質上也是對區塊空間稀缺性的反映。
- SS。相較上述兩點而言，SS 是一個有趣的新話題，目前還沒有定論。假設Rollup 選擇外包Sequencing 給SS，同時意味著出讓了自己捕獲域內MEV 的權利—— 儘管這樣做的好處是多個域間會產生網絡效應，從而形成正和。但從另一個角度來說， Rollup 完全可以選擇把自己的MEV 留在自己的生態內部，由自己捕獲或是對域內MEV進行代幣化。
因此，筆者認為SS 應該以某種方式對其各個域間捕獲的MEV 進行再分配。在多個SS 爭奪他們的Rollup 客戶的情況下，這種再分配的激勵顯得尤為重要。在這種情況下，再分配的MEV 可以作為Rollup 的收入。
“欺詐”證明(Fault Proof)
欺詐證明的普遍設計是在挑戰期內，人們（稱為挑戰者）可以對狀態轉換提出質疑；一旦該質疑被驗證為正確，作惡者會被罰沒，挑戰者獲得部分罰沒的資金作為獎勵。其餘被罰沒的資金可能會被銷毀，如果被罰沒的資金是Rollup 的代幣，這被視為對於所有代幣持有者的一種補償（而非對於攻擊的受害者）。 Arbitrum 和Optimism Cannon 目前都採用交互式欺詐證明。
在Arbitrum 上觀察狀態轉換和提出挑戰的一方稱為驗證者（Validator），觀察狀態轉換的一方稱為觀測者（Watchtower Validators） 。兩者的主要區別在於前者可以提出挑戰，後者可以以任意方式提出警告（例如通過社區或社交媒體）。成為驗證者需要白名單的權限。觀測者則無需許可。
Arbitrum 可能在未來去中心化驗證者（也即挑戰者）這一角色。但實際上挑戰者只需要1 of N 的信任假設，一個誠實的挑戰者對於網絡來說是足夠的。因此，筆者認為去中心化挑戰者只是滿足去中心化的要求，除了上述提到的挑戰者獲得部分罰沒的資金之外，在經濟學上沒有太多的設計空間，更多可能是出於設計冗餘的考慮。
證明者網絡/市場(Prover Network/Market)
Source: Figment Capital
Figment Capital 在其文章中對Prover Network 和Prover Market 進行了概念區分：Prover Network 是僅為單個應用（例如Scroll）提供服務的Prover 集合。 Prover Market 是開放的市場，多個應用（例如Scroll、Succinct）可以向該市場提交證明請求。這篇文章已經概括了Decentralized Prover 的方方面面，因此本文不會重複增添過多筆墨。
證明網絡（Prover Network）
Scroll 在兩年前提出了去中心化Prover 的想法。
Source:Scroll
Prover （Scroll 稱為Roller）需要質押代幣以獲得初始的聲譽，該聲譽與質押的代幣成正比例。在網絡需要生成證明的時候，由Sequencer 按聲譽隨機選擇多個Prover，要求他們在時間T 內生成證明—— 如果證明無效將被罰款；如果證明有效但晚於時間T，將降低其聲譽；如果證明有效且在時間T 內，有機會獲得獎勵。
引入限定時間T 的設計，而非簡單地採用「最快」來進行衡量，是為了避免最快的Prover 贏家通吃的局面，因為只要能夠在時間T 內完成，最快的Prover 和稍慢的Prover 獲得獎勵的概率是相同的。這種機制鼓勵最快的Prover 並行生成其他區塊的證明，以最大化利潤。
證明市場（Prover Market）
Source:=nil;
=nil; 提供了構建電路和證明市場的通用化服務。構建電路的開發者和生成證明的Prover 各自獲得一部分收入。
作為一個開放市場，=nil; 與現貨市場類似，有兩方角色：證明請求者和證明生產者。前者可以發布買單，後者可以發布賣單。掛單的參數包含Statement （如Mina 或Solana 的狀態證明電路）、成本、訂單超時時限和證明生成時間。
=nil; 也採用了類似的聲譽系統，沒有按時生成證明和生成錯誤證明的Prover 會被降低評級甚至罰沒。
Scroll 和=nil; 都採用了Staking-slashing 和聲譽系統的設計，區別在於面向的需求端群體不同。前者服務於ZKRollup 本身，後者服務於多個ZK 應用。這兩個實例分別對應內部構建Prover 和外包Prover 的兩種形式。
Closing Thoughts
綜合以上討論，筆者提出幾個觀點：
- 交易費用是簡單有效的商業模式，而Rollup 對以太坊進行擴容的主要賣點之一就是低費用，因此它們在交易費用上面並不會做太多文章。隨著EIP-4844 的採用和各類DA 方案的成熟（Celestia、EigenDA 等），Rollup 交易費用將進一步得到降低。這對用戶而言是好事情。
- 在Rollup 方面，筆者認為，主流Rollup 在兩到三年內會逐漸走向DS，一些長尾Rollup 可能更快一步。 MEV 作為較隱晦的商業模式，會成為Rollup 收入的主要增長點。其中，如果內部構建DS，則關係到代幣經濟學設計；如果選用DS & SS ，如何對其中的MEV 進行合理分配是Rollup 和DS & SS 項目都需要考慮的點。 Rollup 上的MEV 重要性目前被嚴重低估。
- 去中心化往往是漸進式的過程，去中心化也有不同的程度。無論去中心化Sequencer 或是Prover，主要有兩種選項：由團隊進行內部構建或外包。前者的設計空間較為廣闊，主要建立在Staking-slashing 的加密經濟原語之上，已經有一些成熟的機制設計可供參考。筆者猜測後者可能依賴於類似DA 的付費模型。
DS 在機制設計上可能是更複雜的，而Prover 相對直觀。因為我們很難說Sequencer 返回的交易序列是正確或錯誤的，而數學證明是確定性的東西，可以定量地被衡量，例如時間、成本等參數。 DS 更多是從MEV 經濟的角度出發去考慮。
Rollup 如何選擇上述兩種方式，根據項目所處階段不同有所差異，至少需要考慮資本效率、開發者資源等因素。對於早期的Rollup，包括一些App-specific Rollup，外包這項去中心化的工作，快速進行Bootstrap 可能是最優解（通過DS & SS 或EigenLayer）。而相對成熟的Rollup 一方面有更加充足的開發者資源和資金，另一方面會更多地考慮代幣價值捕獲和資源連接，並藉此構建護城河和飛輪效應。
Reference
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3.https://figmentcapital.medium.com/decentralized-proving-proof-markets-and-zk-infrastructure-f4cce2c58596
4.https://dba.mirror.xyz/LYUb_Y2huJhNUw_z8ltqui2d6KY8Fc3t_cnSE9rDL_o
5.https://hackmd.io/@EspressoSystems/EspressoSequencer
6.https://mirror.xyz/electriccap.eth/SD0wT7qSSfis9gLT_Ki1gY6_oTYEqgwcGE0hDw7kMDY
7.https://hackmd.io/@yezhang/SkmyXzWMY
8.https://nil.foundation/
9.https://fuel-labs.ghost.io/token-model-layer-2-block-production/
10.https://offchain.medium.com/time-boost-a-new-transaction-ordering-policy-for-arbitrum-5b3066382d62
11.https://docs.google.com/presentation/d/1KCcJv5m8NlbSMv4UiWSaRkKOBfiiHeaOBe444vVL_fQ/edit#slide=id.g22387294055_1_237
12.https://forum.celestia.org/t/ethereum-rollup-call-data-pricing-analysis/141
13.https://ethresear.ch/t/mev-auction-auctioning-transaction-ordering-rights-as-a-solution-to-miner-extractable-value/6788?ref=alex-beckett
14.https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html
15.https://twitter.com/sreeramkannan/thread/1637496244317880321
16.https://twitter.com/jon_charb/thread/1637488620729774080
17.https://barnabe.substack.com/p/understanding-rollup-economics-from
18.https://developer.arbitrum.io/intro/
