Autor: Gabe Parker, Galaxy; Compiler: Wu Baht, Golden Finance

Vorwort

Der Blockplatz von Bitcoin ist äußerst knapp, da die Größe jedes Blocks auf 4 MB begrenzt ist. Diese Knappheit stellt eine große Herausforderung für Rollups dar, die Bitcoin als Datenverfügbarkeitsschicht nutzen möchten. Die aufstrebende Bitcoin-basierte Rollup-Landschaft basiert hauptsächlich auf ZK und zielt darauf ab, alle 6–8 Blöcke ZK-Proof-Ausgaben und Statusunterschiede auszugeben. Dieser Ansatz stößt jedoch auf ein großes Hindernis: Jede Datenfreigabe verbraucht bis zu 400 KB (0,4 MB) Blockspeicherplatz, was effektiv 10 % des gesamten Blocks ausmacht.

Angesichts der Tatsache, dass Bitcoin seit Januar 2023 voll ausgelastet ist, wird sich der Wettbewerb um die Blockeinbindung in mehrere Rollups verschärfen, was den Markt für Bitcoin-Transaktionsgebühren möglicherweise auf ein unhaltbares Niveau belasten könnte. Die aktuellen Einschränkungen der Basisschicht von Bitcoin könnten zusammen mit der zunehmenden Verbreitung von Rollups in der Entwicklung eine Umgebung schaffen, in der L2s Schwierigkeiten haben, sich die Veröffentlichung von Daten zu leisten. Um rentabel zu bleiben, müssen Rollups auf Bitcoin durch nützliche Anwendungen erhebliche Einnahmen aus Transaktionsgebühren generieren. Dieser Bericht analysiert die wirtschaftliche Machbarkeit von Rollups auf Bitcoin, indem er Daten zu Ethereum ZK-Rollups untersucht und die Kosten für die Durchführung von Rollups mit Bitcoin vorhersagt (um die Datenverfügbarkeit zu ermöglichen). Die Analyse untersucht die potenziellen Auswirkungen dieser Projekte auf die Blockzusammensetzung von Bitcoin, sobald sie im Mainnet gestartet werden, und erörtert alternative Strategien, die Rollups verfolgen könnten, wenn die Kosten für die Veröffentlichung von Daten in Bitcoin unerschwinglich sind.

Ist Bitcoin L1 eine Datenverfügbarkeitsschicht?

Bitcoin-Rollups, die Daten auf der Basisschicht veröffentlichen, stehen vor einem großen Problem: den Kosten für die Veröffentlichung der Daten. Der Bitcoin-Blockplatz ist pro Byte der teuerste aller Ketten. Darüber hinaus ist die Blockgröße von Bitcoin streng auf 4 MB begrenzt und die Gebühren sind an das Datengewicht der Transaktion gebunden, was die Ausführung jeder datenintensiven Transaktion teuer macht. Das Aufkommen von Ordnungszahlen (auf einzelnen Satoshis angebrachte Inschriften) macht deutlich, dass Transaktionen, die einen großen Teil der Blockgröße einnehmen, zusätzliche Gebühren erfordern und die Transaktionsgebühren in die Höhe treiben. Beispielsweise war für die erste 4-MB-Bitcoin-Transaktion, die vom Taproot Wizards-Team registriert wurde (Block 774.628), eine Gebühr von 147.000 US-Dollar angefallen.

Basierend auf Gesprächen mit mehreren Teams, die ZK-Rollups auf Bitcoin aufbauen, geht Rollups davon aus, alle 6–8 Blöcke (1 Stunde – 1,2 Stunden) ZK-Proof-Ausgaben und Statusunterschiede in Form von Inschriften in Bitcoin L1 zu veröffentlichen. Bei einer Inschrift handelt es sich um willkürliche Daten im SegWit-Teil einer Transaktion gespeichert. Mithilfe dieser Daten kann jeder Teilnehmer, der einen Bitcoin-Knoten betreibt, den neuesten Rollup-Status rekonstruieren. Basierend auf Testnetzen und Gesprächen mit Entwicklern schätzen wir, dass jedes Mal höchstens 400 KB (0,4 MB) erforderlich sind, wenn Proof-Ausgaben und Zustandsunterschiede in der Layer-1-Blockchain von Bitcoin veröffentlicht werden.

Wenn man die von Bitcoin pro Sekunde verarbeiteten Megabyte mit denen von Ethereum und Celestia vergleicht, wird deutlich, dass Bitcoin nie als DA-Schicht konzipiert wurde.

Kosten für die Überprüfung von Beweisen – Ethereum ZK-Rollups

ZK-Rollups ziehen Lehren aus dem Rollup-Ökosystem von Ethereum und sind aufgrund der Verwendung von Gültigkeitsnachweisen kapitalintensive Vorgänge. Dieser Ansatz erfordert, dass der Prüfer ZK-Proof zusammen mit Transaktionsdaten oder Statusunterschieden für jede L2-Statusänderung veröffentlicht. Im Gegensatz zu Optimistic Rollup-Skalierungslösungen, die die Verifizierungskosten nur im Falle eines Betrugsstreits zahlen (was selten vorkommt), zahlen ZK-Rollups die Verifizierungskosten im Voraus, indem sie einen Gültigkeitsnachweis veröffentlichen. ZK Rollup hat höhere Vorabkosten und ermöglicht eine sofortige Endgültigkeit (während Optimistic Rollup ein Herausforderungsfenster von etwa 7 Tagen hat). Die folgende Grafik zeigt die wöchentlichen Datenveröffentlichungskosten für ZK-Rollups auf Ethereum.

ZK-Rollups bezahlt die Datenveröffentlichung durch Einnahmen aus L2-Transaktionsgebühren. Seit seiner Einführung hat ZK-Sync Era die Machbarkeit dieses Modells unter Beweis gestellt und einen Gesamtumsatz von 66,9 Millionen US-Dollar aus L2-Transaktionsgebühren generiert. Davon entfallen 51,2 Millionen US-Dollar auf die ZK-Verifizierung und die Kosten für L1-Anrufdaten. ZK-Sync hat über 417,6 Millionen Transaktionen für 5,4 Millionen Benutzer erfolgreich verarbeitet, bei durchschnittlichen Kosten pro Transaktion von 0,16 US-Dollar. Dieser effiziente Betrieb führte zu einem Gesamtgewinn von 15,7 Millionen US-Dollar.

Schätzen Sie die Kosten für die Veröffentlichung von Daten in Bitcoin

Auf Bitcoin L1, das alle 6 Blöcke Daten mit einer Gebühr von 400 KB und nur 10 sat/vByte veröffentlicht, zahlen Rollups auf Bitcoin 2.640 $ pro veröffentlichtem Block. Rollups auf Bitcoin veröffentlichen Daten alle 6 Blöcke und zahlen bis zu 1,9 Millionen US-Dollar pro Monat für die Veröffentlichung von 730 Blöcken (23 Millionen US-Dollar pro Jahr). Die Verwendung der 50-Sat/VByte-Ebene würde die monatlichen Datenveröffentlichungskosten auf fast 9,6 Millionen US-Dollar (115 Millionen US-Dollar pro Jahr) erhöhen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Schätzung zukünftiger Sat/VByte-Niveaus äußerst schwierig ist, da das Wechselkursumfeld von Bitcoin mit dem Aufkommen von Ordinalzahlen, BRC-20s und Runes zunehmend instabil wird.

Um die hohen Kosten für die Veröffentlichung von Daten in einer Welt von 400 KB pro Beitrag auszugleichen, müssten ZK-Rollups, die Bitcoin zur Bereitstellung ihrer Daten verwenden, etwa 1,9 bis 9,63 Millionen US-Dollar an monatlichen Einnahmen aus L2-Transaktionsgebühren generieren. Die folgende Sensitivitätstabelle schätzt die Transaktionsaktivität und die Gebührenhöhe, die erforderlich sind, damit Bitcoin Rollup nach Abzug der Datenveröffentlichungskosten die Gewinnschwelle erreicht. Unser Modell prognostiziert, dass ab dem 23. Juli 2024 die wöchentlichen Kosten für Rollup zur Veröffentlichung von 400 KB Daten auf Bitcoin L1 alle 6 Blöcke 10, 20 und 50 Sats/vByte betragen werden. Wenn Bitcoin Rollup 20 Millionen Transaktionen pro Monat verarbeiten würde (vergleichbar mit dem wöchentlichen Transaktionsvolumen von ZK-Sync im vergangenen Jahr), müsste es Transaktionsgebühren von 0,096 $, 0,193 $ und 0,482 $ erheben, um mit 10, 20 und 50 Sats/Break zu arbeiten sogar auf vByte-Ebene. Beachten Sie, dass diese Sensitivitätstabelle aufgrund des Mangels an verfügbaren Daten im Testnetz von einer Datenfreigabegröße von 400 KB ausgeht, die zwischen 1 Million und 80 Millionen Transaktionen pro Monat festgelegt ist. Wir verstehen, dass die Datenfreigabegröße abhängig von der Anzahl der in der Statusdifferenz enthaltenen Transaktionen größer oder kleiner als 400 KB sein kann.

Rollup kann nicht genügend Transaktionsgebühren bereitstellen, um die Kosten für die Datenveröffentlichung zu decken, muss in seine Kassen greifen, um L1-Transaktionsgebühren zu bezahlen, und könnte schließlich gezwungen sein, Bitcoin nicht mehr als DA-Schicht zu verwenden. Zu den weiteren Optionen gehört die Ausstellung von ZK-Beweisen und Statusunterschieden auf einer kostengünstigeren DA-Schicht wie Celestia, Near oder Syscoin. Die Verwendung von etwas anderem als Bitcoin als DA-Schicht verringert jedoch die Fähigkeit der Schicht, sich selbst „Bitcoin Rollup“ zu nennen. Wenn das Layer-2-Netzwerk nicht auf Bitcoin umgestellt wird, wird es dann immer noch als Bitcoin-Rollup betrachtet oder wird es in die Validium-Kette übergehen, die das DA-Netzwerk ersetzt? Eine weitere mögliche Lösung für Rollups, die Schwierigkeiten haben, die Kosten zu decken, ist die Umstrukturierung in eine Layer-3-Lösung. In diesem Fall veröffentlicht Rollup die Statusdifferenz auf Ebene 2 oder in der Sidechain, während nur der Merkle-Root-Hash auf Ebene 1 veröffentlicht wird. Dieser Ansatz kann die Kosten für die Datenveröffentlichung erheblich senken und gleichzeitig die Konnektivität zum Bitcoin-Netzwerk aufrechterhalten.

Bitcoin-Blockplatz beim Start von Rollups

Seit dem Aufkommen von Ordinals und BRC-20 Anfang 2023 liegt das tägliche durchschnittliche Blockgewicht von Bitcoin leicht unter der Grenze von 4 Mio. Gewichtseinheiten (4-MB-Daten). Das Blockgewicht ist ein dimensionsloses Maß für die „Größe“ eines Blocks, das mit dem SegWit-Upgrade eingeführt wurde, um reduzierte Zeugendaten einzubeziehen. Das durchschnittliche tägliche Blockgewicht ist aufgrund des Zustroms von Inscription-bezogenen Transaktionen, die beliebige Daten (Text, Bilder usw.) im Segwit-Transaktionsbereich umfassen, erheblich gestiegen. Seit Februar 2023 beträgt die durchschnittliche Fülle der Bitcoin-Blöcke 98 %.

Wenn jede Proof-Ausgabe und jede Zustandsdifferenz insgesamt 400.000 Gewichtseinheiten beträgt, nimmt ein einzelnes Rollup, das Daten in einem Block veröffentlicht, 10 % des Blockgewichtslimits ein, wenn die Datengröße des Rollups konsistent bleibt. Da die Blöcke immer voll ausgelastet sind, wird die Einführung von Rollup die Zusammensetzung der Transaktionsdaten innerhalb jedes Datenfreigabeblocks ändern. Das folgende Diagramm zeigt die Blockzusammensetzung für eine Stichprobe von 30 Blöcken am 18. Juli 2024, unter der Annahme, dass zwei Rollups aktiv sind und alle 6 Blöcke Daten veröffentlicht werden.

Rollups veröffentlichen alle 6–8 Blöcke Daten zu Bitcoin L1, und die ständige Nachfrage nach Blockplatz zwingt zeitkritische Transaktionen dazu, vor oder während der Datenveröffentlichungsblöcke einen Aufpreis zu zahlen. Die folgende Grafik zeigt, wie der zunehmende Wettbewerb um On-Chain-Aktivitäten in Runes and Ordinals dazu führt, dass zeitkritische Transaktionen (auch als Finanztransaktionen bekannt) die höchsten Tarifprämien zahlen müssen.

Warum Bitcoin DA wichtig ist

Damit Rollup vollständig mit Bitcoin konsistent ist, muss es Bitcoin für die Datenverfügbarkeit nutzen. Diese Option ist zwar kostspielig, nutzt aber die beispiellose Sicherheit, Unveränderlichkeit und Dezentralisierung von Bitcoin. Die Wahl einer alternativen DA-Lösung für Rollup führt zu zusätzlichen Vertrauensannahmen außerhalb des Bitcoin-Netzwerks, was möglicherweise dessen Integrität und Klassifizierung als „Bitcoin Rollup“ gefährdet. Der Vorteil von Bitcoin als DA-Schicht ist nicht nur seine hohe Sicherheit, sondern auch seine breite Knotenverteilung und die niedrige Schwelle für die Einrichtung eines Light Nodes oder eines Full Nodes. Diese Zugänglichkeit stellt sicher, dass jeder, der einen Bitcoin-Vollknoten betreibt, den neuesten L2-Status von Rollup wiederherstellen kann, was die Transparenz und Dezentralisierung verbessert.

Trotz hoher Gebühren und potenzieller langfristiger Rentabilitätsprobleme verdeutlicht die Rolle von Bitcoin als ursprüngliche DA-Schicht von Rollup einen grundlegenden Kompromiss: die hohen Kosten für die Nutzung der Bitcoin-Infrastruktur gegenüber der beispiellosen Sicherheit und Dezentralisierung, die sie bietet. Dieses Gleichgewicht zwischen Kosten und Sicherheit könnte die zukünftige Landschaft der Rollup-Implementierungen im Bitcoin-Netzwerk prägen.

Rollups Outlook für DA mit Bitcoin

• ZK-Rollups, die Bitcoin für die Datenverfügbarkeit nutzen, müssten etwa 1,9 bis 9,6 Millionen US-Dollar an monatlichen Einnahmen aus L2-Transaktionsgebühren generieren, um in einer Umgebung mit 10–50 Sat/vByte-Raten zu funktionieren.

• Die Gebührenschätzungs-Engine ist entscheidend für die Maximierung der Rentabilität von Rollups auf Bitcoin.

• Der Bitcoin-Blockraum kann einfach nicht 4–8 Rollups unterstützen, die alle 6–8 Blöcke 400-KB-Proofs veröffentlichen.

• Das Team, das ein souveränes Rollup für Bitcoin aufbauen wird, muss eine Listungsstrategie implementieren und dabei Anwendungen verwenden, die es Benutzern ermöglichen, auf L2 zu handeln.

• Einige Bitcoin L2 erkunden die L3-Umgebung, um Transaktionen auszuführen, und verwenden eine Kombination aus L2 und Bitcoin L1, um die Datenverfügbarkeit bereitzustellen.

• Rollups auf Bitcoin werden den Wettbewerb um die Blockeinbindung verstärken und dadurch die L1-Gebühren für alle (einschließlich der Rollups selbst) erhöhen.

• Bitcoin L2, das Bitcoin L1 für DA verwendet, muss sich gegen unerwartete Volatilitätsgebührenspitzen durch Zinsderivatmärkte und Out-of-Band-Mining-Transaktionen absichern.