Base如何擴展以太坊並降低成本？

解構 Base：以太坊擴展性的催化劑

以太坊作為開創性的智能合約平台，憑藉其強大的去中心化應用程式 (dApps)、非同質化代幣 (NFTs) 和去中心化金融 (DeFi) 協議生態系統，徹底改變了數位版圖。然而，其巨大的成功也帶來了固有的挑戰：擴展性。隨著網路需求激增，交易費用 (Gas) 飆升，確認時間延長，阻礙了主流採用和用戶體驗。在這種背景下，Base 應運而生。Base 是由全球最大的加密貨幣交易所之一 Coinbase 開發的 Layer 2 (L2) 擴展解決方案。Base 旨在緩解這些壓力，顯著提升以太坊的交易吞吐量並大幅降低成本，同時利用主網的基礎安全性。

Base 基於 Optimistic Rollup 技術原理運行，這是一種創新的方法，它在鏈下執行交易，將其打包，然後在以太坊主網上進行結算。與直接與以太坊 Layer 1 (L1) 互動相比，這種方法本質上能實現更快且更便宜的交易。Base 的一個關鍵區別特徵是其承諾使用以太坊的原生加密貨幣 ETH 來支付 Gas 費用，而非引入自有的網路代幣。這一決定強調了其與更廣泛的以太坊生態系統的一致性，並通過消除用戶為網路互動而獲取新的、可能具有投機性的資產之需求，簡化了用戶體驗。

Base 旨在解決的核心問題：以太坊的擴展性不可能三角

以太坊等區塊鏈網路面臨的根本挑戰通常被描述為「擴展性不可能三角」(Scalability Trilemma)，這一概念指出區塊鏈只能在三個理想屬性中同時優化兩個：去中心化、安全性和擴展性。以太坊在設計上優先考慮去中心化和安全性，依靠龐大的驗證者網路和複雜的加密證明來維護其完整性。雖然這種設計選擇對於抗審查性和去信任化至關重要，但卻限制了其交易處理能力。

以下是以太坊 L1 擴展性限制所帶來的問題細分：

• 高昂的 Gas 費用：在網路高度擁堵期間，對交易處理空間的需求超過了供應，導致了 Gas 的競爭性出價市場。用戶支付更高的費用來激勵驗證者將其交易包含在下一個區塊中，這往往導致微額交易或頻繁互動的成本高得令人望而卻步。
• 交易最終性緩慢：雖然以太坊區塊的產出相對較快（約 12-15 秒），但每個區塊的交易數量有限。複雜的 dApp 互動，特別是涉及多個合約調用的互動，可能會經歷顯著的延遲，因為用戶需要等待交易被包含，隨後還要經過多個後續區塊的確認。
• 網路擁堵：有限的吞吐量意味著網路可能變得飽和，導致待處理交易積壓。這不僅增加了費用和延遲，還降低了整體的用戶體驗，使網路感覺遲鈍且反應緩慢。

Base 與其他 L2 解決方案一起，通過將大部分交易執行從主網轉移出去，解決了這一三角難題中的擴展性維度，有效地創建了一個擴展層，可以在不損害以太坊核心安全性或去中心化的情況下處理更高數量的操作。

Optimistic Rollups 如何驅動 Base 的高效能

Base 擴展機制的關鍵在於其採用的 Optimistic Rollup 技術。這是領先的 L2 擴展解決方案之一，專為通過在鏈下執行計算和狀態存儲來降低交易成本並提高吞吐量而設計。

Optimistic Rollups 的運作機制

Optimistic Rollups 的名稱源於一個「樂觀」(Optimistic) 的假設：所有在 L2 上打包和執行的交易默認被視為有效。這與零知識 Rollups (ZK-rollups) 形成鮮明對比，後者依賴複雜的加密證明來確定性地證明每次鏈下計算的有效性。雖然 ZK-rollups 在 L1 上提供即時最終性（一旦證明通過驗證），但 Optimistic Rollups 引入了一個「挑戰期」(Challenge Period)，在此期間任何參與者如果懷疑存在欺詐，都可以對交易或交易批次的有效性提出異議。

它們通常的運作方式如下：

1. 鏈下執行：交易不會在以太坊主網上單獨處理。相反，它們在 Base 專用的 L2 環境中執行。
2. 批處理 (Batching)：大量的鏈下交易被歸類為單個「批次」。
3. 狀態根 (State Roots)：在執行完一個批次中的交易後，會計算一個新的「狀態根」（一個代表交易後 L2 完整狀態的加密雜湊值）。
4. 發布至 L1：這個新的狀態根連同壓縮後的交易數據，會作為單筆交易提交給以太坊主網上的智能合約。
5. 樂觀最終性：一旦發布到 L1，該批次會被樂觀地認為有效。用戶幾乎可以立即在 Base 上看到其交易被標記為「完成」。

Base 上的交易生命週期

讓我們追蹤 Base 上的典型交易流程：

• 用戶發起交易：用戶與部署在 Base 上的 dApp 互動，例如進行 DeFi 兌換或轉移 NFT。交易經簽署後廣播到 Base 網路。
• 排序器 (Sequencer) 的角色：一個稱為「排序器」的專用節點負責接收並排列這些交易。排序器的職責包括：
  • 將多個獨立交易聚合為單個批次。
  • 在鏈下執行這些交易以更新 Base 的狀態。
  • 壓縮交易數據。
  • 將新的狀態根和壓縮數據作為單筆 L1 交易提交至以太坊主網。
• L1 上的數據可用性：壓縮後的交易數據發布到以太坊 L1。這對於安全性至關重要，因為它允許任何人重建 L2 狀態並驗證排序器的行為。
• 挑戰期（欺詐證明）：批次發布到 L1 後，會開啟一個預定的時間窗口，通常為 7 天。在此「挑戰期」內，任何觀察 L1 的人如果認為排序器提交的狀態根錯誤或存在欺詐，都可以提出挑戰。如果發生挑戰：
  • 向 L1 智能合約提交一份「欺詐證明」(Fraud Proof)。
  • L1 合約使用可用的 L1 數據重新執行有爭議的交易。
  • 如果欺詐屬實，排序器將受到懲罰（例如扣除其抵押的 ETH），錯誤的狀態更新會被撤銷，並強制執行正確狀態。
• 交易最終性：如果在挑戰期內沒有成功提交欺詐證明，則該批次在以太坊主網上被視為不可撤銷的最終確定。該批次內的資金隨後可以安全地提取回 L1。

這種複雜而精巧的機制使 Base 能夠在鏈下每秒處理數千筆交易，極大地提高了速度並降低了成本，同時仍依賴以太坊強大的安全性來實現最終結算和爭端解決。

成本削減機制：批處理與數據可用性

Base 削減交易成本的主要方式是通過批處理與 Layer 1 高效數據可用性的智能結合。當用戶直接在以太坊 L1 上進行交易時，他們需要為交易的每一步支付 Gas：執行、狀態更改和數據存儲。而在 Base 上，這一模型得到了顯著優化。

考慮以下成本組成部分：

• L2 執行費用：當交易在 Base 上執行時，計算成本直接在 L2 上支付。由於 L2 環境較不擁堵且更專業化，這些執行成本顯著低於 L1。
• L1 數據可用性費用：從 L1 的角度來看，與 Optimistic Rollup 交易相關的主要成本來自於將壓縮後的交易數據發布到以太坊主網。這些數據被寫入 L1 的 Calldata 中，這比在 L1 狀態中存儲數據要便宜得多。

以下是批處理如何大幅降低這些 L1 數據可用性費用的原理：

1. 分攤固定成本：與其讓每筆獨立交易支付其數據佔用的全部 L1 Gas 成本，不如將許多 L2 交易綑綁在一起。提交單個 L1 交易（攜帶批次數據）的固定成本隨後由該批次內的所有交易分攤。如果一個批次包含 1,000 筆 L2 交易，則單個 L1 交易的數據成本實際上被這 1,000 筆交易攤銷，使每筆交易的成本變得微不足道。
2. Calldata 壓縮：Base 在將交易數據發布到 L1 之前會進行進一步壓縮。這減少了每個批次所需的 L1 Calldata 量，從而帶來額外的成本節省。諸如狀態差異壓縮和交易簽名聚合等技術都為這種效率做出了貢獻。
3. 減少 L1 上的狀態增長：通過在鏈下處理交易，Base 最小化了需要在以太坊主網上發生的直接狀態更改。L1 只需要存儲聚合後的狀態根和壓縮數據，而不需要存儲每筆獨立 L2 交易的完整執行細節。這減輕了 L1 驗證者和存儲的負擔。

這些優化的累積效應意味著，Base 上的交易可能比直接在以太坊 L1 上進行的等效交易便宜好幾個數量級，尤其是在網路使用高峰期。用戶只需支付原本 L1 Gas 成本的一小部分，以及極低比例的 L2 計算費。

槓桿以太坊的安全性與去中心化

像 Base 這樣基於 Optimistic Rollups 構建的 L2 擴展解決方案，最引人注目的優點之一是它們能夠繼承底層以太坊主網強大的安全性與去中心化屬性。這是與側鏈或完全獨立的區塊鏈的關鍵區別，後者必須從頭開始建立自己的安全模型。

• 錨定以太坊：Base 不是一個獨立的區塊鏈；它是以太坊的延伸。所有交易數據和狀態根最終都在以太坊主網上進行結算和保護。這意味著惡意行為者若要破壞 Base，實際上需要破壞整個以太坊網路，而以太坊受到數千名去中心化驗證者和價值數百億美元的抵押 ETH 抵押品的保護。
• 欺詐證明作為安全保證：欺詐證明機制是 Base 安全繼承的基石。如果排序器嘗試向 L1 發布無效的狀態更新，任何誠實的參與者都可以提交欺詐證明。以太坊 L1 智能合約隨後充當最終仲裁者，驗證證明並撤銷欺詐交易。這確保了即使排序器有惡意行為，資金的完整性和 L2 狀態仍受 L1 保護。這種「瞭望塔」(Watchtower) 功能允許 L2 在使用中心化排序器的情況下高效運行，因為 L1 的安全機制是對不當行為的強大震懾。
• 數據可用性保證：排序器必須將所有壓縮後的交易數據發布到以太坊 L1（通常作為 Calldata），這一點至關重要。這種「數據可用性」確保了：
  1. 任何人都可以驗證 L2 狀態並在需要時重新執行交易。
  2. 即使排序器離線或變為惡意，用戶始終可以通過發布的數據直接從 L1 合約發起提款來追回資金。
  3. 它防止排序器單方面審查交易而不被發現，因為所有發布的數據都是可稽核的。

通過這些機制與以太坊 L1 緊密整合，Base 提供了一種強大的擴展性和成本效益組合，而無需迫使用戶在定義以太坊網路的、經受過實戰考驗的安全性與去中心化上做出妥協。

Base 的經濟模型：以 ETH 作為原生 Gas 代幣

Base 的一個獨特之處，也是 Coinbase 的戰略選擇，是決定使用以太坊的原生加密貨幣 ETH 作為網路上的 Gas 費用代幣。與許多引入自定義代幣支付交易費用的 L2 或替代 L1 不同，Base 自覺地避開了這條路。

以下是這種做法之所以重要且有益的原因：

• 簡化用戶體驗：對於一般加密用戶來說，採用新網路通常意味著必須獲取一種新代幣來支付交易。通過使用 ETH，Base 消除了一阻力。已經持有 ETH 進行以太坊 L1 互動的用戶可以無縫地將資產橋接至 Base 並立即開始交易，而無需額外購買 Base 專用的 Gas 代幣。這降低了准入門檻並促進了更廣泛的採用。
• 與以太坊生態系統的一致性：這一決定強化了 Base 作為以太坊生態系統深度整合組件的身份，而非競爭鏈。它增強了 ETH 在更廣泛的 dApps 和用例中的效用和需求，進一步加強了以太坊整體的網路效應。
• 減少對新代幣的投機興趣：許多新的網路代幣會受到劇烈的投機交易影響，這會為用戶和開發者帶來波動性和複雜性。通過不發行新代幣，Base 避免了這些陷阱，使其能夠全神貫注於提供高效且具有成本效益的交易服務。這也體現了對穩定性和效用的長期承諾，而非短期代幣驅動的激勵。
• 開發簡便性：對於從以太坊 L1 遷移 dApps 或構建新應用的開發者來說，持續使用 ETH 作為 Gas 簡化了開發流程並降低了學習曲線。他們不需要考慮額外代幣的經濟動態。
• Coinbase 的戰略願景：Coinbase 的決定與其更廣泛的戰略緊密相連。作為 ETH 的主要持有者和支持者，培育一個增強 ETH 效用的 L2 符合其長期利益。它鼓勵用戶留在以太坊中心化的生態系統中，而 Coinbase 通過其交易所服務在該生態系統中提供大量支持並獲益。不發行新代幣還簡化了 Coinbase 的監管合規性，因為其運營環境受到高度監管。

本質上，Base 以 ETH 為中心的 Gas 模型證明了其無縫整合和以用戶為中心的設計理念。它利用 ETH 現有的流動性、安全性和熟悉度，為以太坊原生應用構建了一個可擴展且具成本效益的環境，而不會因不必要的經濟層而使生態系統碎片化。

在 Base 上構建：開發者與用戶體驗

Base 的設計目標是讓已經習慣以太坊生態系統的開發者和最終用戶都能感到高度易用和熟悉。這種過渡的便利性對於促進快速採用和生態系統增長至關重要。

EVM 兼容性與開發者工具

Base 是使用 OP Stack 構建的，這是一個用於創建 Optimistic Rollups 的模組化、開源開發框架。OP Stack 以及 Base 的一個關鍵特點是它與以太坊虛擬機 (EVM) 近乎完美的兼容性。

• EVM 兼容性：這意味著為以太坊 L1 編寫的智能合約通常可以在只需極少或無需修改的情況下部署到 Base 上。開發者可以利用現有的 Solidity 代碼、開發工具（如 Hardhat、Truffle、Foundry）和編程知識。這顯著降低了 dApp 遷移和在 Base 上創新的門檻。
• 豐富的工具鏈：由於其 EVM 兼容性，Base 可以利用以太坊生態系統中已經建立的大量開發者工具和基礎設施。這包括：
  • 錢包：MetaMask、兼容 WalletConnect 的錢包等原生支持 Base。
  • 區塊瀏覽器：類似 Etherscan 的瀏覽器（如 Basescan）為交易和合約互動提供透明度。
  • 數據索引器：The Graph 和其他索引服務可以輕鬆與 Base 整合。
  • 預言機：Chainlink 和其他預言機網路可以將其服務擴展到 Base，為 dApps 提供現實世界數據。
  • RPC 端點：標準 JSON-RPC 端點允許輕鬆與網路進行程序化互動。

這一強大的基礎確保了開發者可以快速構建、測試並在 Base 上部署應用程式，受益於降低的成本和提高的吞吐量，而無需學習全新的技術堆棧。

將資產橋接至 Base

對於用戶而言，與 Base 互動通常從將資產從以太坊 L1「橋接」(Bridging) 到 Base L2 開始。這個過程涉及將 L1 ETH 或 ERC-20 代幣鎖定在主網上的智能合約中，然後在 Base 上鑄造等量代幣。

• 官方橋：Base 提供官方橋接界面（通常是網頁版）供用戶輕鬆轉移資產。
• 第三方橋接：也存在各種第三方橋接解決方案，提供替代選項和有時更快的提款機制。
• 存款流程：將資產從 L1 存入 Base 通常很快，因為只需一次 L1 交易來鎖定資金。
• 提款流程：將資產從 Base 提取回以太坊 L1 則涉及 Optimistic Rollup 的挑戰期。
  • 標準提款：標準提款通常需要約 7 天（挑戰期的長度）才能在 L1 上完成。這種延遲是 Optimistic Rollups 固有的，對於允許潛在的欺詐證明是必要的。
  • 快速提款：為了規避 7 天的等待期，一些第三方服務提供「快速提款」。這些服務由 L1 上的流動性提供者在收取少量費用後立即支付用戶資金，他們承擔風險並等待標準 L2 提款完成。

用例與生態系統增長

Base 的成本效益和速度使其成為許多受困於 L1 限制的去中心化應用程式的理想平台：

• DeFi 協議：實現更便宜的兌換、借貸、租賃和流動性挖礦，使 DeFi 對更廣泛的用戶群體更具吸引力。
• NFT 與遊戲：支持頻繁的遊戲內交易、鑄造和 NFT 交易，而不會產生高昂的 Gas 費。
• 社交 dApps：支持微額交易、內容創作和社群互動，這些在 L1 上成本太高。
• 支付：為快速且低成本的去中心化支付系統開啟了可能性。
• 通用 dApps：任何需要高交易量和低成本的應用程式都能從 Base 中獲益。

Coinbase 的支持在促進採用方面發揮了重要角色。通過將 Base 定位為其「鏈上未來」的核心組件，Coinbase 提供了行銷、整合和開發者支持，這可以加速 Base 生態系統的增長。

前方之路：挑戰與未來發展

儘管 Base 為以太坊的擴展性提供了極具吸引力的解決方案，但與所有新興技術一樣，它也面臨著持續的挑戰並處於不斷發展之中。

Optimistic Rollup 的考量：提款延遲

Optimistic Rollups 最常被提及的缺點是固有的提款延遲。如前所述，7 天挑戰期（不同 Rollup 可能略有不同）是一項關鍵的安全功能，旨在為欺詐證明的提交留出時間。然而，對於需要快速將資金取回 L1 的用戶來說，這段等待時間可能不方便。

• 緩解策略：
  • 快速提款：如前所述，第三方流動性提供者可以收費提供即時提款，有效彌補流動性缺口。
  • 跨鏈互通性：隨著 L2 生態系統的成熟，可能會出現更先進的跨鏈協議，允許在不同 L2 之間無縫轉移資產而無需返回 L1，從而進一步減少摩擦。

中心化疑慮（排序器）

目前，包括 Base 在內的大多數 Optimistic Rollups 都使用單一的中心化排序器運作。雖然這簡化了交易排序和批處理，但也引入了一定程度的中心化風險。

• 潛在風險：
  • 審查：惡意排序器可能會審查特定交易。
  • 停機：單點故障可能導致網路中斷。
  • MEV (最大可提取價值)：中心化排序器擁有提取 MEV 的獨特機會，可能以損害用戶利益為代價。
• 未來的去中心化：實現排序器集的去中心化是許多 Optimistic Rollups（包括基於 OP Stack 構建的）的主要重點。這通常涉及：
  • 多排序器：輪換或無許可的排序器集可以減少單一實體的權力。
  • 拍賣機制：讓排序器通過競價獲得交易排序權，進一步去中心化控制。
  • 強制包含：允許用戶在排序器審查時直接將交易強制納入 L1 的機制，確保網路活性。

值得注意的是，即使在使用中心化排序器的情況下，L1 的數據可用性和欺詐證明系統仍為防止最嚴重的惡意行為提供了強大的後盾，確保了資金安全。

升級與不斷演進的技術

基於 OP Stack 構建的 Base 受益於模組化和可升級的架構。更廣泛的以太坊生態系統也在持續進化，這將直接影響 Base 的能力。

• EIP-4844 (Proto-Danksharding)：這一即將到來的以太坊升級旨在引入「攜帶 Blob 的交易」，這將顯著降低 Rollups 在 L1 上的數據可用性成本。通過在 L1 上提供專用且更便宜的 Rollup 數據空間 (Blobs)，EIP-4844 預計將大幅降低 Rollup 交易費用，進一步增強 Base 的成本效率。
• Danksharding：Danksharding 的全面實施是一種更高級的數據分片解決方案，將進一步擴展以太坊的數據可用性，允許 Rollups 以更低的成本處理更大規模的交易。
• OP Stack 創新：隨著 OP Stack 的發展，Base 將繼承在排序器去中心化、證明系統和整體性能等領域的改進，確保其始終處於 L2 技術的前沿。

總結來說，Base 是以太坊擴展征途中的關鍵解決方案。通過利用 Optimistic Rollups、通過批處理優先考慮成本效率，並牢牢錨定在以太坊的安全模型之上，它為下一代去中心化應用程式提供了一個務實且強大的平台。其以 ETH 為中心的獨特經濟模型，進一步鞏固了其作為不斷擴張的以太坊宇宙中不可或缺的一部分之地位，承諾為所有人帶來更易用、更實惠且更快速的鏈上互動未來。