Tổng quan về hệ thống Rollup Economics: Optimism và Arbitrum One

Cuộc chơi Rollup Games và 3 vai trò chính

Trong hệ thống rollup có ba vai trò chính, bao gồm: users (người dùng), rollup operator (người vận hành rollup) và base layer (lớp cơ sở).

Users: Người dùng tương tác với các rollup protocol thông qua các wallet như Metamask, sau đó sign (ký) và tạo ra các giao dịch. Người dùng có thể là cá nhân, dự án, smart contract...

Rollup operator: Tập hợp của các thành phần khác nhau, đại diện cho tất cả cơ sở hạ tầng cần thiết để xử lý các giao dịch nhận được trên rollup chain. Chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về chúng ở phần tiếp theo của bài viết.

Base layer: Sau khi xử lý các giao dịch, Rollup protocol sẽ tổng hợp và sản xuất các lô giao dịch (transaction batches), tiếp theo gửi lên base layer cùng với state root trước đó và state root sau khi xử lý các giao dịch mới. Vai trò của base layer bao gồm:

• Settlement layer: Kiểm tra lại kết quả tính toán của rollups và giải quyết các tranh chấp nếu có gian lận xảy ra.
• Data Availability: Đảm bảo một phần hoặc tất cả dữ liệu giao dịch mà rollup chain cần có trên base layer trong một khoảng thời gian nhất định để các full node có thể tải xuống khi cần. Dữ liệu giao dịch này sẽ cần thiết trong quá trình giải quyết tranh chấp nếu chúng có xảy ra.
• Consensus layer: Thông qua đồng thuận trên base layer, state root và dữ liệu giao dịch trên rollup chains được các validator trên lớp cơ sở chọn và đưa vào các block, sau đó chia sẻ chúng với mạng. Ở đây, chúng sẽ được bảo vệ bởi cơ chế đồng thuận của base layer.

Tìm hiểu thêm: Rollup là gì? Góc nhìn về tương lai của Rollup.

Rollup phát triển dựa trên mô hình modular blockchain với 4 layer chính là execution, settlement, consensus và data availability. Các dự án với mục tiêu khác nhau sẽ có cách tiếp cận khác nhau với những đánh đổi đi kèm.

Các bạn có thể tham khảo thêm hình bên dưới:

Phần sau của bài viết sẽ tập trung vào Optimistic Rollups (ORUs) với hai dự án hàng đầu là Optimism và Arbitrum One và vấn đề kinh tế xung quanh chúng.

Hệ thống Rollup Economics 

Trước tiên, chúng ta sẽ xem xét dòng chảy giá trị được luân chuyển như thế nào trong hệ thống Rollup. Tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét các thành phần trong phí giao dịch mà người dùng phải trả khi giao dịch trên Arbitrum One và Optimism.

Dòng chảy giá trị trong rollups games

Tương tự như việc giao dịch trên Ethereum, người dùng khi giao dịch trên Arbitrum One hay Optimism cũng phải trả một khoản phí giao dịch nhất định. Khoản phí này sẽ được phân phối lại cho rollup operator và base layer.

Ví dụ đơn giản:

Khi người dùng A swap từ 2 triệu USDC sang ETH trên Arbitrum, A trả 0.3 USD phí giao dịch cho lệnh swap của mình. Arbitrum sẽ gom giao dịch của A và những người dùng khác lại, sau đó commit state root và txs data (dữ liệu giao dịch) lên Ethereum.

Tổng chi phí có thể lên đến vài chục USD nhưng trong txs batches có hơn 100 giao dịch, khi chia trung bình, chi phí cho giao dịch của A chỉ mất khoảng 0.2 USD, vì vậy, Arbitrum giữ 0.1 USD lợi nhuận cho lệnh giao dịch của A.

Bên cạnh phí giao dịch mà người dùng trả, các giao dịch trên các rollup chain còn có một giá trị ẩn có thể khai thác là MEV. Nó có thể được khai thác bởi một bên thứ ba như các bot mua bán chênh lệch giá (arbitrage), trên Ethereum chúng có tên gọi chung là MEV searchers.

Tìm hiểu thêm: MEV là gì?

Ví dụ đơn giản:

Xem xét lệnh giao dịch 2 triệu USD của A ở ví dụ trên:

A thực hiện lệnh giao dịch của mình ở Uniswap (Arbitrum), swap 2 triệu USDC nhận được 1,506.99 ETH và trả 0.3 USD phí giao dịch. Người dùng B hay arbitrage bot C có thể nhận ra cơ hội kinh doanh chênh lệch giá bằng cách mua ở Uniswap và bán lại ở GMX spot market.

Nhìn chung, các giao dịch trên các rollup protocol như Optimism hay Arbitrum One đều tương tự như các giao dịch trên Ethereum, chúng có hai giá trị kinh tế liên quan bao gồm:

• Phí giao dịch: Transaction fee người dùng trả cho rollup operator để giao dịch được thực hiện.
• MEV: Giá trị kinh tế có thể được trích xuất liên quan đến giao dịch đó.

Value flow (dòng chảy giá trị) của phí giao dịch khá rõ ràng: Từ lúc một giao dịch được người dùng gửi đến rollup operator cho đến khi chúng được finality (hoàn thành) trên Ethereum. Trong khi đó, rollups MEV (L2 MEV) vẫn là chủ đề đang được thảo luận sôi nổi, từ việc ai sẽ khai thác chúng và giá trị sẽ được phân chia như thế nào giữa các bên liên quan?

Gas và phí giao dịch trên Arbitrum One và Optimism

Khi người dùng thực hiện một giao dịch trên Arbitrum hay Optimism, họ phải trả tiền vì đã sử dụng hai nguồn tài nguyên cùng một lúc: tài nguyên trên Ethereum (L1) và nguồn tài nguyên trên các rollup protocols (L2), tài nguyên này được đo lường bằng gas. Nhìn chung, chi phí này có thể được chia thành hai phần:

• Fixed cost (đo bằng gas)
• Variable cost (đo bằng gas)

Fixed cost - Chi phí cố định bất kể quy mô sử dụng, bao gồm:

• State write cost
• Ethereum base transaction cost

Đối với Optimistic rollup, trường hợp lý tưởng cho fixed cost được Vitalik nhắc tới rơi vào khoảng 41,000 gas cho mỗi batch: 21,000 gas cho state write và 20,000 gas cho giao dịch cơ sở trên Ethereum. Thực tế, hiện tại Optimistic Rollup hoạt động chưa tối ưu (tham khảo thêm tại đây), fixed cost thực tế cho mỗi batch dao động khoảng 250,000 - 300,000 gas (Optimism) và 350,000 - 400,000 gas (Arbitrum).

Tuy nhiên, fixed cost trên Arbirum và Optimism sẽ được cải thiện đáng kể sau 2 bản nâng cấp quan trọng của 2 protocol này (Arbitrum Nitro và Optimism Bedrock).

Variable cost - Chi phí biến đổi theo nhu cầu sử dụng, nhu cầu sử dụng càng cao thì chi phí phát sinh càng cao và ngược lại. Bao gồm:

• L2 execution fee: Tương tự các blockchain L1, các rollup chain (L2) cũng có nguồn tài nguyên giới hạn. Vì thế, các giao dịch phải trả một khoản phí gas cho nỗ lực tính toán và lưu trữ mà chúng sử dụng trên mạng. Các giao dịch khác nhau sẽ có mức chi phí thực hiện khác nhau. Tuy nhiên nhìn chung, đa số các L2 tiêu biểu như Optimism hay Arbitrum One có cách tính gas giống với Ethereum.
• Chi phí calldata: Các Optimistic rollup như Arbitrum One hay Optimism cần lưu trữ dữ liệu về các giao dịch phát sinh lên Ethereum để phục vụ cho việc giải quyết tranh chấp (nếu cần). Có nhiều hình thức để đăng dữ liệu lên Ethereum, calldata là hình thức lưu trữ rẻ nhất, mỗi byte chỉ tốn 16 gas. Tuy nhiên, chi phí calldata đang chiếm tỷ trọng lớn nhất trong cơ cấu phí của các Rollup protocol nói chung (nguồn tại đây).

Để tính phí giao dịch (bằng ETH), chúng ta cần nhân tổng số gas sử dụng với gas price:

tx.GasPrice * GasUsed

Tuy nhiên, L1 Ethereum và L2 rollup chains có 2 thị trường phí khác nhau nên công thức tổng quát sẽ trở thành như sau:

tx.GasPriceL2 * GasUsedL2 + tx.GasPrice_estimate_Ethereum*(Fixed cost + Calldata cost)

GasPrice_estimate_Ethereum là giá trị ước tính gas price trên Ethereum tại thời điểm gửi batch lên Ethereum. Tuy nhiên, “giá trị ước tính” có thể  chênh lệch ít nhiều với gas price thực tế lúc batch được gửi lên Ethereum.

Để đảm bảo rằng số ETH người dùng trả đủ để dùng cho chi phí cố định (fixed cost) và chi phí calldata (calldata cost), thông thường các rollups protocol có thể sử dụng hệ số nhân (multiplier rate). Ví dụ: Tổng chi phí liên quan đến quá trình đăng batch lên Ethereum là 1 USD thì các Rollup protocol có thể thu của người dùng 1.1 - 1.2 USD.

Tóm lại, phí giao dịch người dùng phải trả khi thực hiện giao dịch trên Arbitrum One hay Optimism được khái quát thành:

tx.GasPriceL2 * GasUsedL2 + tx.GasPrice_estimate_Ethereum*(Fixed cost + Calldata cost)*multiplier_rate

Ethereum và L2 như Optimism hay Arbitrum tính gas giống nhau cho các hành động tương tự nhau, ví dụ, chuyển USDC trên Ethereum, Optimism hay Arbitrum tốn một khoảng gas bằng nhau là 100,000 gas.

Tuy nhiên, do nhu cầu sử dụng và giới hạn khác nhau nên gas price trên các protocol khác nhau rất khác nhau:

• Optimism đặt gas price ổn định ở mức 0.001 Gwei.
• Arbitrum đang đặt giá tối thiểu cho gas price là 0.1 Gwei (cao hơn 100x so với Optimism).

Với việc đặt giá sàn rất thấp, execution fee trên Optimism chiếm tỷ trọng rất thấp trong tổng số phí giao dịch mà người dùng phải trả, trung bình chỉ chiếm 0.4%. Trong khi đó, giá sàn cho gas price của Arbitrum cao hơn 100 lần khi so với Optimism, vì thế execution fee trên Arbitrum chiếm tỷ trọng khá lớn trong tổng số phí giao dịch mà người dùng phải trả.

Đọc thêm: Cách hoạt động của các Optimistic Rollup Protocol.

Gas và phí giao dịch sau Proto-Danksharding (PDS)

Chi phí đăng dữ liệu giao dịch lên Ethereum (calldata) là một trong những khoản phí biến đổi tăng hoặc giảm theo nhu cầu sử dụng. Tại thời điểm hiện tại, khoản phí này cũng chiếm tỷ trọng lớn trong tổng chi phí giao dịch mà người dùng phải chi trả khi hoạt động trên Arbitrum hay Optimism.

Sau khi Proto-Danksharding (PDS) khởi chạy trên mainnet, mọi thứ sẽ khác so với thời điểm hiện tại. PDS giới thiệu một định dạng giao dịch mới “blob carrying transactions”, cho phép người gửi giao dịch “đính kèm” một khối dữ liệu lớn vào một giao dịch.

Nói đơn giản, PDS giới thiệu một hình thức mới để các rollup protocol đăng dữ liệu giao dịch lên Ethereum. Ngoài ra, sẽ có một thị trường phí mới cho blob transaction, mục tiêu là đặt gas price tối thiểu cho mỗi blob là 0.00001 ETH. Điều này có nghĩa là chi phí data trung bình cho mỗi rollup transaction sẽ nằm trong phạm vi 0.00000x USD.

Điều này có thể dẫn tới một sự kiện thú vị: cơ cấu phí của rollup sau PDS sẽ có sự thay đổi lớn khi phần lớn phí người dùng phải trả khi hoạt động trên L2 sẽ là L2 execution fee. Ví dụ: Arbitrum có gas price tối thiểu là 0.1 gwei, điều này có nghĩa là phí giao dịch người dùng trả sau PDS vẫn ở trong phạm vi 0.00x USD - 0.0x USD. Trong đó:

• Hơn 99% phí là L2 execution fee.
• Phí L1 liên quan là dưới 1%.

Lợi nhuận trong mô hình Arbitrum One và Optimism 

Tổng quan, doanh thu của Arbitrum và Optimism được tính bằng tổng phí giao dịch mà người dùng chi trả trên protocol và một phần giá trị MEV khai thác được.

Tuy nhiên, cách thức khai thác và phân chia lợi nhuận L2 MEV vẫn đang được nghiên cứu và thảo luận, chúng chưa được ưu tiên trong giai đoạn này của Arbitrum hay Optimism. Dưới đây là doanh thu của Arbitrum One và Optimism.

Tổng quan, lợi nhuận của Arbitrum One và Optimism đến từ 3 nguồn tiềm năng:

• Chênh lệch giữa phí giao dịch mà người dùng trả với chi phí thực để chi trả cho việc đăng batch lên Ethereum.
• L2 MEV (hiện nay không khả dụng).
• L2 execution fee.

Đối với Optimism, phần lớn lợi nhuận của họ đến từ chênh lệch giữa phí giao dịch mà người dùng trả với chi phí thực để đăng batch lên Ethereum. L2 execution fee chiếm tỷ trọng không đáng kể, bởi vì Optimism đặt giá sàn cho gas price quá thấp (0.001 Gwei).

Trái ngược với Optimism, L2 execution fee chiếm tỷ trọng đáng kể trong lợi nhuận của Arbitrum, vì giá sàn cho gas price  cao hơn 100 lần khi so với Optimism (0.1 Gwei).

Phân cấp vai trò Sequencer trong Arbitrum One và Optimism

Hai vai trò quan trọng trong hệ thống Optimistic rollups nói chung hay Arbitrum One và Optimism nói riêng bao gồm: Sequencer và Verifier.

Sequencer và verifier có vai trò khác nhau trong hệ thống:

• Sequencer có nhiệm vụ là transaction ordering (sắp sếp thứ tự giao dịch), storing (lưu trữ), executing (thực thi), gửi dữ liệu giao dịch và state root lên Ethereum.
• Verifier hoạt động như một giám sát viên, chạy phần mềm tạo bằng chứng gian lận (fraud proofs) để đảm bảo Sequencer hoạt động trung thực.

Có thể thấy, quyền lực Sequencer trong hệ thống Arbitrum One hay Optimism và các optimistic rollup khác rất lớn. Trong bối cảnh Arbitrum One và Optimism hoạt động dựa vào một Sequencer duy nhất do chính họ điều hành, vấn đề phân cấp vai trò này trở nên vô cùng quan trọng.

Hiện nay, việc phân cấp vai trò Sequencer trong các Optimistic rollup là một trong những chủ đề đang được thảo thuận và nghiên cứu tích cực. Trong đó, Arbitrum và Optimism có tầm nhìn và cách triển khai khác nhau. Tuy nhiên, chưa ai có câu trả lời chính xác cho câu hỏi: "Phân cấp vai trò Sequencer như thế nào là tối ưu?" vì luôn có những đánh đổi nhất định giữa các lựa chọn.

Optimism: Permissionless Sequencer thông qua PoS và MEV auctions

Optimism sẽ triển khai một cuộc đấu giá MEV (MEVA), cụ thể bất cứ ai chạy một full node Optmism, kèm các phần mềm chuyên dụng cho Sequencer và staking một lượng OP tối thiểu đều có thể tham gia cuộc đấu giá.

Người trả giá thầu cao nhất sẽ được chỉ định trở thành Sequencer và có quyền khai thác bất kỳ MEV nào trong khoảng thời gian được chỉ định. Nhìn chung, cách khai thác L2 MEV được Optimism đề xuất có phần tương tự cách khai thác MEV trên Ethereum hiện nay.

Lợi nhuận thu được từ MEVA có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau, một trong những cách được Optimism đề xuất là phân phối lại MEV cho cộng đồng thông qua tài trợ công.

Arbitrum One: Permissionless Sequencer với fair Sequence

Arbitrum tin rằng MEV không tốt cho hệ thống vì nó làm tăng độ trễ của hệ thống và làm phát sinh những chi phí không cần thiết cho người dùng. Vì vậy, Arbitrum sẽ hạn chế sự tác động của MEV tới người dùng và hệ thống bằng cách sử dụng cách tiếp cận dựa trên khái niệm fair ordering.

Quy trình tổng quan như sau:

• Giao dịch của người dùng được truyền cho tất cả các Sequencer trong mạng.
• Sequencer đặt thứ tự các giao dịch theo theo tôn chỉ "first-come, first-served" (đến trước, xử lý trước).
• Mạng sử dụng một thuật toán tổng hợp kết quả từ các Sequencer trong mạng và cho ra thứ tự cuối cùng của các giao dịch.

Để trở thành một trong những Sequencer của mạng, người dùng cần:

• Chạy một full node của mạng.
• Chạy các phần mềm chuyên dụng cho Sequencer.
• Staking một lượng native token nhất định của mạng.

Giao thức sẽ chạy đồng thuận PoS hoặc DPoS để chọn ra một tập hợp Sequencer tham gia vào quá trình tạo Sequencer công bằng.

Tổng kết

Khía cạnh kinh tế của Rollup còn rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu và tìm hiểu, bài viết này cung cấp bức tranh tổng quan mà người dùng cần nắm để có những hiểu biết cơ bản về kinh tế của Arbitrum One hay Optimism.