Titan 롤업 주기 최적화
Titan 운영 비용 절감과 효율성 극대화
이 게시물을 작성하는 데 도움을 준 Steven Lee, Suah Kim, Theo Lee에게 특별히 감사의 말씀을 전합니다. 엉문 버전의 글은 여기에서 확인하실 수 있습니다.
Titan L2 네트워크의 보안은 Titan에서 발생한 트랜잭션과 그 트랜잭션이 반영된 상태의 root를 이더리움 L1 네트워크에 롤업함으로써 데이터 가용성과 execution validity를 제공합니다. 이를 통해 Titan은 독립적으로 운영되면서도 이더리움의 보안을 활용하여 빠르고 저렴한 트랜잭션의 무결성과 신뢰성을 보장합니다.
Titan 롤업 주기 분석을 통해 다음과 같이 배치 주기 변경을 예정합니다(2024년 6월 18일, 오후 2시 예정):
- L2 트랜잭션 롤업 주기: 10분에서 20분으로 증가
- L2 state root 롤업 주기: 10분에서 6시간으로 증가
트랜잭션과 State root의 롤업 주기를 늘리면 출금 대기 시간이 최대 6시간이 증가할 수 있습니다. 이는 기존보다 대기 시간이 길어지는 문제를 야기하지만, L2를 지속적으로 운영하기 위한 필수적인 조치입니다.
롤업이란(Rollup)?
L2 트랜잭션 롤업: L2 네트워크에서 발생한 트랜잭션들은 하나의 batch로 묶어 압축을 거친 후 L1인 이더리움 네트워크에 저장합니다. Sequencer에 의해 CanonicalTransactionChain이라는 컨트랙트로 전달됩니다. L2 네트워크에서 트랜잭션이 발생했다는 데이터 가용성을 담당합니다. (etherscan)
L2 state root 롤업: L2 네트워크에서 실행된 트랜잭션들의 결과로 생긴 상태 변화들을 스냅샷 형태로 batch로 묶어서 L1인 이더리움 네트워크에 state root로 저장합니다. 이 정보는 Proposer에 의해 StateCommitmentChain이라는 컨트랙트로 전달됩니다. 트랜잭션이 실행된 이후의 L2 네트워크의 상태 루트를 기록하므로, 이는 challenge mechanic과 execution validity를 담당합니다. (etherscan)
Motivation
2023년 6월 30일에 출시된 이후 11개월 동안 Titan 롤업 비용은 2.558 ETH + 2.9527 ETH = 5.5 ETH가 소요되었습니다. 그러나, L2 거래 수수료를 통해 얻은 수익은 0.55 ETH에 불과하여 총 약 5 ETH의 적자를 기록하였습니다.
Titan의 거래 횟수에 비해 롤업을 너무 자주 진행하여 발생한 것으로 보이는 이 운영 적자 문제를 분석하겠습니다. 분석 결과를 통해 보안을 상대적으로 유지하면서 롤업 비용을 줄일 수 있는 최적의 값을 찾아 공유하겠습니다.
자세한 비용 분석 내용은 다음 시트와 Dune Query(Sequencer, Proposer)를 참고하세요.
Titan 롤업 비용 분석
롤업 비용은 L2 트랜잭션 롤업과 L2 state root 롤업 비용으로 나뉩니다.
Titan에서 발생한 트랜잭션들을 바탕으로 롤업 주기에 따른 예상 비용을 분석하였습니다. 이 분석은 2731개의 트랜잭션 데이터를 기반으로, 10분, 1시간, 6시간, 12시간, 18시간, 24시간 주기로 나누어 진행되었습니다. 이런 분석을 통해 주기 변경이 비용에 미치는 비용 절감에 대한 분석을 했습니다.
Titan 트랜잭션 롤업 비용
L2 트랜잭션 롤업은 Titan에서 발생한 트랜잭션을 압축하고 L1에 롤업하여, 누구나 언제든지 트랜잭션을 확인할 수 있는 데이터 가용성 기능을 제공합니다.
L2 트랜잭션 rollup의 주기를 최대 24시간으로 늘려도 비용 절감 효과는 상대적으로 낮은 14.5%에 불과함을 확인할 수 있습니다(10분 대비). 이는 압축된 L2 트랜잭션이 calldata로 저장되기 때문에, rollup 주기를 늘려도 압축된 L2 트랜잭션의 크기를 줄일 수 없고, txn 수를 줄인 만큼의 효과만 얻을 수 있기 때문입니다.
언급된 자료만으로는 적절한 L2 트랜잭션 롤업 주기를 정하는 데 어려움이 있습니다. 따라서 Titan과 동일한 Optimism의 L2 트랜잭션 롤업 주기를 비교 분석을 통해 적합한 트랜잭션 롤업 주기를 정하였으며, 그 내용을 아래에 추가하였습니다. 참고하시기 바랍니다.
Titan state root 롤업 비용
L2 state root 롤업은 Titan의 상태를 state root로 간략하게 변환하여 L1에 롤업하며, 이는 challenge mechanic과 함께 Titan의 execution validity를 제공합니다. 비용 효율성을 높이기 위해 배치 전송 주기를 무한정 늘릴 경우, 운영 효율성이 저하될 수 있습니다. 따라서, state root 롤업 주기에 따른 비용 절감의 변화율(rate of change)을 비교해 보겠습니다.
롤업 주기를 24시간으로 늘렸을 때 77.3%의 비용 절감을 확인할 수 있습니다(10분 주기 대비). 그러나 비용 절감의 변화율을 비교해보면 롤업 주기가 1시간일 때 최대 변화율인 41.6%를 확인할 수 있습니다. 또한 롤업 주기가 12시간으로 설정되었을 때부터 변화율이 급감하는 것을 확인할 수 있습니다.
따라서 총 64.2%의 비용 감소를 실현할 수 있는 state root 롤업 주기를 6시간으로 결정했습니다.
L2 state root를 롤업하기 위해서 state root 당 최대 2,121 gas가 필요하고 배치 당 최대 126,648 gas가 overhead로 필요합니다. 예: 5개의 state root를 포함한 batch의 총 gas 비용은 (5 * 2,121) + 126,648 = 137,253 gas 입니다. overhead gas 비용이 높기 때문에 한번에 state root를 더 많이 롤업할수록 batch 가스비용이 상대적으로 많이 절감되는 효과를 얻을 수 있습니다.
Optimism의 L2 트랜잭션 롤업 주기 분석
앞서 언급한 Titan의 L2 트랜잭션 롤업 주기 분석을 바탕으로, 같은 구조를 가진 Optimism의 Bedrock 업데이트 버전과 비교해 보고, 적절한 롤업 주기를 설정하겠습니다.
Optimism은 트랜잭션이 많이 발생하기 때문에, 다른 환경 변수(Tx Size, Batch Size 등)로 인해 롤업을 먼저 유발하게 되어 롤업 주기를 예측하는 분석을 진행했습니다.
L2 트랜잭션의 평균 롤업 간격은 24 블록이지만(약 5분), 100 블록을 기준으로 임계값을 설정합니다. 그래프를 분석하면 최소 롤업 주기는 대략 100 블록으로 예상됩니다. 소수의 롤업 주기의 outlier가 100과 유사한 값으로 표현된 것으로 해석할 수 있기 때문입니다.
이를 바탕으로, Titan의 L2 트랜잭션 롤업 주기는 20분으로 결정하였습니다.
결론
2024년 6월 18일, 오후 2시부터 Titan의 L2 트랜잭션 롤업 주기는 Optimism의 운영 자료 분석과 자체적인 예상 비용 분석을 통해 20분으로 변경될 예정이고 Titan의 state root 롤업은 비용 절감 변화율을 고려한 6시간으로 변경될 예정입니다.
변경 이유
- 비용 절감: 예상 비용 분석 결과, 트랜잭션 롤업 비용은 3.5%, State root 롤업 비용은 64%의 비용 절감 효과를 기대할 수 있습니다.
- 효율성 향상: 긴 주기로 인해 트랜잭션을 더 큰 묶음으로 처리할 수 있어, L1 블록체인의 혼잡도를 줄이고 전체 네트워크 성능을 향상시킬 수 있습니다.
Tokamak Bridge 관점에서의 영향
배치 전송 주기 변경은 Tokamak Bridge를 사용하는 사용자에게도 영향을 미칩니다. 기존에는 롤업을 기다리는 시간이 10~11분이었지만, State root 롤업 주기가 6시간으로 변경되면서 L1으로 출금하는 기간이 최대 7일 11분에서 7일 6시간으로 늘어납니다.
그러나, 긴 주기로 인해 트랜잭션 수수료 절감과 네트워크 성능 향상이라는 긍정적인 효과도 기대할 수 있습니다. 결과적으로 Titan 네트워크는 비용 절감과 성능 향상을 통해 사용자들에게 안정적이고 효율적인 서비스를 제공할 것입니다. 지속적인 개선을 통해 Titan은 더욱 경쟁력 있는 L2 솔루션으로 자리매김할 것입니다.
근거 자료
Titan rollup & 운영 비용 분석
- [Sheet] Titan L2 Transaction(~2731 Txn)
- [Sheet] Titan estimate cost analysis
- [Dune] Titan Sequencer transaction
- [Dune] Titan Proposer transaction
- [Dune] Titan batcher cost
