解析降低以太坊 Gas 費的實踐及優劣勢_GAS

最近以太坊網絡經常擁堵，用戶為了盡快達成交易，會上調 Gas 費希望能優先被礦工打包，尤其是在交易有利可圖的時候。以太坊網絡在 2021 年之后利用率長期超過 97%，資源短缺的局面暫時不會得到緩解，按照這種趨勢，短期內以太坊的 Gas 費不會大幅下降。

圖 1：以太坊網絡利用率

圖 2：以太坊網絡的平均 Gas 費

以太坊高昂的 Gas 費深受詬病，嚴重影響了用戶體驗，降低以太坊 Gas 費迫在眉睫。Gas 費全部交給負責維護網絡執行交易的礦工，代表用戶使用網絡資源需要付出的費用。Gas 費的計算方式為 Gas Price*Gas Used，其中 Gas Price 由用戶設置，代表用戶為每單位 Gas 支付的價格，Gas Used 是實際中使用的 Gas 數量。在操作時用戶還需要設置 Gas Limit，代表用戶愿意為此交易支付最多的 Gas 數量，如果在執行過程中發現所需的 Gas 超過設置的 Gas Limit，會導致交易失敗，此時的 Gas Used 等于 Gas Limit，用戶仍需繳納 Gas 費。如果 Gas Used 小于 Gas Limit，交易成功后 Gas 數量會按照實際執行使用的數量收費。

根據 Gas 費的計算方式，可以通過降低 Gas Price 和 Gas Used 實現降低 Gas 費，體現在降低網絡擁擠程度，將計算轉移到二層網絡中進行；降低合約復雜度減少計算的執行步驟；改變 Gas 的收取方式等。本文將從 Layer 1、Layer 2 和相關 Gas 產品這三個角度出發，解析關于降低以太坊 Gas 費的實踐以及優劣。其中 Layer 1 指的是以太坊網絡本身，Layer 2 指的是以太坊主鏈外的網絡。

提高區塊的 Gas Limit

以太坊對單個區塊的大小沒有強制規定，但每個區塊承載的 Gas 單位數量是有上限的，也就是區塊的 Gas Limit。提高 Gas Limit 帶來最直接的影響是單個區塊可以執行更多的操作，因此提高了整個系統的承載量。每個區塊可以打包更多交易來緩解網絡的擁堵狀況，用戶就可以降低 Gas Price。這是最直接對網絡進行擴容的方案，因執行簡便經常被用于擴容。2020 年 7 月之后以太坊區塊的 Gas Limit 達到了 1250 萬左右，相較于 2017 年末已經上漲了近兩倍。

圖 3：以太坊區塊的 Gas Limit

可以看出，雖然以太坊區塊的 Gas Limit 一直在提高，以太坊還是會出現網絡擁堵的情況。這是因為以太坊的用戶和使用量是同時上漲的，只要 Gas Limit 的上漲程度沒有超過使用量的上漲，提高 Gas Limit 就無法根本解決高 Gas 費的問題。Gas Limit 具體數值由礦工投票決定，在目前的網絡擁堵程度下，有些礦工建議將 Gas Limit 繼續提高到 1600 萬，但遭到了很多阻力。

DeFiBox上線Mdex 合約解析功能:據官方公告，Heco 數據合作平臺 DeFiBox 現已上線Heco項目Mdex 的合約解析功能，用戶通過 DeFiBox 可以直觀查看收益率，并根據相關數據進行策略調整，提高了用戶體驗。[2021/1/27 13:38:26]

除了無法根本解決網絡擁堵的問題外，提高 Gas Limit 后由于區塊容量擴大，區塊的驗證和同步時間有所延長。因此導致網絡更容易分叉，叔塊出現的概率升高，節點維護網絡的成本也會增加，最終網絡可能出現安全性和中心化問題。雖然提高 Gas Limit 是最簡單進行網絡擴容的方式，但它帶來的弊端也是不能忽視的。不過目前網絡擁堵情況加劇，出于可用性考慮，加上礦工會受到更多筆 Gas 費獎勵的吸引，未來極有可能仍會提高區塊 Gas Limit 來增大承載量。

降低操作的 Gas 消耗

雖然以太坊區塊的 Gas Limit 在增加，區塊的承載量遠超過去，但數據顯示目前的轉賬數量剛剛與 2018 年初的轉賬數量持平，說明了以太坊網絡中大部分資源被分配給了更復雜的合約交易。如果在合約編寫上能夠降低復雜度，減少合約執行所需要的 Gas，或者直接降低操作的 Gas 定價，就可以實現節約 Gas 費的目標，并且節約網絡資源。

圖 4：以太坊的每日轉賬數

以太坊的黃皮書規定了 Gas 的消耗規則，智能合約的編寫過程中，同一功能的不同實現方式消耗的 Gas 會有所不同，為了節約 Gas 費就需要執行最節約 Gas 的代碼實現方法。例如儲存新數據和修改數據都要消耗 Gas，所以最好避免重復修改，一次性盡可能多地寫入。在下圖中，兩者在結果上相同，但右邊的代碼實現消耗 Gas 會更少。

圖 5：同一結果的兩種代碼實現，右邊更節約 Gas

除此之外，壓縮智能合約的數據輸入，避免創建智能合約時將其用作數據存儲等方式也可以節約 Gas。有人提出操作消耗 Gas 的原始定價沒有經過充分分析，存在定價不當的問題。以太坊中的 EIP 1380、EIP 2046 等提案就涉及降低某個操作的 Gas。但以太坊 Gas 定價的改變要慎重考慮，因為降低有些操作的 Gas 定價會降低重入攻擊的難度。

EIP 1559

EIP 1559 已經被納入在以太坊的倫敦硬分叉升級中，它改變了以太坊網絡 Gas 費的定價和分配規則。目前以太坊 Gas 費定價規則為市場競價的方式，用戶自行設置愿意支付的 Gas Price，礦工挑選支付最高 Gas Price 的交易打包。每個人都希望能盡快完成交易，因此在網絡擁堵時 Gas 費會居高不下。EIP 1559 提出了一種新的 Gas 費收取方案，用戶支付的 Gas 費分為基礎費和小費，其中基礎費直接銷毀，小費歸礦工收入。

聲音 | 魯春叢：推動區塊鏈的創新技術在標識解析中深度應用:據中國信通院官網，8月15日，在中國工業互聯網標識大會上，工業和信息化部信息通信管理局副局長魯春叢演講表示，大力推進標識解析技術，標準研制，搭建規模性基礎技術創新以實驗的環境，聯合產學研用各方面力量，促進新型標識體系的研制，推動區塊鏈的創新技術在標識解析中深度應用。據介紹，標識解析體系是工業互聯網的核心基礎設施，是新一代互聯網的“中樞神經”。[2019/8/18]

EIP 1559 方案引入了 Gas Target 的概念，區塊 Gas 上限是 Gas Target 的兩倍，基礎費根據網絡使用情況進行動態調節，也就是區塊實際包含的 Gas 與 Gas Target 的比較。如果區塊的 Gas 超過 Gas Target，那么下個區塊收取的基礎費就會上漲，反之如果低于 Gas Target 就會下降。上漲和下降的幅度不會超過 12.5%，避免了 Gas 費突然暴漲暴跌。由于基礎費一直是動態調節的，如果連續多個區塊包含的 Gas 一直超過 Gas Target，基礎費就會指數上漲到夸張的價格，讓用戶不得不暫停交易，等待 Gas 降低到 Gas Target 以下，基礎費才會下降。基礎費是用戶必須支付的，礦工的小費可選擇支付，在網絡使用率不高的情況下，基礎費就可以讓用戶及時完成交易，沒有必要支付礦工小費。如果網絡擁堵，則需要支付小費優先交易。

目前 Gas 費收取需要用戶設定支付的 Gas Price，如果太低需要等待很久，太高則造成浪費。EIP 1559 的實施會提高用戶使用體驗，因為基礎費是已經被計算好的，理論上支付基礎費就能保證完成交易，用戶只需要選擇給礦工支付的小費，而且在不擁堵的情況下不需要給礦工小費。對于降低 Gas 費來說，EIP 1559 中沒有很直接的體現，在不擁堵時用戶只繳納基礎費于是避免了 Gas 費浪費。在網絡擁堵時持續調高基礎費沒有讓用戶花費更少，而是通過不斷漲價讓人們面對高昂收費時不得不暫緩交易。因此很多人對 EIP 1559 的實施對降低 Gas 費的有效程度存疑，尤其是短期受到很大損失的礦工群體。但從長遠看，銷毀本來應該交給礦工的 Gas 費，能夠將交易帶來的價值引入到以太坊系統中，提升整個系統的價值也會提高礦工的收入。

以太坊 2.0 的實現

以太坊升級到 2.0 階段的最終目標是實現擴容，解決網絡的擁堵問題，除了將共識機制由 PoW 轉變為 PoS，以太坊 2.0 的還要實現分片和部署 eWASM 虛擬機。分片就是將整個網絡分區，節點不需要維護整個系統的交易，只需要負責維護其中一個分區即可。以太坊 2.0 將有 64 個分片，將交易分布到各分片中增加網絡的承載量。各分片可以與信標鏈進行交聯，信標鏈不儲存以太坊上的賬戶余額和合約狀態等信息，負責管理驗證者和記錄分片狀態。分片要考慮到安全性的問題，因為相對而言攻擊單分片的難度會降低。在以太坊 2.0 的分片上都存在至少 128 個驗證者組成的委員會，他們負責表決分片上的信息，這些人每 epoch （6.4 分鐘）更換一次，由信標鏈通過 RANDAO+VDF 的方案分配。作惡者很難保證在同一時間控制同一分片上超過三分之二的節點，因此保證了網絡的安全。

分析 | USDT聽證會解析:瑞海君看幣觀點：一、預計聽證會圍繞的主題有如下兩個：

1.Bitfinex和Tether不顧美國法律和監管，為紐約州居民提供了相關服務。

2.Bitfinex和Tether之前在美國的業務，觸犯了美國的反洗錢法（這個才是對USDT具有巨大殺傷力的議題）。

二、?今晚可能達成的幾種結果：

1.BFX和Tether違規為美國居民提供服務罪名成立，會導致兩家共識會繼續被調查，且會被美國要求提供更多的運營資料，洗錢的事情沒結果，但是也要提交更多資料自正清白，這是利空！會導致USDT這個雷持續懸在整個幣圈的頭上，然后美國來一條新聞，幣圈震動一次，簡直就是噩夢。（概率中性）

行情影響：短暫反彈，然后繼續震蕩陰跌。

2.兩項罪名都沒結果，短暫利好，BFX繼續和美國扯皮，大家松一口氣暫時?，價格可能出現反彈。（可能性較大）

行情影響：短暫反彈，后市寬幅震蕩為主。

3.兩項罪名都成立，不可想像（可能性較小）！

行情影響：區塊鏈騙局。

洗錢罪名直接成立可能性也較小，調查沒那么快，所以請大家系好安全帶，等待靴子落地，兩只靴子到底如何落地，落地幾支，只有靜候今晚的聽證會了。[2019/7/29]

eWASM 是以太坊 2.0 階段部署的虛擬機，相較于目前的 EVM 虛擬機，eWASM 在速度和效率上會大幅提升，配合分片技術，以太坊 2.0 能夠實現大規模擴容，降低 Gas 費。但由于以太坊分片和 eWASM 的開發難度比較高，短期內不會上線。

Rollup

Rollup 是目前受到最多關注的以太坊 Layer 2 解決方案，最有可能在短期內解決以太坊網絡擁堵的問題來降低 Gas 費，Vitalik 也指出 Rollup 是以太坊 2.0 分片技術上線之前最有效的擴容技術。Rollup 的運營者通過將計算和完整的狀態儲存放到鏈下，壓縮交易數據實現主鏈上的擴容。實際上交易數據是儲存在區塊鏈上的，風險源自運行者可能提供錯誤的數據進而控制用戶資產，為了避免風險存在不同的 Rollup 解決方案。ZK Rollup 通過有效性證明保證數據安全，使用 ZK-SNARK 密碼學證明，Layer 1 可以快速完成驗證并轉賬，同時可以保證隱私性，但 ZK Rollup 很難對 EVM 進行證明，因此難以應用于使用智能合約的場景。Optimistic Rollup 使用欺詐證明的方式，如果有人發現運營者處理的狀態根是錯誤的，那么可以發布一個證明，證明通過后會回滾交易并對運營者進行懲罰。Optimistic Rollup 在主網中支持智能合約的部署，更適用于現在的擴容需求。但由于欺詐證明的要求，在退出 Rollup 時，需要一周的時間檢查其他用戶是否提交欺詐證明。

動態 | EOS疑似將推出基于EOS的HandShake DNS解析服務:EOS疑似將推出基于EOS 的 HandShake DNS解析服務，一位開發者的Github顯示正在開發EOS-handshake服務。Cosmos社區總監Chjango Unchained4月30日發推表示發現EOS開發者正在復用 Handshake 的開源代碼。EOS或許會加入域名解析服務，生態會進一步擴大。（IMEOS）[2019/4/30]

以太坊上儲存交易的一個字節花費 50 Gas，以太坊區塊的 Gas 上限為 1250 萬。Rollup 可以壓縮以太坊上操作的字節數量，除掉 Rollup 校驗所需要的 Gas 量，可以計算出 Rollup 在擴容方面的表現。

表 1：Rollup 帶來的擴容空間（來源：Vitalik 博客）

總的來說，Rollup 在擴容上十分有效，因此可以降低以太坊 Gas 費。但 Rollup 會涉及鏈上應用的遷移，使用不同團隊開發的 Rollup 還會導致互操作性下降的問題。

側鏈

側鏈是一條區別于主鏈的區塊鏈，用戶可以將主鏈資產轉移到側鏈上交易，以節約主鏈的資源和交易者的成本。嚴格意義上側鏈不算是 Layer 2 解決方案，因為無法完全保證用戶的資金安全也不能保證側鏈與主鏈的關聯性。側鏈只能歸為鏈下解決方案，但由于實現方式和其他 Layer 2 較為相似，這里暫時歸為一類討論。狀態通道、Plasma 和側鏈都是通過鏈下交易實現擴容的，他們在具體實現方式和安全性上有所不同。側鏈的技術實現有多種，重點在于讓資產安全地轉移到側鏈，并讓側鏈資產安全地轉移回主鏈，也就是能安全地實現雙向錨定。

雙向錨定體現為主鏈上鎖定代幣后到側鏈上發行同等數量的代幣，以及在側鏈上銷毀代幣后到主鏈上解鎖相同數量的代幣。以太坊側鏈的概念從比特幣側鏈衍生而來，有單方或多方的托管方式，SPV 模式，中繼模式等。由于目前以太坊因生態應用繁榮擁堵，實際中用戶對于側鏈更偏重易用性和生態問題，也就是資產轉移過程要簡易無感，側鏈上要有與主鏈相同的生態。因此目前最合格且受眾最多的側鏈是 BSC 和 Heco，雖然他們使用了托管方式進行資產轉移，中心化風險較高，但用戶已經足夠信任這些交易平臺作為托管機構。完全去中心化的托管模式會因用戶不了解技術，或者存在黑客攻擊的風險而失去競爭力。

BSC 和 Heco 鏈上的生態發展較為繁榮，和以太坊生態一樣出現了借貸、交易等 DeFi 應用，所以有很多用戶將 ETH 轉移到 BSC 和 Heco 上來獲得低 Gas 費的使用體驗。但對于 BSC 和 Heco 來說不是將以太坊側鏈作為發展目標，他們同樣有獨立的生態，以太坊資產轉移到側鏈上會因此降低以太坊主鏈的價值。經測算 BSC 和 Heco 提高以太坊 TPS 上限約十倍左右，如果未來側鏈中用戶使用量過多的話，側鏈也會出現擁堵問題。

分析 | 杯柄形態ENJ最高漲幅83% 盤面解析:金色分析師：今日山寨幣ENJ最高漲幅83%，消息面上，ENJ確定成為三星Galaxy S10手機的合作伙伴。從盤面上看，小時圖幣價在未啟動前一直處于上升趨勢中，前期已經漲了一波，縮量調整回落，然后放量上攻，到達前期高處時候，又再次縮量調整，然后在放量上攻突破前期高點，然后幣價進入直線拉升趨勢，營造杯狀帶柄形態。[2019/3/8]

狀態通道和 Plasma

狀態通道是一種在鏈下進行交易和狀態更新的技術，比特幣閃電網絡就是一種支付通道。以太坊的狀態通道可以讓交易雙方在鏈下進行狀態的更新和交易，無需占用鏈上資源。他們通過狀態通道進行交易時，需要對雙方的行為進行簽名并保存副本，每一步的操作是清晰的。如果他們結束了鏈下交易，就將最終狀態簽名后返回到主鏈上來更新主鏈上的狀態。

狀態通道在用戶撤回資金時有挑戰期的要求，是為了防止用戶上傳過期的交易記錄牟利。用戶要等待一段時間確認沒有人上傳更新的副本，等待期結束后會按照最新的副本內容執行。如果其中一個用戶在挑戰期受到攻擊掉線等，他就會因無法回應而受到損失。狀態通道需要有一組確定的參與者，因為在通道中的狀態改變只限用于通道內的用戶，而且部署狀態通道需要成本，適合在一段時間內頻繁進行狀態更新的場景。Plasma 也是一種鏈下交易的方式，它通過在以太坊主鏈上創建子鏈實現，交易和狀態更新通過子鏈操作，以太坊不會保存交易副本，因此可以節約以太坊空間實現擴容。Plasma 子鏈上同樣存在區塊生產者，其中的共識機制可以與以太坊主鏈不同。他們在以太坊上建立交易的根節點來記錄子鏈狀態，作為子鏈更新的證據。

為了防止 Plasma 鏈上的區塊生產者作惡，Plasma 使用欺詐證明機制，如果有人發現了生產者的作惡，那么可以提交證明讓錯誤的區塊回滾并沒收生產者的保證金。如果用戶要退出 Plasma，也需要經歷挑戰期來證明他的交易為最新交易。但如果 Plasma 上所有人同時退回資金，那么可能導致以太坊主鏈沒有容量同時處理這么多交易，會導致用戶資金丟失。

狀態通道和 Plasma 的共性問題是要求資產具有所有者，這樣資產所有者才可以出具證明。但對于智能合約不屬于任何人的應用來說很難與狀態通道和 Plasma 兼容，因此這兩者只能針對降低轉賬 Gas 費時效果明顯，但由于易用性和挑戰期的問題，技術進展處于停滯狀態。

Gas 相關產品

Gas Token

以太坊的 Gas Price 不是一直都保持在高位，而是在高低之間不斷變化，因此可以利用 Gas Price 的不斷變化進行 Gas 的儲存和套利，例如 Gas Token 的應用。Gas Token 利用以太坊的定價系統實現，在清理狀態和存儲插槽以及刪除帶有自毀操作碼的合約時的 Gas 收費為負值，也就是會收到 Gas 的退款，最高退款為創造時消耗量的一半。于是在低價時創建狀態，在高價時刪除會獲得 Gas，再用于其他交易就可以節約 Gas 的花費。GST1 和 GST2 是使用不同機制的 Gas Token，鑄造和銷毀就完成了一次 Gas Token 的應用，他們分別使用了儲存和退款機制、創建和自毀機制來獲得 Gas 退款，其中 GST2 得到的 Gas 更多。

1inch 實踐并創新了一種名為 Chi 的 Gas Token。在價格低的時候，Chi 會創建來「儲存」Gas，未來 Gas 費上漲后釋放來完成交易。就相當于花費 Chi 退回的 Gas 來支付應本應花錢購買的 Gas。Chi 或者任何 Gas Token 都可以集成到其他系統中來節約 Gas 費，用戶可以鑄造 Gas Token，也可以購買 Gas Token。Gas Token 的價格會隨著 Gas Price 的漲跌而變化，對于用戶或項目方來說，在 Gas Price 低的時候自行鑄造更為劃算。

由于以太坊網絡交易量增加，賬簿容量擴張，Gas Token 由于占用了空間被認為是不利于網絡發展的。除了增加全節點成本的問題，未來對 Gas 操作的重新定價也會讓 Gas Token 失效，因此 Gas Token 不應該作為長期降低 Gas 費的手段。

Gas 衍生品

Gas Price 的不斷變化會讓用戶和礦工支出收入隨之改變，為了消除這部分的不確定性，Gas Price 可以被設計為期貨類產品，讓投機者和用戶之間交易。例如 uGas 取一個月中以太坊交易 Gas Price 的中位數來定價，它類似于一種期貨產品。頻繁花費 Gas 的人可以通過購買 uGas 來鎖定花費，礦工可以通過鑄造并售出來鎖定收益。但期貨衍生品實用的前提是人們對 Gas Price 的預期不同，才能保證足夠的流動性。目前以太坊網絡 Gas Price 由網絡擁擠程度決定，所以很容易出現大部分人會對 Gas Price 產生相同的預期。如果大家統一看漲或看跌，uGas 就會因流動性問題偏離正常的定價范圍而很難使用。

其他節省 Gas 費的方式

一些用戶習慣以及相關輔助工具可以幫助用戶節約 Gas 費，例如：

進行同種代幣的批量轉賬；

挑選交易者休息、網絡 Gas Price 低的時間段交易；

利用 Gas Price 實時監控產品確定準確的 Gas Price 區間；

查詢常見的 Gas Limit 范圍再進行設置，避免因交易失敗造成 Gas 費浪費；

開發者可以通過代交 Gas 費的方式為用戶節約費用等。

用戶在以太坊網絡中支付 Gas 費進行交易本質上就是為使用以太坊網絡資源付費，在網絡擁堵資源稀缺的情況下 Gas 費自然就會上漲。在不減少使用人數的情況下，最好地降低以太坊 Gas 費的方法就是進行網絡擴容，降低用戶對網絡資源的競爭。以太坊擴容存在多種方案，包括提高 Gas Limit、分片、Rollup、側鏈、狀態通道等，他們的優劣進展各不相同，其中分片和 Rollup 是最有效和最可能實現的擴容方案。簡潔的代碼實現也很重要，優化智能合約降低用戶使用 Gas 的單位數量是有效降低 Gas 費的方式，AMM 的興起有這方面的因素。

EIP 1559 通過改變 Gas 費收取方式來改善目前的擁堵狀況，雖然最終仍是網絡閑暇時收費低，網絡擁堵時收費高的效果，但這是由系統自動對基礎費調整的結果。在網絡擁堵時 Gas 費會呈指數型增長，高收費會抑制人們的使用需求，所以達到緩解擁堵的效果。EIP 1559 的方案不適合長期用于緩解擁堵的手段，但由于基礎費被銷毀所以整體對以太坊生態是有利的。除此之外，針對 EIP 1559，礦工可能會聯合起來讓區塊的容量維持在 Gas Target 左右，這樣想優先交易的用戶和現在一樣只能交給礦工更多小費。因此這里對 EIP 1559 最終實現降低 Gas 費的效果存疑。對于其他的 Gas 產品，都不適合作為長期、大規模降低 Gas 費的工具使用。下表是對上文中提到的降低以太坊 Gas 費方式有效性和缺點的總結。

表 2：降低以太坊 Gas 費的方式比較

如果將以太坊比作一條承載了很多汽車的公路，提高 Gas Limit 就是在擴建公路，但過去經驗告訴我們擴建公路永遠趕不上路上車輛增多的速度。EIP 1559 是通過改變收費方案，讓一些車會因高昂的收費而不愿出門，其實這是與降低 Gas 費讓更多人享受到以太坊服務的理念相悖的。優化智能合約就是將車輛改小，讓同一條公路能夠承載更多的車，雖然方式可行，但車輛不可能無限制地縮小，而且大部分智能合約在部署前都考慮到了這一點。分片是在原來的基礎上建立交橋和快速路，實現更有效率的擴容。Layer 2 是讓開汽車的人放棄這種交通方式，讓他們乘坐火車或者飛機達到目的地，將本應該在原鏈上完成的交易轉移到鏈下進行，減少對原來公路的使用。這個比喻就很清楚地讓我們看出哪些對擴容降低 Gas 費是有幫助的。

撰文：崔晨， 就職于 HashKey Capital Research審核：鄒傳偉，萬向區塊鏈首席經濟學家

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