如何擴展DeFi吞吐量：Layer-One 篇（上）_GAS

如果你最近用過DeFi，最近高漲的交易費會令你瞠目結舌。如今，就以太坊交易而言，數十乃至數百美元的交易費實屬稀松平常之事。在如此高昂的手續費下，只有巨鯨才能有利可圖，更別提什么“讓沒有銀行賬戶的人也能享受銀行服務”、“讓免許可型金融基礎設施惠及所有人”等宏圖偉業了。以太坊正在成為富人的聚集地。

如果是小額交易，手續費可能會超過交易金額的10%?

高昂的手續費表象之下的核心是?區塊鏈可擴展性問題。這個問題太過臭名昭著，以至于有了自己的維基百科頁面。這是當前區塊鏈最主要的局限性，此外還有終局性時滯太大、搶跑交易、跨鏈互操作性等局限性。

我們想要創建一個能讓所有價值自由流動的代幣化世界，區塊鏈的局限性會阻礙我們實現這一愿景。這就是為什么0xLabs組建了一個專門的研究工程師團隊針對這些局限性開發解決方案。在本文中，我們將探索以太坊的局限性及其對DeFi用戶的影響。我們還將簡要介紹下一代區塊鏈。在后續文章中，我們將探索另一類解決方案，并介紹我們自己解決DeFi需求的策略。

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首先，要知道以太坊交易的大小是以Gas消耗量來衡量的。交易會打包到區塊中，大約每13秒出一個塊。每個區塊只能容納有限的交易，因為有所謂的“區塊Gas上限”。目前，每個區塊的Gas上限是1200萬。一個普通的ERC20代幣交易需要消耗大約5萬Gas。這就意味著，一個區塊最多可容納240筆代幣轉賬操作，即，每秒可完成大約18筆交易。DeFi交易通常涉及多筆代幣轉賬，以及其它記賬操作，這會導致成本翻倍，并進一步限制吞吐量。Gas容量和出塊時間意味著有源源不斷的Gas可供交易使用。

我們先來看看以太坊誕生以來，Gas的供應量和使用量增長情況。

Gas使用量

每天，以太坊上都會新增大約6000個區塊，容納數十億Gas的交易。這個數量一直在變化，并隨著時間流逝而增長，主要是因為區塊Gas上限增加。與此同時，隨著以太坊上交易的數量和規模在不斷增加，交易所消耗的Gas總量也在不斷增加。

聲音 | 北京商報：如何把區塊鏈等與金融業務進行融合是關鍵:8月28日，北京商報發布了題為《持牌機構怎么變：破體制禁錮 走獨立之路 》的文章，對央行《金融科技（FinTech）發展規劃（2019-2021年）》進行了解讀。文章稱，在分析人士看來，場景化是金融科技發展的一個重要趨勢，因為只有嫁接到具體場景，才能讓金融科技更好地服務于實體經濟，降低風險發生的可能，而如何把AI、大數據、云計算、區塊鏈等技術與金融業務進行合理而深度的融合是關鍵。[2019/8/28]

回顧整個以太坊的發展史，Gas的供應量和消耗量如下圖所示：

如圖所示，在拜占庭、君士坦丁堡和繆爾冰川硬分叉發生前，Gas供應量都出現了鋸齒狀的驟降。這些都是以太坊難度炸彈，又稱冰河世紀，所產生的影響。在冰河期，出塊時間會呈指數型增加，導致每天挖出的塊數量減少，每天的Gas供應總量也隨之減少。當然了，這種情況是非常糟糕的，因此以太坊網絡需要用硬分叉來恢復網絡。難度炸彈的用意正在于此：引入改進措施，以免出現創新停滯的情況。由于君士坦丁堡硬分叉忘了重新設置難度炸彈，以太坊緊接著又引入了繆爾冰川硬分叉。之后的柏林硬分叉正在考慮改變這一機制。

聲音 | 中遠海運董事長許立榮：如何將區塊鏈等技術與航運業結合 是挑戰也是機遇:據第一財經消息，7月11日，在“2019年中國航海日論壇”主論壇上，中國遠洋海運集團有限公司董事長許立榮表示，“當前各種新技術更是層出不窮，大數據、云計算、區塊鏈、無人駕駛、人工智能等。如何把這些新技術與古老的航運業相結合，創新商業模式，既是新的挑戰，也是創新的難得機遇。”論壇上，新加坡海事與港口局局長柯麗芬介紹，以新加坡為營運基地的太平船務已成功試行了一套以區塊鏈為基礎的電子提單系統。轉讓銷售證明書的行政程序時間大幅減少，從以往的7天，減少到只要1秒鐘。[2019/7/11]

通過圖中黑色部分的Gas使用量，我們可以看出2017年ICO熱潮以來，以太坊的Gas使用量占Gas上限的60%以上。自此以后，Gas上限經過幾次躍升，增長了四倍。每次躍升后，Gas使用量也出現相應增長。過去幾個月來，以太坊的Gas使用量似乎卡在了Gas上限的95%上。

要想知道以太坊的Gas使用率為何無法超過95%，我們需要先了解空塊和叔塊。

聲音 | 加拿大央行副行長：加拿大央行正在考慮如何應對加密資產的風險:據溫哥華太陽報報道，加拿大銀行副行長Timothy Lane在卡爾加里大學Haskayne商學院講話時表示：加拿大央行正在考慮如何應對加密資產的風險。[2018/10/2]

空塊和叔塊

縱觀以太坊的發展史，即使是在供不應求的情況下，以太坊的Gas使用量也沒有超過Gas上限的95%。令人驚訝的是，剩余5%的gas都是以空塊的形式被浪費了。空塊是有規律的，大約每挖出20個區塊就會有一個空塊。在有付費交易等待打包的情況下，為什么還會有人挖空塊？我們來看一下數據：

空塊率隨時間的流逝而穩定增長，目前在5%左右。所有礦池都有挖空塊，因此不是惡意行為。真正的問題是，出塊速度過快。如果挖出一個區塊的時間少于6秒，這個塊是空塊的概率會成倍增加。

有一種解釋是，礦工在收到一個新區塊的區塊頭、但還沒處理完整個區塊時就開始挖下一個區塊。這在比特幣中叫作“簡單支付驗證”挖礦，可以讓礦工立即開始挖下一個塊，但是只能挖空塊。一旦新的區塊處理完成，礦工就可以開始打包并挖出下一個區塊。可以證實這一解釋的另一個證據是，如果同一個礦工連續挖出了兩個區塊，空塊率就會降低25%。

動態 | 南非稅務署正研究如何識別逃稅的加密貨幣交易者:據CCN報道，南非稅務機關南非稅務署（SARS）正在調查識別逃稅的加密貨幣交易員的方法。該機構專員Mark Kingon最近在約翰內斯堡的內部審計協會會議上說，該機構正在研究如何發現不符合要求的加密貨幣交易員，以調查任何未能從投資中申報利潤的情況。[2018/8/21]

除了挖空塊之外，還有一種方法是在處理新區塊的同時繼續接著上一個區塊挖礦。這就有可能導致多個新區塊被挖出。如果這種情況發生在以太坊上，網絡就會選出一個合法區塊，并將其它區塊視為叔塊。挖出叔塊的礦工會獲得同樣的區塊獎勵。叔塊率非常穩定：

2018年，Gas使用量達到頂峰時，叔塊率也達到了頂峰。那段時間，空塊率也有增加，可能是因為礦工改變了策略。

雖然叔塊率對以太坊可擴展性的影響不是很明顯，但確實存在。拜占庭硬分叉中的EIP-100?調整了區塊難度評估公式，將叔塊計算在內。因此，叔塊率越高意味著在礦工挖出的區塊中，作為叔塊被浪費的區塊越多，作為合法區塊被添加到最長鏈上的區塊越少。具體表現為出塊時間增加，每日Gas供應量減少。

無論是叔塊還是空塊，都是以太坊上重要的網絡健康標志。二者中任意一者增加都意味著每日Gas供應量減少。對叔塊率的分析是EIP2028和1559背后主要的研究內容之一。令人驚訝的是，這兩個EIP都沒有提到空塊率，而且研究上存在方法上的缺陷。最好能采用恰當的統計方法來進行更嚴格的分析，并將叔塊率和空塊率都納入考慮范圍。

有一些方法可以用來降低空塊率和叔塊率。假設導致空塊率和叔塊率較高的根本原因是，由于網絡和區塊處理延遲，礦池無法獲得最新狀態。一種簡單的方法是，讓礦池變得更加中心化，將最新狀態集中在一處。去中心化更高的解決方案是，使用bloxroute在礦池之間創建專屬的互聯通道。還有一種解決方案的靈感來自“間諜挖礦”，就是讓礦池預先共享它們正在挖的區塊。其它礦池就能針對每一個在挖區塊準備好下一個區塊，一旦某個礦池成功挖出了區塊，其它礦池就知道下一個該挖哪個區塊，并且馬上切換過去。從更高層次來看，改進節點通信協議和處理算法也會帶來幫助，或許也能帶來一些收益。但是，正如我們所見，降低叔塊率和空塊率最多可以將每日gas供應量提高5%左右。

由此看來，gas上限是gas供應量的95%。那么，如果人們對gas的需求超過這一上限，會發生什么情況呢？

Gas價格

當以太坊用戶對Gas的需求接近上限時，會發生什么情況？礦工可以隨心所欲地選擇交易進行打包。但是實際上，礦工會優先打包Gas價格高的交易，因為這會讓他們的收益最大化，最終引發針對Gas的最高價格拍賣。

Gas價格已經成為完美的無彈性供給范例。?隨著以太坊網絡對Gas的利用率超過80%，向95%的上限直線靠攏，Gas價格就會出現大幅上漲。需求量增加只會推動Gas價格上漲，直至用戶負擔不起為止。讓Gas價格下跌的唯一方法是，提高Gas供應量或降低用戶對Gas的需求量。近期Gas上限的增加并不足以有效壓低Gas價格。

乍看之下，人們對以太坊的興趣增加，只會導致Gas價格上漲，不會導致以太坊的使用量增加。實際上，Gas價格高的交易會淘汰Gas價格低的交易。那些小額NFT交易會減少，大額的DeFi交易會增加。

EIP1559旨在讓Gas供應量在較短的時間范圍內更具彈性。在需求量高峰時期，會創建出較大的區塊。這有助于平抑Gas價格，讓交易更早被打包進區塊。但是，這并不會改變長期中的無彈性供應問題。EIP1559實施后仍然會有一個長期不變的Gas上限。這就意味著，Gas價格將持續上漲，直至需求量足夠小為止。此外，EIP1559實施后仍有用來支付給礦工、作為打包交易的報酬的激勵機制。這就意味著，搶跑交易、Gas競價之戰和礦工抽取價值的問題依然存在。

圖中數據代表被打包進下一個區塊所需支付的最低價格。如果你愿意等久一點，Gas價格會低得多。從近期的歷史數據來看，如果你愿意等待兩分鐘及以上，Gas價格就會下降。EIP1559有助于在降低溢價的同時加快交易的處理速度。

因此，達到Gas上限時，Gas價格就會上漲。那么，我們如何提高Gas上限？

原文鏈接:

https://blog.0xproject.com/scaling-defi-layer-one-7eeb24aca4f0

作者:?RemcoBloemen

翻譯&校對:?閔敏?&?阿劍

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