搞懂 “柏林” 之后的合約 Gas 開銷_GAS

“柏林”硬分叉將在4月15日激活，該硬分叉所包含EIP中的兩個都會影響事務的Gas開銷。本文會解釋“柏林”激活之前，一些操作碼的Gas消耗量是如何計算的，而EIP-2929對此有何影響，以及，2930引入的訪問清單功能應如何使用。

摘要

這篇文章很長，你要是只想知道結論，看完這部分就可以把網頁關掉了：

柏林硬分叉改變了某些操作碼的Gas開銷。如果你在自己的應用中硬編碼了一些操作可使用的Gas數量，這些操作可能會卡死。如果真的出現了這種情況，而你的智能合約又是沒法升級的，用戶就需要使用“訪問清單”功能來使用你的應用。

訪問清單功能可略微減少Gas開銷，但有些時候也可能會提高總的Gas消耗量。

geth客戶端引入了一種新的RPC方法，叫做?eth_createAccessList?來簡化訪問清單的生成。

“柏林”升級以前的Gas開銷

EVM所執行的每一個操作碼都有一個對應的Gas消耗量。大部分操作碼的消耗量都是固定的：PUSH1?總是消耗3gas，而?MUL?消耗5gas，等等。有一些操作碼的消耗量是可變的：舉個例子，SHA3?操作碼的開銷由輸入值的長度決定。

我們先了解?SLOAD?和?SSTORE?操作碼，因為這兩個操作碼受“柏林”影響最大。后面我們會再談談那些以地址為目標的操作，比如所有的?EXT*?類操作碼和?CALL*?類操作碼，因為它們的Gas開銷也被改變了。

數據：2023 Q2 NFT市場交易總額降至不足30億美元，環比下跌近40%:金色財經報道，據Dapprader最新分析數據顯示，2023年二季度NFT市場交易總額降至約29億美元，環比跌幅達到38%，此外數據還顯示2023年二季度NFT銷量約為1860萬筆，較一季度減少9.2%。Blur仍然在NFT市場中保持了主導地位，但該交易聚合平臺二季度交易額依然較上一季度下降了34%，相比之下第二大NFT市場OpenSea受到的打擊更大，交易額急劇下降超過56%。不過Immutable X Marketplace和JPG Store兩個NFT市場卻逆勢而上，交易額分別增長了37%和64%。Dapprader指出，交易額與市場興奮程度之間的關聯性并不大，交易額下降并不一定表明市場興趣或活動減弱。[2023/7/11 10:47:24]

“柏林”以前的?SLOAD

在EIP-2929實施前，SLOAD?開銷的計算方式很簡單：總是消耗800gas。所以，也沒啥可展開的。

“柏林”以前的?SSTORE

要講到Gas消耗量的計算，SSTORE?操作碼可能是最復雜的了。因為消耗多少取決于該存儲項槽當前的值、要寫入的新值、該存儲項是否已經修改過。我們只會分析少數幾種場景，了解個大概。如果你想了解更多，請閱讀本文末尾所附的EIP鏈接。

如果存儲項的值從0改為1，Gas消耗量是20000

國際貨幣基金組織：長遠來看加密禁令可能并不有效:6月23日消息，國際貨幣基金組織（IMF）撰文稱，加密資產存在的風險因國家或地區而異。央行數字貨幣（CBDC）如果設計得當，可以降低匯款成本并改善金融包容性。另外，加密資產的采用也帶來了許多挑戰和風險，特別是對于宏觀經濟不穩定、機構可信度低、資本流動量大、腐敗和非正規部門的拉丁美洲和加勒比國家而言。雖然一些國家已經完全禁止加密資產，但從長遠來看，這種方法可能并不有效。相反，這些地區應該專注于解決加密需求的驅動因素，包括數字支付需求，并通過在國家統計數據中記錄加密資產交易來提高透明度。[2023/6/23 21:56:11]

如果存儲項的值從1改為2，Gas消耗量是5000

如果存儲項的值從1改為0，消耗量也是5000，但你會在事務執行結束后獲得gas補貼。我們這里也不討論gas返還機制，因為它不會受到柏林的影響

在一筆事務中，如果存儲項已不是第一次修改，則后續每一次?SSTORE?都消耗800gas

細節在這里并不重要，重要的是，SSTORE?是昂貴的，具體消耗多少gas則依賴于多個因素。

EIP-2929之后的Gas消耗量

EIP-2929改變了所有這些數值。但在展開之前，我們要先談談該EIP引入的一個重要概念：被訪問過的地址和被訪問過的存儲項的鍵。

當一個地址或者一個存儲項的鍵，在一筆事務中被“使用過”之后，在該筆交易余下的執行過程中，這個地址都會被當成“已被訪問過的”。舉個例子，如果你在一筆事務中?CALL?另一個合約，那么該合約的地址就會被標記為“訪問過的”。類似地，如果你?SLOAD?或者?SSTORE?過一些存儲項槽，在該筆事務余下的執行過程里，這些槽也會被當成已經訪問過的。到底用的哪個操作碼是沒有關系的，即使你只?SLOAD?過某個槽，接下來使用?SSTORE?時該槽也會被當成已訪問過的。

Sei Network將重新開放跨鏈橋Sei Bridge測試活動:6月13日消息，Layer1公鏈Sei Network將重新開放跨鏈橋Sei Bridge測試活動，并增加了一些新的變化，該活動旨在跨各種網絡測試Sei Bridge以及收集用戶測試后的反饋。[2023/6/13 21:33:02]

注意：存儲項的鍵是“內在于”某些地址中的，一如該EIP所解釋的：

執行事務時，保持一個集合：accessed_addresses:Set?以及?accessed_storage_keys:Set]

也就是說，當我們說某個存儲槽已被訪問過了，我們的實際意思是：(address,storageKey)?已被訪問過了。

搞清楚了這個概念，我們來談談新的Gas消耗量計算模式。

“柏林”以后的?SLOAD

升級前，SLOAD?的Gas消耗量是固定的800。但升級后，Gas消耗量要看這個存儲槽是否已經被訪問過。還沒訪問過的，消耗量就是2100gas；訪問過的，就是100gas。所以，如果某個存儲項槽已經在“已訪問過的存儲項鍵`的集合里了，就可以省掉2000gas。

“柏林”以后的?SSTORE

我們逐個逐個對比下，在EIP-2929實施后，上面的幾個例子會發生什么樣的變化：

如果存儲項的值從0改為1，Gas消耗量是20000

Coinbase首席法務官：法律不會迫使礦工或任何其他人監控或審查交易:9月5日消息，Coinbase首席法務官paulgrewal.eth 發推特表示，我認為（美國）法律非常明確：沒有任何事情會迫使礦工、質押者或律師中的任何其他人監控或審查交易。

其中法律規定不能與受制裁的個人“交易”，必須“封鎖”美國人“擁有”或“控制”的財產，但這并不是指在底層生成區塊的方式，礦工或其他人“促進”的只是交易記錄。[2022/9/5 13:08:58]

如果該存儲項鍵還未訪問過，消耗22100gas

若已訪問過，消耗20000gas

如果存儲項的值從1改為2，Gas消耗量是5000

如果該存儲項鍵還未訪問過，消耗5000gas

若已訪問過，消耗2900gas

如果存儲項的值從1改為0，消耗量保持不變，gas返還機制也不變

在一筆事務中，如果存儲項已不是第一次修改，則后續每一次?SSTORE?都消耗100gas

由此可見，如果某個槽此前已訪問過，則對它的第一次?SSTORE?操作會節約2100gas。

匯總一下

上面的文字實在啰嗦，我們就直接做一張表，把上面提到的值都匯總一下：

前Blockstream CSO：以太坊向PoS過渡將使監管機構更容易控制網絡:8月21日消息，前 Blockstream 首席戰略官 Samson Mow 近日在社交媒體上發表對以太坊合并相關看法，他認為以太坊的問題在于其往往優先考慮 Token 經濟學，而不是去中心化，因此隨著向權益證明（PoS）網絡過渡，監管機構將更容易控制網絡繼而加劇監管捕獲（regulatory capture）風險。

Samson Mow 表示，將驗證者的最低門檻設置為 32 ETH 會限制驗證者的數量，此外，66% 的驗證者需要遵守 OFAC 規定，他們存入質押的 ETH 無法提取（因為提取功能未被編碼），所以與工作量證明（PoW）共識機制相比，PoS 網絡其實更加中心化。[2022/8/21 12:38:47]

注意看最后一行：此時已不再需要區分它到底有沒有被訪問過，因為，如果此前已寫入，則必定已被訪問過。

EIP-2930：可選“訪問清單”的事務類型

另一個“柏林”升級包含的EIP是2930。該EIP加入了一種新的類型的事務，可以在事務的負載中包含一個“訪問清單”，意思是，你可以在事務執行前就聲明哪些地址和存儲槽應被認為是“訪問過的”。舉個例子，對一個未訪問過的槽執行?SLOAD?需要耗費2100gas，但如果該存儲槽被包含在了事務的“訪問清單”中，則操作的消耗量機會降為100gas。

但如果只要地址和槽被當成“已訪問過的”就可以降低操作的Gas消耗量；而訪問清單可以把地址和槽標記為“已訪問過的”；那豈不是說我們可以把這些東西都放在訪問清單中，來獲得Gas消耗量的減免？真棒，天賜Gas！

額，并不完全如此，因為你每添加一個地址或存儲項鍵，都要支付額外的Gas。

舉個例子。假如我們要向合約?A?發送了一條事務。我們編寫了一條這樣的訪問清單：

這是不是說，每次使用訪問清單我們都能節省gas呢？很遺憾，也不是，因為在訪問清單中填入地址也需要支付gas。

訪問過的地址

迄今為止，我們只討論了?SLOAD?和?SSTORE?操作碼，但“柏林”升級還改變了別的操作碼。舉個例子，CALL?操作碼原來的Gas消耗量為固定的700，但2929實施后，如果所調用的地址不在訪問清單中，消耗量將提高到2600；如果在，則降低為100。而且，就像訪問過的存儲鍵一樣，到底哪個操作碼訪問過那個地址并不重要（比如，如果用戶最先調用的是?EXTCODESIZE，這一個操作的消耗量是2600，但后續的調用，只要是對同一個地址的，無論是?EXTCODESIZE、CALL?還是?STATICCALL?，都只消耗100gas。

那個這個設計對帶有訪問清單的事務有何影響？假設我們向合約A發送一條交易，而合約A調用了合約B，而我們在訪問清單中寫入這樣的內容：

我們首先需要為在這條事務的訪問清單中加入這個地址支付2400gas，但對B使用的第一個操作碼就只需要消耗100gas而不是2600gas，這就剩下了100gas。如果B也需要使用其存儲項，我們又知道它將使用哪個鍵，我們也可以把這些鍵包含在訪問列表中，然后為每個鍵的操作省下100或200gas。

但為啥我們要加多一個合約來舉例子？我們不是可以這樣寫嗎？

你當然可以這樣做，但不值得，因為EIP-2929指明了你一開始調用的合約必定會被包含在?accessed_addresses?列表中，所以你就是額外花了2400gas，什么好處都沒得到。

所以，回頭看我們上面舉的例子：

這樣做其實是浪費，除非你在里面加多幾個存儲項鍵。如果我們假設所有的存儲項鍵的第一個操作都是?SLOAD，那你要至少24個鍵，才能賺回來。

而且，如你所見，自己一五一十地分析這些因素、手動生成訪問清單，顯然是極其繁瑣而令人崩潰的事。好在，還有更好的辦法。

eth_createAccessList?RPC方法

Geth客戶端開始將包含一個新的?eth_createAccessList?RPC方法，你可以用它來生成訪問清單，就像使用?eth_estimateGas?一樣，只不過返回的不是Gas消耗量估計，而是形如這樣的數據：

我估計隨著時間推移，我們會越來越知道怎么利用這個功能，但我個人估計，方法的偽代碼形式會像這樣：

防止合約變磚

值得提醒，訪問清單功能的主要目的不是節省Gas。如該EIP自身所述：

緩解由EIP-2929帶來的合約變磚風險，因為事務可以預先指定、預先支付自身嘗試范文的賬戶和存儲槽，因此，在實際的執行中，SLOAD和EXT*操作碼都只會消耗100gas：這個值低到既足以防止2929打破某些合約，也可以“解封”被EIP-1884封印的合約。

原本，只要一個合約預設了執行的Gas開銷，操作碼的Gas消耗量變動就有可能導致它變磚。比如，如果一個合約預設另一個合約的?someFunction?只會用到34500gas，因此總是用?someOtherContract.someFunction{gas:34500}()?調用那個合約，這個合約就有可能變磚。但只要你在事務中添加合適的訪問清單，這個合約就還能工作。

自己驗證

如果你想自己測試一下，克隆這個倉庫，這里面有很多例子，可以使用Hardhat和Geth客戶端來運行。請仔細閱讀README。

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