科普 | 擴展 DeFi 吞吐量：Layer-One 篇（上）_GAS

轉自：以太坊愛好者

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。

動態 | 報告：區塊鏈等熱點詞促使童書科普百科類成交額同比增速最高:近日，京東圖書與艾瑞咨詢聯合發布了《2019中國圖書市場報告》。報告指出，AI、5G、區塊鏈、機器人、VR、智能家居、AR這些熱點詞，不斷點燃科技熱潮，科技在改變大眾生活的同時，也吸引了越來越多家長的關注，從小培養孩子對科技的興趣和熱愛。因此童書中科普百科類成交額同比增速最高，占比將近40%。[2020/1/8]

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。

動態 | 鏈客社區聯合北京交通廣播推出區塊鏈技術科普節目:12月11日15:15—16:00，區塊鏈技術社區——鏈客區塊鏈技術社區將聯合北京交通廣播FM103.9從零開始為大眾科普解碼區塊鏈技術，蜻蜓FM及北京廣播網同期進行全球直播。首期做客嘉賓為鏈客區塊鏈技術社區創始人郄建軍和百度區塊鏈產品負責人于雅楠。[2019/12/11]

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：

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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。

現場 | 火幣中國推出數字經濟及區塊鏈產業科普新書:金色財經現場報道，12月6日，由海南省工業和信息化廳主辦，南南合作金融中心協辦，海南生態軟件園、火幣中國承辦的“海南自貿港數字經濟和區塊鏈國際合作論壇”在海口舉行，這是全球首次區塊鏈部長級論壇。

在本次論壇上，火幣中國舉行了“數字經濟及區塊鏈產業科普系列新書發布”儀式，希望通過教材、專業教育、培訓等多種方式，幫助從業者、高校、研究機構深入了解區塊鏈，從而建立起區塊鏈全局性知識模型，真正推動區塊鏈應用落地。火幣中國CEO袁煜明介紹，將聯合機械工業出版社面向普通高等教育推出《區塊鏈導論》、《區塊鏈系統設計與應用》和《區塊鏈新商業模式分析》系列教材，這是國內最早推動的區塊鏈教材之一；火幣中國還積極參與數字經濟的研究，由中信出版社出版的新書《讀懂Libra》已經上市；由火幣中國負責編寫的區塊鏈技術科普讀物《區塊鏈技術進階指南》將于12月面世；首本行業內最全的區塊鏈應用案例集《區塊鏈產業應用100例》在本次論壇進行了首次刊印。[2019/12/6]

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。

動態 | 新浪財經：官媒針對區塊鏈的報道從科普宣傳轉向打假監管:據新浪財經今日消息，“1025新政”滿月，一個月間，官媒對區塊鏈的態度風向已轉。據11月初的一項統計，七家黨媒在新政一周內發布了65篇直接相關報道，當時文章中的關鍵詞是數據、產業、安全、創新等，大量文章偏向于科普區塊鏈的概念以及應用介紹，提醒警惕虛擬貨幣炒作的僅有3篇。近期，官媒的批評焦點則紛紛指向借區塊鏈之名進行的虛擬貨幣發行和炒作行為。據統計，新華網、人民網收錄轉載的，以打擊虛擬貨幣或揭露假借區塊鏈行騙為主題的文章，自10月25日到11月25日午間，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周內就高達15篇。這些文章主要圍繞三個觀點展開：厘清區塊鏈和虛擬貨幣的關系，說明二者概念不等；打擊偽“區塊鏈”騙局，或是虛擬貨幣騙局揭露；提醒民眾，區塊鏈不能成為炒作的噱頭，更不是行騙的招牌，需警惕此類活動，理性投資。[2019/11/26]

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。

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：

金色財經獨家分析 監管機構、媒體、業界提示詐騙風險 區塊鏈科普道阻且長:新華社今日發文表示，近來“區塊鏈”類詐騙案件頻發，不法分子以“投資虛擬貨幣周期短、收益高、風險低”為借口，騙取用戶信任并誘使其轉賬進行投資。無獨有偶，同日消息，騰訊手機管家安全專家也提醒此類風險，并從技術上提出防騙建議。在美國，監管機構警示加密貨幣欺詐現象普遍承諾高收益而不披露潛在風險。金色財經獨家分析，不法分子假借新技術之名進行詐騙，一方面是抓住民眾趨利的心理，一方面反映出區塊鏈科普的欠缺。區塊鏈是新興科技和底層技術并有改變社會生產關系的潛力，應該進行系統性的科普教育，當前，部分大學已經開始設置了區塊鏈課程，但對于普通民眾仍然有科普的需求，人們應該了解到系統和正確的知識，不僅要了解區塊鏈的好，也要明確局限和弊端，以在高收益的誘惑下，保持清醒客觀。[2018/4/11]

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%。

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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