STO:搞懂 “柏林” 之后的合約 Gas 開銷

“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。

Token Terminal：以太坊月費用收入8840萬美元、UniSwap達5160萬美元:金色財經報道，Token Terminal在社交媒體披露了各區塊鏈活躍（核心）開發者數量和月費用收入數據，具體為：以太坊活躍（核心）開發者數量210人、月費用收入8840萬美元；Cosmos為146人、4.26萬美元；Cardano為145人、23.48萬美元；Kusama為133人，2300美元；Polkadot為133人、4.3萬美元；Filecoin為94人、73.57萬美元；NEAR為72人、4.77萬美元；Solana為72人、89.65萬美元；Polygon為59人、290萬美元；Osmosis為53人、190萬美元；UniSwap為42人、費用收入5160萬美元。[2022/12/4 21:22:07]

“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

目前73%的以太坊區塊處于OFAC的審查范圍:金色財經報道，MEVWatch數據顯示，過去24小時，有73%區塊打包的交易,符合美國財政部海外資產控制辦公室（OFAC）制裁規定，以太坊合并以來，總計46%的區塊強制執行OFAC制裁規定。[2022/11/6 12:21:05]

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。

比特幣全網未確認交易數量為2038筆:11月1日消息，BTC.com數據顯示，目前比特幣全網未確認交易數量為2038筆，全網算力為264.84 EH/S，24小時交易速率為3.13交易/s，目前全網難度為36.84 T，預測下次難度下調0.36%至36.7T，距離調整還剩6天7小時。[2022/11/1 12:02:16]

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：

比特幣全網未確認交易數量為3234筆:金色財經報道，據BTC.com數據顯示，目前比特幣全網未確認交易數量為3234筆，全網算力為201.34 EH/s，24小時交易速率為3.08交易/s，目前全網難度為28.17 T，預測下次難度上調0.87%至28.42 T，距離調整還剩1天14小時。[2022/8/17 12:29:45]

如果存儲項的值從0改為1，Gas消耗量是20000

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：

去中心化穩定幣項目AstridDAO與微軟達成合作，加入Microsoft for Startups計劃:官方消息，基于Astar、服務Polkadot生態的去中心化多抵押品穩定幣項目AstridDAO宣布，與微軟達成合作，加入Microsoft for Startups計劃，加速其去中心化貨幣市場和穩定幣BAI的采用。AstridDAO將在微軟的支持下加快其上市速度，并最大限度地發揮其市場影響力。微軟還將通過Github Enterprise、Microsoft Teams和Azure credits提供價值高達35萬美元的福利。[2022/5/24 3:38:27]

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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