BSP:柏林硬分叉對 Gas 影響幾何？_LOT

柏林硬分叉已于 4 月 14 日在主網上線，引入了四份 EIP 。其中的兩份 (EIP-2929 和 EIP-2930)對交易的 gas 成本有影響。本文將解釋部分 gas 成本在柏林前是如何計算的，加入了 EIP-2929 后會如何變化，以及如何使用 EIP-2930 引入的訪問列表。

這篇文章很長，這是它的概要：

柏林硬分叉改變一些操作碼的 gas 成本。如果在一個 dapp 或一個智能合約里 gas 費的值是硬編碼的，它們可能會中止運行。如果這種情況發生了，且智能合約是不可更新的，消費者將需要用 EIP-2930 的訪問列表才能使用那部分的操作碼。

訪問列表可以用作減少少量的 gas 成本，但實際上它們在一些情況下是會增加總 gas 消耗量的。

geth 增加了一個叫 eth_createAccessList 的新 RPC方法，用以簡化訪問列表的創建。

EVM 執行的每個操作碼都有一筆相關的 gas 成本。它們大多數的成本是固定的：PUSH1 總是消耗 3 個單位的 gas，MUL 消耗 5 個，等等。其他一些是會變化的：比如 SHA3 的操作碼成本依賴于它的輸入大小。

我們主要討論操作碼 SLOAD 和 SSTORE，因為它們是最受柏林硬分叉影響的。我們以后會討論針對地址的操作碼，比如所有的 EXT* 和 CALL* ，因為它們的 gas 成本也改變了。

柏林前 SLOAD 的 gas 成本

部分客戶端在以太坊柏林硬分叉后出現問題，團隊正緊急診斷和修復問題:4月15日消息，據社區以及以太坊客戶端OpenEthereum的GitHub顯示，該客戶端在以太坊“柏林”硬分叉后節點出現共識問題，區塊高度12244294后不同步。開發團隊和以太坊核心團隊已經意識到該問題，正在診斷和修復，在發布修復方案之前，以太坊上無法獲取新的區塊數據。[2021/4/15 20:24:23]

在沒有 EIP-2929 之前，SLOAD 的 gas 消耗很簡單：它總是消耗 800 gas。所以（目前）沒有什么可說的。

柏林前 SSTORE 的 gas 成本

在 gas 消耗方面，SSTORE 可能是最復雜的操作碼了，因為它的成本取決于像存儲 slot 的當前值、新值、以及它是否之前被修改過。我們僅對一些情況進行分析以獲得一個基本理解；如果你想了解更多，請閱讀文末的 EIP 鏈接。

如果存儲 slot 的值從0 變成 1 (或任何非 0 的值)，gas 消耗量是 20000。

如果存儲 slot 的值從1 變成2 (或任何其他非 0 的值)，gas 消耗量是 5000。

如果存儲 slot 的值從 1 (或任何非 0 的值) 變成 0，gas 消耗量也是 5000，但在交易的最后你會獲得 1 筆 gas 費返還。本文不會討論 gas 費返還，因為它們在柏林硬分叉中不受影響。

如果存儲 slot 的值在之前相同的交易中被修改了，往后所有 SSTORE 的 gas 消耗量都是 800。

這部分的細節并不有趣，重要的是 SSTORE 很貴，而它的消耗取決于幾個因素。

以太坊柏林硬分叉之后，Ledger等公司受到客戶端共識問題的影響:Ledger表示，由于柏林升級問題，用戶在Ledger應用中的以太坊余額可能不會實時更新，并且不會顯示新交易。其他公司的服務，包括BitGo和Coin Metrics，也受到了影響。[2021/4/15 20:24:11]

EIP-2929 對上述所有操作碼的 gas 消耗都有影響。但在深入這些變化前，我們需要先談談這份 EIP 引入的一個重要概念：訪問過的地址 (accessed addresses)與訪問過的存儲密鑰 (accessed storage keys)。

如果一個地址或一個存儲密鑰在之前的交易中被“使用”過，那么它們就會被視為“訪問過的”。例如，當你 CALL（調用）一個其他合約，該合約的地址就會被標為“ accessed (訪問過的)”。同樣地，當你 SLOAD（加載）或 SSTORE（存儲）一些 slot 的時候，交易的其他部分也會被視為訪問過的。哪個操作碼執行它并不重要：如果一個 SLOAD 讀取了一個 slot，接下來的 SLOAD 和SSTORE 都會被視為訪問過的。

這里值得注意的是，存儲密鑰是“內置于“一些地址的。就如這份 EIP 所解釋：

在執行交易時，維持一組 accessed_addresses: Set[Address] 和accessed_storage_keys: Set[Tuple[Address, Bytes32]]

也就是說，當我們說一個存儲 slot 被訪問了，我們實際上說的一對 (address, storageKey) 被訪問了。

以太坊核心開發者：測試網Rinkeby即將開啟柏林硬分叉:以太坊核心開發者PéterSzilágyi表示，測試網Rinkeby 將于3月24日開啟柏林硬分叉. 任何沒有更新的節點將停止同步，因為所有的簽名者都已經更新了。因此所有沒有更新的節點在統計頁面上會變成紅色，鑒于2/3沒有升級，統計頁面的大部分會變成紅色，在節點停止同步之前，最后一次呼吁更新你的節點，此前報道，測試網Rinkeby將于3月24日（區塊高度8,290,928）開啟。[2021/3/24 19:12:11]

接下來談談新的 gas 消耗。

柏林后的 SLOAD

在柏林硬分叉之前，SLOAD固定消耗 800 gas。現在，它取決于該存儲 slot 是否被訪問過。如果它沒有被訪問過，gas 消耗是 2100；如果被訪問過了，則是 100。因此，如果該 slot 是在訪問過的存儲密鑰列表里的，SLOAD 的 gas 消耗會少于 2000。

柏林后的 SSTORE

讓我們在 EIP-2929 語境下重溫前面的 SSTORE 例子：

如果存儲 slot 的值從0 變成 1 (或任何非 0 的值)，gas 消耗量是：

如果存儲密鑰沒有被訪問過，22100

如果被訪問過了，20000

如果存儲 slot 的值從1 變成2 (或任何其他非 0 的值)，gas 消耗量是：

如果存儲密鑰沒有被訪問過，5000

如果被訪問過了，2900

如果存儲 slot 的值從 1 (或任何非 0 的值) 變成 0，gas 消耗與上一種情況一樣，再加上返還。

以太坊開發人員決定推遲柏林硬分叉:金色財經報道，許多用戶仍依賴于以太坊客戶端Geth，因此如果出現漏洞，則可能會使網絡暫時凍結。有鑒于此，以太坊核心開發者上周五決定將柏林（Berlin）硬分叉的開發工作至少推遲到八月，以使其他客戶端有機會增加其網絡份額。根據Ether Nodes的說法，Geth只是11個客戶端規范的其中之一，但是有79％的以太坊節點在Geth上面運行。自12月以來，該百分比上升了5％。[2020/7/1]

如果存儲 slot 的值在之前相同的交易中被修改了，往后所有 SSTORE 的 gas 消耗量都是100。

如你所見，如果 SSTORE 正在修改的 slot 是之前被訪問過的，第一個SSTORE 消耗少于 2100 gas。

下表對上述的值進行了比較：

請注意，在最后一行沒有必要談論 slot 是否已經被訪問過，因為如果它之前就被寫入，那它就被訪問過了。

我們一開始提及的其他 EIP 就是 EIP-2930。這份 EIP 增加了一種新的交易類型，它可以在交易里加入一個訪問列表。這意味著你可以在交易執行開始前，事先聲明哪些地址和 slot 應被視為訪問過的。例如，一個未被訪問過的 slot 的一個 SLOAD 需要消耗 2100 gas，但如果該 slot 被加入到交易訪問列表里，同一個操作碼只需消耗 100 gas。

但如果已經被訪問過的地址或存儲密鑰會消耗更少 gas，這是否意味著我們可以把所有東西都添加到交易訪問列表來降低 gas 消耗了？棒！不用給 gas 費了！ 然而，不盡然是這樣，因為你每次添加地址和存儲密鑰的時候還是需要支付 gas 費的。

動態 | 柏林正迅速成為區塊鏈和加密貨幣的中心:據Bitcoinist消息，在過去幾年，柏林已成為加密貨幣和區塊鏈的中心樞紐。并且柏林人可能將繼續保持對比特幣這樣的數字貨幣的熱情。據早前2013年報道，柏林南部克羅伊茨貝格地區人們樂于接受在當地商店使用比特幣。當時地區領導人推測，該地區人們的反叛和批判心態似乎很適合虛擬貨幣發展。現在，柏林在區塊鏈和加密貨幣領域，成為歐洲乃至整個世界的領導者 。[2018/10/29]

我們來看一個例子。假如我們正在向合約 A 發送一筆交易，訪問列表可能如下：

如果我們發送一筆附有這個訪問列表的交易，使用 slot 0x0 的第一個操作碼是SLOAD，它消耗的是 100 而不是 2100 gas。這減少了 2000 gas。但每次把存儲密鑰添加到交易的訪問列表中都需要消耗 1900 gas。因此我們只省了100 gas。(如果訪問該 slot 的第一個操作碼是 SSTORE而不是 SLOAD，我們可以省 2100 gas，也就是說如果我們考慮的是存儲密鑰的消耗的話，我們總共節省 200 gas。 )

這是否代表只要我們使用交易訪問列表就能節省 gas？不是的，因為我們還需要支付添加地址到訪問列表 (即我們的例子中的 "<address of A>" ) 的 gas。

到目前為止，我們只討論了操作碼 SLOAD 和 SSTORE，但柏林升級后不是只有這些操作碼有變化。例如，操作碼 CALL 之前的固定消耗量是 700。但 EIP-2929 后，如果地址不在訪問列表里，它的消耗量變成了 2600，如果在，則是 100。還有，像訪問過的存儲密鑰，無論之前訪問的是什么操作碼 (例如，如果EXTCODESIZE 是第一次被調用，那么該操作碼將消耗 2600 gas，而往后任何使用同一個地址的 EXTCODESIZE、 CALL 還是STATICCALL都只消耗 100 gas)。

這是如何影響有訪問列表的交易的呢？例如，假如我們給合約 A 發送一筆交易，而該合約調用另一個合約 B，那么我們可以加入這樣一個列表：

我們將需要支付 2400 gas 以把這個訪問列表加入到交易里，但之后使用 B 地址的第一個操作碼只消耗 100 gas，而不是2600。因此，我們通過這樣做節省了 100 gas。如果 B 以某種方式使用它的存儲，且我們知道使用的是哪個密鑰，那么我們也可以把它們加入到訪問列表里，這樣可以為每個密鑰節省 100~200 gas (取決于你的第一個操作碼是 SLOAD 還是 SSTORE )。

但是為什么我們要談論另一個合約？我們正在調用的合約呢？為什么不對這個合約進行這些操作？

我們可以這樣做，但這樣不劃算，因為 EIP-2929 明確規定正在被調用的合約 (即tx.to) 地址會默認加入到 accessed_addresses 列表里。因此我們無須支付多余的 2400 gas。

讓我們再對之前的例子進行分析：

除非我們要加入多幾個存儲密鑰，否則這其實很浪費。如果我們預設 SLOAD 總是首先使用存儲密鑰，那么我們起碼需要24 個存儲密鑰能保本。

你可以想象一下，做分析與手動創建一個訪問列表并不那么有趣。幸運的是，其實有更好的方法。

Geth (從 1.10.2 版本開始 ) 加入了一個新的 eth_createAccessList RPC 方法，你可以用它來生成訪問列表。它的使用與 eth_estimateGas 相似，但它返回的不是 gas 估值，而是像下面這樣的結果：

也就是它給你該交易會用到的地址與存儲密鑰的列表，加上訪問列表被加入情況下所消耗的 gas。（像 eth_estimateGas，這是一個估值，當交易實際上被挖的時候，這個列表可能會改變。）但，這并不代表 gas 消耗量會低于在沒有訪問列表情況下發送同一筆交易所消耗的！

我想我們會隨著時間推移發現使用它的正確方法，但我猜的偽代碼如下：

值得一提的是，訪問列表的主要目的不在于使用 gas。如 EIP 所解釋：

減輕由 EIP-2929 引入的合約斷裂風險，因為交易可以提前指定交易計劃訪問的賬戶和存儲 slot 并提前支付；最終在實際執行中，操作碼 SLOAD 和 EXT*只消耗 100 gas：這個低 gas 消耗不僅可以防止由該 EIP 引起的斷裂，還可以“松開”任何因 EIP-1884 而受限的合約。

這意味著如果一個合約對執行某事務的成本做了假設，gas 成本的增加就可能使它停止運作。例如，一個合約調用另一個合約，像這樣someOtherContract.someFunction{gas: 34500}()，因為它假設someFunction 會準確消耗 34500 gas，這樣它會出問題。但如果你添加了一個合理的訪問列表，那么合約會再次運作。

如果你像自己去測試，復制這個代碼庫，里面由多個可以用 Hardhat 和 geth 執行的實例。在 README 查看說明。

參考文獻

EIP-2929 和 EIP-2930 是與本文相關的兩個柏林硬分叉 EIP。

EIP-2930 依賴于柏林硬分叉的另一部分： EIP-2718，它又叫類型交易。

EIP-2929 參考了很多 EIP-2200，因此如果你想深入了解 gas 成本，你可以從那里開始。

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