柏林硬分叉中 EIP-2929 和 EIP-2930 對交易的 Gas 成本有影響,深入瞭解 Gas 成本在升級前後的計算方式變化。

更詳細瞭解以太坊柏林硬分叉,請閱讀:《關於以太坊柏林升級,你需要了解的一切

原文標題:《柏林硬分叉對 Gas 影響幾何?》
撰文:Franco Victorio
翻譯:ETH 中文站

柏林硬分叉已於 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 後會如何變化,以及如何使用 EIP-2930 引入的訪問列表。

要點速覽

  • 柏林硬分叉改變一些操作碼的 gas 成本。如果在一個 dapp 或一個智能合約裏 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。

柏林硬分叉前的 gas 成本

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 的操作碼成本依賴於它的輸入大小。

我們主要討論操作碼 SLOADSSTORE,因爲它們是最受柏林硬分叉影響的。我們以後會討論針對地址的操作碼,比如所有的 EXT*CALL* ,因爲它們的 gas 成本也改變了。

柏林前 SLOAD 的 gas 成本

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)沒有什麼可說的。

柏林前 SSTORE 的 gas 成本

在 gas 消耗方面,SSTORE 可能是最複雜的操作碼了,因爲它的成本取決於像存儲 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,但在交易的最後你會獲得 1 筆 gas 費返還。本文不會討論 gas 費返還,因爲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,往後所有 SSTORE 的 gas 消耗量都是 800。

這部分的細節並不有趣,重要的是 SSTORE 很貴,而它的消耗取決於幾個因素。

EIP-2929 後的 gas 消耗

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,那麼它們就會被視爲「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爲「 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爲訪問過的。哪個操作碼執行它並不重要:如果一個 SLOAD 讀取了一個 slot,接下來的 SLOADSSTORE 都會被視爲訪問過的。

這裏值得注意的是,存儲密鑰是「內置於」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]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。

接下來談談新的 gas 消耗。

柏林後的 SLOAD

在柏林硬分叉之前,SLOAD 固定消耗 800 gas。現在,它取決於該存儲 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裏的,SLOAD 的 gas 消耗會少於 2000。

柏林後的 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。

如果存儲 slot 的值在之前相同的交易中被修改了,往後所有 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 消耗少於 2100 gas。

總結

下表對上述的值進行了比較:

以太坊柏林硬分叉完成,Gas 費會受到什麼影響?

請注意,在最後一行沒有必要談論 slot 是否已經被訪問過,因爲如果它之前就被寫入,那它就被訪問過了。

EIP-2930: 可選訪問列表交易

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。這意味着你可以在交易執行開始前,事先聲明哪些地址和 slot 應被視爲訪問過的。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裏,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,這是否意味着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,因爲你每次添加地址和存儲密鑰的時候還是需要支付 gas 費的。

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:

accessList: [{
  address: "<address of A>",
  storageKeys: [
    "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
  ]
}]

如果我們發送一筆附有這個訪問列表的交易,使用 slot0x0 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,因爲我們還需要支付添加地址到訪問列表 (即我們的例子中的 "

" ) 的 gas。

訪問過的地址

到目前爲止,我們只討論了操作碼 SLOADSSTORE,但柏林升級後不是隻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 後,如果地址不在訪問列表裏,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麼操作碼 (例如,如果 EXTCODESIZE 是第一次被調用,那麼該操作碼將消耗 2600 gas,而往後任何使用同一個地址的 EXTCODESIZECALL 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,那麼我們可以加入這樣一個列表:

accessList: [{ address: "", storageKeys: [] }]

我們將需要支付 2400 gas 以把這個訪問列表加入到交易裏,但之後使用 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,那麼我們也可以把它們加入到訪問列表裏,這樣可以爲每個密鑰節省 100~200 gas (取決於你的第一個操作碼是 SLOAD 還是 SSTORE )。

但是爲什麼我們要談論另一個合約?我們正在調用的合約呢?爲什麼不對這個合約進行這些操作?

accessList: [
  {address: "<address of A>", storageKeys: []},
  {address: "<address of B>", storageKeys: []},
]

我們可以這樣做,但這樣不划算,因爲 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 列表裏。因此我們無須支付多餘的 2400 gas。

讓我們再對之前的例子進行分析:

accessList: [{
  address: "<address of A>",
  storageKeys: [
    "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
  ]
}]

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,那麼我們起碼需要 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並不那麼有趣。幸運的是,其實有更好的方法。

eth_createAccessList RPC 方法

Geth (從 1.10.2 版本開始 ) 加入了一個新的 eth_createAccessListRPC 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:

{
  "accessList": [
    {
      "address": "0xb0ee076d7779a6ce152283f009f4c32b5f88756c",
      "storageKeys": [
        "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
        "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001"
      ]
    }
  ],
  "gasUsed": "0x8496"
}

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,這並不代表 gas 消耗量會低於在沒有訪問列表情況下發送同一筆交易所消耗的!

我想我們會隨着時間推移發現使用它的正確方法,但我猜的僞代碼如下:

let gasEstimation = estimateGas(tx)
let { accessList, gasUsed } = createAccessList(tx)
if (gasUsed > gasEstimation) {
  delete accessList[tx.to]
}
tx.accessList = accessList;
sendTransaction(tx)

給合約鬆綁

值得一提的是,訪問列表的主要目的不在於使用 gas。如 EIP 所解釋:

「減輕由 EIP-2929 引入的合約斷裂風險,因爲交易可以提前指定交易計劃訪問的賬戶和存儲 slot 並提前支付;最終在實際執行中,操作碼 SLOADEXT* 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「鬆開」任何因 EIP-1884 而受限的合約。」

這意味着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}(),因爲它假設 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,那麼合約會再次運作。

自己做檢驗

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

來源鏈接:hackmd.io