GAS:柏林硬分叉对 Gas 影响几何？

柏林硬分叉已于4月14日在主网上线，引入了四份EIP。其中的两份(EIP-2929?和?EIP-2930)对交易的gas成本有影响。本文将解释部分gas成本在柏林前是如何计算的，加入了EIP-2929后会如何变化，以及如何使用EIP-2930引入的访问列表。

要点速览

这篇文章很长，这是它的概要：

柏林硬分叉改变一些操作码的gas成本。如果在一个dapp或一个智能合约里gas费的值是硬编码的，它们可能会中止运行。如果这种情况发生了，且智能合约是不可更新的，消费者将需要用EIP-2930的访问列表才能使用那部分的操作码。

访问列表可以用作减少少量的gas成本，但实际上它们在一些情况下是会增加总gas消耗量的。

geth?增加了一个叫?eth_createAccessList?的新RPC方法，用以简化访问列表的创建。

柏林硬分叉前的gas成本

EVM执行的每个操作码都有一笔相关的gas成本。它们大多数的成本是固定的：PUSH1?总是消耗3个单位的gas，MUL?消耗5个，等等。其他一些是会变化的：比如?SHA3?的操作码成本依赖于它的输入大小。

我们主要讨论操作码?SLOAD?和?SSTORE，因为它们是最受柏林硬分叉影响的。我们以后会讨论针对地址的操作码，比如所有的?EXT*?和?CALL*?，因为它们的gas成本也改变了。

柏林前SLOAD的gas成本

在没有EIP-2929之前，SLOAD?的gas消耗很简单：它总是消耗800gas。所以没有什么可说的。

报告：里斯本、柏林和巴黎成为欧洲新兴加密中心:金色财经报道，Greenfield Capital最新调查报告显示，里斯本、柏林和巴黎成为欧洲新兴加密中心

此外，Greenfield Capital还对在欧洲开展业务的68位加密项目创始人进行调查，调查发现，监管被视为今年该行业最重要的发展，但表明创始人并不认为MiCA制度是阻碍。[2023/5/3 14:40:12]

柏林前SSTORE的gas成本

在gas消耗方面，SSTORE?可能是最复杂的操作码了，因为它的成本取决于像存储slot的当前值、新值、以及它是否之前被修改过。我们仅对一些情况进行分析以获得一个基本理解；如果你想了解更多，请阅读文末的EIP链接。

如果存储slot的值从0变成1(或任何非0的值)，gas消耗量是20000。

如果存储slot的值从1变成2(或任何其他非0的值)，gas消耗量是5000。

如果存储slot的值从1(或任何非0的值)变成0，gas消耗量也是5000，但在交易的最后你会获得1笔gas费返还。本文不会讨论gas费返还，因为它们在柏林硬分叉中不受影响。

如果存储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。

这部分的细节并不有趣，重要的是?SSTORE?很贵，而它的消耗取决于几个因素。

EIP-2929后的gas消耗

EIP-2929对上述所有操作码的gas消耗都有影响。但在深入这些变化前，我们需要先谈谈这份EIP引入的一个重要概念：访问过的地址(accessedaddresses)与访问过的存储密钥(accessedstoragekeys)。

以太坊开发工具Hardhat发布2.2.0，添加对柏林硬分叉的支持:4月19日消息，NomicLabs发布以太坊开发工具Hardhat的2.2.0版本，添加对柏林硬分叉的支持。Hardhatv2.2.0更改了HardhatNetwork的默认配置以匹配主网的行为，以及包含一些小的修复程序，包括修复了在MacOS上下载Solidity编译器时的一些问题。[2021/4/19 20:37:31]

如果一个地址或一个存储密钥在之前的交易中被“使用”过，那么它们就会被视为“访问过的”。例如，当你?CALL一个其他合约，该合约的地址就会被标为“accessed(访问过的)”。同样地，当你?SLOAD或?SSTORE一些slot的时候，交易的其他部分也会被视为访问过的。哪个操作码执行它并不重要：如果一个?SLOAD?读取了一个slot，接下来的?SLOAD?和SSTORE?都会被视为访问过的。

这里值得注意的是，存储密钥是“内置于“一些地址的。就如这份EIP所解释：

在执行交易时，维持一组?accessed_addresses:Set?和accessed_storage_keys:Set]

也就是说，当我们说一个存储slot被访问了，我们实际上说的一对?(address,storageKey)?被访问了。

接下来谈谈新的gas消耗。

柏林后的SLOAD

在柏林硬分叉之前，SLOAD固定消耗800gas。现在，它取决于该存储slot是否被访问过。如果它没有被访问过，gas消耗是2100；如果被访问过了，则是100。因此，如果该slot是在访问过的存储密钥列表里的，SLOAD?的gas消耗会少于2000。

OpenEthereum发布v3.2.3版本，包含对柏林升级修复程序:据官方消息，4 月 16 日，OpenEthereum 在 Github 上发布 v3.2.3 版本，其中包含针对“柏林升级”bug 的修复程序。

据此前报道，因 OpenEthereum 客户端在以太坊柏林硬分叉升级后出现的共识问题无法同步，包括 Coinbase 在内的多家交易所及 Ledger、BitGo 等钱包及数据提供商 Coin Metrics 等加密服务公司受到影响。[2021/4/16 20:25:58]

柏林后的SSTORE

让我们在EIP-2929语境下重温前面的?SSTORE?例子：

如果存储slot的值从0变成1(或任何非0的值)，gas消耗量是：

如果存储密钥没有被访问过，22100

如果被访问过了，20000

如果存储slot的值从1变成2(或任何其他非0的值)，gas消耗量是：

如果存储密钥没有被访问过，5000

如果被访问过了，2900

如果存储slot的值从1(或任何非0的值)变成0，gas消耗与上一种情况一样，再加上返还。

如果存储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。

如你所见，如果?SSTORE?正在修改的slot是之前被访问过的，第一个SSTORE?消耗少于2100gas。

总结

下表对上述的值进行了比较：

动态 | 都柏林成欧洲区块链新中心:据爱尔兰独立报消息，自英国脱欧消息不断发酵以来，都柏林成为许多区块链新贵公司的首选地， Coinbase上个月在都柏林开设了办事处。对于许多从事新兴技术的公司来说，这个岛屿的吸引力很大，例如布鲁克林的区块链初创公司 ConsenSys。区块链技术存储分布在网络上的信息块;他们已被许多业务垂直行业所接受，以实现他们为在线交易带来的可追溯性和安全性。[2018/11/15]

请注意，在最后一行没有必要谈论slot是否已经被访问过，因为如果它之前就被写入，那它就被访问过了。

EIP-2930:可选访问列表交易

我们一开始提及的其他EIP就是EIP-2930。这份EIP增加了一种新的交易类型，它可以在交易里加入一个访问列表。这意味着你可以在交易执行开始前，事先声明哪些地址和slot应被视为访问过的。例如，一个未被访问过的slot的一个?SLOAD?需要消耗2100gas，但如果该slot被加入到交易访问列表里，同一个操作码只需消耗100gas。

但如果已经被访问过的地址或存储密钥会消耗更少gas，这是否意味着我们可以把所有东西都添加到交易访问列表来降低gas消耗了？棒！不用给gas费了！然而，不尽然是这样，因为你每次添加地址和存储密钥的时候还是需要支付gas费的。

我们来看一个例子。假如我们正在向合约A发送一笔交易，访问列表可能如下：

德国柏林的一家咖啡馆接受ETH和LTC支付:德国柏林的一家名为Crypto Cafe的咖啡馆已经接受ETH和LTC付款，这也是柏林第一家接受数字货币支付的咖啡馆。[2018/2/14]

如果我们发送一笔附有这个访问列表的交易，使用slot?0x0?的第一个操作码是SLOAD，它消耗的是100而不是2100gas。这减少了2000gas。但每次把存储密钥添加到交易的访问列表中都需要消耗1900gas。因此我们只省了100gas。(如果访问该slot的第一个操作码是?SSTORE而不是?SLOAD，我们可以省2100gas，也就是说如果我们考虑的是存储密钥的消耗的话，我们总共节省200gas。)

这是否代表只要我们使用交易访问列表就能节省gas？不是的，因为我们还需要支付添加地址到访问列表(即我们的例子中的?"<addressofA>"?)的gas。

访问过的地址

到目前为止，我们只讨论了操作码?SLOAD?和?SSTORE，但柏林升级后不是只有这些操作码有变化。例如，操作码?CALL?之前的固定消耗量是700。但EIP-2929后，如果地址不在访问列表里，它的消耗量变成了2600，如果在，则是100。还有，像访问过的存储密钥，无论之前访问的是什么操作码(例如，如果EXTCODESIZE?是第一次被调用，那么该操作码将消耗2600gas，而往后任何使用同一个地址的?EXTCODESIZE、?CALL?还是STATICCALL都只消耗100gas)。

这是如何影响有访问列表的交易的呢？例如，假如我们给合约A发送一笔交易，而该合约调用另一个合约B，那么我们可以加入这样一个列表：

我们将需要支付2400gas以把这个访问列表加入到交易里，但之后使用?B?地址的第一个操作码只消耗100gas，而不是2600。因此，我们通过这样做节省了100gas。如果?B?以某种方式使用它的存储，且我们知道使用的是哪个密钥，那么我们也可以把它们加入到访问列表里，这样可以为每个密钥节省100~200gas(取决于你的第一个操作码是?SLOAD?还是?SSTORE?)。

但是为什么我们要谈论另一个合约？我们正在调用的合约呢？为什么不对这个合约进行这些操作？

我们可以这样做，但这样不划算，因为EIP-2929明确规定正在被调用的合约(即tx.to)地址会默认加入到?accessed_addresses?列表里。因此我们无须支付多余的2400gas。

让我们再对之前的例子进行分析：

除非我们要加入多几个存储密钥，否则这其实很浪费。如果我们预设?SLOAD?总是首先使用存储密钥，那么我们起码需要24个存储密钥能保本。

你可以想象一下，做分析与手动创建一个访问列表并不那么有趣。幸运的是，其实有更好的方法。

eth_createAccessListRPC方法

Geth(从1.10.2版本开始)加入了一个新的?eth_createAccessList?RPC方法，你可以用它来生成访问列表。它的使用与?eth_estimateGas?相似，但它返回的不是gas估值，而是像下面这样的结果：

也就是它给你该交易会用到的地址与存储密钥的列表，加上访问列表被加入情况下所消耗的gas。但，这并不代表gas消耗量会低于在没有访问列表情况下发送同一笔交易所消耗的！

我想我们会随着时间推移发现使用它的正确方法，但我猜的伪代码如下：

给合约松绑

值得一提的是，访问列表的主要目的不在于使用gas。如EIP所解释：

减轻由EIP-2929引入的合约断裂风险，因为交易可以提前指定交易计划访问的账户和存储slot并提前支付；最终在实际执行中，操作码SLOAD和EXT*只消耗100gas：这个低gas消耗不仅可以防止由该EIP引起的断裂，还可以“松开”任何因EIP-1884而受限的合约。

这意味着如果一个合约对执行某事务的成本做了假设，gas成本的增加就可能使它停止运作。例如，一个合约调用另一个合约，像这样someOtherContract.someFunction{gas:34500}()，因为它假设someFunction?会准确消耗34500gas，这样它会出问题。但如果你添加了一个合理的访问列表，那么合约会再次运作。

自己做检验

如果你像自己去测试，复制这个代码库，里面由多个可以用?Hardhat?和geth执行的实例。在README查看说明。

参考文献

EIP-2929?和?EIP-2930?是与本文相关的两个柏林硬分叉EIP。

EIP-2930依赖于柏林硬分叉的另一部分：?EIP-2718，它又叫类型交易。

EIP-2929参考了很多?EIP-2200，因此如果你想深入了解gas成本，你可以从那里开始。

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