BTC:柏林硬分叉对 Gas 影响几何？_EKE

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。

以太坊基金会：柏林硬分叉解决了以太坊长期存在的威胁:以太坊基金会表示，柏林硬分叉中，修正 gas 费、增加交易类型等更新将解决以太坊长期存在的一个漏洞威胁。这一由random trie lookups触发的漏洞会被恶意交易利用导致分钟级别区块时间的封锁，该漏洞早在 2019 年 10 月 4 日以太坊安全研究员 Hubert Ritzdorf 和 Matthias Egli 提交以太坊漏洞悬赏计划就已被揭示。[2021/5/23 22:33:41]

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。

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。

以太坊客户端Geth最新版已支持下一次硬分叉“柏林”的所有改进提案:6月8日消息，以太坊官方客户端 Geth 发布最新版1.9.15，除了常规修复漏洞之外，本次更新中已经实现了下一次硬分叉升级“柏林”已经规划的所有改进提案，针对这些 EIP 的临时测试网络 Yolo 已经上线。[2020/6/8]

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)。

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。

动态 | 柏林公司Velocity Ledger已获百慕大财政部批准进行ICO:据The Royal Gazette消息，柏林公司Velocity Ledger Holdings Ltd已获百慕大财政部批准进行ICO，以此向子公司提供运营资金。公司声明表示，VL代币可用于支付VL技术平台和服务的授权费用。此外，VLHL子公司之一VL Financial希望在百慕大推出一个数字资产交易所，目前已向百慕大金融管理局（Bermuda Monetary Authority）申请数字资产业务牌照。[2019/4/10]

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。

动态 | ISO将于明年五月在都柏林举办会议讨论区块链技术标准:据irishtimes消息，爱尔兰财政部部长迈克尔·达西(Michael D’arcy)上周宣布，五国际标准化组织（ISO）将于明年五月在都柏林举办会议，届时将讨论区块链技术国际标准。[2018/10/8]

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：

柏林检察官将在缉获的比特币上赚取77.4万欧元:柏林检察官将要在去年四月份缉获的64个比特币上赚取77.4万欧元（94万美元）。根据彭博社据综合数据计算出的价格，去年当柏林检察官冻结资金时，比特币交易价就达到1348美元。而上周五的价格相较那时候已经涨了十倍，交易价格为13,755美元。发言人Martin Steltner说，检察官估计这些比特币价值85万欧元。在这起案件中被控的三名男子中，有一人同意放弃64个比特币。据悉，德国政府将要将这些比特币转换成欧元。[2018/1/13]

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：

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?""?)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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