GAS:搞懂 “柏林” 之后的合约 Gas 开销

“柏林”硬分叉将在4月15日激活，该硬分叉所包含EIP中的两个都会影响事务的Gas开销。本文会解释“柏林”激活之前，一些操作码的Gas消耗量是如何计算的，而EIP-2929对此有何影响，以及，2930引入的访问清单功能应如何使用。

摘要

这篇文章很长，你要是只想知道结论，看完这部分就可以把网页关掉了：

柏林硬分叉改变了某些操作码的Gas开销。如果你在自己的应用中硬编码了一些操作可使用的Gas数量，这些操作可能会卡死。如果真的出现了这种情况，而你的智能合约又是没法升级的，用户就需要使用“访问清单”功能来使用你的应用。

访问清单功能可略微减少Gas开销，但有些时候也可能会提高总的Gas消耗量。

geth客户端引入了一种新的RPC方法，叫做?eth_createAccessList?来简化访问清单的生成。

“柏林”升级以前的Gas开销

EVM所执行的每一个操作码都有一个对应的Gas消耗量。大部分操作码的消耗量都是固定的：PUSH1?总是消耗3gas，而?MUL?消耗5gas，等等。有一些操作码的消耗量是可变的：举个例子，SHA3?操作码的开销由输入值的长度决定。

Citadel曾提出以一定比例的折扣收购Circle存放在硅谷银行的33亿美元存款:金色财经报道，对冲基金投资公司Citadel曾提出以一定比例的折扣，收购加密货币技术公司Circle存放在硅谷银行的33亿美元存款，但双方的谈判最终陷于破裂。 (华尔街日报)[2023/3/18 13:11:57]

我们先了解?SLOAD?和?SSTORE?操作码，因为这两个操作码受“柏林”影响最大。后面我们会再谈谈那些以地址为目标的操作，比如所有的?EXT*?类操作码和?CALL*?类操作码，因为它们的Gas开销也被改变了。

“柏林”以前的?SLOAD

在EIP-2929实施前，SLOAD?开销的计算方式很简单：总是消耗800gas。所以，也没啥可展开的。

“柏林”以前的?SSTORE

要讲到Gas消耗量的计算，SSTORE?操作码可能是最复杂的了。因为消耗多少取决于该存储项槽当前的值、要写入的新值、该存储项是否已经修改过。我们只会分析少数几种场景，了解个大概。如果你想了解更多，请阅读本文末尾所附的EIP链接。

如果存储项的值从0改为1，Gas消耗量是20000

如果存储项的值从1改为2，Gas消耗量是5000

NFT永续合约交易平台nftperp完成170万美元融资:11月27日消息，NFT永续合约交易平台nftperp以1700万美元的估值完成170万美元融资，Dialectic、Maven11、Flow Ventures、DCV Capital、Gagra Ventures、AscendEX Ventures、Perridon Ventures、Caballeros Capital、Cogitent Ventures、Nothing Research、Apollo Capital、Tykhe Block Ventures、OP Crypto等机构参投。据悉，nftperp跟踪NFT集合的最低价格，允许用户做多和做空NFT。[2022/11/27 20:55:15]

如果存储项的值从1改为0，消耗量也是5000，但你会在事务执行结束后获得gas补贴。我们这里也不讨论gas返还机制，因为它不会受到柏林的影响

在一笔事务中，如果存储项已不是第一次修改，则后续每一次?SSTORE?都消耗800gas

细节在这里并不重要，重要的是，SSTORE?是昂贵的，具体消耗多少gas则依赖于多个因素。

EIP-2929之后的Gas消耗量

EIP-2929改变了所有这些数值。但在展开之前，我们要先谈谈该EIP引入的一个重要概念：被访问过的地址和被访问过的存储项的键。

孙宇晨：正与FTX一起制定解决方案以支持FTX上Tron系Token:11月10日消息，孙宇晨在其社交平台表示，正与FTX一起制定解决方案以支持FTX上Tron系Token（TRX、BTT、JST、SUN、HT），其团队正在积极工作以避免情况恶化，目前情况可控。

此前报道，11月9日，Huobi官方公告，Huobi、波场DAO宣布将永久1：1刚性承兑所有FTX平台内波场系Token（TRX、BTT、JST、SUN、HT），用户需填写表单并登记Huobi账户，Huobi将以此作为根据，与FTX平台协调对账关于TRX、BTT、JST、SUN、HT的提现事宜。[2022/11/10 12:42:33]

当一个地址或者一个存储项的键，在一笔事务中被“使用过”之后，在该笔交易余下的执行过程中，这个地址都会被当成“已被访问过的”。举个例子，如果你在一笔事务中?CALL?另一个合约，那么该合约的地址就会被标记为“访问过的”。类似地，如果你?SLOAD?或者?SSTORE?过一些存储项槽，在该笔事务余下的执行过程里，这些槽也会被当成已经访问过的。到底用的哪个操作码是没有关系的，即使你只?SLOAD?过某个槽，接下来使用?SSTORE?时该槽也会被当成已访问过的。

注意：存储项的键是“内在于”某些地址中的，一如该EIP所解释的：

Instagram推出家长控制元宇宙监督功能:金色财经报道，据《华尔街日报》消息，Meta Platforms已宣布扩展Instagram的家长控制功能，并推出了其第一个虚拟现实监督工具，这是该公司致力于使其服务对青少年更为安全的部分举措。Meta在其虚拟现实产品中也引入了类似的功能，让父母对他们的孩子在Quest头盔中可以做什么有一些发言权。新的Instagram工具目前正在美国推出，本月晚些时候将进入英国、日本和澳洲等其他国家，Meta表示应该在今年年底前在全球范围内上线。[2022/6/17 4:34:14]

执行事务时，保持一个集合：accessed_addresses:Set?以及?accessed_storage_keys:Set]

也就是说，当我们说某个存储槽已被访问过了，我们的实际意思是：(address,storageKey)?已被访问过了。

搞清楚了这个概念，我们来谈谈新的Gas消耗量计算模式。

“柏林”以后的?SLOAD

升级前，SLOAD?的Gas消耗量是固定的800。但升级后，Gas消耗量要看这个存储槽是否已经被访问过。还没访问过的，消耗量就是2100gas；访问过的，就是100gas。所以，如果某个存储项槽已经在“已访问过的存储项键`的集合里了，就可以省掉2000gas。

德国退税公司Tax Free与Legoworld合作推出NFT退税+旅游相关业务:5月25日消息，德国最大传统退税公司Tax Free Germany GmbH、旅游公司Eastsong Gernamy等与Legoworld合作布局元宇宙，进军Web3.0领域。

据悉，Tax Free与区块链沙盒游戏Legoworld联合推出首个NFT退税+旅游相关业务。将通过Gamefi+NFT为传统用户提供更便捷的衍生服务。Legoworld是一款以NFT+LEGO风格进行虚拟身份认证，继承Sandbox的沙盒建造，模拟经营类链游，已经发布多个传统地产，互联网企业的入驻合作，波兰运动员 LucjanBiaszozyk建立首个Legoworld运动系列NFT虚拟IP。（WDwire）[2022/5/25 3:41:17]

“柏林”以后的?SSTORE

我们逐个逐个对比下，在EIP-2929实施后，上面的几个例子会发生什么样的变化：

如果存储项的值从0改为1，Gas消耗量是20000

如果该存储项键还未访问过，消耗22100gas

若已访问过，消耗20000gas

如果存储项的值从1改为2，Gas消耗量是5000

如果该存储项键还未访问过，消耗5000gas

若已访问过，消耗2900gas

如果存储项的值从1改为0，消耗量保持不变，gas返还机制也不变

在一笔事务中，如果存储项已不是第一次修改，则后续每一次?SSTORE?都消耗100gas

由此可见，如果某个槽此前已访问过，则对它的第一次?SSTORE?操作会节约2100gas。

汇总一下

上面的文字实在啰嗦，我们就直接做一张表，把上面提到的值都汇总一下：

注意看最后一行：此时已不再需要区分它到底有没有被访问过，因为，如果此前已写入，则必定已被访问过。

EIP-2930：可选“访问清单”的事务类型

另一个“柏林”升级包含的EIP是2930。该EIP加入了一种新的类型的事务，可以在事务的负载中包含一个“访问清单”，意思是，你可以在事务执行前就声明哪些地址和存储槽应被认为是“访问过的”。举个例子，对一个未访问过的槽执行?SLOAD?需要耗费2100gas，但如果该存储槽被包含在了事务的“访问清单”中，则操作的消耗量机会降为100gas。

但如果只要地址和槽被当成“已访问过的”就可以降低操作的Gas消耗量；而访问清单可以把地址和槽标记为“已访问过的”；那岂不是说我们可以把这些东西都放在访问清单中，来获得Gas消耗量的减免？真棒，天赐Gas！

额，并不完全如此，因为你每添加一个地址或存储项键，都要支付额外的Gas。

举个例子。假如我们要向合约?A?发送了一条事务。我们编写了一条这样的访问清单：

这是不是说，每次使用访问清单我们都能节省gas呢？很遗憾，也不是，因为在访问清单中填入地址也需要支付gas。

访问过的地址

迄今为止，我们只讨论了?SLOAD?和?SSTORE?操作码，但“柏林”升级还改变了别的操作码。举个例子，CALL?操作码原来的Gas消耗量为固定的700，但2929实施后，如果所调用的地址不在访问清单中，消耗量将提高到2600；如果在，则降低为100。而且，就像访问过的存储键一样，到底哪个操作码访问过那个地址并不重要（比如，如果用户最先调用的是?EXTCODESIZE，这一个操作的消耗量是2600，但后续的调用，只要是对同一个地址的，无论是?EXTCODESIZE、CALL?还是?STATICCALL?，都只消耗100gas。

那个这个设计对带有访问清单的事务有何影响？假设我们向合约A发送一条交易，而合约A调用了合约B，而我们在访问清单中写入这样的内容：

我们首先需要为在这条事务的访问清单中加入这个地址支付2400gas，但对B使用的第一个操作码就只需要消耗100gas而不是2600gas，这就剩下了100gas。如果B也需要使用其存储项，我们又知道它将使用哪个键，我们也可以把这些键包含在访问列表中，然后为每个键的操作省下100或200gas。

但为啥我们要加多一个合约来举例子？我们不是可以这样写吗？

你当然可以这样做，但不值得，因为EIP-2929指明了你一开始调用的合约必定会被包含在?accessed_addresses?列表中，所以你就是额外花了2400gas，什么好处都没得到。

所以，回头看我们上面举的例子：

这样做其实是浪费，除非你在里面加多几个存储项键。如果我们假设所有的存储项键的第一个操作都是?SLOAD，那你要至少24个键，才能赚回来。

而且，如你所见，自己一五一十地分析这些因素、手动生成访问清单，显然是极其繁琐而令人崩溃的事。好在，还有更好的办法。

eth_createAccessList?RPC方法

Geth客户端开始将包含一个新的?eth_createAccessList?RPC方法，你可以用它来生成访问清单，就像使用?eth_estimateGas?一样，只不过返回的不是Gas消耗量估计，而是形如这样的数据：

我估计随着时间推移，我们会越来越知道怎么利用这个功能，但我个人估计，方法的伪代码形式会像这样：

防止合约变砖

值得提醒，访问清单功能的主要目的不是节省Gas。如该EIP自身所述：

缓解由EIP-2929带来的合约变砖风险，因为事务可以预先指定、预先支付自身尝试范文的账户和存储槽，因此，在实际的执行中，SLOAD和EXT*操作码都只会消耗100gas：这个值低到既足以防止2929打破某些合约，也可以“解封”被EIP-1884封印的合约。

原本，只要一个合约预设了执行的Gas开销，操作码的Gas消耗量变动就有可能导致它变砖。比如，如果一个合约预设另一个合约的?someFunction?只会用到34500gas，因此总是用?someOtherContract.someFunction{gas:34500}()?调用那个合约，这个合约就有可能变砖。但只要你在事务中添加合适的访问清单，这个合约就还能工作。

自己验证

如果你想自己测试一下，克隆这个仓库，这里面有很多例子，可以使用Hardhat和Geth客户端来运行。请仔细阅读README。

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