搞懂 “柏林” 之后的合約 Gas 開銷_BSP:NBS

“柏林” 硬分叉將在 4 月 15 日激活，該硬分叉所包含 EIP 中的兩個（EIP-2929 和 EIP-2930）都會影響事務的 Gas 開銷。本文會解釋 “柏林” 激活之前，一些操作碼的 Gas 消耗量是如何計算的，而 EIP-2929 對此有何影響，以及，2930 引入的訪問清單（Access List）功能應如何使用。

這篇文章很長，你要是只想知道結論，看完這部分就可以把網頁關掉了：

柏林硬分叉改變了某些操作碼的 Gas 開銷。如果你在自己的應用中硬編碼了一些操作可使用的 Gas 數量，這些操作可能會卡死。如果真的出現了這種情況，而你的智能合約又是沒法升級的，用戶就需要使用 “訪問清單” 功能來使用你的應用。

訪問清單功能可略微減少 Gas 開銷，但有些時候也可能會提高總的 Gas 消耗量。

geth 客戶端引入了一種新的 RPC 方法，叫做 eth_createAccessList 來簡化訪問清單的生成。

EVM 所執行的每一個操作碼都有一個對應的 Gas 消耗量。大部分操作碼的消耗量都是固定的：PUSH1 總是消耗 3 gas，而 MUL 消耗 5 gas，等等。有一些操作碼的消耗量是可變的：舉個例子，SHA3 操作碼的開銷由輸入值的長度決定。

我們先了解 SLOAD 和 SSTORE 操作碼，因為這兩個操作碼受 “柏林” 影響最大。后面我們會再談談那些以地址為目標的操作，比如所有的 EXT* 類操作碼和 CALL* 類操作碼，因為它們的 Gas 開銷也被改變了。

數據：Arbitrum已創建賬戶總量突破700萬:5月22日消息，據Dune Analytics最新數據顯示，Arbitrum已創建賬戶總量突破700萬，現為705.4萬，其中活躍賬戶總量為590萬。歷史數據顯示，Arbitrum已創建賬戶總量在今年四月中旬達到500萬個，較過去一個月相比漲幅近30%。此外，當前Arbitrum鏈上交易總量近2.5億筆，累計鎖定的ERC-20代幣價值達到91.45億美元。[2023/5/22 15:18:05]

在 EIP-2929 實施前，SLOAD 開銷的計算方式很簡單：總是消耗 800 gas。所以，也沒啥可展開的。

要講到 Gas 消耗量的計算，SSTORE 操作碼可能是最復雜的了。因為消耗多少取決于該存儲項槽當前的值、要寫入的新值、該存儲項是否已經修改過。我們只會分析少數幾種場景，了解個大概。如果你想了解更多，請閱讀本文末尾所附的 EIP 鏈接。

如果存儲項的值從 0 改為 1（或者任意非零的值），Gas 消耗量是 20000

如果存儲項的值從 1 改為 2（或者任意非零的值），Gas 消耗量是 5000

如果存儲項的值從 1（或任意非零的值） 改為 0，消耗量也是 5000，但你會在事務執行結束后獲得 gas 補貼。我們這里也不討論 gas 返還機制，因為它不會受到柏林的影響

在一筆事務中，如果存儲項已不是第一次修改，則后續每一次 SSTORE 都消耗 800 gas

數據：BRC-20代幣總市值超過9億美元:金色財經報道，通過 Ordinals 協議在比特幣上創建的BRC-20代幣總市值已超過 9 億美元。[2023/5/8 14:50:12]

細節在這里并不重要，重要的是，SSTORE 是昂貴的，具體消耗多少 gas 則依賴于多個因素。

EIP-2929 改變了所有這些數值。但在展開之前，我們要先談談該 EIP 引入的一個重要概念：被訪問過的地址和被訪問過的存儲項的鍵（storage key）。

當一個地址或者一個存儲項的鍵，在一筆事務中被 “使用過” 之后，在該筆交易余下的執行過程中，這個地址（或者這個鍵）都會被當成 “已被訪問過的”。舉個例子，如果你在一筆事務中 CALL （調用）另一個合約，那么該合約的地址就會被標記為 “訪問過的”。類似地，如果你 SLOAD 或者 SSTORE 過一些存儲項槽 ，在該筆事務余下的執行過程里，這些槽也會被當成已經訪問過的。到底用的哪個操作碼是沒有關系的，即使你只 SLOAD 過某個槽，接下來使用 SSTORE 時該槽也會被當成已訪問過的。

注意：存儲項的鍵是 “內在于” 某些地址中的，一如該 EIP 所解釋的：

執行事務時，保持一個集合：accessed_addresses: Set[Address] 以及 accessed_storage_keys: Set[Tuple[Address, Bytes32]]

AGI跌破0.4美元，24小時跌超45%:金色財經報道，行情數據顯示，LSD 協議 Agility Token AGI 跌破 0.4 美元，現報價 0.3928 美元，24 小時跌超 45%，行情波動較大，請做好風險控制。此外，該 Token 頁面附有提醒：智能合約持有者可以制造新的 Token，請謹慎操作。[2023/4/20 14:16:21]

也就是說，當我們說某個存儲槽已被訪問過了，我們的實際意思是：(address, storageKey) 已被訪問過了。

搞清楚了這個概念，我們來談談新的 Gas 消耗量計算模式。

升級前，SLOAD 的 Gas 消耗量是固定的 800。但升級后，Gas 消耗量要看這個存儲槽是否已經被訪問過。還沒訪問過的，消耗量就是 2100 gas；訪問過的，就是 100 gas。所以，如果某個存儲項槽已經在 “已訪問過的存儲項鍵` 的集合里了，就可以省掉 2000 gas。

我們逐個逐個對比下，在 EIP-2929 實施后，上面的幾個例子會發生什么樣的變化：

如果該存儲項鍵還未訪問過，消耗 22100 gas

若已訪問過，消耗 20000 gas

如果該存儲項鍵還未訪問過，消耗 5000 gas

若已訪問過，消耗 2900 gas

如果存儲項的值從 1（或任意非零的值） 改為 0，消耗量保持不變，gas 返還機制也不變

美國蒙大拿州眾議院通過保護加密貨幣礦工的法案:4月13日消息，美國蒙大拿州旨在保障當地加密礦工的權利的法案在該州眾議院成功通過三讀，后續需要州長簽字才能成為法律。

4月12日，第178號法案以64票對35票在三讀中獲得通過，該法案禁止地方當局阻礙加密挖礦業務。該法案已于今年2月通過參議院投票。現在它將被提交給州長Greg Gianforte。

該法案旨在建立“數字資產挖礦權”，同時禁止向加密礦工收取任何歧視性的電費。此外，它還尋求保護“在家”進行的挖礦作業，并取消地方政府利用分區法阻礙加密挖礦活動的權力。該法案還禁止對使用加密貨幣作為支付手段征收任何額外的稅，并將包括穩定幣在內的加密貨幣以及NFT在內的“數字資產”歸類為“個人財產”。（Cointelegraph）[2023/4/13 14:01:46]

在一筆事務中，如果存儲項已不是第一次修改，則后續每一次 SSTORE 都消耗 100 gas

由此可見，如果某個槽此前已訪問過，則對它的第一次 SSTORE 操作會節約 2100 gas（相比于從未訪問過）。

上面的文字實在啰嗦，我們就直接做一張表，把上面提到的值都匯總一下：

注意看最后一行：此時已不再需要區分它到底有沒有被訪問過，因為，如果此前已寫入，則必定已被訪問過。

數據：Alameda持有NFT價值17.4萬美元，其中包含81個Sandbox Lands:金色財經報道，Dune數據顯示，Alameda持有NFT價值17.4萬美元，其中包含81個Sandbox Lands（占比68.7% ），此外還有2個MAYC、2個Otherdeeds以及1個MFER。[2022/11/23 8:01:03]

另一個 “柏林” 升級包含的 EIP 是 2930。該 EIP 加入了一種新的類型的事務，可以在事務的負載中包含一個 “訪問清單”，意思是，你可以在事務執行前就聲明哪些地址和存儲槽應被認為是 “訪問過的”。舉個例子，對一個未訪問過的槽執行 SLOAD 需要耗費 2100 gas，但如果該存儲槽被包含在了事務的 “訪問清單” 中，則操作的消耗量機會降為 100 gas。

但如果只要地址和槽被當成 “已訪問過的” 就可以降低操作的 Gas 消耗量；而訪問清單可以把地址和槽標記為 “已訪問過的”；那豈不是說我們可以把這些東西都放在訪問清單中，來獲得 Gas 消耗量的減免？真棒，天賜 Gas！

額，并不完全如此，因為你每添加一個地址或存儲項鍵，都要支付額外的 Gas。

舉個例子。假如我們要向合約 A 發送了一條事務。我們編寫了一條這樣的訪問清單：

這是不是說，每次使用訪問清單我們都能節省 gas 呢？很遺憾，也不是，因為在訪問清單中填入地址也需要支付 gas。（也就是我們示例中的 "<address of A>"）

迄今為止，我們只討論了 SLOAD 和 SSTORE 操作碼，但 “柏林” 升級還改變了別的操作碼。舉個例子，CALL 操作碼原來的 Gas 消耗量為固定的 700，但 2929 實施后，如果所調用的地址不在訪問清單中，消耗量將提高到 2600；如果在，則降低為 100。而且，就像訪問過的存儲鍵一樣，到底哪個操作碼訪問過那個地址并不重要（比如，如果用戶最先調用的是 EXTCODESIZE，這一個操作的消耗量是 2600，但后續的調用，只要是對同一個地址的，無論是 EXTCODESIZE、CALL 還是 STATICCALL ，都只消耗 100 gas。

那個這個設計對帶有訪問清單的事務有何影響？假設我們向合約 A 發送一條交易，而合約 A 調用了合約 B，而我們在訪問清單中寫入這樣的內容：

我們首先需要為在這條事務的訪問清單中加入這個地址支付 2400 gas，但對 B 使用的第一個操作碼就只需要消耗 100 gas 而不是 2600 gas，這就剩下了 100 gas。如果 B 也需要使用其存儲項，我們又知道它將使用哪個鍵，我們也可以把這些鍵包含在訪問列表中，然后為每個鍵的操作省下 100 或 200 gas（取決于第一個操作碼是 SLOAD 還是 SSTORE）。

但為啥我們要加多一個合約來舉例子？我們不是可以這樣寫嗎？

你當然可以這樣做，但不值得，因為 EIP-2929 指明了你一開始調用的合約（也即是 tx.to 的目的地）必定會被包含在 accessed_addresses 列表中，所以你就是額外花了 2400 gas，什么好處都沒得到。

所以，回頭看我們上面舉的例子：

這樣做其實是浪費，除非你在里面加多幾個存儲項鍵。如果我們假設所有的存儲項鍵的第一個操作都是 SLOAD，那你要至少 24 個鍵，才能賺回來。

Geth 客戶端（從 1.10.2）開始將包含一個新的 eth_createAccessList RPC 方法，你可以用它來生成訪問清單，就像使用 eth_estimateGas 一樣，只不過返回的不是 Gas 消耗量估計，而是形如這樣的數據：

我估計隨著時間推移，我們會越來越知道怎么利用這個功能，但我個人估計，方法的偽代碼形式會像這樣：

防止合約變磚

值得提醒，訪問清單功能的主要目的不是節省 Gas。如該 EIP 自身所述：

緩解由 EIP-2929 帶來的合約變磚風險，因為事務可以預先指定、預先支付自身嘗試范文的賬戶和存儲槽，因此，在實際的執行中，SLOAD 和 EXT* 操作碼都只會消耗 100 gas：這個值低到既足以防止 2929 打破某些合約，也可以 “解封” 被 EIP-1884 封印的合約。

原本，只要一個合約預設了執行的 Gas 開銷，操作碼的 Gas 消耗量變動就有可能導致它變磚。比如，如果一個合約預設另一個合約的 someFunction 只會用到 34500 gas，因此總是用 someOtherContract.someFunction{gas: 34500}() 調用那個合約，這個合約就有可能變磚。但只要你在事務中添加合適的訪問清單，這個合約就還能工作。

如果你想自己測試一下，克隆這個倉庫，這里面有很多例子，可以使用 Hardhat 和 Geth 客戶端來運行。請仔細閱讀 README。

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