搞懂 “柏林” 之后的合約 Gas 開銷_GAS

“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。

對加密貨幣友好的邁阿密市長已參與競選美國總統:金色財經報道，對加密貨幣友好的邁阿密市長Francis Suarez已向美國聯邦選舉委員會提交了參與競選美國總統的文件。

此前消息，Suarez此前已接受以比特幣形式接收工資，并曾推出邁阿密城市代幣MiamiCoin（MIA），任何想要支持該城市的人都可購買，籌集的資金將用于資助該市的項目和活動。[2023/6/15 21:38:01]

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

馬斯克成立人工智能公司X.AI:金色財經報道，根據美國內達華州的備案文件，馬斯克在該州新成立了一家名為X.AI的人工智能公司。近期，馬斯克創建了一家叫做“X”的空殼公司，將自己擁有的推特、SpaceX、特斯拉、Neuralink等所有公司打包加入其中。如今，“X”公司再添新丁X.AI，并且要與OpenAI展開競爭。[2023/4/15 14:05:04]

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：

數據：2.6億枚XRP從未知錢包轉移到未知錢包:金色財經報道，據Whale Alert監測顯示，261,094,839 枚XRP (102,414,350 美元) 從未知錢包轉移到未知錢包。[2023/1/20 11:22:13]

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

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

Optimism生態Layer2DAO遭遇攻擊，近5000萬枚Token被盜:10月23日消息，Optimism生態投資項目Layer2DAO遭遇黑客攻擊，黑客通過獲取了Layer2DAO的多重簽名權限盜走約4995萬枚L2DAO Token并將部分拋售，L2DAO價格一度下跌約90%。團隊目前能夠協商并回購黑客手中剩余的31,239,677枚L2DAO Token。[2022/10/23 16:36:17]

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

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。

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。

數據：72%的俄羅斯受訪者從未購買過比特幣等加密貨幣:8月25日消息，加密錢包提供商Tangem進行的一項2100多名受訪者的調查顯示，72%的人聲稱他們從未購買過比特幣等加密貨幣，與此同時只有9%的調查參與者表示他們對加密貨幣持負面態度，而45%的受訪者表示他們對數字貨幣持積極態度，其余46%的受訪者持中立態度。（俄羅斯生意人報）[2022/8/25 12:48:19]

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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