V神新文：多维度Gas定价提升以太坊可扩展性

来源文章： 多维度 Gas 定价

编译：Odaily星球日报阿什

在以太坊网络中，资源是有限的，并通过一种称为 Gas 的资源定价。Gas 是处理特定交易或区块所需的计算工作的量度。Gas 结合了多种类型的工作，其中最重要的是：

• 基本计算（例如 ADD、MULTIPLY ）

• 读写以太坊存储（例如 SSTORE、SLOAD、ETH 转账）

• 数据带宽

• 生成区块的成本 零知识证明 证明

例如， 此项交易 总共花费 47085 Gas。其中包括：（i）21000 Gas 作为基本费用；（ii）1556 Gas 作为交易的一部分的呼叫数据字节；（iii）16500 Gas 用于读写存储；（iv）2149 Gas 用于 日志 生成；其余用于 EVM 执行。用户必须支付的交易费与交易消耗的 Gas 成正比。一个区块最多可以包含 3000 万个 Gas，Gas 价格通过以下方式不断调整： EIP-1559 目标机制 确保区块平均含有1500万个Gas。

演示案例

这种方法有一个主要优点：由于所有交易都组合成一个虚拟资源，因此市场设计非常简单。优化交易以最小化成本很容易，优化区块以收取尽可能高的费用也相对容易（不包括 中东呼吸综合征 )，并且没有任何奇怪的激励措施来鼓励将某些交易与其他交易捆绑在一起以节省费用。

但这种方法也存在严重的效率低下问题：它将不同的资源视为可以相互转换，而网络所能处理的实际基本限制并不正确。理解这个问题的一种方法是看下面的图表：

如果对 饾憶 资源有明确的安全限制，那么一维 Gas 可能会使吞吐量降低多达 饾憶 倍。因此，人们对多维 Gas 的概念一直很感兴趣，通过 EIP-4844，我们今天可以在以太坊上实际使用多维 Gas。 这篇文章探讨了这种方法的好处以及进一步改进的前景。

Blobs：坎昆升级的多维天然气

今年年初，平均区块 大小为 150 kB 。其中很大一部分是卷积数据： L2 协议 出于安全原因，将数据存储在链上。这些数据非常昂贵：尽管卷积交易比以太坊 L1 上的相应交易便宜 5-10 倍，但对于许多用例而言，即使是这个成本也太高了。

该问题最终通过在每个块中引入单独的卷积友好数据空间（称为 Blob）得到解决。

坎昆升级后，以太坊区块最多可容纳 (i) 3000 万个 Gas 和 (ii) 6 个 Blob，每个 Blob 可容纳约 125 kB 的通话数据。这两种资源都有独立的价格， 通过类似于 EIP-1559 的独立定价机制进行调整 ，目标是平均每个区块使用 1500 万个 Gas 和 3 个 Blob。

结果，卷积的成本降低了 100 倍，可通过卷积进行的交易数量增加了 3 倍多，而理论最大块大小仅略有增加：从 1.9 MB 增加到 2.6 MB。

滚动交易费用由 growthepie.xyz . Dencun 分叉发生在 2024 年 3 月 13 日，引入了多维定价的 Blob

多维 Gas 和无状态客户端

未来，无状态客户端将面临存储证明的问题。无状态客户端是一种新型客户端，能够在本地存储少量数据或不存储数据的情况下验证区块链。它接受证明来验证以太坊中某个区块特定部分的状态，而无需存储任何数据。

平均而言，一个区块执行大约 1,000 次存储读写操作，但理论上最多可能达到数千万次。目前的计划是通过将以太坊的状态树设计从 Merkle Patricia 树迁移到 Verkle 树来支持无状态客户端。然而，Verkle 树不具备量子抗性，不适合较新的 STARK 证明系统。

因此很多人希望通过二叉 Merkle 树和 STARK 来支持无状态客户端，可以完全跳过 Verkle，或者在 Verkle 迁移几年后再升级。二叉哈希树分支的 STARK 证明虽然有很多优点，但是生成证明的速度较慢，无法满足高速的要求。

预计未来会有一段时间，可以在不到一秒的时间内证明 1000 个值，但无法证明 14,285 针对这一问题，提出了多维Gas的概念，该方法可以对存储访问进行分别限制和收费，保证平均每个区块的存储访问次数为1000次，同时设置每个区块2000次的限制，以提高网络的安全性和效率。

多维气体的更广泛应用

状态规模增长是另一种需要考虑的资源。在增加以太坊状态规模时，完整节点需要保存更多数据。与其他资源不同，状态规模的增长限制主要来自长期持续使用，而不是短期峰值。因此，为了处理状态规模增长的操作，可以考虑添加单独的 gas 维度。这种方法的目标是设定一个针对特定平均使用量的浮动价格，而不是设置每个区块的限制。

这展示了多维 Gas 的强大功能，它允许针对每种资源提出不同的问题：（i）每种资源的理想平均使用量是多少；（ii）每个块中每种资源的安全最大使用量是多少。通过设置这些参数，可以根据网络的安全性来调整 Gas 的价格，而不是基于每个块的最大使用量。在处理更复杂的情况时，可以使用多种 Gas。例如，零到非零的 SSTORE 操作可能需要消耗不同类型的 Gas，例如无状态客户端证明 Gas 和存储扩展 Gas。

每笔交易的最大价值：获取多维 Gas 一个较弱但更简单的策略

在一维 Gas 系统中，交易的 Gas 成本由数据和计算所消耗的 Gas 决定。 而在多维 Gas 体系中，可以根据交易所消耗的主要资源来确定 Gas 成本，这种方式在保证安全性的同时，提高了吞吐量。

EIP-7623 提出了类似的解决方案，通过提高每字节的最低价格来减少交易在区块中占用的空间，但这也导致了一些问题，比如个别资源密集型交易仍然需要支付高额费用，同时也产生了将数据密集型和计算密集型交易捆绑在一起以节省成本的激励。 虽然这种方法有其局限性，但其好处是值得的，但如果你愿意投入更多的开发工作，还有更理想的解决方案。

多维 EIP-1559：更难但更理想的策略

多维 EIP-1559 的核心是通过跟踪 extra_blobs 参数来调整 blob 的基本费用，以确保块的平均使用量保持在目标水平。

当区块中的 blob 数量超过目标值时，基础费用将增加以减少使用量；反之，基础费用将减少。这种定价机制允许动态调整区块内的交易价格，以保持区块半满。同时，短期使用量激增也会触发限制机制，确保交易的合理竞争。

在以太坊中，这种 Gas 定价方法已经存在很多年了：早在 2020 年，EIP-1559 就引入了非常类似的机制。 随着 EIP-4844 的推出，Gas 和 Blob 现在有两个浮动价格。

对于用户和区块构建者来说，体验与以前类似，但他们需要适应两种不同的费用。然而，对于开发者来说，需要重新设计 EVM 功能以适应多种价格和多种限制可能会增加一些挑战。

多维定价、EVM 和子调用

在 EVM 中，有两种 Gas 限制：为每笔交易设置的总 Gas 限制，以及合约调用其他合约时的单独 Gas 限制。这允许合约调用不受信任的合约，同时确保调用后仍有剩余 Gas 用于其他计算。 然而，在不同执行类型之间实现多维 Gas 定价存在挑战。这种多维方案需要子调用为每种 Gas 类型提供多个限制，这将对 EVM 做出深刻的改变，并且与现有应用程序不兼容。

多维 Gas 提案通常只停留在两个维度：数据和执行。数据在 EVM 之外分配，因此无需进行内部更改即可单独定价。 对于开发者来说，这意味着 EVM 及其周边基础设施需要重新设计，以适应多种价格和多种限制。在某些情况下，优化也会变得更加困难，因为不清楚哪种方法更有效率，这可能会影响开发进程。

虽然存在一些挑战，但这些问题可以通过实施类似 EIP-7623 的方案来解决，该方案对存储操作收取额外费用，并在交易结束时退还，以确保主调用仍有足够的 gas 来执行后续操作。

概括

无论哪种情况，值得强调的是，一旦开始引入多维执行Gas，系统的复杂性就会显著增加，这似乎是不可避免的。

因此，我们面临着一个复杂的决定：我们是否愿意接受 EVM 级别的更多复杂性，以换取 L1 可扩展性的显着提升，如果愿意，哪种具体方案最适合协议经济学和应用程序开发人员？最好的解决方案很可能既不是前面提到的，也不是上面提到的，并且仍然有更优雅和有效的解决方案的空间。

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