原文標題：《Coin Metrics丨以太坊 Gas 費為何如此高昂？》
作者：Nate Maddrey
以太坊的應用正在以前所未有的速度增長，去中心化金融(DeFi)繼續快速崛起，穩定幣在全球范圍內被采用，NFT正在成為日常話題。
以太坊的使用對網路的長期前景來說是一個很好的信號。但在短期內，它引起了一些成長的痛苦，在2021年初，以太坊交易費用已經飆升至新高，
作為背景，在2017/2018年牛市的高峰期，以太坊平均交易費達到了5.70美元。自2021年1月18日以來，以太坊平均交易費每天都超過5.70美元。今年大部分時間，交易費中位數都在10美元以上，
來源：Coin Metrics網路數據圖表
交易費用增長的部分原因是以太坊價格的大幅上漲，隨著以太坊越來越值錢，以美元計算，交易費用也會越來越貴。但這也是因為網路擁堵導致的Gas費大幅上漲。
更加復雜的是，現在以太坊改進提案EIP 1559正式確定納入即將到來的倫敦硬分叉，以太坊的收費結構將在今年7月發生變化。
在這份報告中，我們將首先看看以太坊目前的收費機制，以及推動高收費的原因。然后我們會看看EIP-1559，以及它將如何改變以太坊未來的收費。
以太坊 GAS概述
要發送交易或與以太坊去中心化應用（dapp）互動，用戶需要支付費用。以太坊費用通常被稱為 Gas，類似于汽車需要汽油來運行，以太坊應用程式需要Gas才能執行。
Gas本質上是在以太坊上執行一個操作所需的計算工作量的衡量。更復雜的操作需要更多的Gas來運行，而相對簡單的交易，如單個Token轉移，則需要較少的Gas。最終，Gas 只是衡量交易費用的另一種方式。Gas費用以以太坊支付，以GWEI計價，GWEI只是以太坊的較小面額，類似于一分錢是一美元的較小面額。1個GWEI價值0.000000001以太坊。
目前決定每筆交易費用多少的因素有兩個：Gas Cost和Gas Price，
Gas Cost
不同的以太坊交易需要不同的計算量，像Token轉賬這樣的簡單交易，需要的Gas量相對較少，但更復雜的交易，比如需要多個智能合約交互的交易，則需要更多的Gas。例如，一個簡單的以太坊轉賬需要21000個Gas，但在去中心化交易所執行一筆交易，可能需要10萬Gas甚至更多。
“Gas limit “是指用戶在單筆交易中愿意使用的最大Gas量。以太坊用戶可以在發送交易時指定自己想要的Gas限額，然而，改變Gas limiti并不會改變執行操作所需的實際Gas量，Gas limit只是一種保障措施，保護用戶免受可能試圖在不知情的情況下使用大量Gas的dapp的影響，任何低于Gas limit的未使用的Gas都會返回到發送者的錢包中，然而，如果他們設置得太低，交易將不會被執行，但他們仍然會被收取費用。
自2020年1月以來，每筆交易的Gas呈下降趨勢，這表明，交易復雜性的增加并不是高交易費的原因，
來源：Coin Metrics網路數據圖表
Gas price
第二個Gas price，人們可以指定任何他們想要的Gas price，無論高低。
Gas price只決定了用戶每使用一單位Gas所需支付的金額，并不會改變執行交易所需的Gas量，因此，在不同時間執行的完全相同的智能合約交互，根據使用的Gas price，可能會有迥異的Gas費用。這往往會導致混淆，特別是對于新用戶來說。
Gas price也往往會出現波動，并且取決于對區塊空間的需求。由于DeFi的興起（和下降），平均Gas price在2020年夏天飆升至歷史最高水平。去中心化交易、鏈上套利、收益率耕種和新Token推出的增長都促使交易優先權的競爭急劇上升，從而導致Gas價格不斷攀升。
2020年9月17日，在Uniswap意外的UNI Token空投后，平均價格達到峰值，超過500GWEI，2021年隨著DeFi的持續飆升，Gas價格再次飆升，以太坊價格的大幅上漲也帶來了新的交易者和投機者，
來源：Coin Metrics網路數據圖表
Gas拍賣
那么，既然用戶可以選擇支付最低Gas費，為什么還要選擇支付高Gas費呢？簡而言之，更高的Gas費會帶來更快的交易確認。
想象一下，一個公車站，有成千上萬的人在等待搭乘下一輛公車。每隔15分鐘左右就會有一輛新的公車駛來，但每輛公車只有50個座位，巴士上的座位被拍賣給出價最高的人。
如果至少有50人愿意支付1,000元上車，那么門票的價格就至少是1,000元，如果人們最多愿意支付10美元，那么價格將是10美元或更少。但如果你只有10元錢，而有幾百個人愿意付1000元，你可能要等上一段時間才有能力上公車。
不幸的是，在公車站排隊等候不一定會給你帶來優勢，如果不斷有人出現愿意支付比你更多的錢，他們就會不斷被優先考慮，即使你在那里等的時間更長。
這是以太坊Gas拍賣工作方式的一個略微簡化的版本。以太坊區塊大約每15秒就會被開采一次，每個以太坊區塊都有一個最大尺寸，這限制了可以包含的數據量，目前的最大區塊大小設定為12.5M Gas，上一次增加是在2020年7月。由于最大區塊大小是以Gas為單位的，而不同的交易根據復雜程度有不同的Gas使用量，所以一個區塊中可以包含的交易數量并沒有一個一致的最大值。但平均而言，每個區塊大約包含160-200筆交易。
來源：Coin Metrics網路數據圖表
以太坊Gas費最終支付給以太坊礦工，礦工通過交易費和區塊獎勵（即新發行的以太坊）的組合獲得收入。隨著以太坊費用的激增，目前交易費用已經占到以太坊礦工收入的50%。
當開采一個新的區塊時，礦工需要指定要包含哪些交易，由于最大區塊大小的限制，每個區塊只能包含有限的交易數量。所以礦工自然會優先考慮Gas費最高的交易，因為如果包含這些交易，他們會賺到更多的錢。
發送一個Gas費相對較高的交易會使礦工更有可能將其包含在下一個區塊中，因為他們有動力去包含Gas費最高的交易，但不能保證它一定會被收錄。如果有一定數量的用戶愿意支付更高的Gas價格，那么這筆交易就不會得到確認，直到以后的區塊，
當區塊持續滿員時，這就更麻煩了。滿區塊會使Gas拍賣的強度升級，因為交易發送者都在競拍稀缺的空間。自2020年夏季DeFi興起以來，區塊一直保持95%左右的滿載或更多。2021年3月，區塊平均滿載率為97%-98%，
來源：Coin Metrics網路數據圖表
多年來，區塊Gas limit偶爾會被提高，這使得每個區塊的交易量略微增加，但也有一些權衡，使其不能過于頻繁地增加，Gas區塊limit越大，以太坊區塊鏈的狀態增長越快。更大的區塊鏈需要更多的節點運營商資源，這有利于更大規模的操作，并會損害網路的去中心化，
更加復雜的是，以太坊Gas price在區塊與區塊之間有很大的波動，有像ETH Gas Station這樣的服務，會根據所需的確認速度推薦設定什么Gas費。但估計當前區塊的Gas費可能很難，特別是在區塊空間需求突然或意外升級的情況下，
UNI空投和不斷上升的需求
以太坊的Gas費上漲與DeFi的上漲相對應，DeFi仍然可能是高Gas費的最大貢獻者，例如，Uniswap的UNI空投提供了一個小型案例研究，說明當對區塊空間的需求突然增加時會發生什么，
在UTC時間9月17日00:13（美國東部時間9月16日8:13），Uniswap宣布空投他們的新UNI Token，突然間，成千上萬的人趕到Uniswap上開始交易UNI。
Uniswap是以太坊上最大的去中心化交易所（DEX），他們的所有交易都是在鏈上執行的，這意味著每次交易發生時，都會向以太坊區塊鏈發送一筆交易。這與Coinbase和Binance等中心化交易所形成鮮明對比，在這些交易所中，交易發生在鏈外，只有當用戶需要存入或提取資金時才會發送交易，
Uniswap和其他DEX使用的鏈上交易有很多好處。但有一個缺點是，它會給Gas費帶來上行壓力。比別人更快地執行交易往往會帶來直接的經濟利益，因此許多DEX用戶愿意支付高Gas費，
下圖顯示了UNI空投前后每個區塊的Gas費，每個點代表單個區塊的平均Gas price，以GWEI計價，每個點的顏色表示每個區塊的交易費中位數，以美元為單位。隨著Gas費的飆升，交易費中位數暫時達到12美元以上。
當UNI Token推出后，交易員們紛紛涌向Uniswap開始交易，這導致Gas費突然大漲，因為交易者爭奪區塊空間，在下圖中可以看到UTC午夜（00:00）后不久，Gas價格突然垂直，并在接下來的24小時內保持提升，
如果你在午夜之前就發送了一筆200 GWEI Gas price的交易，根據過去12小時的平均Gas價格，你會期望它能比較快地被納入一個區塊，但是由于Gas價格的突然上漲，您的200 GWEI交易可能在一天或更長時間內都不會被包含在一個區塊中，直到需求減弱和Gas價格最終回落。
來源：Coin Metrics網路數據專業版
雖然像UNI這樣規模的空投事件比較少見，但DeFi的應用和使用以許多其他方式造成了高Gas費，其中一個特別大的原因是不同DEX之間的鏈上套利，這種套利通常由機器人執行。鏈上套利可能導致Gas價格上漲，因為機器人相互競爭，在機會消失之前成為第一個執行交易的人。
EIP-1559 & 以太坊的新Gas機制
經過大量的辯論，以太坊改進提案（EIP）1559已經被通過，將被納入以太坊即將在今年夏天舉行的倫敦硬分叉中，EIP-1559將從根本上改變以太坊的Gas機制。以太坊交易將有一個算法計算的基礎費用，而不是用戶指定的Gas price。它還將引入一個新的區塊目標大小機制，其目的是讓區塊持續達到最大容量，
目標區塊大小
EIP-1559將引入目標區塊大小機制，而不是固定的最大區塊大小，目標是將區塊容量保持在50%。根據EIP-1559，最大區塊大小將增加一倍，從12.5MGas增加到25MGas，但目標區塊規模仍將保持在12.5M。
區塊規模機制將通過調整基本費用來保持區塊50%的滿載率，具體說明如下：
基本費用
EIP-1559將引入一種以算法計算的價格（每單位Gas），稱為基本費用，交易發送者必須支付基本費用，才能將其交易納入一個區塊。
基本費用將是前一個區塊的函數，并根據區塊的滿度而增加或減少。如果前一個區塊大于目標區塊大小（即超過50%的滿額度），基本費用就會增加。這種不斷升級的基本費用最終會使部分用戶的交易成本過高，減少擁堵，使區塊滿度回落至50%。相反，如果區塊滿度低于50%的目標，基本費用就會降低，使得發送交易的費用更低，
基礎費用將有效地使Gas價格競價系統自動化，基本費用將由協議本身計算，而不是依靠基于當前Gas價格估計的推薦Gas價格。
此外，基礎費將不會被支付給礦工，而是被銷毀。銷毀的部分將永久地將其從供應中移除，有效地減少以太坊的整體供應。這將有利于以太坊的供應經濟學，因為它將有效降低以太坊的供應膨脹。如果費用變得足夠高，它甚至有可能使以太坊出現通貨緊縮，
下圖顯示了以太坊目前的供應量與如果燒掉所有交易費用的供應量相比，總共約有3M 以太坊，這是對EIP-1559頒布后發生的情況的過度簡化，因為只有基本費用會被燒掉，而不是小費，但它提供了一個關于EIP-1559推出后供應膨脹將如何減緩的想法，
來源：Coin Metrics網路數據圖表
但也遭到一些礦商的反對，因為這可能會減少他們的總體收入，至少在短期內是如此，經過激烈的爭論，大多數主要礦池都認可了向EIP-1559的過渡，盡管很不情愿，
這種基本費用目標區塊大小的機制將有望使區塊長期低于最大容量，并防止以太坊區塊鏈像目前一樣堵塞，但如果需求足夠高或突然升級，仍可能出現大多數區塊最終幾乎滿倉的情況（至少在短時間內），類似于目前的Gas機制。
小貼士
除了基本費用外，交易發送者還可以選擇增加小費，小費直接支付給礦工，類似于目前的交易費，支付高額的小費將激勵礦工在區塊接近容量時優先進行交易，
發送交易時，用戶會設置一個費用上限，費用上限是發送者愿意支付的最高費用，包括基本費用和小費，如果費用上限低于基本費用，該交易將不會被包含在一個區塊中，如果費用上限高于基本費用，差額將作為小費發給區塊的礦工，
如果區塊持續滿員，小費的功能可能類似于當前的Gas機制，礦工會被激勵納入Gas價格高的交易，然而EIP-1559的目標區塊大小機制將有望防止區塊長期達到最大容量，
EIP-1559會降低Gas費嗎？
EIP-1559會不會解決當今的高Gas費，讓以太坊交易費大大降低？簡短的答案是可能不會，
高額的交易費用從根本上來說是一個可擴展性問題。如果以太坊每個區塊只能處理幾百筆交易（平均），那么只要dapp使用量不斷增加，就會繼續出現高費用。只要區塊空間競爭激烈，Gas費格會持續高漲，
雖然很可能無法解決高收費問題，但EIP-1559將有助于改善以太坊的用戶體驗，使費用更加可預測，EIP-1559應該有助于減少Gas費的差異，讓用戶更清楚地了解他們需要支付的實際費用，
但是，要想長期真正降低交易費用，將需要Layer2的擴展性解決方案，以及最終的以太坊 2.0。通過各種手段，可擴展性解決方案將增加每個區塊可處理的交易量，這將有助于緩解導致高費用的擁堵，
在L2解決方案方面取得了很多進展，包括Optimism、Loopring和Immutable X等等。由于圍繞EIP-1559的辯論，以太坊 2.0甚至可能比之前的計劃更早到來，但大多數解決方案都有很多復雜的地方，將可擴展性解決方案納入整個網路還需要時間，
結論
以太坊交易費用處于歷史最高水平。DeFi的使用量和對區塊空間的高度競爭導致了滿區塊和擁堵，從而推高了Gas費，EIP-1559將有助于改善以太坊的交易費用戶體驗，但它最終可能無法解決高Gas費問題。但以太坊可擴展性解決方案正在路上，這將是真正的長期解決方案，以降低交易費用。
