“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,
摘要
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,
“柏林” 升級以前的 Gas 開銷
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。
“柏林” 以前的 SLOAD
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,
“柏林” 以前的 SSTORE
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
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 之后的 Gas 消耗量
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:
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。
“柏林” 以后的 SLOAD
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,
“柏林” 以后的 SSTORE
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
- 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)。
匯總一下
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,
EIP-2930:可選 “訪問清單” 的事務類型
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 “
“)訪問過的地址
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,
而且,如你所見,自己一五一十地分析這些因素、手動生成訪問清單,顯然是極其繁瑣而令人崩潰的事。好在,還有更好的辦法。
eth_createAccessList RPC 方法
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:
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,
自己驗證
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。