弄懂gas费,读这篇就够了

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了弄懂gas费,读这篇就够了相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

Q:gas是什么?

gas是指在以太坊上执行操作所需的“燃料”。

以太坊提供了虚拟机(EVM,Ethereum Virtual Machine),开发者可以在其上开发各种应用。EVM相对BTC的好处是“图灵完备”,但这带来一个潜在风险,就是一个程序可能无休止的运行下去,对EVM而言,这是不能容忍的。

所以,运行程序要花gas。就好比开车要花油费或电费,油或电用完了,车自然会停下来。

Q:gas、gas价格、gas费是一个东西吗?

太好了,你能注意到这点。汽油和汽油费显然也不一样,对吧。

你使用EVM执行一个交易,需要若干个gas,这被称为gas数。类似于油的升数、电的度数。

而每一个gas都是需要花钱的,gas有价格,称为gasprice。这类似于一升汽油的价格、一度电的价格。

gas费就是gas数乘以gas价格。

比如,你想部署一个合约,需要3,000,000个gas,gasprice是200gwei。那么你要花的钱是:

3* 10^6 * 200 gwei = 3* 10^6 * 200 * 10^(-9) = 0.6 ETH

gasprice的计量单位为:gwei,一个gwei为是1g个wei,即10^9 wei。

由于1 wei = 10^(-18) ETH,所以: 1 gwei = 10^9 wei = 10^(-9) ETH。

wei是ETH的最小单位,以b-money的创造者Wei Dai的名字命名。

gwei的发音为ge wei (音:各位,念快一点:贵)。

Q:gasprice由谁来定?

gas的价格不像我们所想象的,由政府统一定价,No!

也不是由矿工定价。

gas的价格由交易的发送者来指定,在伦敦升级之前,发送者在交易中要指定两个值,一个是gaslimit,一个是gasprice

Q:为什么以太坊的gasprice这么贵?

因为以太坊流行,很多人都想在上面执行交易,谁出的价格高,谁的交易就更可能被矿工执行并打入(include)区块,矿工显然喜欢更高的gas费。

所以,这更像是一个拍卖,想交易的人给出各种gasprice,矿工优先选择那些出价高的上链。

Q:那么,gaslimit是什么?

越复杂的运算,需要消耗的gas越多。交易发送者有时候也搞不清自己需要花多少gas费来执行操作,所以需要加上一个消耗gas的上限,避免自己的钱一不小心被花光了。(如果没有这个机制就可能发生这事)

发送者设置一个gaslimit,如果没有花到这个数,会打回剩余的值。

如果gaslimit耗尽还未执行完交易,EVM会抛出异常,结束代码执行,回退发生的变更。不过,但由于矿工们已经干了活,花费了成本,所以,已经花掉的gas是不退的。

所以,gaslimit要宁可高一点,也不要太低,因为高了没关系,没花完的会退回来,低了,一旦out of gas,不仅你想要的操作没有完成,而且消耗的gas也不会退你,可谓鸡飞蛋打一场空。

一个示例:

张三向李四转移1 ETH(也即ether的transfer操作)。

张三将gaslimit设为3万,gasprice设为200 gwei。

以太坊规定,transfer操作花费21000个gas,所以实际发生总费用是:

21,000 * 200 = 4,200,000 gwei,即0.0042 ETH。

这样,张三发送1.006 ETH,李四获得1 ETH,矿工获得0.0042 ETH,然后退还张三0.0018 ETH。

张三虽然将gaslimit设为3万,但实际只花了2.1万个gas,实际支出1.0042 ETH。

但如果张三将gaslimit设置为1万,这个操作就无法完成,而且10000个gas也没了,白白损失10000*200=200万gwei=0.002 ETH。

Q:gas数到底是怎么算的?

具体的计算有点复杂,但有标准可以查。你可以在GitHub上的evm-opcodes1和DynamicgasCosts2查看。

在EVM里面,每个运算、操作、存储都需要gas的,比如:

  • ADD:加法操作 3gas

  • MUL:乘法操作 5gas

  • SUB:减法操作 3gas

  • DIV:除法操作 5gas

  • JUMP:跳转操作 8gas

  • MSTORE:内容存储操作 3gas

  • MLOAD:内容读取操作 3gas

  • CREATE:创建合约 32000gas (if tx.to == null)

  • SSTORE:存入存储区 20000gas (从0设为非0值)

  • SHA3:Keccak256哈希 30gas + 6gas * (size of input in words) + mem_expansion_cost

  • 交易基本费用:21000gas (比如Transfer就要这么多)

Q:有没有什么方便的方法让我计算gaslimit?

1、你的钱包会帮你算,你的开发工具会帮你算。

2、Web3有两个内置的函数可以用,web3.eth.getgasprice可以提供gasprice的设置建议,estimategas可以估算一个函数(带参数)需要花的gas。

3、如果你想看看一个合约的函数调用花了多少gas,你可以去etherscan.io这种网站看看已经发生的这样的交易实际花了多少gas(gas Used by Transaction)。

Q:具体交易时,我该如何指定这两个值?

一般而言,钱包或者开发工具,会帮你做好这两件事。(不需要劳动您亲自去设)

比如,在小狐狸中,供用户选择的有三个选项:高、中、低。

你不需要亲自指定gaslimit和gasprice,你顶多只需要选择高、中、低就好了。

高中低的含义是这样的:

如何选择交易费用的高低

大致的意思就是,如果你想让你的交易快点执行,就选择高费用,如果不着急,就选择低费用。

现在大致展示一下,不同的选择会带来什么变化。

这是一个Transfer交易,在中等费用情况下,是这样的:

如果选择高费用,小狐狸会自动计算提供如下:

如果选择低费用,则如下:

这里面的“燃料限制”就是刚才讲过的gaslimit,但是并没有出现刚才说的gasprice,而是出现了最高优先费用(max priority fee)和最高费用(max fee),这是因为在伦敦升级后,gas费有了新的规则,下面会介绍。

Q:我听说,不仅仅是交易有gaslimit,区块也有gaslimit?

是的,每个block有gas的上限(即区块内所有交易的gas总数),达到这个上限,就必须出块了,不能再往区块里打入(include)新的交易了。

而这个上限,是矿工投票投出来的。

现在(伦敦升级后)上限是30M(3千万个gas),注意不是30M的存储空间,是30M个gas。

一个区块中包含的gas总数可以称为区块的大小。

注:本文首次发布日期为2022年2月7日

Q:伦敦升级到底带来了什么变化?

伦敦升级后(2021年8月5日以太坊完成伦敦升级),区块的大小是弹性的,目标大小是15M,上限是30M。

伦敦升级后,gas费总额计算仍然是:gaslimit * gasprice。

但gasprice分为两部分:

gasprice =baseFee+ Tip

其中basefee基本费用)由协议根据区块大小自动计算,但这部分会被烧掉,矿工也拿不到。

矿工只能拿到Tip。Tip就是小费,或者书面一点,称之为优先费用(PriorityFee)。

当区块比15M大的时候,gas的价格就会上升(通过自动调节basefee),目的是让更多的交易望而却步,这样区块大小就会缩回到15M;反之,区块小于15M时,gasprice就会便宜,交易就会增多,这样,区块大小就总是在目标大小左右浮动。

伦敦升级(尤其是燃烧basefee)带来很多好处,这里不一一列举,有兴趣可以看看这两篇文章:Analysis of EIP-15593、All you need to know about EIP-15594

下面是伦敦升级后gas费计算的一个示例:

张三给李四转1个ETH。

gaslimit为21,000,basefee为100 gwei,Tip为10 gwei,可以计算得出gas费为21,000 * (100 + 10) = 2,310,000 gwei,即0.00231 ETH。

当张三汇款时,1.00231 ETH将从张三的账户中扣除。李四将得到1个ETH。基本费用为0.0021 ETH会被烧掉,矿工获得0.00021 ETH的Tip。

Q:这些值如何设置?

当然这些也都由钱包或开发工具帮用户设置了。

basefee不用设置(钱包也不管),是以太坊通过算法,自动根据上一个block的大小和上一个basefee计算出来的。

为了让用户更好地控制自己的钱,实际交易中,设置的是maxfee(愿意给出的最大gasprice)和maxpriorityfee(愿意给出的最大Tip)。

maxfee必须要大于basefee,然后,矿工会按如下的算法计算Tip:

Tip = min(maxpriorityfee, maxfee - basefee)

如果maxfee > basefee + Tip,多余的费用就会被矿工退回交易发送者。

比如:

张三给李四转1个ETH。

gaslimit为21,000,maxfee为150 gwei,maxpriorityfee设为10 gwei。

basefee为100 gwei,所以,Tip= min( 10,150-100) = 10 gwei,可以计算得出gas费为21,000 * (100 + 10) = 2,310,000 gwei,即0.00231 ETH。

当张三汇款时,21000 * 150 = 1.00315 ETH将从张三的账户中扣除。李四将得到1个ETH。基本费用为0.0021 ETH会被烧掉,矿工获得0.00021 ETH的Tip,矿工退回张三0.00084 ETH(即21000 * 40 gwei)。

注意一点:上面说的maxfe、basefee、Tip,都是针对per gas的,计算真正费用的时候,还需要乘上gas数。

你在不同场合看到的这些符号,有些是带pergas的,有些不带,注意要区分一下,一般指的都是pergas的。

还有一点,如果将maxfee和和maxpriorityfee设置为相同的值,maxfee就相当于以前的gasprice了。

Q:那么,basefee究竟是怎么自动计算出来的?

basefee是由以太坊的协议自动计算的,该算法将上一个区块的大小与目标大小(15M)进行比较。如果超过目标块大小,下一个块的基本费用将按照比目标块多出的比例增加,最多将增加12.5%。

比如一个块是30M,达到了最高限,它的大小比目标大小多出一倍,它的basefee就是上一个basefee的112.5%。

如果区块一直保持在30M的大小,每个basefee都比上一个要高出12.5%,这就产生了指数级的增长,basefee高到人们舍不得交易的时候,区块大小自然就会回落。

在EIP-15595中,描述了这个算法的具体细节(看着繁,其实不难懂)

Note: // is integer division, round down.
BASE_FEE_MAX_CHANGE_DENOMINATOR = 8
if parent_gas_used == parent_gas_target:
            expected_base_fee_per_gas = parent_base_fee_per_gas
elif parent_gas_used > parent_gas_target:
            gas_used_delta = parent_gas_used - parent_gas_target
            base_fee_per_gas_delta = max(parent_base_fee_per_gas * gas_used_delta // parent_gas_target // BASE_FEE_MAX_CHANGE_DENOMINATOR, 1)
            expected_base_fee_per_gas = parent_base_fee_per_gas + base_fee_per_gas_delta
else:
            gas_used_delta = parent_gas_target - parent_gas_used
            base_fee_per_gas_delta = parent_base_fee_per_gas * gas_used_delta // parent_gas_target // BASE_FEE_MAX_CHANGE_DENOMINATOR
            expected_base_fee_per_gas = parent_base_fee_per_gas - base_fee_per_gas_delta

Q:交易报文中会体现这些值吗?

会的,下面是一个交易的示例6


  from: "0xEA674fdDe714fd979de3EdF0F56AA9716B898ec8",
  to: "0xac03bb73b6a9e108530aff4df5077c2b3d481e5a",
  gaslimit: "21000",
  maxFeePergas: "300",
  maxPriorityFeePergas: "10",
  nonce: "0",
  value: "10000000000"

看到里面和gas相关的东西了吧。

在传统交易报文中,用户直接指定gasprice;而在如上的EIP-1559交易报文中,用户指定的是MaxFeePerGas和MaxPriorityFeePerGas。

实际上你为每gas支付的单价是:

min( MaxPriorityFeePerGas + basefee, MaxFeePerGas )

值得注意的是,在可预见的未来,用户仍然可以使用传统的交易格式来发送交易,但这种格式可能最终会在协议层被废弃。

Q:最后,能再给我一些学习资料吗?

如果你想看看正宗的科普,可以看这个7

如果你爱看视频,可以看看这个8,讲得很棒。

如果你想跟踪gas价格,可以在Etherscan的gastracker9查看。

如果你对细节感兴趣,可以阅读一下EIP-1559。

文|卫剑钒


  1. https://github.com/wolflo/evm-opcodes 

  2. https://github.com/wolflo/evm-opcodes/blob/main/gas.md 

  3. Analysis of EIP-1559(https://insights.deribit.com/market-research/analysis-of-eip-1559/)  

  4. All you need to know about EIP-1559(https://uncommoncore.co/eip-1559/) 

  5. eip-1559.md(https://github.com/ethereum/EIPs/blob/master/EIPS/eip-1559.md) 

  6. https://ethereum.org/en/developers/docs/transactions/ 

  7. GAS AND FEES(https://ethereum.org/en/developers/docs/gas) 

  8. https://youtu.be/MGemhK9t44Q 

  9. https://etherscan.io/gastracker

以上是关于弄懂gas费,读这篇就够了的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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