以太坊今日将完成柏林硬分叉升级 这些知识点你需要了解

在北京时间4月15日下午18:00左右（具体是以太坊网络区块高度达到#12244000时），以太坊的柏林（Berlin）硬分叉升级将会发生，这次升级将纳入4个新的EIP改进提案，而其中两个（EIP-2929和EIP-2930）将会影响交易的gas成本计算。

本文解释了在这次硬分叉升级前后的gas成本计算，这将如何随EIP-2929而发生改变，以及如何使用EIP-2930引入的访问列表功能，原文作者是Nomic Labs软件开发者Franco Victorio。

注：文章篇幅较长，以下是其中的一些要点：

柏林硬分叉改变了一些opcode操作码的gas成本。如果你在dapp或智能合约中有一个硬编码的gas值，它们可能会停止工作。如果发生这种情况，并且智能合约是不可升级的，则用户将需要使用访问列表（EIP-2930）来启用它。

访问列表可用于稍稍降低gas成本，但在某些情况下，它们实际上会增加gas消耗总量。

geth包含了一个新的RPC方法（eth\u createAccessList）来简化访问列表的创建。

柏林硬分叉前的gas成本

EVM执行的每个opcode操作码都有一个相关的gas成本。对于大多数操作码而言，这个成本是固定的：PUSH1总是消耗3个单位的gas，MUL则消耗5个单位的gas，等等。而对于其他操作码来说，它是可变的：例如，SHA3操作码的成本取决于其输入的大小。

我们将重点讨论SLOAD和SSTORE操作码，因为它们是受柏林硬分叉影响最大的操作码。我们稍后将讨论那些以地址为目标的操作码，就像所有的 EXT*和CALL*操作码，因为它们的gas成本也会发生变化。

柏林硬分叉之前的SLOAD

如果没有EIP-2929，SLOAD的成本很简单：它总是会消耗800 gas。

柏林硬分叉之前的SSTORE

就gas而言，SSTORE可能是最复杂的操作码，因为它的成本取决于存储slot的当前值、新值以及它是否以前被修改过。我们将只分析一些场景以获得基本的理解。如果你想了解更多，请阅读本文末尾链接的eip。

如果slot的的值从0更改为1（或任何非零值），则成本为20000；

如果slot的的值从1更改为2（或任何其他非零值），则成本为5000；

如果slot的的值从1（或任何非零值）更改为0，则成本也为5000，但在交易结束时你将获得gas退款。这篇文章中，我们不会详细讨论退款，因为它们不受柏林硬分叉的影响；

如果以前在同一事务中修改了该值，则所有后续sstore的成本为800；

这里的细节有些枯燥，重要的一点是，SSTORE是非常昂贵的，其成本取决于几个因素。

实施EIP-2929之后的gas成本

EIP-2929改变了所有这些值，但在此之前，我们需要先谈谈这个EIP引入的一个重要概念：已访问地址和已访问存储密钥。

如果地址或存储密钥以前在交易期间被“使用”，则该地址或存储密钥就被视为已访问。例如，当你调用另一个合约时，该合约的地址会被标记为已访问。类似地，当你SLOAD或SSTORE某些slot时，它将被视为在交易的其余部分已被访问。不管是哪个操作码做的：如果一个SLOAD读取了一个slot，那么它将被认为对接下来的SLOAD以及SSTORE都是已访问的。

这里需要注意的一点是，存储密钥位于某个地址的“内部”。正如EIP所解释的：

“执行事务时，维护一组accessed_addresses: Set[Address] 和 accessed_storage_keys: Set[Tuple[Address, Bytes32]]”

也就是说，当我们说一个存储slot被访问时，我们实际上是说一对(address, storageKey)被访问了。

话虽如此，我们还是来谈谈新的gas成本吧。

柏林硬分叉之后的SLOAD

在柏林硬分叉之前，SLOAD的固定成本是800 gas，现在，这取决于是否已访问了存储slot。如果未访问，则成本为2100 gas，如果已访问，则成本为100 gas。因此，如果slot在已访问的存储密钥列表中，则一次SLOAD的成本会降低2000 gas。

柏林硬分叉之后的SSTORE

让我们在部署EIP-2929的环境下回顾一下之前的SSTORE示例：

如果slot的值从0更改为1（或任何非零值），则成本为：22100（如果未访问存储密钥），20000（如果已访问存储密钥）；

如果slot的值从1更改为2（或任何其他非零值），则成本为：5000（如果未访问存储密钥），2900（如果已访问存储密钥）；

如果slot的值从1（或任何非零值）更改为0，则成本与上一项相同，然后加上退款；

如果以前在同一交易中修改了该值，则所有后续SSTORE的成本为100；

如你所见，如果要修改的slot以前被访问过，那么第一次SSTORE的成本将降低2100 gas。

下面的表总结了目前为止所有改变的值：

请注意，在最后一行中，谈论是否访问了slot是没有意义的，因为如果它以前被写入过，则表明其也被访问过。

EIP-2930

我们在文章开头提到的另一个EIP就是EIP-2930，这个改进提案添加了一种新类型的事务，该事务可以在事务负载中包括访问列表。这意味着你可以在事务开始执行之前预先声明哪些地址和slot应被视为是已访问的。例如，一个未访问slot的SLOAD成本为2100，但是如果该slot包含在事务的访问列表中，则相同的操作码成本就为100。

但是，如果当地址或存储密钥已被访问时，gas成本变更低了，这是否意味着我们可以将所有内容添加到事务的访问列表中并降低gas成本呢？不完全是这样，因为你还需要为添加的每个地址和每个存储密钥支付gas。

让我们看一个例子，假设我们正在向合约A发送一笔交易，访问列表可能如下所示：

如果我们用这个访问列表发送了一笔交易，并且第一个使用0x0 slot的操作码是SLOAD，则它将花费100 gas（而不是2100 gas），这就降低了2000 gas的消耗量。但事务访问列表中包含的每个存储密钥的成本为1900 gas，所以我们只省了100 gas。（如果访问该slot的第一个操作码是SSTORE，那么我们将节省2100 gas，这意味着如果考虑到存储密钥的成本，我们总共将节省200 gas。）

这是否意味着我们在使用带有访问列表的交易时总是能节省gas消耗？并非如此，因为我们还要为访问列表中的地址支付gas成本（在我们的示例中是"<address of A>"）

已访问地址

以上，我们只讨论了SLOAD和SSTORE操作码，但这些并不是柏林硬分叉之后唯一改变的操作码。例如，原先调用操作码的固定成本为700 gas。但是在实施EIP-2929之后，如果地址不在访问列表中，则开销就是2600 gas，但如果是在已访问列表中，则开销就是100 gas。而且，与已访问存储密钥一样，之前访问该地址的操作码并不重要（例如，如果先调用EXTCODESIZE，则该操作码将花费2600 gas，使用相同地址的任何后续EXTCODESIZE、CALL、STATICCALL将花费100 gas）。

这是如何受到访问列表交易的影响的？例如，如果我们将一笔交易发送至合约A，而该合约调用另一个合约B，那么我们可以包含如下访问列表：

我们必须支付2400 gas的费用才能将这个访问列表包含在交易中，但是第一个使用B地址的操作码将花费100 gas（而不是2600gas）。所以我们这样做就节省了100 gas，如果B以某种方式使用它的存储，并且我们知道它将使用哪些密钥，那么我们还可以将它们包括在访问列表中，并为每个密钥节省100/200的gas（取决于第一个操作码是SLOAD还是SSTORE）。

但我们为什么要谈另一个合约呢？我们调用的合约怎么了？我们为什么不这样做？

我们可以这样做，但这是不值得的，因为EIP-2929指定了被调用的合约地址（即tx.to）总是包含在accessed_addresses列表中，因此这只会白白浪费2400 gas。

让我们再次分析上一节的示例：

这实际上是浪费，除非我们包含多个存储密钥。如果我们假设一个SLOAD总是首先使用一个存储密钥，那么我们至少需要24个存储密钥才能实现收支平衡。

显然，分析并创建这样的一个访问列表是没有意义的。幸运的是，我们有更好的方法。

eth_createAccessList RPC方法

Geth（从1.10.2版本开始）包含了一个新的eth\u createAccessList RPC方法，其可以用来生成访问列表。它的用法类似于eth_estimateGas，但它不是用于估算gas，而是返回如下内容：

也就是说，它为你提供了该交易将使用的地址和存储密钥的列表，以及如果包含访问列表，则会消耗的gas。（而且，与eth_estimateGas一样，这是一种估计值，在实际进行交易时，列表可能会更改。）

我想，随着时间的推移，我们会发现执行此操作的正确方法是什么，而我的伪代码猜测是：

激活合约

必须要指出的是，访问列表的主要目的不是使用gas，正如EIP所解释的：

“EIP-2929所引入的是减轻合约破坏风险，因为交易可预先指定和支付交易计划访问的帐户和存储slot。因此，在实际执行中，SLOAD和EXT*操作码只需要100 gas，这已经足够低了，它不仅可防止因该EIP而导致的破坏，还可以“激活”由于EIP 1884而卡住的任何合约。”

这意味着，如果一个合约对执行某些操作的成本做出假设，那么gas成本的增加可能会导致它无法工作。例如，一个合约调用另一个合约（例如someOtherContract.someFunction()）因为它假设某个函数正好使用34500 gas，那么它就会中断，但如果在事务中包含适当的访问列表，那么合约将再次工作。

如果你想自己测试这些EIP，你可以复制这个repo，它有几个可使用Hardhat和geth执行的示例。有关说明，请查看README文件。

相关资料：

1、EIP-2929‌和EIP-2930‌

2、EIP-2930依赖于柏林硬分叉的另一组成部分：EIP-2718‌；

3、EIP-2929引用了大量EIP-2200‌的内容，所以如果你想更深入地了解gas成本，你应该从EIP-2200开始；

4、有关比较gas使用量变化的更复杂示例‌；