一篇文章彻底帮助你理解EIP1559之后的Gas机制

  • Louis
  • 更新于 2024-07-04 09:14
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以太坊被认为是一个世界计算机,它的运行需要耗费资源,为了确保网络不会被滥用和因错误的使用陷入宕机,任何交易的操作都需要支付一定的费用,这个费用我们可以简单称之为"Gas"。它代表了网络中执行操作所需的计算资源。

基础概念:以太坊中的Gas是什么?

以太坊被认为是一个世界计算机,它的运行需要耗费资源,为了确保网络不会被滥用和因错误的使用陷入宕机,任何交易的操作都需要支付一定的费用,这个费用我们可以简单称之为"Gas"。它代表了网络中执行操作所需的计算资源。

做个简单的类比可以帮助我们更好的理解,如果把以太坊网络比作一名工人,那么 Gas 就是工人付出的劳动力。在工人完成工作后,需要支付劳动报酬。劳动报酬则等于每单位劳动力价格乘以付出的总的劳动力。每单位劳动力价格被称作 GasPrice, 其值由以太坊网络动态决定的。因此总的劳动报酬就是 Gas * GasPrice

GasLimit 可以理解为愿意为多少劳动力买单。假如某项工作需要付出100个单位的劳动力,但你只愿意支付80个单位劳动力的费用。这项工作就无法完成。但当你愿意支付120个单位劳动力的费用时,则会在工作完成后会退还这20个单位的劳动力费用。类比到以太坊网络就是愿意为这笔交易最多支付多少 Gas

一个实际的交易展示

下图展示了一笔真实的交易

Xnip2024-07-03_18-54-31.png

可以看到 Gas 部分由以下部分组成:

  • Gas Limit & Usage by TxnGasLimit和实际花费的Gas以及其在GasLimit中的占比,这笔交易中实际使用的比例达到了 98.83%。
  • Gas Fees
    • Base: 基础的GasPrice
    • Max: 最大 GasPrice
    • Max Priority: 支付给以太坊节点矿工的 GasPrice
  • Burnt & Txn Savings Fees
    • Burnt: 燃烧的手续费
    • Txn Savings: 交易节省的费用

Txn Type: 2(EIP-1559): 根据 EIP-2718 明确交易类型为 2, 指明这是一笔 EIP-1559 的交易。

什么是BaseFee?

BaseFee 是 EIP-1559 提案中引入的一个机制,目的是改善以太坊的费用市场并提高用户体验。BaseFee 是每个区块的基础费用,它的目的是通过自适应地调整费用来反映网络的拥堵程度。

源码中 BaseFee的计算如下:

func CalcBaseFee(config *params.ChainConfig, parent *types.Header) *big.Int {
    // 首先,函数检查当前区块是否是第一个实施 EIP-1559 的区块。如果是,则返回初始基础费用。
    if !config.IsLondon(parent.Number) {
        return new(big.Int).SetUint64(params.InitialBaseFee)
    }
    // 如果不是,函数计算父区块的目标燃气量(gas target)。这是通过父区块的燃气限制除以弹性乘数得到的。
    parentGasTarget := parent.GasLimit / config.ElasticityMultiplier()

    // 如果父区块的实际燃气使用量等于目标燃气量,基础费用保持不变。
    if parent.GasUsed == parentGasTarget {
        return new(big.Int).Set(parent.BaseFee)
    }

    var (
            num   = new(big.Int)
            denom = new(big.Int)
    )

    if parent.GasUsed > parentGasTarget {
        // 如果父区块的燃气使用量大于目标值, 基础费用应该增加.
        // max(1, parentBaseFee * gasUsedDelta / parentGasTarget / baseFeeChangeDenominator)
        num.SetUint64(parent.GasUsed - parentGasTarget)
        num.Mul(num, parent.BaseFee)
        num.Div(num, denom.SetUint64(parentGasTarget))
        num.Div(num, denom.SetUint64(config.BaseFeeChangeDenominator()))
        baseFeeDelta := math.BigMax(num, common.Big1)

        return num.Add(parent.BaseFee, baseFeeDelta)
    } else {
        // 如果父区块的燃气使用量小于目标值,基础费用应该减少
        // max(0, parentBaseFee * gasUsedDelta / parentGasTarget / baseFeeChangeDenominator)
        num.SetUint64(parentGasTarget - parent.GasUsed)
        num.Mul(num, parent.BaseFee)
        num.Div(num, denom.SetUint64(parentGasTarget))
        num.Div(num, denom.SetUint64(config.BaseFeeChangeDenominator()))
        baseFee := num.Sub(parent.BaseFee, num)

        return math.BigMax(baseFee, common.Big0)
    }
}

这个算法的目的是动态调整基础费用,以平衡网络使用。当网络拥堵时(燃气使用高),基础费用上升以抑制需求;当网络不繁忙时(燃气使用低),基础费用下降以鼓励使用。

计算 BaseFee 过程如下:

  • 如果当前区块是第一个 EIP-1559 区块,则返回 InitialBaseFee, 其值为 1 Gwei
  • 计算 parentGasTarget 等于父区块 GasLimit除以弹性乘数得到的。

大小关系就分为三种情况:

  • 父区块的 GasUsed 等于 parentGasTargetBaseFee 不变
  • 父区块的 GasUsed 大于 parentGasTargetBaseFee 增加, 计算遵循公式
    parentBaseFee + max(1, parentBaseFee * gasUsedDelta / parentGasTarget / baseFeeChangeDenominator)
  • 父区块的 GasUsed 小于 parentGasTargetBaseFee 减少, 计算遵循公式

    max(0, parentBaseFee - parentBaseFee * gasUsedDelta / parentGasTarget / baseFeeChangeDenominator)

    其中:

  • GasUsed: 实际使用的 Gas
  • parentBaseFee 等于 父区块的 BaseFee
  • gasUsedDelta 等于 parent.GasUsed - parentGasTarget,即父区块的 Gas 实际使用量与目标总量之间的差额
  • parentGasTarget 父区块 GasLimit 的一半, 一般为 15000000
  • BaseFeeChangeDenominator 常量,值为 8

让我们根据真实的交易来验证下上面的计算公式:

在etherscan区块列表页有如下两个区块

Xnip2024-07-04_07-46-30.png

在20229351区块中,我们看到

  • BaseFee 等于3.05Gwei
  • gasUsedDelta / parentGasTarget 等于 -23%, 说明需要降低 BaseFee

按照公式计算20229352区块的 BaseFee 等于

$$ BaseFee=max(0, 3.05−3.05∗0.23/8) = 2.963 $$

与图片一致

MaxPriorityFee

MaxPriorityFee 是优先费用。是对每单位 Gas 的额外加价, 这部分的费用将支付给矿工,值越大则交易更快的被打包。通过GasTracker可查看当前最新的 Gas 信息

最终的 GasPrice 等于 BaseFee 和 MaxPriorityFee 之和

对于交易:

Xnip2024-07-03_18-54-31.png

$ Transaction Fee = GasUsed∗GasPrice =GasUsed∗(BaseFee+MaxPriorityFee) =115855∗(7.407585749+0.05) =863998.597Gwei $

交易费用与图中 Transaction Fee 字段值一致

MaxFee

MaxFee 意为最大的 GasPrice

由于发送的交易不一定会在下一个区块内打包,而 BaseFee 又是在动态的改变,如果交易设置的 MaxPriorityFee 过低,则有可能交易不会被打包。只能等待后续区块的打包。但如果后续区块的 BaseFee 比之前的高,则会导致交易被丢弃。而设置较高的 MaxFee, 则可以保证交易在未来几个区块内不会因为 BaseFee 设置过低而被丢弃。

还是以劳动力举例。现在每单位的劳动力的价格(BaseFee)是变动的, 由市场决定。在你发布一个工作后,而且还对每单位的劳动力付出额外报酬(MaxPriorityFee)的情况下,由于你愿意支付的报酬低于市场价,此时没人愿意为你工作,则会对你发布的工作进行下架处理。因此你给出了最大的每单位的劳动力价格(MaxFee),只要当前的 BaseFee 加上 MaxPriorityFee 是小于 MaxFee,就可以继续招工。每单位劳动力价格仍按 BaseFee + MaxPriorityFee计算

通常情况下 MaxFee 计算遵循公式:

$$ MaxFee=(2∗BaseFee)+MaxPriorityFee $$

可以保证连续 6个区块满 Gas 的情况下仍在内存池中等待打包

Burnt

燃烧的手续费, 即将这部分费用转入黑洞地址。转入数量由 BaseFee 决定

$$ Burnt=BaseFee∗GasUsed $$

以上图中交易为例计算:

$$ Burnt=BaseFee∗GasUsed =7.407585749∗115855 =858205.846950395 Gwei $$

与图中 Burnt 字段值一致

Txn Savings

交易节省的费用,等于最大可接受交易费用减去实际消耗的交易费用

$$ TxSavingsFees=MaxFee∗GasUsed−(BaseFee+MaxPriorityFee)∗GasUsed $$

以上图中交易为例计算

$ TxSavingsFees=MaxFee∗GasUsed−(BaseFee+MaxPriorityFee)∗GasUsed =7.657591636∗115855−863998.597 =23171.68198878Gwei $

与图中 Txn Savings 字段值一致

JSON-RPC

在发起 EIP1559 交易时, 常需要在交易中手动填入 Gas 相关的参数,这些参数可以通过向节点预发送 http 请求获得,包括了以下 JSON-RPC 方法

  • eth_estimateGas
  • eth_maxPriorityFeePerGas
  • eth_getBlockByNumber

eth_estimateGas

将交易发送到该接口,可以获得预估 Gas, 常用来设置交易的 GasLimit

// Request Payload
{
  "jsonrpc": "2.0",
  "method": "eth_estimateGas",
  "params": [
    {
      "from": "0xD28C383dd3a1C0154129F67067175884e933cf4e",
      "to": "0x7071D6EF9FaF45aA48c22bae7d4a295aD68DC038",
      "value": "0x186a0"
    }
  ],
  "id": 1
}
// Response
{
  "id":1,
  "jsonrpc": "2.0",
  "result": "0x5208" // 21000
}

eth_maxPriorityFeePerGas

该接口用来获取当前最新的 MaxPriorityFee

// Request Payload
{
  "jsonrpc": "2.0",
  "method": "eth_maxPriorityFeePerGas",
  "params": [],
  "id": 1
}
// Response
{
  "jsonrpc": "2.0",
  "result": "0x9b8495", // MaxPriorityFee
  "id": 1
}

eth_getBlockByNumber

该接口用于获取区块信息,其中包含了 BaseFee 等信息

// Request Payload
{
  "jsonrpc": "2.0",
  "method": "eth_getBlockByNumber",
  "params": [
    "latest",
    false
  ],
  "id": 1
}
// Response
{
  "jsonrpc": "2.0",
  "result": {
    "baseFeePerGas": "0x1bc47470a", // baseFee
    "difficulty": "0x0",
    "extraData": "0x546974616e2028746974616e6275696c6465722e78797a29",
    "gasLimit": "0x1c9c380",
    "gasUsed": "0xced6fd",
    "hash": "0xbb9b314d0b8208e655a0afc17384f56f44659a63e3ba4e244609105da497a7d9",
    ...
  },
  "id": 1
}

获取最新的区块信息后, 字段 baseFeePerGas 的值就是 BaseFee。结合上面获取的 MaxPriorityFee, 可以用来设置 MaxFee

Max Fee = (2 * BaseFee) + MaxPriorityFee

参考资料

EIP-1559

EIP1559下的 GAS 费设置解析

以太坊 Gas 机制详解(EIP-1559)

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