EIP-7706: calldata 的独立 gas 类型

为 calldata 创建独立的 basefee 和 gaslimit

摘要

为交易 calldata 添加一个新的 gas 类型。添加一个新的交易类型，该类型提供一个 max_basefee 和 priority_fee 的向量，为执行 gas、blob gas 和 calldata gas 提供值。修改 basefee 调整，以便为这三种 gas 类型使用相同的机制。

动机

反对提高以太坊 gas 限制、降低 calldata 成本或在 PeerDAS 等技术可用之前增加 EIP-4844 blob 数量的一个主要论点是，以太坊区块的理论最大大小已经太大，我们无法承受进一步增加它。然而，这里存在一个效率低下的问题：当前区块的平均大小（不包括 blob）约为 100 kB，而理论最大值为 30,000,000 / 16 = 1,875,000 字节（可以使用零字节创建更大的区块，但实际上，由于 snappy 压缩，零字节占比重的区块将被压缩到小于 187 万字节）。理想情况下，我们应该有一种方法来限制最大值，而不会使 calldata 平均而言 更加稀缺。

这个 EIP 正是这样做的，它采用了与 EIP-4844 中应用于 blob 数据的相同技术：我们为 calldata 引入一个独立的费用市场，具有独立的 basefee 和独立的每区块 gas 限制。区块的理论最大 calldata 大小将大大减少，而基本的经济分析表明，平均而言，calldata 将变得相当便宜。

该 EIP 还引入了一种新的交易类型，其中包括三种类型的 max-basefee 和 priority fee 作为向量，允许相同的代码路径处理所有三种类型的 gas。我们还对 basefee 调整进行了修改，目前执行 gas（在 EIP-1559 中引入）和 blob（在 EIP-4844 中引入）使用不同的机制，现在对所有三种类型的 gas 使用相同的方法。这简化了 basefee 调整规则，并确保新的 EIP-4844 basefee 调整算法的更强的数学特性涵盖了所有三种类型的 gas。

规范

本文档中使用的关键词“MUST”，“MUST NOT”，“REQUIRED”，“SHALL”，“SHALL NOT”，“SHOULD”，“SHOULD NOT”，“RECOMMENDED”，“MAY”和“OPTIONAL”应按照 RFC 2119 中的描述进行解释 。

参数

• FORK_BLKNUM = TBD
• NEW_TX_TYPE = TBD
• CALLDATA_GAS_PER_TOKEN = 4
• TOKENS_PER_NONZERO_BYTE = 4
• CALLDATA_GAS_LIMIT_RATIO = 4
• LIMIT_TARGET_RATIOS = [2, 2, 4]
• MIN_BASE_FEE_PER_GAS = 1 # 重命名自 EIP-4844 MIN_BASE_FEE_PER_BLOB_GAS
• BASE_FEE_UPDATE_FRACTION = 8 # 大致匹配 EIP-4844 参数

新的交易类型

从 FORK_BLOCK_NUMBER 开始，引入一种新的 EIP-2718 交易，其 TransactionType = TX_TYPE(NEW_TX_TYPE)。

此交易的 EIP-2718 TransactionPayload 是

[chain_id, nonce, gas_limit, to, value, data, access_list, blob_versioned_hashes, max_fees_per_gas, priority_fees_per_gas, y_parity, r, s]

我们要求 max_fees_per_gas 和 priority_fees_per_gas 是长度为 3 的向量，每个向量都包含从 0 到 2**64-1 的整数。

新交易的固有成本继承自 EIP-4844，只是删除了 calldata gas 成本（每个非零字节 16，每个零字节 4）。

区块处理和交易费用

我们添加函数 get_max_fees 和 get_priority_fees，以计算先前交易类型的这些长度为 3 的向量：

def get_max_fees(tx: Transaction) -> [int, int, int]:
    if tx.type == NEW_TX_TYPE:
        return tx.max_fees_per_gas
    elif tx.type == BLOB_TX_TYPE:
        return [tx.max_fee_per_gas, tx.max_fee_per_blob_gas, tx.max_fee_per_gas]
    elif is_eip_1559(tx.type):
        return [tx.max_fee_per_gas, 0, tx.max_fee_per_gas]
    else:
        return [tx.gasprice, 0, tx.gasprice]

def get_priority_fees(tx: Transaction) -> [int, int, int]:
    if tx.type == NEW_TX_TYPE:
        return tx.priority_fees_per_gas
    elif tx.type == BLOB_TX_TYPE:
        return [tx.max_priority_fee_per_gas, 0, tx.max_priority_fee_per_gas]
    elif is_eip_1559(tx.type):
        return [tx.max_priority_fee_per_gas, 0, tx.max_priority_fee_per_gas]
    else:
        return [tx.gasprice, 0, tx.gasprice]

我们还添加了一些辅助函数：

def all_less_or_equal(v1: [int, int, int], v2: [int, int, int]) -> bool:
    return all(x <= y for x, y in zip(v1, v2))

def vector_add(v1: [int, int, int], v2: [int, int, int]) -> [int, int, int]:
    return [x+y for x, y in zip(v1, v2)]

def vector_subtract(v1: [int, int, int], v2: [int, int, int]) -> [int, int, int]:
    return [x-y for x, y in zip(v1, v2)]

def vector_subtract_clamp_at_zero(v1: [int, int, int], v2: [int, int, int]) -> [uint, uint, uint]:
    return [x-y if x >= y else 0 for x, y in zip(v1, v2)]

def vector_mul(v1: [int, int, int], v2: [int, int, int]) -> [int, int, int]:
    return [x*y for x, y in zip(v1, v2)]

# 与当前 calldata 定价相同的规则，但重新措辞（类似于 EIP-7623）
def get_calldata_gas(calldata: bytes) -> int:
    tokens = calldata.count(0) + (len(calldata) - calldata.count(0)) * TOKENS_PER_NONZERO_BYTE
    return tokens * CALLDATA_GAS_PER_TOKEN

def get_gaslimits(tx: Transaction) -> [int, int, int]:
    if tx.type == NEW_TX_TYPE:
        return [tx.gaslimit, len(tx.blob_versioned_hashes) * GAS_PER_BLOB, get_calldata_gas(tx.data)]
    elif tx.type == BLOB_TX_TYPE:
        return [tx.gaslimit, len(tx.blob_versioned_hashes) * GAS_PER_BLOB, get_calldata_gas(tx.data)]
    elif is_eip_1559(tx.type):
        return [tx.gaslimit, 0, get_calldata_gas(tx.data)]
    else:
        return [tx.gaslimit, 0, get_calldata_gas(tx.data)]

def get_fees_per_gas(tx: Transaction, block_basefees: [int, int, int]) -> [int, int, int]:
    max_fees = get_max_fees(tx)
    priority_fees = get_priority_fees(tx)
    output = []
    # 费用充足性检查，类似于 EIP-1559 和 4844
    require(all_less_or_equal(block_basefees, max_fees))
    # 类似于 EIP-1559 和 4844 的逻辑
    return [
        min(basefee + priority_fee, max_fee)
        for block_basefee, max_fee, priority_fee in zip(block_basefees, max_fees, priority_fees)
    ]

get_block_gaslimits(block: Block) -> [int, int, int]:
    return [block.gaslimit, MAX_BLOB_GAS_PER_BLOCK, block.gaslimit // CALLDATA_GAS_LIMIT_RATIO]

在区块处理开始时：

• 我们初始化一个向量 gas_used_so_far 为 [0, 0, 0]

在处理交易开始时：

• 计算 fees_per_gas = get_fees_per_gas(tx, get_block_basefees(block)) 和 tx_gaslimits = get_gaslimits(tx)
• 检查 all_less_or_equal(vector_add(gas_used_so_far, tx_gaslimits), block.gas_limits)
• 从 tx.origin 帐户中扣除 sum(vector_mul(fees_per_gas, tx_gaslimits)) wei

请注意，get_block_basefees(block) 尚未定义，我们将在下面的部分中定义它。 block.gas_limits 字段也在下面的部分中定义。

在处理完交易之后：

• 将 tx_gas_consumed 计算为三项向量，其中第一项是交易执行实际消耗的 gas 量，第二项和第三项与 get_gaslimits(tx) 中的值匹配
• 将 sum(vector_mul(fees_per_gas, vector_sub(tx_gaslimits, tx_gas_consumed))) 退还给 tx.origin 账户（实际上，目前只有第一项将为非零）
• 设置 gas_used_so_far = vector_add(gas_used_so_far, tx_gas_consumed)

在处理完一个区块之后：

• 要求 block.gas_used = gas_used_so_far

block.gas_used 字段将在下面的部分中定义。

区块结构：

我们更新 BlockHeader 字段，以删除 blob_gas_used、gas_used、base_fee_per_gas、gas_limit 和 excess_blob_gas 字段，并添加新字段，所有字段均为 [int, int, int] 类型：gas_limits、gas_used、excess_gas。 生成的 RLP 编码变为：

rlp([
    parent_hash,
    0x1dcc4de8dec75d7aab85b567b6ccd41ad312451b948a7413f0a142fd40d49347, # ommers 哈希
    coinbase,
    state_root,
    txs_root,
    receipts_root,
    logs_bloom,
    0, # 难度
    number,
    timestamp,
    extradata,
    prev_randao,
    0x0000000000000000, # nonce
    withdrawals_root,
    gas_limits,
    gas_used,
    excess_gas
])

我们定义：

get_block_gas_targets(parent: Header) -> [int, int, int]:
    return [limit // target_ratio for limit, target_ratio in zip(parent.gas_limits, LIMIT_TARGET_RATIOS)]

我们按如下方式计算所需的 excess_gas 值：

def calc_excess_gas(parent: Header) -> [int, int, int]:
    return vector_subtract_clamp_at_zero(vector_add(parent_excess, parent_used), get_block_gas_targets(parent))

我们按如下方式计算所需的 gas_limits：

• gas_limits[0] 必须遵循现有的调整公式
• gas_limits[1] 必须等于 MAX_BLOB_GAS_PER_BLOCK
• gas_limits[2] 必须等于 gas_limits[0] // CALLDATA_GAS_LIMIT_RATIO

现在，我们定义 get_block_basefees:

def get_block_basefees(parent: Header) -> [int, int, int]:
    return [
        fake_exponential(
            MIN_BASE_FEE_PER_GAS,
            excess_gas,
            target * BASE_FEE_UPDATE_FRACTION
        )
        for (excess_gas, target) in zip(parent.excess_gas, get_block_gas_targets(parent))
    ]

理由

将所有 gas 相关机制转换为向量

这使得用于处理 gas 的相同逻辑可以处理所有三种类型的 gas。 因此，可以说这是对协议 gas 处理逻辑的净简化，尽管 gas 类型的总数从 2 增加到 3

目标比率

执行 gas 和 blob 的目标比率设置为 2； calldata 的目标比率设置为 4。这大大减少了 calldata 实际达到限制的情况的数量，这减轻了 EIP 的经济影响，因为在“低于限制”条件下分析 EIP-1559 风格的费用市场比在“达到限制”条件下简单得多。此外，它降低了需要大量 calldata 的应用程序完全停止工作的风险。

当前的参数将每个区块的目标 calldata 设置为 187,500 字节，约为当前平均值的 2 倍。 使用基本的供需推理，这意味着由于此 EIP，calldata 可能会变得更加便宜。

向后兼容性

先前的交易类型将 calldata basefee 和 priority fee 设置为彼此相等。 calldata gas 成本有意设置为与今天相同，并且 gas 目标与当前使用情况相似，因此将两个费用设置为彼此相等是对最佳行为的合理近似。 实际上，新的交易类型会更好，因此我们希望用户随着时间的推移切换到它。 但是，旧式交易用户遭受的损失不会那么高，因为与 basefee 相比，priority fee 通常很小，并且用户支付的金额与 basefee 成正比。

安全考虑

由于此 EIP，最佳区块构建行为变得更加复杂，尤其是在区块已满一个或两个类型的 gas 的边界条件下。 我们认为这种影响不会太大，因为实际上超过 90％ 的区块未满，并且天真的“贪婪算法”可以获得接近最佳的结果。 因此，专有区块构建算法的中心化风险可能远小于 eg. MEV 提取的其他现有风险。

版权

版权和相关权利通过 CC0 放弃。

Citation

Please cite this document as:

Vitalik Buterin (@vbuterin), "EIP-7706: calldata 的独立 gas 类型 [DRAFT]," Ethereum Improvement Proposals, no. 7706, May 2024. [Online serial]. Available: https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-7706.