Vitalik Buterin       2021-07-09

来源 | ethresear.ch

特别感谢 @barnabe 在早些时候提出了类似的想法。

正如我关于资源定价的旧文章里详细讨论的那样，以太坊的 gas 实际上是为三种不同的资源付费。

• 带宽 (事务中必须被下载的数据)
• 计算 (验证和执行事务所需时间)
• 存储 (历史记录，但更重要的是状态，例如账户余额、nonces、合约代码和合约存储)

存储不同于其他两项开销。带宽和计算消耗的都是短暂开销，它触碰到短暂存储界限是这样的情况：一个节点在一个区块内能做多少计算或数据下载是有限度的，一旦该区块被打包了，下载和验证该区块的开销基本上都会消失 (未来只有少数同步节点需要处理它)。另一方面，存储则是一项永久的开销。如果一个区块的状态大小增加 100 MB，这个区块在当下被处理没有问题，但当一系列这样的区块持续生成一个月后，整个以太坊会变得不可用。一时严重的状态增长带来的突发影响是可以忽略不计的，但长期的影响则是最严重的，因为每生成一个状态都永久地增加网络的负荷。

采用了 state expiry 和弱无状态方案后，长期来说状态的影响肯定会大大减少：状态不再永久成为网络的负担，一个状态将只会在一年内增加网络负荷，而且即使在那一年里，也只有少数节点需要实际存储该状态。但即使如此，这个长期开销还是会存在的，且仍然需要被定价。

存储大小的一般情况 vs 最坏情况

无论是在当前的协议 (普遍认为是不可持续的)，还是有 state expiry 的改良方案，对状态建模的一个弱点是状态膨胀的一般与最坏情况间有巨大差异。想想当前的协议。当前状态的总容量是大约 5.5 亿个对象，或约 32 GB (不包括 trie 的开销)。如果我们把在前一年没有被触及的状态都拿走，状态总容量很容易下降一半。

那最坏的情况是什么？创建合约代码按每字节 200 gas 来收费，如果我们把一个区块分为三个事务，每个事务创建一个合约，我们可以用 "12334800 gas + 3 * 55000 gas" 作为合约创建开销来创建三个 20558 字节的合约。假设平均出块时间是 13.1 秒，那么每年会出 31556925 / 13.1 = 2408925 个区块，因此，一年的状态大小增长是 ~61800 * 2408925 = 148871600381.67938 字节，或大约 138 GB。

这接近 10 倍的差异是非常显著的！而且 16 GB 特别符合现实消费者的硬件 RAM (如果不行，我们可以修改 gas 价格或状态失活期使其可行)，但 138 GB 是办不到的。如果我们可以使最坏的情况更接近于一般情况，那就更好了。

基于 EIP 1559 的两个方案

解决这个问题的一个自然方法是，用 EIP-1559 对短暂和永久开销定价，但使调整期 (adjustment period) 不一样。对于短暂的开销，在单个区块里会有 10% 的变化幅度。但是对于永久的开销，我们会让价格调整得更慢。如果我们以 AMM 开销曲线机制作为基础，对于存储，我们可以考虑有一个条曲线代表每个月的目标比率是 1 GB，开销增长取决于我们比目标高出多少。例如，每超出目标 1 GB，存储开销可能翻倍。在这个参数里，最坏情况区块的存储价格可能需要大约 3 天时间才会翻倍。如果存储增长超过目标 10 GB，存储开销会比正常情况下高出 1000 倍，使得进一步填充存储在经济上变得不可行。

实现这点有两个方法:

1. 用 gas 购买存储。也就是说，用 SSTORE 创建一个新的存储槽，这会像今天一样消耗 gas，但消耗 gas 的数量是会变的。这有一个缺点，即保留了时间点的错误激励 (用户会选择在周末 gas 价格低的时候增加存储，尽管这样对网络并没有好处)。
2. 用 ETH 购买存储。事务 (和调用) 会需要提供 gas 以外的另一种资源 (我们会称之为 mana 😄)，这种资源除了用不同的参数，会以与 gas 相似的机制进行收费。这个方法的缺点是它使调用规则变得复杂，且要求新增一个操作码 CALL。

还有两个混合选项:

1. 我们可以用 ETH 来定价存储，但以 gas 来收费。(因此，如果基本费用上涨 2 倍，然后填充一个存储槽所需的 gas 会自动减半)。我们可以把用来扩大存储的 ETH 从 EIP-1559 的 gas 价格更新规则、甚至区块 gas limit 里排除出去。
2. 对 gas 进行更全面的改革，把它拆分为三个概念：gas、执行点、和存储点。1 gas = 1 wei；一个分配 gas 的事务只意味着它把一些 wei 转化为一种特殊形式，可用于支付各种资源。在它如何在调用和子调用间的传递方式上，这种形式的运作形式与 gas 一样。但是，现在有两种开销是由 AMM 来管理的：执行点的开销和存储点的开销。不同于执行处理一个操作码现在消耗的是 N gas，它消耗的是 N 执行点，意味着对 N * execution_point_cost gas 收费。填充一个存储槽消耗 1 个存储点，因此 storage_point_cost gas 会被收费。

还需注意的是，state expiry 的路线图是包括移除 gas 返还的。这是由于技术原因，存储槽不能“变空”然后可用于返还；它们只能被设为 0，而 0 的记录必须保留在状态里，直到该 epoch 结束且该状态失活。这大大减少了以前存储租金方案尝试的困扰。