多维度费用市场的气体溢出

感谢Vitalik Buterin的回馈和主要想法。

TL;DR：本文分析了EIP-7999的“通用溢出”，将其作为一种最小方式，以保留CALL周围的传统标量保留 gas 模式，同时避免将所有聚合 EVM gas 定价为价格最高的 EVM 资源的主要低效之处。

背景

多维费用市场是首选的最终资源定价机制，它能够精确控制资源消耗。每种稀缺资源，例如执行、状态成长、呼叫数据或blob数据，都有其自身的基准费用，交易则根据其在这些资源上的实际消耗量支付费用。这使得市场能够根据开发者认为安全的基准目标和限制，公平地为资源定价，并允许在这些限制范围内最大限度地消耗资源。本文讨论的实现方案是EIP-7999 ，它基于EIP-7706构建，允许用户设定单个max_fee ，从而在保持良好经济效益的同时简化用户体验。

多维费用市场的主要问题在于如何处理 gas 可观测性（内省）。具体来说，一些合约依赖CALL系列操作码（以下简称CALL ）的 gas 参数，仅转发呼叫方可用 gas 的一部分，并将剩余 gas 保留给呼叫合约中待完成的其他操作。由于 gas 参数并非多维的，依赖 gas 内省的开发者将无法精细控制跨资源维度转送的 gas 量。虽然总体而言，我们应该摒弃 gas 内省，但目前尚不清楚开发者和使用者是否能够接受这种做法。

因此，EIP-7999 概述了处理带有 gas 参数的子呼叫的选项。一个基本方法是让 EVM 重新解释带有 gas 参数g_c g c的传统子调用，方法是转发调用者在每个资源维度中剩余预算的一部分。如果呼叫者在维度j j中的剩余预算为g_j g j ，且剩余的总 gas 为g_r := \sum_j g_j g r : = ∑ j g j ，且剩余的总 gas 为g_r := \sum_j g_j g r : = ∑ j g j ，则该呼叫在每个维度 j j 中转送\lfloor g_j \ cdot \ min ( 1 , g_c / g_r ) g joor dot \ min 。

透过让使用者提供单一的交易 gas 限额并聚合 EVM gas ，处理过程可以像目前在 EVM 中一样进行。缺点是，如果聚合的 EVM gas 限额最终没有被最高价的 EVM 资源消耗掉，使用者就必须指定一个不必要的高max_fee分配值。

令j为具有基本费用b_j和反事实资源限制g_j的非确定性 EVM 资源的索引，令i为具有确定性 gas 使用量g_i和基本费用b_i的资源的索引。定义价格最高的 EVM 资源为b_max := max_j b_j b_max : = max j b_j 。则聚合交易gas限制g_a g_a ，其中g_a = \sum_j g_j + \sum_i g_i g_a = ∑ j g_j + ∑ i g_i ，相对于使用单一 EVM gas 限制g_j g_j ，所需的预执行基本费用覆盖率增加了：

资金核查中的基本费用部分（包括确定性资源i i ）变为：

缓解这一问题的建议方案包括：

• 当交易后检查显示交易的总费用超过其max_fee时，使该区块无效。
• 赋予The Block生产者在交易执行后进行资金补足的能力和责任。
• 允许交易者根据需要为所有维度设定限制。

最后一个选项是混合 EVM gas 设计。这是 EIP-7999 中提出的最令人满意的方案。依赖具有 gas 参数的CALL的使用者可以使用聚合 EVM gas，而所有其他使用者可以为每个资源设定单独的限额。部分使用者只能聚合某些资源。然而，对于那些依赖聚合 EVM gas 的使用者来说，不必要的高max_fee分配仍然存在。

通用溢出

改进「混合EVM gas」方案的一个想法是「通用溢出」。它降低了在涉及带有gas参数的CALL的常见用例中，必须按最昂贵的EVM资源定价的gas比例。 Vitalik提出的设计如下：

我们有 n+1 个维度的 gas，其中 n+1 是「通用溢出」。所有操作都会尝试从其预定的 gas 维度中消耗，如果耗尽，则开始从通用溢出中消耗。 GAS 操作码传回剩余​​的通用溢出，而 CALL 操作码会转送所有新的 gas 维度，但仅限于指定的通用溢出。

换句话说，传统的CALL会转送所有剩余的常规多维 gas 限制，而标量 gas 参数只控制转送多少通用溢位。这保留了传统 gas 可观测性的关键保留 gas 用例：呼叫者仍然可以使用标量 gas 值来预留CALL后的缓冲区，而大部分执行成本则在多维维度上计算。图 1 显示了一个子调用，其中通用溢出以绿色显示，常规 gas 限制以红色显示。

通用溢出1920×937 63.4 KB

图 1.绿色显示的是通用溢出，它与红色显示的常规多维资源限制一起作为附加事务参数指定。传统的CALL会转送所有剩余的常规多维资源限制，而其标量 gas 参数则决定转送多少共享的通用溢位。一旦资源的常规限制耗尽，事务就会使用其通用溢出。

在这种设计下，执行前的基本费用资金检查不再要求max_fee覆盖交易中所有 EVM gas 中最昂贵的资源，而仅涵盖通用溢出额。在通常情况下，这主要是呼叫者在执行CALL后希望保留的 gas，因此这部分费用可以仅占分配给交易的总 EVM gas 的一小部分，从而显著提高经济效率。由于通用溢出限额o_u可以用于任何 EVM 资源j ，因此执行前的基本费用资金检查需要：

改进之处在于不再将b_\text{max} b max应用于完整的 EVM gas 限制\sum_j g_j ∑ j g j 。保守的区块有效性预检查需要预留容量，以应对o_u o u完全用于任何单一 EVM 资源的可能性（例如，透过在每个 EVM 维度中预留o_u o u 的余裕）。

还有第二个特性，可能有用也可能没用：具有多个分支的复杂交易可以依赖通用溢出作为更灵活的 gas 缓冲，但代价是必须根据最昂贵的资源预先为该缓冲分配更多资金。

一个限制在于，通用溢位无法保留GAS作为剩余执行能力的量测。虽然 EVM 会追踪常规的多维限制，但传统的GAS操作码仅报告标量CALL参数可控制的通用溢位。因此，需要了解每个维度中剩余常规 gas 量的合约可能需要新的多维自省机制，或者需要足够的通用溢出以确保标量介面的有效性。

溢出向量

理想情况下，也应从执行前资金检查中移除最坏情况项o_u b_\text{max} o u b max 。因此，通用溢出的一个潜在扩展是使用「溢出向量」 \mathbf{o} o ，其中每个分量对应n个EVM 资源，而不是使用单一通用溢位。一个可能的遗留可观测性规则是令o_r := \sum_j o_j o r : = ∑ j o j ，并让GAS操作码回传o_r o r 。对于o_r> 0 ，使用gas参数g_c的CALL会转发每个资源维度j中溢出的gas 量 \lfloor o_j \cdot \min(1, g_c/o_r)\rfloor ⌊ o j ⋅ min ( 1 , g c / o r ) ；如果o_r = 0 ，则不会转发任何向量溢出。与通用溢出不同，此聚合仅是特定资源向量的标量投影，因此可能无法准确指示保留的 gas 混合是否足够。常规的多维限制会被完整转送。

图 2 展示了一个典型的用例：子呼叫在常规的多维限制下执行，而后续的呼叫方处理可以使用保留的溢位向量。

溢出向量1762×1374 84.4 KB

图 2.黄色为溢出向量，红色部分为每个常规多维资源限制额外增加一个溢出向量。子呼叫中传递的溢出向量量由CALL gas 参数相对于溢出向量总 gas 量的比例决定。一旦资源的常规限制耗尽，事务将使用其关联的溢出。在本例中，呼叫方保留了完整的溢出向量以供后续使用：子呼叫在传递给它的常规多维限制下执行，而后续的呼叫方处理可以使用保留的溢位向量。

如果使用者对交易在每个资源维度上的溢出使用量有可靠的估计，则溢出向量可以避免分配过多的max_fee 。由于每个溢出组件都是单独指定和定价的，因此预付资金检查无需对价格最高的资源收取任何溢出预算，除非该预算实际上已分配给该资源：

鉴于其增加的复杂性，目前尚不清楚溢出向量的经济效率提升是否足以使其优于通用溢出。当使用者仅依赖溢出向量时，合约通常无法在执行时间根据GAS传回的总 gas 值来确定剩余的溢出 gas 是否足以满足预期的执行需求（例如，子呼叫后要执行的操作）。这促使我们提出下文讨论的混合方案：如果保留的 gas 的资源组合不确定，使用者可以对不确定的部分使用通用溢出，而对预先已知的资源使用仍然使用溢出向量。

其他变体

天然气预订

在CALL呼叫中，转送与指定 gas 成比例的 gas 限制向量（先前探讨过的基准方法）与转送与指定 gas 成比例的溢位向量之间的差异在于，溢位向量的资源组成可以与呼叫者的常规 gas 限制向量不同。这很有利，因为呼叫合约可能需要为不同的CALL后操作（例如，清理、计费、日志产生）预留 gas，而这些操作与被呼叫者的操作不同，这意味著资源组合可能不同。溢出向量允许预留与转送的 gas 不同的资源组合。

一种更具侵入性但可能更简洁的EVM改进方案是允许合约在运行时明确地预留特定的gas向量。从概念上讲，这会将呼叫者的剩余预算拆分为可用（可转送）向量和预留（不可转送）向量，后者保证在CALL执行后仍然保留。这可以透过以下两种方式实现：(a) 使用一个操作码将gas从可用向量转移到预留向量（并可选择稍后释放）；(b) 使用一个多维CALL变体，该变体同时接受转发的gas向量和预留的gas向量。

混合溢出

本文提出的两种方法也可以结合使用，允许同时存在溢位向量\mathbf{o} o和通用溢位o_u o u 。当某个资源的常规 gas 限制耗尽时，协定首先使用该资源的溢位向量分量o_j o j中剩余的 gas，然后才使用通用溢位o_u o u中的 gas。相应的基本费用资金检查如下：

然而，这种混合方案也需要一条相容旧版演算法的可观测性规则。最直接的规则是， GAS操作码只回传o_u o u ，而旧版CALL gas 参数只控制转送多少通用溢位。因此，溢出向量不会透过旧版 gas 可观测性暴露出来，并且在旧版CALL下，它会保留在呼叫者手中，供子调用之后的任何处理使用。

结论

通用溢位提供了一种最小化的方法，既能保留CALL的传统标量保留 gas 模式，又能避免将所有聚合 EVM gas 定价为最高价 EVM 资源所带来的主要效率低下问题。透过将最高价资金需求限制在显式提供的通用溢出范围内，它为合约提供了一个熟悉的保留 gas 缓冲，同时又不会放弃大部分执行过程中的多维定价。溢位向量和混合解决方案或许可以提供一些有用的改进。尽管如此，通用溢出仍然为协调 gas 可观测性和多维费用市场提供了一个直觉的基准。