多維度費用市場的氣體溢出

感謝Vitalik Buterin的回饋和主要想法。

TL;DR：本文分析了EIP-7999的“通用溢出”，將其作為一種最小方式，以保留CALL周圍的傳統標量保留 gas 模式，同時避免將所有聚合 EVM gas 定價為價格最高的 EVM 資源的主要低效之處。

背景

多維費用市場是首選的最終資源定價機制，它能夠精確控制資源消耗。每種稀缺資源，例如執行、狀態成長、呼叫數據或blob數據，都有其自身的基準費用，交易則根據其在這些資源上的實際消耗量支付費用。這使得市場能夠根據開發者認為安全的基準目標和限制，公平地為資源定價，並允許在這些限制範圍內最大限度地消耗資源。本文討論的實現方案是EIP-7999 ，它基於EIP-7706構建，允許用戶設定單個max_fee ，從而在保持良好經濟效益的同時簡化用戶體驗。

多維費用市場的主要問題在於如何處理 gas 可觀測性（內省）。具體來說，一些合約依賴CALL系列操作碼（以下簡稱CALL ）的 gas 參數，僅轉發呼叫方可用 gas 的一部分，並將剩餘 gas 保留給呼叫合約中待完成的其他操作。由於 gas 參數並非多維的，依賴 gas 內省的開發者將無法精細控制跨資源維度轉送的 gas 量。雖然總體而言，我們應該摒棄 gas 內省，但目前尚不清楚開發者和使用者是否能夠接受這種做法。

因此，EIP-7999 概述了處理帶有 gas 參數的子呼叫的選項。一個基本方法是讓 EVM 重新解釋帶有 gas 參數g_c g c的傳統子調用，方法是轉發調用者在每個資源維度中剩餘預算的一部分。如果呼叫者在維度j j中的剩餘預算為g_j g j ，且剩餘的總 gas 為g_r := \sum_j g_j g r : = ∑ j g j ，且剩餘的總 gas 為g_r := \sum_j g_j g r : = ∑ j g j ，則該呼叫在每個維度 j j 中轉送\lfloor g_j \ cdot \ min ( 1 , g_c / g_r ) g joor dot \ min 。

透過讓使用者提供單一的交易 gas 限額並聚合 EVM gas ，處理過程可以像目前在 EVM 中一樣進行。缺點是，如果聚合的 EVM gas 限額最終沒有被最高價的 EVM 資源消耗掉，使用者就必須指定一個不必要的高max_fee分配值。

令j為具有基本費用b_j和反事實資源限制g_j的非確定性 EVM 資源的索引，令i為具有確定性 gas 使用量g_i和基本費用b_i的資源的索引。定義價格最高的 EVM 資源為b_max := max_j b_j b_max : = max j b_j 。則聚合交易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 ，相對於使用單一 EVM gas 限制g_j g_j ，所需的預執行基本費用覆蓋率增加了：

資金核查中的基本費用部分（包括確定性資源i i ）變為：

緩解這一問題的建議方案包括：

• 當交易後檢查顯示交易的總費用超過其max_fee時，使該區塊無效。
• 賦予The Block生產者在交易執行後進行資金補足的能力和責任。
• 允許交易者根據需要為所有維度設定限制。

最後一個選項是混合 EVM gas 設計。這是 EIP-7999 中提出的最令人滿意的方案。依賴具有 gas 參數的CALL的使用者可以使用聚合 EVM gas，而所有其他使用者可以為每個資源設定單獨的限額。部分使用者只能聚合某些資源。然而，對於那些依賴聚合 EVM gas 的使用者來說，不必要的高max_fee分配仍然存在。

通用溢出

改進「混合EVM gas」方案的一個想法是「通用溢出」。它降低了在涉及帶有gas參數的CALL的常見用例中，必須按最昂貴的EVM資源定價的gas比例。 Vitalik提出的設計如下：

我們有 n+1 個維度的 gas，其中 n+1 是「通用溢出」。所有操作都會嘗試從其預定的 gas 維度中消耗，如果耗盡，則開始從通用溢出中消耗。 GAS 操作碼傳回剩餘​​的通用溢出，而 CALL 操作碼會轉送所有新的 gas 維度，但僅限於指定的通用溢出。

換句話說，傳統的CALL會轉送所有剩餘的常規多維 gas 限制，而標量 gas 參數只控制轉送多少通用溢位。這保留了傳統 gas 可觀測性的關鍵保留 gas 用例：呼叫者仍然可以使用標量 gas 值來預留CALL後的緩衝區，而大部分執行成本則在多維維度上計算。圖 1 顯示了一個子調用，其中通用溢出以綠色顯示，常規 gas 限制以紅色顯示。

通用溢出1920×937 63.4 KB

圖 1.綠色顯示的是通用溢出，它與紅色顯示的常規多維資源限制一起作為附加事務參數指定。傳統的CALL會轉送所有剩餘的常規多維資源限制，而其標量 gas 參數則決定轉送多少共享的通用溢位。一旦資源的常規限制耗盡，事務就會使用其通用溢出。

在這種設計下，執行前的基本費用資金檢查不再要求max_fee覆蓋交易中所有 EVM gas 中最昂貴的資源，而僅涵蓋通用溢出額。在通常情況下，這主要是呼叫者在執行CALL後希望保留的 gas，因此這部分費用可以僅佔分配給交易的總 EVM gas 的一小部分，從而顯著提高經濟效率。由於通用溢出限額o_u可以用於任何 EVM 資源j ，因此執行前的基本費用資金檢查需要：

改進之處在於不再將b_\text{max} b max應用於完整的 EVM gas 限制\sum_j g_j ∑ j g j 。保守的區塊有效性預檢查需要預留容量，以應對o_u o u完全用於任何單一 EVM 資源的可能性（例如，透過在每個 EVM 維度中預留o_u o u 的餘裕）。

還有第二個特性，可能有用也可能沒用：具有多個分支的複雜交易可以依賴通用溢出作為更靈活的 gas 緩衝，但代價是必鬚根據最昂貴的資源預先為該緩衝分配更多資金。

一個限制在於，通用溢位無法保留GAS作為剩餘執行能力的量測。雖然 EVM 會追蹤常規的多維限制，但傳統的GAS操作碼僅報告標量CALL參數可控制的通用溢位。因此，需要了解每個維度中剩餘常規 gas 量的合約可能需要新的多維自省機制，或者需要足夠的通用溢出以確保標量介面的有效性。

溢出向量

理想情況下，也應從執行前資金檢查中移除最壞情況項o_u b_\text{max} o u b max 。因此，通用溢出的一個潛在擴展是使用「溢出向量」 \mathbf{o} o ，其中每個分量對應n個EVM 資源，而不是使用單一通用溢位。一個可能的遺留可觀測性規則是令o_r := \sum_j o_j o r : = ∑ j o j ，並讓GAS操作碼回傳o_r o r 。對於o_r> 0 ，使用gas參數g_c的CALL會轉發每個資源維度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 ，則不會轉發任何向量溢出。與通用溢出不同，此聚合僅是特定資源向量的標量投影，因此可能無法準確指示保留的 gas 混合是否足夠。常規的多維限制會被完整轉送。

圖 2 展示了一個典型的用例：子呼叫在常規的多維限制下執行，而後續的呼叫方處理可以使用保留的溢位向量。

溢出向量1762×1374 84.4 KB

圖 2.黃色為溢出向量，紅色部分為每個常規多維資源限制額外增加一個溢出向量。子呼叫中傳遞的溢出向量量由CALL gas 參數相對於溢出向量總 gas 量的比例決定。一旦資源的常規限制耗盡，事務將使用其關聯的溢出。在本例中，呼叫方保留了完整的溢出向量以供後續使用：子呼叫在傳遞給它的常規多維限制下執行，而後續的呼叫方處理可以使用保留的溢位向量。

如果使用者對交易在每個資源維度上的溢出使用量有可靠的估計，則溢出向量可以避免分配過多的max_fee 。由於每個溢出組件都是單獨指定和定價的，因此預付資金檢查無需對價格最高的資源收取任何溢出預算，除非該預算實際上已分配給該資源：

鑑於其增加的複雜性，目前尚不清楚溢出向量的經濟效率提升是否足以使其優於通用溢出。當使用者僅依賴溢出向量時，合約通常無法在執行時間根據GAS傳回的總 gas 值來確定剩餘的溢出 gas 是否足以滿足預期的執行需求（例如，子呼叫後要執行的操作）。這促使我們提出下文討論的混合方案：如果保留的 gas 的資源組合不確定，使用者可以對不確定的部分使用通用溢出，而對預先已知的資源使用仍然使用溢出向量。

其他變體

天然氣預訂

在CALL呼叫中，轉送與指定 gas 成比例的 gas 限制向量（先前探討過的基準方法）與轉送與指定 gas 成比例的溢位向量之間的差異在於，溢位向量的資源組成可以與呼叫者的常規 gas 限制向量不同。這很有利，因為呼叫合約可能需要為不同的CALL後操作（例如，清理、計費、日誌產生）預留 gas，而這些操作與被呼叫者的操作不同，這意味著資源組合可能不同。溢出向量允許預留與轉送的 gas 不同的資源組合。

一種更具侵入性但可能更簡潔的EVM改進方案是允許合約在運行時明確地預留特定的gas向量。從概念上講，這會將呼叫者的剩餘預算拆分為可用（可轉送）向量和預留（不可轉送）向量，後者保證在CALL執行後仍然保留。這可以透過以下兩種方式實現：(a) 使用一個操作碼將gas從可用向量轉移到預留向量（並可選擇稍後釋放）；(b) 使用一個多維CALL變體，該變體同時接受轉發的gas向量和預留的gas向量。

混合溢出

本文提出的兩種方法也可以結合使用，允許同時存在溢位向量\mathbf{o} o和通用溢位o_u o u 。當某個資源的常規 gas 限制耗盡時，協定首先使用該資源的溢位向量分量o_j o j中剩餘的 gas，然後才使用通用溢位o_u o u中的 gas。相應的基本費用資金檢查如下：

然而，這種混合方案也需要一條相容舊版演算法的可觀測性規則。最直接的規則是， GAS操作碼只回傳o_u o u ，而舊版CALL gas 參數只控制轉送多少通用溢位。因此，溢出向量不會透過舊版 gas 可觀測性暴露出來，並且在舊版CALL下，它會保留在呼叫者手中，供子調用之後的任何處理使用。

結論

通用溢位提供了一種最小化的方法，既能保留CALL的傳統標量保留 gas 模式，又能避免將所有聚合 EVM gas 定價為最高價 EVM 資源所帶來的主要效率低下問題。透過將最高價資金需求限制在顯式提供的通用溢出範圍內，它為合約提供了一個熟悉的保留 gas 緩衝，同時又不會放棄大部分執行過程中的多維定價。溢位向量和混合解決方案或許可以提供一些有用的改進。儘管如此，通用溢出仍然為協調 gas 可觀測性和多維費用市場提供了一個直覺的基準。