解读以太坊黄皮书（三）：Gas与交易手续费背后的经济机制

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解读以太坊黄皮书解读以太坊黄皮书

又是激动人心的一刻，我们再次推出关于以太坊黄皮书的博文了！在这篇文章中，我们会学到更多关于Gas和支付的以太坊相关知识，了解以太坊背后的经济学理论，以及解释为什么手续费在以太坊生态系中如此重要。

读完这篇博文，你就会知道为什么交易成本被称为Gas，明白gasPrice与gasLimit之间的区别，也能了解矿工节点选择待打包交易的策略。

本文是以太坊解析系列的第三篇文章。

介绍

我刚开始学习以太坊时，最先碰到的困惑就和交易手续费有关。我的疑惑是，“如果我可以免费获得与Dapp相同的服务，为什么还要花钱用Dapp？”——很快地，我就意识到自己很傻很天真。

计算是有成本的——我不是指花在购买笔记本和平板电脑上的开销，而是指运行虚拟机、数据存储、信息处理等等服务的成本。今时今日，我们都非常习惯免费的服务，却常常忘了一个关键点：有人在为这些服务买单！你正在免费使用的Gmail或Yahoo邮箱，如果要使整个服务保持正常运行，邮件提供商就要为服务器、数据存储，及基础设施买单。如果你有Facebook或Instagram账号，那你肯定知道，在云端处理、安全存储你所上传的照片都需要成本。所以现在的免费服务和Dapp的付费服务，唯一的区别只是买单的人的不同。

ChatGPT金融业应用首批研究成果可解读美联储声明、预测股价:金色财经报道，Man AHL机器学习在4月发表了两篇新论文——《ChatGPT能否解读美联储表态？》和《ChatGPT可以预测股价走势吗？回报可预测性和大型语言模型》，将这一人工智能聊天机器人应用于市场相关的任务，一项是解读美联储的声明是鹰派还是鸽派，另一项是确定消息面对某只股票而言是利好还是利空。ChatGPT在两项测试中都取得了出色的成绩，暗示该技术在将新闻报道、推文和演讲稿等大量文字转化为交易信号方面，可能迈出了重大一步。（新浪财经）[2023/4/18 14:09:37]

现在，我们将以太坊网络试想成一部巨大的计算机，能够实现运算及读写数据。这与放在你自己家里的计算机不同，这部巨型计算机由所有人所共有，只要有以太坊账户，任何人都能与整个平台进行交互，像是转移以太币、部署智能合约等等。但囿于分布式系统的原生限制，“谁来为这些服务买单”的问题就比较难回答了。

Gas

Gas是以太坊中所有计算量的计价单位，以太坊正是使用Gas来解决“谁为服务买单”的问题。你想要转账给另一个以太坊账户吗？你想要部署智能合约来存储手机通讯录吗？没问题，请先支付Gas。

Gate.io芝麻开门创始人韩林跨海连线顶尖量化团队，深度解读顶级资金安全解决方案:11月7日，Gate.io芝麻开门联合TokenInsight举办的“扬帆三亚，量化未来”为主题的首届海岛穿越赛，顺利闭幕。据官方消息，Gate.io芝麻开门创始人韩林跨海连线，与现场二十余家顶尖量化团队分享了资金安全的顶级解决方案，并深入解读Gate.io在产品规划、技术优势及品牌理念上的独到之处。[2020/11/7 11:56:09]

这很容易让人联想到，汽车和燃油的关系：如果你想从A地开车到B地，一定要耗费部分燃油；同理，如果你想要在以太坊EVM上执行某些运算，也要支付Gas。车想要开得越远，则需要越多燃油；想要在以太坊上进行越多计算，则要支付越多Gas。

我们可以在以太坊黄皮书的附录G，找到每一种EVM运算对应所需要消耗的Gas数量；这些数值看起来很随意，但其实背后是有道理的。一般来讲，这些数值反映了执行运算的成本，和占用的永久存储器资源。如果想要了解更详细的Gas成本计算公式，可以查阅“以太坊1.0Gas成本表”。我不太确定它与最新采用的Gas消耗量是否一致，但至少能让你对操作码的Gas耗用量制定原则更有概念。

声音 | 孙宇晨：陪我APP配合监管机构进行内容整改 不必过度解读:孙宇晨刚刚发微博表示，“陪我APP第一时间配合监管机构进行净网行动，对平台部分由用户自发产生的负能量内容进行整改，一切正常运营，新的实体成立，老的实体解散而已，不影响正常业务进行，完全是基于商业考虑。我们旗下公司繁多，基于商业考虑进行公司新设与注销是正常经营行为，不必过度解读。”[2019/7/24]

从另一个角度来说，以太坊采取使用者付费的模式，能够避免资源的滥用。一旦你必须为每种运算支付费用，你就会尽可能的将代码写得简洁高效；Gas的存在还能阻止攻击者通过无效运算，对以太坊网路进行泛洪攻击。

gasPrice和gasLimit

现在我们明白了Gas，是时候谈谈Gas究竟要如何定价；先让我们回到汽车和燃油的例子。

如果你的车子油箱容量为50升，装满这个油箱你要支付多少钱？这取决于加油站每升的油价对吧？以太坊中Gas的定价也是一样的！如果你要执行的交易需要耗费10Gas，则你要支付的费用取决于每单位Gas的价格。

那我们怎么知道每单位Gas的价格是多少呢？有种误导性的说法是：自己爱定多少就定多少。虽然从技术角度来讲没有错，但要具体知道Gas的定价，我们需要更多知识作为铺垫。

声音 | 李少平解读最高法“五五改革纲要”： 要推动区块链存证等科技创新手段深度运用:据中国之声《央广新闻》消息，《最高人民法院关于深化人民法院司法体制综合配套改革的意见》，即《人民法院第五个五年改革纲要（2019—2023）》今日发布。最高人民法院副院长李少平在对该文件进行解读时表示，“五五改革纲要”在前期工作基础上，提出要构建中国特色社会主义现代化智慧法院应用体系，不断破解改革难题、提升司法效能。其中，要推动语音识别、图文识别、语义识别、智能辅助办案、区块链存证、常见纠纷网上数据一体化处理等科技创新手段深度运用。[2019/2/27]

如果你读过以太坊解析系列的上一篇文章，应该记得以太坊交易结构中，除了其他部分，还包含了?gasPrice?和?gasLimit。

gasPrice?表示交易发送方对每单位?Gas?愿意支付的价格，这意味着交易发送方可以自定义愿意支付的每单位Gas价格。假设一笔交易需要耗费10Gas，而我们愿意支付3Wei/Gas，则发送这笔交易的成本总价就是30Wei。

gasLimit表示交易发送方最多能接受多少Gas被用于执行此交易。因为有时候，你无法确切知道执行一笔交易要耗费多少Gas；又或是你的智能合约中，有永远跳不出的死循环bug，假如没有gasLimit，这会导致发送方的账户余额被误消耗殆尽。gasLimit就是一种安全机制，防止有人因为错误估算或bug而把账户中所有以太币消耗掉。

声音 | 虫洞姜家志：行业对51%攻击过度解读:据核财经报道，在MiiX区块链私享会上，虫洞项目负责人姜家志认为，行业对51%攻击过度解读了，就算是真正有51%攻击，不会对主链发生太大影响。51%攻击能做到是：利用算力优势，撤销已发生的交易；掌握51%以上的算力优势；双重支付、阻止区块确认、阻止有效区块，以及有可能导致熊市和交易所损失。但51%攻击不能做到：修改交易、阻止交易发送、改变数量、生产币、挪用别人的币。[2018/12/2]

另一个有趣的点是，gasLimit可以被视为预付的Gas。当节点在验证交易时，先将gasPrice乘gasLimit算出交易的固定成本。如果交易发送方的账户余额小于交易固定成本，则该交易视为无效。交易执行完之后，剩余的Gas会退回至发送方账户；当然，如果交易执行中Gas耗尽，则不会退回任何东西。这也能解释为什么交易发送方总是将gasLimit设得高于预估的Gas量。

搞清楚这两个参数的意思之后，你可能会想问：“为什么是交易发送方自行决定每单位Gas的价格”。如果你跑去最近的加油站告诉收银员，“每升油我就愿意支付5分钱”；好一点的收银员可能就一笑而过，而理智的收银员可能会报警。所以想要了解设计机制，你需要知道矿工节点的工作以及手续费是什么。

矿工

区块是包含一组交易集合的数据结构，而以太坊中的矿工节点负责创建链上的区块。创建区块的时候，矿工会从交易缓存池中选择交易并开始出块。

我现在不展开以太坊挖矿算法的细节，大家只需要记住挖矿是个昂贵的过程，所以如果挖矿没有回报，那肯定没有矿工愿意干！

在以太坊中，每当矿工成功创建一个区块，就能获得定额的出块奖励及引用叔块的奖励，同时还能获得包含在这个区块中的所有交易的手续费；所以交易中的gasPrice设置得越高，矿工就能得到越多交易手续费。如果你想要知道关于矿工奖励的更多信息，请参考此处。

我们假设一个简单的场景。Bob的账户里有200wei，John的账户里有100wei，他俩都想要发送一笔需要耗用90Gas的交易。

Bob设置gasLimit=100，gasPrice=2；John想将gasLimit设为200，但不幸的是他只有100wei，这样设置会使得交易固定成本高于账户余额；所以John最终设gasLimit=100，gasPrice=1。

当进入选择交易打包进块的环节时，矿工倾向选择手续费更高的交易。在我们的例子中，Bob的gasPrice比John的高两倍；因为两笔交易都需要90Gas，所以矿工选择Bob的交易能获得两倍的手续费奖励。

-矿工会选择gasPrice最高的交易-

由交易发送方付费来奖励矿工的机制，在以太坊中形成一种能自我调节的经济体系。交易发送方千方百计想要降低交易成本，而矿工总是希望收益最大化，两者形成一种平衡。作为交易发送方，如果你把gasPrice设得越高，意味着矿工越有动力打包你的交易，则你的交易能越早被装进区块。

有的矿工甚至会设置自己的gasPrice下限，直接忽略那些gasPrice小于下限的交易。

当发送交易时，我们很难知道当前有效的最小gasPrice是多少。这些工具能够扫描整个以太坊网络，算出当前其他交易的gasPrice均值，帮助发送方选择能被矿工接受的合理gasPrice。

结论

从本文中，我们学到了就像汽车消耗燃油一样，执行以太坊交易需要消耗Gas。希望本文能让大家了解计算需要成本，以及为什么我们需要付费才能获得以太坊的服务。

我们还探讨了gasPrice和gasLimit的重要性；如果智能合约出现bug或估算错误，gasPrice能保护使用者避免平白损失以太币。

再者，我们还研究了交易手续费背后的经济机制，以及矿工如何选择交易以达到收益最大化。现在我们知道如何调整gasPrice，让自己发出的交易更吸引矿工，从而使得交易被更早打包。

下一篇博文我们会讨论交易执行模型，这也是以太坊黄皮书中最复杂的部分所以我可能会将这部分内容拆分成数篇文章。请持续关注！

目前的系列文章大家还喜欢吗？我很期待听到你们的想法。如果你发现文中任何错误或是值得改进的地方，请如往常在评论中告诉我，我总是喜欢收到反馈:)

下期见！

原文链接:?https://www.lucassaldanha.com/ethereum-yellow-paper-walkthrough-3-7-gas-and-payment/作者:?LucasSaldanha翻译&校对:?IANLIU&阿剑

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