以太坊价格突破历史新高后，短暂的兴奋并未能持续多久，更多人开始意识到以太坊的使用成本越来越高。而在 ETH 2.0 分片实施之前，许多人开始寻求能改善当前网络拥堵和高昂手续费的解决方案。
本文从每一笔交易成本是如何计算开始入手，分析了 Gas 代币、EIP-1559 提案和 Layer 2 扩容等主流解决方案是如何给以太坊生态创造更好的交易体验。
作者 /Loners Liu
01
Gas 费的计算
在以太坊网络中，无论是转账交易还是执行智能合约都需要消耗整个网络的计算或者储存资源，这些资源的消耗数量称为 Gas （燃料）。对于每一次链上的交易手续费取决于 Gas Used 和 Gas Price 的乘积，并最终以 ETH 结算支付给以太坊矿工。
其中 ，Gas Used 是指执行操作实际消耗的 Gas 总量，取决于本次交易的复杂程度，如果涉及到调用智能合约或者聚合器这种包含更复杂交易逻辑的交易则所需要的 Gas 总量会更多，例如 ETH 转账交易的 Gas Used 固定值为 21000，Uniswap 等 DeFi 应用的值大多在 100000 以上。
Gas Price 是指用户愿意为消耗每个 Gas 支付的价格，单位为 Gwei （1 ETH = 10^9 Gwei），还取决于网络拥堵情况，在网络拥堵的情况下可高达 1000Gwei，而在交易比较少的时间，最低可低至 1Gwei。
以太坊目前每秒可以处理的交易数可以按以下公式计算：每秒可处理交易 =Gas Used* 平均区块间隔时间
以平均区块间隔 13.2 秒、ETH 价格 1200 美元、Gas Price 100Gwei 为例，可以估算出多种以太坊交易类型在快速成交情况下所需的交易成本：
随着 ETH 连续上涨，用户支付实际手续费也在持续上涨
一般情况下，矿工会优先打包 Gas 价格高的交易，因为这会让他们的收益最大化，最终引发针对 Gas 的最高价格拍卖。从用户体验来看，这样的拍卖机制会出现短时间内为了争夺资源，而大幅提升拍卖价格出现超额支付的现象。这背后其实反映了这套拍卖机制效率低下的问题， 同时也会造成一些不必要的延迟。
因此，Layer2、Gas 代币、EIP-1559 等方案成为目前解决以太坊交易手续费过高问题的三个主要选择。
02
Gas 代币的方案
在以太坊智能合约中，Gas 费用的消耗是根据该合约在链上存储数据的情况决定。Gas 代币的做法是，将 Gas 费通证化为一个 ERC20 Token，允许用户直接买卖，或者作为将来使用 gas 的预付费。用户在 Gas 价格便宜时用户可适当购买、储存，然后在 gas 价格高涨时可以使用。
具体而言，在 Gas 价格较低时，Gas 代币鼓励用户到合约中创建或铸造代币 GST1/GST2，此时 Gas 代币将用用户提供的资金以较低的费用存储数据 / 创建合约。待 Gas 价格暴涨时，用户可以使用或消耗 GST1/GST2，Gas 代币便通过删除数据或合约的方式，获得网络奖励，或者称 gas 退款，由此实现以较低的价格消耗 Gas。
2020 年 6 月，聚合交易平台 1inch 就发布了进一步优化的以太坊 Gas 费代币 Chi，该平台用户可以在交易中使用其支付，「在同一笔交易中，烧掉 Chi 代币将使手续费成本降低近一半。」1inch 官方表示。
1inch 官方博客的说明__
另外，uLABS 的合成型 gas 期货代币（uGAS）采取的方案是允许 gas 的 「用户」和「提供者」锁定其成本或收益。uGAS 代币既能让用户对冲风险，又能充当 gas 价格的投机工具。不过对此，Grouk 的联合创始人王渊命表示 u gas 纯粹是预测市场，赌 gas price。
「我们预计 DeFi 团队将开始积累 gas 代币，并在市场剧烈波动期间需要使用内置的清算自动程序时，在其协议中使用它们。」Multicoin Capital 则在一份研究中指出。
03
Layer2 方案
从前面的表格中可以看出，复杂的合约交互的不仅要支付数十美金的交易，还需要消耗大量的 Gas used，当以太坊收到越来越多来自 DeFi 等应用的复杂交易时，每秒可处理的交易数将快速下降，因此对于链上扩容方案的需求随着 DeFi 生态的繁荣开始与日俱增。在以太坊 2.0 到来之前，用户急需一个能够解决高额交易成本以及体验成本的产品。
正因如此，以太坊 Layer 2 赛道变得引人注目，在传统 Layer1 上在跟以太坊主链进行交互的时候，这个过程需要消耗 gas 费，而在二层网络进行交易或转账，实际上是没有跟以太坊主网交互的动作，也就没有 gas 费等等一系列的交易成本，进而解决了高额交易成本的痛点。
这种操作最终是由一个验证者将用户数据操作统一拿到以太坊主链进行验证，验证者可以不用管用户在二层网络的所有操作，只需要把用户最终的结果取跟以太坊主链进行验证，其优势在于可以大幅提升用户交易体验，同时节省很多费用。
目前，Layer2 解决方案主要包含状态通道、侧链、Roullp。以太坊也已经确认了以 Rollup 为中心的 2.0 路线图，可以说 Rollup 已经成为了 layer2 扩容的主流技术。
与此同时，Uniswap、Aave、Synthetix 等 DeFi 头部玩家们不约而同开始探索 Layer 2 + DeFi 的可行性。在最近 Sushiswap 发布 2021 年路线图上，官方表示 ZK rollups 为 Layer2 的优先选项。Synthetic 则使用了 Optimistic 方案，开启 SNX 在 Layer2 上的质押，目前质押量达到了 275 万枚 SNX 折合 3500 万美元。
不过由于 DeFi 项目可组合性的原因，项目方在选择扩容方案时，正确的设计方案和权衡取舍还不是唯一的考虑，还必须考虑到其他项目的可能选择，并对此进行优化。
对于 DeFi 项目应该如何考虑时候适合自己的 Layer2 解决方案，Nervos 联合创始人吕国宁向链捕手表示，不同特性和业务的项目对于 Layer2 也会有不同的需求，目前 DeFi 项目选择原则上来说大致会有几个考量， 包括对于安全性的考量、对于性能提升的急迫程度、对于迁移成本的考量、以及需不需要重新编写业务代码。
是否迁移至 Layer2 时，另一个重点考量必定是用户不能流失。「这也是为什么目前可能已经有许多的公链性能优于以太坊，但是以太坊仍然拥有巨大的生态优势的原因，因此，如果迁移到 Layer2 之后，用户的使用习惯必须改变，那么势必是 Dapp 运营商不愿意看见的。」吕国宁说。
综合来看，在 Oprimistic Rollup 思路下项目方可以直接迁移，因为可以兼容以太坊 EVM；在 ZK rollups 思路下，项目方需要重新开发，迁移难度大，支持操作有限，但是性能足够好，可以构建真正的壁垒。
04
EIP-1559 提案
如果说 Layer2 可以看成是在以太坊外的一层协议，用户所有的操作实际是在二层里面进行存储或者打包，那么以太坊的 EIP-1559 提案是通过调节 Layer1 区块的使用率来给用户更加确定的 gas price 和更有弹性的 gas limit。
自去年 12 月 21 号，以太坊基金会开发人员 Eric 宣布 EIP-1559 提案即将实施以来，关于该提案的讨论迅速引爆热点。它有两个主要目标，第一个是使以太坊费用市场更有效率，第二个是改善发送交易时的用户体验。
这个提案有三个特点 ，第一是 Gas Price 的设置放到协议内，避免大幅波动：第二是对于整个区块的 Gas Limit 会比之前容纳更多的交易：第三是整个交易费用中大部分 base fee 会被销毁，只留给矿工一部分小费。
原来的 gas price 是钱包根据过去区块的使用量作为估算的（当然用户也可以手动调节），而在 EIP-1559 这个提案内，它的组成会有两部分，即 base fee 和 gas premium，其中 gas premium 可以看作给矿工或者验证者的小费 tip。
根据加密视界对 EIP-1559 提案的解读，在这个新的提案中，一个区块发生的所有交易会包含两个变量，一个是 gas target （目标 gas 用量）和 base fee，原来的 gas limit （原来固定 12500000）变为 gas target 的两倍。
假设某个区块内所有的 gas used 小于 gas target，即目前的 gas 使用量没有达到 gas target。那么协议就会认为目前 base fee 太高了，导致大家不愿意交易，会在下一个区块中减少 base fee，鼓励更多人进行交易，抬高区块中的 gas 使用量，使整个区块的 gas used 接近目标用量。
那么反之如果某个区块的所有 gas used 之和超过 gas target，也满足小于两倍 gas target 即小于 gas limit，即在当前的 base fee 情况下，超过了目标 gas 用量，这样就会使协议调整增加 base fee，提高交易成本。
可以发现，该方案通过引入了 gas target 提高了原始的区块上限，在原来 1250000 gas limit 的基础上提升了可以打包交易的数量。同时，该方案还规定了间隔两个区块的 base fee 变动不能超过 1/8，所以，即使网络突然交易量上升，也不会突然导致 base fee 飙升。
当然，这个方案如果实施，矿工的交易奖励将只有 gas premium，因为所有的 base fee 会在支付后销毁，作为矿工或者验证者的利益其实是大大受损。
这也直接导致近期 Flexpool 矿池发布公告，正式宣布反对 EIP-1559 的升级，并组织以太坊矿工对 EIP-1559 升级进行意见投票。该公告声称，EIP-1559 的升级并不能给矿工带来什么好处，而是变相对以太坊矿工的一种剥削，一旦 EIP-1559 升级，以太坊矿工将成为奴隶，而最终获利者是以太坊开发者。
而支持者的角度在于，一个生态的优化升级最终要看是不是对用户有利，EIP-1559 有利于降低手续费，提供更好的用户体验，从而吸引更多人群进入以太坊生态，同时手续费销毁有助于以太坊进入通缩时代。
参考资料：
《_全方位了解以太坊 Gas 六大神器》_
《_D1 Ventures：简析以太坊 Layer 2 方案与 DeFi 扩容选择》_
《_Layer2：二层协议和零知识证明-拿什么拯救你我的 gas 费？》_
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