区块链技术原理(13)-以太坊燃料费Gas

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

---

前言

Gas 对以太坊网络至关重要。 正是这种燃料使它能够运行，正如车辆需要汽油一样。

---

什么是Gas？

在以太坊中，Gas（燃料） 是衡量网络执行操作所需计算资源的单位，类似于汽车的燃油。它不仅是支付验证者（矿工）的报酬，更是维持网络安全、防止滥用的核心机制。以下从技术原理、费用模型、优化策略和未来趋。

燃料是指在以太坊网络上执行特定操作所需的计算工作量。

由于每笔以太坊交易都需要使用计算资源来执行，因此必须为这些资源付费，以确保以太坊不容易受到垃圾信息的攻击，并且不会陷入无限的计算循环。 计算费用以燃料费的形式支付。

燃料费是用于执行某些操作的燃料数量，乘以每单位燃料的成本。 无论交易成功与否，都要支付燃料费。

燃料费必须用以太坊的本币支付，即以太币 (ETH)。 燃料通常以 gwei 计价，gwei 是以太币的一种计量单位。 一个 gwei 等于一个以太币的十亿分之一（0.000000001 个以太币，或 10-9 个以太币）。

比如，你可以说你的燃料费是 1 gwei，而不说 0.000000001 个以太币。

“Gwei” 是 “giga-wei” 的缩写，意思是 “十亿个 wei”。 一个 gwei 等于十亿个 wei。 Wei 本身（以 b-money的发明者 Wei Dai的名字命名）是以太币的最小单位。

为什么需要 Gas？

• 资源定价：以太坊作为 “世界计算机”，需为每笔操作（如转账、合约调用）消耗的 CPU、内存、存储等资源定价，防止恶意用户通过无限循环或垃圾交易瘫痪网络。
• 经济激励：验证者（质押 32 ETH 的节点）通过打包交易获得 Gas 费奖励，确保其持续维护网络安全。
• 状态一致性：通过 Gas 限制（Gas Limit）控制单笔交易的最大计算量，避免因逻辑错误导致区块处理超时。

什么是燃料限额（Gas Limit）？

燃料限额是指你愿意在交易中消耗的最大燃料数量。 涉及智能合约的更复杂交易需要进行更多的计算工作，因此相比简单的支付，它们需要更高的燃料限额。 标准以太币转账要求燃料限额为 21,000 单位燃料。

例如，如果你对简单的以太币转账设置 50,000 单位燃料限额，以太坊虚拟机将消耗 21,000 单位，你将收到剩余的 29,000 单位。 然而，如果你设置的燃料太少，比如说，对于简单的以太币转账，设置燃料限额为 20,000 单位，以太坊虚拟机将消耗 20,000 单位燃料并尝试执行交易，但最后不会完成。 然后，以太坊虚拟机回滚所有变化，但由于验证者已经完成了价值 20k 单位燃料的工作，这些燃料就被消耗了，不会退回。

如何估算复杂合约调用的 Gas Limit？

• 使用 Hardhat 等开发工具在本地模拟执行，获取精确的 Gas 用量。
• 在主网交易时，将估算值上浮 20% 作为安全边际（如预估 100 万 Gas 则设为 120 万）。

为什么燃料费会变得如此高？

燃料费高是由于以太坊广受欢迎。 如果需求量太大，用户必须提供更高的小费，力争使出价高于其他用户的交易。 小费越高，交易进入下一个区块的可能性就越大。 此外，更复杂的智能合约应用可能会执行许多操作来支持其功能，使它们消耗大量的燃料。

如何计算燃料费？

• Gas Price：用户愿为每单位 Gas 支付的 ETH 数量（单位：Gwei，1 Gwei = 10⁻⁹ ETH）。它分为两部分：
  • 基础费（Base Fee）：由协议动态调整，反映网络拥堵程度（如区块利用率超 50% 时自动上涨），且100% 被销毁以调节通胀；
  • 优先费（Priority Fee）：用户额外支付的小费，激励验证者优先打包交易。
• 总费用公式：
  总费用=Gas用量×(基础费+优先费)

例如，假设 Jordan 要向 Taylor 支付 1 个以太币。 一笔以太币转账需要 21,000 单位的燃料，基础费是50 gwei。 Jordan 支付了 2 gwei 作为小费。总费用为 21,000 × 52 = 1,092,000 Gwei = 0.001092 ETH。

EIP-1559 前的拍卖机制（2021 年 8 月前）

• 无序竞价：用户直接指定 Gas Price，验证者优先打包出价高的交易。
  痛点：
• 费用波动剧烈（拥堵时 Gas Price 可达 1000+ Gwei，约 100 美元 / 笔）；
• 用户需盲目猜测合理价格，易超额支付。

EIP-1559 后的双层结构（伦敦升级后）

• 基础费动态调整：
  • 每区块基础费根据前一区块的 Gas 利用率自动增减（±12.5%/ 区块），公式为：

 下一区块基础费=当前基础费×(1+（实际用量-目标用量​）/目标用量×8)

（目标用量为 1500 万 Gas / 区块，弹性上限 3000 万）。

基础费销毁机制减少 ETH 流通量，形成通缩效应（如 2023 年销毁超 400 万 ETH）。

• 优先费市场化：用户通过调整优先费控制交易速度（如 DeFi 套利需支付高优先费抢占区块空间）。
• 费用可预测性提升：用户只需关注基础费（公开透明）和优先费（自主选择），避免传统模型的竞价博弈。