什么是气体？为什么现在以太坊手续费这么高？

什么是气体？

gas 是用于衡量在以太坊区块链上执行特定操作所需的计算量的单位。

这个名字本身不是偶然选择的。气体实际上类似于汽油。后者作为汽车的能源，保证汽车能够正常行驶。以太坊网络上的 Gas 为交易行为“加油”，并允许用户执行不同的操作。

以太坊区块链上的每个操作，或者更准确地说以太坊虚拟机 (EVM) 上的每个操作，都有相应的 gas 成本。例如：添加两个数字需要 3 个 gas；获得账户余额需要 400 gas；发送一笔交易需要 21,000 gas。

智能合约通常包含多个操作，这些操作加起来可能会花费数十万 gas。

有趣的是，gas 价格本身并不能告诉我们需要在交易中支付多少。要计算交易费用，我们必须将 gas 价格乘以 gas 价格。

gas的价格单位是gwei，gwei的单位比ether小。 1 gwei 等于 0.000000001 ETH。我们可以把它们之间的关系想象成美分和美元。

例如，假设我们想要发送一个简单的以太坊交易，如果 ETH 的价格是 1800 美元。大多数流行的以太坊钱包（如 Metamask）估计必要的 gas 价格以太坊现在多少钱，并允许我们在快速、中等和慢速交易确认速度之间进行选择。假设如果我们想在一分钟内确认我们的交易，钱包估计 gas 价格将设置为 100gwei。

我们现在可以快速计算出我们将为这样的交易支付 3.78 美元。我们将发送交易的 gas 成本（2.10,000 gas）乘以 gas 价格（100gwei），即 2,100,000 gwei，即 0.0021 ETH。以 1800 美元的 ETH 价格计算，交易费用为 3.78 美元。

ETH的价格和gas有什么关系

值得一提的是，gas只是一个抽象单位，只存在于以太坊虚拟机中，而用户实际上总是为以太坊网络中的交易付费。

使用单独的单位来衡量计算工作的主要原因是将其与 ETH 的价格脱钩。

这意味着 ETH 价格的上涨不会改变交易成本。如果网络活动保持不变，并且随着 ETH 价格上涨，我们应该会看到 gas 价格下跌，因此以 ETH 衡量的最终交易成本应该保持不变（美元价值）。

但 ETH 的价格上涨通常与以太坊网络上的活动增加有关，这会增加交易成本。

现在，让我们看看网络活动的增加是如何导致更高的交易成本的。

首先，所有交易都发送到以太坊的内存池。所有未处理的交易都在等待矿工拿走它们并将它们打包到以太坊网络上的下一个区块中。

矿工被激励首先选择gas价格最高的交易，因为他们通常会在固定的工作时间内选择价格较高的交易。

以太坊的协议还限制了矿工可以在一个区块中包含多少交易。这是由每个区块的最大气体限制决定的。在撰写本文时，此限制设置为 12.5M 气体。

作为一个简单的例子，我们假设内存池中只有简单的 ETH 交易，每笔交易花费 21,000 gas。一个矿工可以打包 595 笔这样的交易。假设内存池中有 1000 笔待处理的交易，矿工将通过按 gas 价格对所有待处理的交易进行排序并选择 595 笔支付更高的交易来打包。

当前的费用模型基于简单的拍卖机制，希望矿工处理其交易的用户必须首先以比其他人更高的费用获得区块中的位置。这反过来又推高了 gas 成本，尤其是当许多用户有紧急交易需要确认时。

为什么我们需要汽油

为了更好地解释气体，我们需要先了解气体为什么存在。以太坊虚拟机是允许执行任意代码的图灵完备机器。虽然这是使以太坊如此强大的主要因素之一，但它也更容易受到停机问题的影响。停止问题涉及从任意计算机程序的代码和输入中确定程序是结束还是继续永远运行。

没有gas，用户可以执行一个永不停止的程序，无论是因为代码中的错误还是因为有人在做坏事。为了防止这种情况，以太坊引入了与每个操作相关的 gas 成本，这将阻止程序永远运行并最终使整个网络陷入停顿。

除了 gas 价格之外，每笔交易还有一个 gas 限制，该限制必须等于或高于成功执行特定交易所需的预期 gas 量。

在执行交易中的每个操作之前，以太坊虚拟机会检查是否有足够的空间用于该操作。如果剩余的gas不够用，就用“out of gas”来恢复整个交易，所有状态都回滚。即使交易失败以太坊现在多少钱，用户仍然会为矿工所做的工作量支付交易费用。这也是为了防止人们对网络发起恶意攻击。

如果交易消耗的gas比最初预期的少，剩余的gas将转换为ETH并返回给发送者。

同样重要的是，以太坊上的所有操作都有正确的 gas 成本；否则，它可能是另一个攻击目标。其中一次攻击发生在 2016 年，导致以太坊网络发生硬分叉，最终为某些简单操作重新定价系统。

现在，既然我们对 gas 有了更多的了解，让我们来看看最近交易费用是如何上涨的，以及现在和将来可以降低交易成本的一些解决方案。

以太坊的高额费用

随着去中心化交易所（DEX）交易量创历史新高，锁定在 DeFi 借贷平台的总价值越来越高，许多 Yield Farming 项目创造了很多机会，NFT（非同质代币）越来越多，并且以太坊网络非常繁忙。

这导致对区块空间的需求极高，进而推高交易成本。

为 ERC20 转账支付 10 美元以上或为 Uniswap 交易支付 50-100 美元已变得司空见惯。当然，过度收费并不是一件好事，因为它让小玩家很难参与到以太坊生态中。

幸运的是，已有多种解决方案可用，或者正在积极研究中。让我们来看看一些最重要的解决方案。

二层扩展方案和Eth2

第 2 层扩容方案是通过处理链下交易来帮助增加以太坊主链（第 1 层）容量的解决方案的术语。第二层解决方案除了提高交易速度和交易吞吐量外，还可以大大降低交易费用。

Loopring 就是一个很好的例子，它是一个建立在第二层网络上的去中心化交易所。近期平台锁定总价值达到2亿美元，日交易量超过1000万美元。

另一个项目Matic最近更名为Polygon，在Plasma+PoS链上的锁仓量也超过了2000万美元。

一种更通用的解决方案，即基于乐观汇总的 Optimism，也即将推出。它的推出意义重大，因为它将允许 DeFi 智能合约在第 2 层网络上进行交互，其方式类似于它们在主网上的交互方式。

进一步提高第 2 层解决方案采用率的一种方法是直接参与现有的第 2 层网络项目。这可以进一步降低交易成本，因为用户可以直接将他们的 ETH 从交易所转移到路印协议等第二层解决方案。