以太坊的架构自2015年实现以来，不断从简单的状态计算机演变为复杂的多层去中心化计算网络。这一操作的核心是“Gas”的概念——一种独特的资源定价机制，充当网络的经济心跳。 Tan Phat Digital 专家表示，这份报告将深入分析 Gas 费系统的技术、经济和历史方面，并解码构成以太坊金融语言的量化单位。
Gas 的技术性质和经济意义
在传统计算环境中，处理操作的成本往往对最终用户隐藏，由提供商服务补贴或受个人硬件能力的限制。然而，在像以太坊这样的去中心化网络中，数千个独立节点必须共同执行和验证每个源代码，计算资源成为稀缺且有价值的商品。 Gas 不是加密货币，而是在以太坊虚拟机 (EVM) 上执行特定操作所需的计算量的计量单位。
Gas 的存在解决了区块链设计中的两个基本挑战：停机问题和资源稀缺。由于 EVM 是一个图灵完备的系统，因此它能够执行无限循环。如果没有与每一步计算相关的费用机制，一个错误或恶意的智能合约可能会永久瘫痪整个网络。通过为每个命令（操作码）分配 Gas 价格，以太坊确保每个程序都有财务限制，迫使它们在 Gas 供应耗尽时结束。
从经济上讲，Gas 充当访问以太坊区块空间的“收费”机制。这笔费用有三个战略目的：补偿验证者为维护网络安全而消耗的电力和硬件资源；通过阻止交易垃圾邮件来防止拒绝服务 (DoS) 攻击；并鼓励开发人员优化源代码以更有效地利用资源。 2022 年合并之后，Gas 费将分配给验证者，作为验证交易和维护区块链共识的奖励。
量化单位系统：传统和精确计算
网络的原生货币以太币 (ETH) 可整除到小数点后 18 位，可实现极高的精确度交易。这个单位系统不仅服务于技术目的，而且还是一部纪念计算机科学和密码学先驱的编年史。
Wei 和 Gwei：每笔交易的基础
以太坊生态系统中最小的单位是 Wei，以 Wei Dai 命名，他是一位因提出“b-money”（比特币的思想先驱）而闻名的计算机科学家。在 Solidity 编程环境中，所有值计算均以 Wei 整数执行，以避免与浮点数相关的严重舍入错误。 Wei的重要性在于它的原子性；它是 EVM 中无法进一步细分的最终价值“原子”。
Gwei 或 Giga-wei（$10^9$ Wei）是最终用户最重要的单位，因为它是引用 Gas 费用的标准语言。 Gwei 也被称为“香农”，以纪念信息论之父克劳德·香农。使用 Gwei 有助于将 ETH 的微小十进制数字转换为人类更容易理解的整数。
数量单位和符号含义列表
以下是来自 Tan Phat Digital 的单位汇编：
Wei（Wei）： 值 1 Wei ($10^{-18}$以太坊）。向 b-money 的创造者 Wei Dai 致敬。
Kwei (Babbage)： 价值 10^3$ Wei ($10^{-15}$ ETH)。纪念机械计算器之父查尔斯·巴贝奇。
Mwei (Lovelace)：价值 10^6$ Wei ($10^{-12}$ ETH)。向第一位程序员 Ada Lovelace 致敬。
Gwei (Shannon)：价值 $10^9$ Wei ($10^{-9}$ ETH)。纪念信息论之父克劳德·香农。
Twei (Szabo)：价值 10^{12}$ Wei ($10^{-6}$ ETH)。向智能合约的支持者 Nick Szabo 致敬。
Pwei (Finney)： 价值 $10^{15}$ Wei ($10^{-3}$ ETH)。向第一笔比特币交易的接收者 Hal Finney 致敬。
以太币 (ETH)： 价值 10 美元^{18}$ Wei (1 ETH)。网络的主要单位。
这种去中心化体现了以太坊社区对底层科学理论的尊重。 Nick Szabo 早在 20 世纪 90 年代就为智能合约的概念奠定了基础。 Hal Finney 不仅是一位杰出的密码学家，也是第一个相信去中心化加密货币可行性的人。
费用市场的演变：从传统到 EIP-1559
以太坊历史上最重要的变化之一是通过提议的改进 EIP-1559 重组 Gas 定价机制，该改进于 2021 年 8 月在伦敦升级中实施。在此里程碑之前，以太坊在第一价格拍卖模式下运营，其中用户通过设定最高的Gas价格来竞争以吸引矿工。
旧模式暴露出严重缺陷：费用预测效率低下，导致用户经常多付费用或因定价过低而导致交易卡住。 EIP-1559用动态费用机制取代了该系统，将交易费用分为基本费用和优先费用。
基本费用操作
基本费用是交易包含在区块中所需的最低费用。不同之处在于，基本费用是根据网络的实际需求通过算法确定的，区块占用率目标为50%。
如果区块超过50%填充：基本费用最多增加12.5%。
如果区块少于50%填充：基本费用最多减少12.5%。 12.5%。
如果区块恰好填充了50%：基本费用保持不变。
最重要的后果是基本费用将被完全“烧毁”，从而对以太币造成通缩压力。这使得以太币成为许多投资者眼中的“超声波货币”资产。
优先权费用和交易优先权
优先权费用或“小费”直接支付给验证者，以鼓励他们更快地处理交易。当根据 EIP-1559 标准发送交易时，用户定义每 Gas 的额外最大费用。协议将根据以下公式计算实际费用：$\min(\text{Max Fee}, \text{Base Fee} + \text{Priority Fee})$。余额将退还给用户。
技术结构分析：Gas Limit 和 Gasused
了解 Gas Limit 和 Gasused 之间的区别是管理交易风险的关键。
以太币（ETH）转账：标准 21,000 美元 Gas 配额。这是签名验证和余额更新的基本成本。
ERC-20 代币转移：估计约为 50,000 美元 - 65,000 美元天然气。包括状态读取、余额减法/加法以及事件广播。
Uniswap V3 上的交换： $150,000 - 200,000 $ Gas 配额。需要复杂的数学计算和从多个池中检索流动性。
Mint NFT： 100,000 美元 - 500,000 美元的天然气配额。创建新 ID、在链上存储元数据并更新所有权。
DeFi 交互复杂性：上限为 500,000 美元或以上。包括跨协议借贷、借贷、抵押等诸多步骤。
根据Tan Phat Digital的实施经验，如果交易在完成之前消耗完所有允许的Gas量，则会失败并出现“Out of Gas”错误。在这种情况下，用户仍然会损失费用，因为验证器已经完成了到该断点的计算工作。
EIP-4844 和 Layer 2 革命的影响
Dencun 升级与提议的 EIP-4844 引入了专门针对 Layer 2 的“Blob”（二进制大对象）概念，创建了一个独立于 Layer 2 操作 1 的多边费用市场。
Dencun 升级后的费用下降令人印象深刻：
Base 网络的交易费用从 0.30 美元左右下降到不到 0.001 美元。
Arbitrum 和 Optimism 网络的费用降低高达95-99%。
第 1 层的平均 Gas 费用下降了 50% 以上，“廉价费用”天数猛增。
账户抽象：迈向无 Gas 体验
通过 ERC-4337 进行的账户抽象正在将用户账户转变为智能合约。 Paymaster 概念允许：
无 Gas 交易：应用程序代表用户支付费用。
使用任何代币支付费用：用户可以使用 USDC 或 USDT 而不是 ETH 支付费用。
批量批准：将多个操作合并到单个签名交易中
与其他区块链的比较
以下是以太坊与其竞争对手之间的比较列表：
以太坊（第 1 层）： EIP-1559（基础 + 小费）费用模型，通货紧缩（费用燃烧）货币机制，15 - 45 美元 TPS 吞吐量，平均费用范围从 0.44 美元起- 15.00$ USD，模块化架构。
比特币：首价拍卖模型，递减通胀货币机制，吞吐量约为 7$ TPS，平均费用为 1.00 - 5.00$ USD，整体架构。
Solana：固定费用模型与优先级相结合，机制固定通胀货币，吞吐量极高$3,000 - 65,000$ TPS，极低的平均费用低于 $0.001$ USD，并行处理整体架构。
BNB 链：首次价格拍卖模型，定期费用燃烧机制，吞吐量 $100 - 300$ TPS，平均费用从 $0.05 - $0.20 USD，整体架构。
UTC。使用第 2 层：始终优先考虑在 Arbitrum、Optimism 或 Base 等网络上执行交易，而不是在主网上。
优化 Solidity 源代码：尽可能使用内存而不是存储，应用变量打包技术。
使用映射而不是数组：有助于减少计算量数据查找操作的复杂度从 O(n) 降至 O(1)。
以太坊的 Gas 费用系统通过历史升级展现了强大的自我调节能力。帐户抽象和第 2 层解决方案的发展正在逐渐将 Gas 转变为“幕后”元素，为更用户友好的 Web3 应用程序一代铺平道路。 Tan Phat Digital相信了解Gas的本质将成为这个生态系统中用户无限创新的正确燃料。
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