淺談以太坊 Gas 限制之爭：增加上限對區塊、驗證器及 MEV 收益有哪些利與弊？

作者：Seongwan Park

編譯：Glendon，Techub News

以太坊社區近期聚焦於一個熱門議題：增加 Gas 上限。提高 Gas 上限的想法似乎很合理，因為它符合用戶對更高交易吞吐量的需求，也反映了網絡容量隨時間推移的自然增長趨勢。對此，許多研究人員和社區成員表示強烈支持，他們認為以太坊已經為這一變化做好了充分的準備，並視其為直接增強以太坊可擴展性的適時之舉。

該提案在社區內也引發了廣泛關注，由社區創建的網站如 pumpthegas.org，旨在普及 Gas 上限增加的基礎知識，以及驗證者如何更改其節點設置。另一個網站 Gaslimit.pics 則積極追蹤驗證者對更高 Gas 上限支持度的進展------數據顯示，截至 2024 年 12 月 21 日，已有 25% 的以太坊驗證者調整了客戶端配置以示支持。一旦超過 50% 的驗證者同意提高 Gas 上限並修改其客戶端配置，那麼以太坊的 Gas 上限將開始提升，並最終穩定在新的目標值上。

值得注意的是，該提案與以太坊以 rollup 為中心的路線圖有所不同，即與近期的可擴展性改進（例如 EIP-4844 和 EIP-7691）不同，這些改進側重於 rollup 擴展和 blob 交易，而提高 Gas 上限是一種 L1 層級的擴展方法（Techub News 注，以太坊區塊 Gas 限制是指在一個區塊中可以包含的操作數量上限，這個上限由 Gas 值來衡量）。

雖然這一討論讓社區部分成員感到興奮，但同時也引起了研究人員對以太坊去中心化和安全等核心價值面臨潛在風險的擔憂。批評者警告稱，在最糟糕的情況下，更大的區塊大小可能會給共識層帶來壓力，並增加驗證者硬體要求，從而可能威脅網絡穩定性。

這些擔憂是否是杞人憂天？本文為此探討了提高以太坊 Gas 上限提案的簡史、潛在影響以及正在進行的討論所涉及的技術和一些考量因素。

提高以太坊 Gas 上限提案簡史

事實上，提高以太坊 Gas 上限的想法已討論了一段時間。在 2024 年 1 月的以太坊 AMA 上，以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 建議將 Gas 上限提高到 4000 萬（目前，以太坊的 Gas 上限為 3000 萬），這與摩爾定律相符，反映出硬體能力的穩步提升。

值得一提的是，自 2021 年 4 月以來，以太坊一直未調整其 Gas 上限，儘管在此期間硬體已經取得了顯著進步。於是，現在許多社區成員認為，以太坊是時候考慮這些發展了。

就在最近，一個提案更是提出「雄心勃勃」的目標：將 Gas 上限翻倍至 6000 萬。當然，6000 萬主要被視為一個長期目標，而非即時目標。2024 年 12 月，Toni Wahrstätter 則建議採取更為謹慎的方法，主張先將 Gas 上限增加到 3600 萬（增長 20%）作為更安全的第一步。

因此，目前以太坊 Gas 上限增加到 3600 萬被視為一個初始里程碑，任何進一步的增加都將遵循逐步、分階段的方法。

區塊 Gas 上限如何調整？

區塊 Gas 上限可以在無需分叉或更改網絡規則的情況下逐步增加。相反，驗證者通過修改其配置選項來實現向後兼容，並根據社區共識進行定期、靈活的調整。

與普遍認知相反，以太坊的區塊 Gas 上限並非固定在 3000 萬。區塊提議者可以在一定限度內對其進行微調。具體來說，一個區塊的 Gas 上限可以在上個區塊 Gas 上限的 1/1024 內進行改變。例如，如果當前區塊的 Gas 上限是 3000 萬，那麼在下一個區塊中，它可以增加到「30,000,000 + 30,000,000 ×（1 / 1024）= 30,029,296」。

下面的代碼展示了在 geth 客戶端中以太坊節點的默認行為：如果新區塊的 Gas 上限相對於其父區塊（Parent Block）在可接受範圍內，則它將被視為有效。

如果連續區塊的提議者都同意提高上限，那麼 Gas 上限可以持續增加。例如，在理想情況下（假設驗證者達成共識），達到 3600 萬這一首個里程碑（增長 20%）大約需要「log(1.2) / log(1025/1024) = 187 個區塊」，即 38 分鐘。一旦超過 50% 的驗證者同意，增加便可以迅速實現。

提高 Gas 上限會帶來什麼影響？

讓我們先來看看 Gas 上限增加的一些相對可預測的影響。區塊容量的增加將使處理當前區塊鏈需求變得更容易，從而降低 Gas 費用。

在短期內，根據 EIP-1559 機制，Gas 費用的減少可能會導致 ETH 銷毀量減少，暫時增加以太坊的淨發行量。在 EIP-4844 之後也出現了類似的趨勢，當時 rollup 的數據可用性（DA）費用大幅降低，導致 ETH 銷毀量減少。Gas 上限的增加也可能產生同樣的效果，進一步加劇短期通貨膨脹。

然而，從長遠來看，費用的降低可能會鼓勵更多的網絡活動，因為更多的用戶可以負擔得起交易費用。這種增加的活動可能會推動以太坊的網絡效應，吸引更多的 DApp 並促進更廣泛的採用。隨著以太坊成為 DApp 和 DeFi 系統中不可或缺的一部分，ETH 作為貨幣的使用頻率可能會增加。由此產生的 ETH 使用量增加反過來可能會推動網絡活動的進一步增長，為以太坊生態系統創造一個正反饋循環。

Gas 上限增加後，構建新的 DApps 將成為可能

除了降低 Gas 和改善交易流程之外，單個區塊的 Gas 上限增加還可能解鎖全新的機會。雖然適度增加到 3600 萬不一定會帶來顯著變化，但更大幅度的躍升至 6000 萬可能會使之前受 3000 萬 Gas 上限限制的新型 DApps 和交易成為可能。因為某些幾乎填滿或超過當前 3000 萬 Gas 上限的操作，在更改後可能會更高效地執行或首次變得可行。

例如，需要大量 Gas 的交易（NFT 批量鑄造、大規模代幣空投或 DAO 活動），通常接近或超過當前的 3000 萬 Gas 上限。這些交易通常分散在多個區塊中，導致效率低下、交易延遲和潛在的漏洞。下圖中顯示的一個具體示例是 NFT 批量鑄造交易，消耗超過 2800 萬 Gas。

交易哈希：0xf99bdd89f7e3186e63d71a4a3ffb53cb5cd1c3190ce3771c966f2a82b3346bee

將區塊 Gas 上限增加到 6000 萬後，此類操作能夠在單個區塊內完成，確保原子執行。這保證了整個操作要麼成功，要麼失敗，避免了部分完成，確保了參與者的公平性，同時減少了操縱的機會。

除了優化現有用例外，更高的 Gas 上限還可能為需要計算密集型操作的創新 DApps 鋪平道路。例如，隨著 Gas 上限的提高，鏈上 AI 應用（如小規模模型訓練或推理）可能變得可行。同樣，更複雜的智能合約（如完全鏈上遊戲或複雜的治理機制）可以在更高容量的環境中蓬勃發展。這些進步都可能會擴展以太坊的功能和吸引力，使生態系統更加多樣化。

因此，在許多情況下，將 Gas 上限翻倍可能會帶來更多的益處，因為它可以減少碎片化並解鎖一些新的可能性。

增加 Gas 上限對區塊鏈「不可能三角」困境意味著什麼？

增加 Gas 上限從根本上講是為了提高以太坊的可擴展性。在區塊鏈「不可能三角」困境的背景下，實現更高的可擴展性往往以犧牲去中心化或安全性為代價。這就是為什麼提高 Gas 上限的提議引發了一些質疑，人們擔心這可能會通過提高驗證者要求而導致中心化，或者通過降低共識層的穩定性而削弱安全性。

不過，支持者卻認為，這並不是為了提升可擴展性而犧牲去中心化或安全性。相反，他們將其描述為利用摩爾定律所描述的硬體性能改進來擴大區塊鏈的總容量。在這一觀點下，區塊鏈「不可能三角」困境的「三角形」可能會擴大，因為現代硬體允許更大的總容量，而不必降低以太坊的核心屬性。

要評估這是否屬實，必須仔細審查提高 Gas 上限的潛在風險。關於去中心化的考慮因素可能包括增加驗證者硬體要求，以及 MEV 策略的複雜性。在安全性方面，我們應該考慮增加最壞情況下的區塊大小、交易的執行時間，這些都會影響分叉或錯過 slots 的比率。

Gas 上限增加與區塊大小

單個區塊中 Gas 上限的增加可容納更多調用數據，這會影響最壞情況下的區塊大小。目前，通過用無意義的調用數據填充區塊所能達到的最大區塊大小約為 1.8MB，而使用六個 blob，在單個 slot 中傳播的總數據大小可達到 2.58MB。更高的 Gas 上限將增加這種最壞情況下的區塊大小，可能會導致網絡節點用於通信的對等（P2P）層出現問題。

這一情況可能會給 P2P 層的共識客戶端帶來壓力。當 Gas 上限超過 4000 萬時，最壞情況下的區塊大小可能會超過默認客戶端行為中內置的限制，導致一些客戶端無法正確提議或傳播區塊。因此，在大幅提高 Gas 上限之前，解決這些限制至關重要。

希望 EIP-7623 通過調整數據可用性交易中的調用數據（calldata）價格來提供解決方案，這可以將最壞情況下的區塊大小從 2.58MB 減少到大約 1.2MB。因此我們認為，為確保未來任何 Gas 上限的增加都能保持共識穩定性，採用 EIP-7623 將是必要的。

同樣，實際區塊大小（通常填充交易數據的區塊大小）與重組或遺漏 slot 的概率相關。分析 slot 數據（#9526972 至 #10351782）表明，對於較小的區塊，包含 slot 與重組 / 遺漏 slot 之間的區塊大小分佈差異很小。然而，隨著區塊變大（例如，超過 0.25MB），發生重組或遺漏 slot 的可能性就會增加。

這種相關性可能源於交易執行時間的增加或默認的 P2P 行為等因素，而不僅僅是區塊大小本身。雖然觀察到的關係突出了潛在風險，但並沒有確定因果關係。

綜上所述，雖然區塊大小的增加會影響 slot 的穩定性，但最壞情況下的區塊大小對於確保 P2P 層的穩健性尤為重要。未來增加 Gas 上限時必須伴隨如 EIP-7623 中提出的變更，以有效緩解這些風險。

Gas 上限增加與執行時間

由於 Gas 上限的增加允許更多的交易被納入區塊中，交易的執行時間也會相應增加。這一增加是否關鍵取決於分叉或遺漏的 slot，這代表了整體共識的穩定性。

下圖顯示，隨著區塊中使用更多的 Gas，執行時間趨於增加。預計 20% 的 Gas 上限增加會略微延長執行時間，但具體影響難以預測。執行時間並不總是與最大 Gas 上限或 Gas 使用量直接成正比。但是，如果我們根據圖表做出保守的比例假設，認為它們成正比，那麼執行時間增加 400～500 毫秒似乎是合理的。

現在，讓我們來探討一下執行時間與分叉或遺漏 slot 之間的關係。

上圖中的紅色方框強調，執行時間超過 4000 毫秒的 slot 與執行時間較短的 slot 相比，更容易發生重組或遺漏。雖然大多數重組或遺漏的 slot 發生在 1000～3000 毫秒之間（表明在這個範圍內執行時間與重組概率之間的相關性較弱），但紅色方框中的區塊顯示，當執行時間超過 4000 毫秒時，重組的可能性明顯更高。另一圖表中通過顯示執行時間超過 4000 毫秒的 slot 的重組或遺漏率，比 4000 毫秒以下的 slot 高出三倍以上，進一步強調了非常高的執行時間對穩定性的影響。

Gas 上限增加是否會影響驗證者硬體要求？

在提高 Gas 上限時，驗證者主要擔心的是運行驗證者節點的存儲大小。截至 2024 年 12 月，一個驗證者節點大約有 1.5～1.6TB 的存儲空間，用於維護所有歷史和狀態數據。Gas 上限的增加將加速歷史和狀態數據的增長。

在 2020 年和 2021 年，運行一個驗證者節點需要 2TB 的固態硬碟（SSD）。然而，當歷史和狀態數據達到 1.8TB 時，使用 2TB SSD 的驗證者需要將其更換為 4TB SSD。雖然現在 4TB SSD 的價格與三年前 2TB SSD 的價格幾乎相同，約為 250 美元，但更換本身就意味著維護成本和技術難度。

3600 萬的 Gas 上限可能不是什么大問題。但如果 Gas 上限增加到 6000 萬或是更多，驗證者節點將不得不持續更換硬體，從而累積維護成本，威脅到去中心化特性。

當 EIP-4444 被採用時（目標是在 2025 年 5 月之前發布客戶端），歷史數據的增長可能會停止，從而為 Gas 上限的增加提供更多空間。不過，如果沒有 EIP-4444，那麼歷史數據的增長可能是提高 Gas 上限的下一個瓶頸。

Storm Slivkoff 對狀態增長的分析表明，狀態增長也是一個潛在瓶頸，但目前的增長率（每月約 2.62 GiB）是可管理的，現代硬體可以支持十年的增長。內存需求隨著狀態大小的增加而增加，而將 Gas 上限提高到 6000 萬將加速這一過程，每年可能需要額外 2～4.7GiB 的 RAM。雖然目前 64GiB RAM 的配置提供了足夠的緩衝空間，但持續的增長可能會使升級更加頻繁。

預計即將到來的改進，如 Verkle 樹和狀態過期，將減輕這一負擔，但仔細監控仍然非常重要。

Gas 上限增加對 MEV 意味著什麼？

另一個可能影響去中心化的因素是 Gas 上限增加對驗證者 MEV（最大可提取價值）收益的影響。隨著 MEV 的重要性日益凸顯，人們開始擔心使用先進 MEV 策略的複雜驗證者和較小的獨立質押者之間的收入差距。這種收入差距可能會加劇中心化壓力，因為擁有更多資源和專業知識的驗證者將占據主導地位。為了解決這個問題，以太坊社區正在積極討論諸如提議者 - 構建者分離（PBS）和 MEV 銷毀等機制，旨在平衡驗證者的收入。

理論上，Gas 上限的增加允許單個區塊中包含更多交易，從而可能加劇與 MEV 相關的收入差距。雖然 MEV Boost 已經部分緩解了這一問題，使獨立質押者能夠捕獲部分 MEV 獎勵，但關於驗證者收入差距的數據仍然沒有定論。這是由於定義 MEV 交易和準確跟蹤收益存在挑戰，尤其是在跨中心化交易所（CEX）和去中心化交易所（DEX）的複雜 MEV 策略等複雜場景中。然而，這些場景相對罕見，因為大多數 MEV 都來自區塊頂部策略。

另一方面，更高的 Gas 上限也會促使更複雜和資源密集型的 MEV 策略成為可能。雖然很少見，但確實有 MEV 機器人執行高度複雜的交易，幾乎消耗了整個區塊的 Gas 上限。例如，觀察到一筆使用超過 1800 萬 Gas 的機器人交易，在一個區塊內執行了多次交換和流動性操作。隨著 Gas 上限的增加，這類策略可能會變得更加普遍，從而有可能擴大成熟驗證者和小型參與者之間的差距。

結論

圍繞提高以太坊 Gas 上限的討論提供了一個激動人心的機會，可以推動可擴展性、降低交易費用，並為受當前限制約束的 DApps 創造了新的可能。然而，這一議題也觸發了對去中心化、驗證者要求及網絡穩定性等方面的深刻憂慮。狀態和歷史數據增長、執行時間的延長以及 MEV 差異等問題凸顯了仔細考慮和監控實證數據的必要性。

最終，能否成功提升 Gas 上限，關鍵在於以太坊如何巧妙平衡這些複雜因素。諸如 EIP-7623、提議者 - 構建者分離（PBS）和 MEV 銷毀等解決方案已經表明了該網絡積極應對潛在風險的態度，而通過周密規劃與執行，更高的 Gas 上限也有望解鎖以太坊的下一階段增長。