Како да се оптимизира ефикасноста на гасот Ethereum со повеќедимензионален EIP-1559

Истражете како повеќедимензионалниот EIP-1559 ја оптимизира ефикасноста на гасот на Ethereum со одвојување на трошоците за ресурси, подобрување на приспособливоста и подобрување на искористувањето на мрежата.

Вовед

Повеќедимензионалниот EIP-1559 се појави како тема за истражување откако беше воведен од Виталик Бутерин во објава на EthResearch во јануари 2022 година. Иако не доби толку внимание како другите истражувачки теми како што се собирања, MEV или решенија за достапност на податоци, тој е активна област за проучување.

Истражувачките трудови неодамна објавени од Гиљермо Анџерис и Тео Дијамандис ги истражуваат теоретските основи и робусноста на пазарите на повеќедимензионални такси и предлагаат како тие треба да се градат.

Всушност, повеќедимензионалните пазари за такси веќе се користат денес. Со усвојувањето на EIP-4844 во март 2024 година, Ethereum воведе blob gas, создавајќи посебен пазар на такси за blob трансакции. Ова означи промена од еднодимензионален модел на гас на дводимензионален пазар на такси.

Сепак, сè уште постои потреба да се зголеми бројот на димензиите на ресурсите за да се оптимизира користењето на ресурсите на трансакцијата. Проширувањето на пазарите на повеќедимензионални такси е решение за приспособливост за да се подобри способноста на Ethereum да управува со различни ресурси поефикасно.

Оваа статија ја истражува важноста и механиката на повеќедимензионалните пазари за такси за гас, објаснувајќи како тие ја подобруваат приспособливоста и распределбата на ресурсите на Ethereum.

Ајде прво да истражуваме што е точно повеќедимензионалната цена на гасот.

Што е повеќедимензионална цена на гас?

Повеќедимензионалните цени на гасот се решение за скалирање L1, како зголемување на лимитот за гас неодамна имплементиран на Ethereum. Иако директно не го зголемува вкупниот трансакциски капацитет на Ethereum, го максимизира искористувањето на ресурсите во постојните граници. Ова им овозможува на повеќе децентрализирани апликации (DApps) и корисниците да вршат трансакции на основниот слој на Ethereum без непотребен метеж.

Ethereum моментално ги здружува сите трошоци за ресурси, како што се пресметување, складирање и пропусен опсег, во една единица за гас. Наместо тоа, повеќедимензионалните цени на гасот ги одвојуваат овие ресурси, оптимизирајќи ја нивната распределба додека ја одржуваат безбедноста и децентрализацијата на Ethereum.

За да разбереме зошто ова е корисно, да разгледаме аналогија од реалниот свет.

Фитнес клуб како аналогија

Замислете фитнес клуб со различни капацитети, како што се трчање за кардио, чучњеви за вежбање со тегови и тегови за општа употреба. Членовите имаат различни преференции: некои исклучиво користат ленти за трчање, други се фокусираат на багажници за сквотови, а неколку наизменично се менуваат меѓу двете.

Во систем каде што салата наплаќа паушална такса за влез врз основа на вкупниот број членови, се јавуваат неефикасност. Во деновите кога лентите за трчање се преполни, но држачите за чучњеви се недоволно искористени, рамната такса расте за сите, принудувајќи ги тренерите со тежина да платат за метежот што не го предизвикале. Слично на тоа, кога багажниците за чучњеви се многу барани, но трките за трчање се празни, кардио корисниците сносат непотребни трошоци. Оваа еднодимензионална цена го поврзува капацитетот на салата со нејзиниот најпренатрупан ресурс, создавајќи недоволно искористување на другите капацитети. Ова може да се смета како еднодимензионален модел на цени.

Сега, замислете салата да воведе повеќедимензионален модел на цени. Наместо паушална такса, одделно се наплаќа за трчање и багажници за чучњеви. Корисниците на кардио вежби и тренерите со тежина повеќе не се засегнати од користењето едни на други, а салата може да го оптимизира својот капацитет со самостојно управување со овие ресурси. Со порамномерно користење, салата може да прими повеќе корисници без да се зголеми целокупниот метеж.

Овој пристап ја демонстрира суштината на повеќедимензионалните цени: поделба на ресурсите на посебни пазари за да се подобри правичноста и ефикасноста. Сепак, преголемата грануларност, како што се одделни цени за секое парче опрема, може да внесе непотребна сложеност и да го направи системот потежок за користење. Затоа, во пракса, фитнес клубовите најчесто имаат фиксна цена за влез и инсистираат на еднодимензионален модел на цени.

На ист начин како што одделните надоместоци за трчање и држачи за сквотови можат да го намалат метежот, Ethereum може да користи посебни пазари за ресурси, како што се пресметување и користење податоци.

Како ова се однесува на Ethereum

Пред EIP-4844, Ethereum користеше еднодимензионален модел на цени на гас, каде што сите ресурси на трансакцијата, вклучувајќи пресметување, складирање и пропусниот опсег, беа здружени во една метрика: гас. Овој модел инхерентно води до неефикасност, слично на аналогијата на фитнес клуб:

• Ако еден ресурс, како што е пресметката, се користи многу, таксите се зголемуваат за сите корисници, дури и ако другите ресурси остануваат недоволно искористени.
• Доколку одредени ресурси имаат вишок капацитет, тие остануваат неискористени поради ограничувањето на крутиот гас.

Клучен пример за оваа неефикасност е како се собираат претходно складирани податоци за трансакциите. Пред EIP-4844, збирките ги објавуваа своите податоци за трансакциите во полето за податоци за повици на Ethereum и плаќаа такси за гас врз основа на цените на податоците за повици. Сепак, со усвојувањето на EIP-4844 во март 2024 година, собирите сега користат посебна единица наречена blob gas, која им овозможува да складираат податоци во посебни структури наречени blobs.

Иако EIP-4844 воведе втора димензија на гас (blob gas) за податоци за собирање, таа останува ограничена во опсегот: Blob gas се применува само за трансакции со blob. Другите компоненти на трансакцијата-вклучувајќи го извршувањето на EVM, податоците за повици и складирањето, сè уште имаат цена според еден модел на гас.

Трансакциите со Ethereum сè уште трошат повеќе независни ресурси, но сите се ценети во гас, што доведува до неефикасни најлоши сценарија.

На пример, да претпоставиме дека една трансакција ја троши целата граница на гас (во моментов 36 милиони) при извршувањето на EVM. Дури и ако јазлите на Ethereum би можеле безбедно да ракуваат со поголеми големини на податоци, трансакцијата не може да пропагира дополнителни податоци бидејќи гасот се третира како едно ограничување наместо повеќе независни ограничувања.

Овој проблем станува уште поочигледен кога се гледа дистрибуцијата на големината на блокот на Ethereum. Од јули 2024 до декември 2024 година, просечната големина на блокот е ~ 73 KB, со повеќето блокови далеку под 100 KB. Меѓутоа, во блокот #21419230 , максималната големина на блок достигна 1,48 MB, 20 пати поголема од просечната.

Повеќедимензионалните цени на гасот го решаваат ова прашање со независно третирање на секој ресурс: пресметките, складирањето и пропусниот опсег добиваат одделни цени и ограничувања. Ова раздвојување ги спречува тесните грла каде еден ресурс доминира во трошоците за гас и го оптимизира капацитетот без зголемување на безбедносните ризици.

Статиите на Виталик Бутерин предлагаат неколку клучни типови ресурси за раздвојување. Ајде да ги истражиме овие кандидатски ресурси и зошто нивното одвојување би можело да ја подобри приспособливоста на Ethereum.

Кои ресурси може да се одвојат преку повеќедимензионални цени за гас?

При дизајнирање на повеќедимензионален пазар на такси, независноста на ресурсите е еден од најкритичните фактори. Ако два силно меѓусебно зависни ресурси се стават на одделни пазари за надоместоци, тоа може да доведе до неефикасност, погрешни цени и непотребна сложеност. На пример, ако пресметките (циклуси на процесорот) и користењето на меморијата (RAM) се ценети одделно, а сепак едното зависи од другото, корисниците може да го играат системот со префрлање на трошоците меѓу себе, што ќе доведе до неоптимални цени.

Така, пред да ги класифицираме ресурсите на Ethereum на одделни пазари на гас, прво мора да идентификуваме кои ресурси се доволно независни за да бидат одделно ценети без да се наруши економијата на мрежата.

Во неговото јадро, Ethereum јазол е компјутер кој управува со повеќе ресурси паралелно. Традиционалните хардверски ресурси се категоризираат во различни компоненти кои можат да се оптимизираат независно:

• Пресметка (CPU) - Извршување операции како ADD, MULTIPLY и паметно извршување на договор.
• В/И на меморија (RAM) – Читање/запишување на привремени податоци, што влијае на брзината на извршување.
• Влез/излез за складирање (SSD/HDD читање/запишување) – постојан пристап во состојба, што влијае на долгорочната ефикасност на складирањето.
• Раст на складирање (зголемување на просторот на дискот) - проширување на складираните податоци, што влијае на одржливоста на јазлите.
• Пропусен опсег (мрежен пренос на податоци) - Способност за пренос на трансакции и блокирање податоци.

Клучниот принцип овде е паралелизираноста: ако системот може самостојно да ги обработува овие ресурси, нивното раздвојување за цените е значајно. Применувајќи го ова на Ethereum, треба да се стремиме да ги класифицираме ресурсите на Ethereum на начин што ќе им овозможи на Ethereum јазлите да работат што е можно поефикасно без непотребни зависности.

За разлика од компјутерите, операциите на Ethereum не се вклопуваат уредно во една категорија. Многу операции трошат повеќе ресурси истовремено, што го отежнува нивното совршено раздвојување. На пример,

• Податоците за повици на трансакции првенствено трошат пропусен опсег затоа што мора да се пренесат низ мрежата. Тие исто така придонесуваат за раст на складирањето бидејќи остануваат трајно во блокчејнот.
• SLOAD (Прочитање за складирање) користи влез/излез за складирање, но ако јазолот е без државјанство, бара и пропусен опсег за да ги преземе доказите за состојбата од целосен јазол.
• Запишувањето на Storage (SSTORE) е поскапо од читањето бидејќи ја зголемува постојаната состојба на Ethereum, придонесувајќи за долгорочното складирање.

Овие меѓузависности го прават одвојувањето на секој поединечен ресурс на сопствениот пазар на цени непрактично. Наместо тоа, треба да се фокусираме на најзначајните тесни грла кои директно влијаат на приспособливоста на Ethereum.

Додека операциите на Ethereum вклучуваат повеќе ресурси, кандидатите за повеќедимензионални цени за кои моментално се дискутира се:

• Пресметување (EVM Execution) – Едноставните операции како ADD и MULTIPLY се чисти задачи на процесорот.

• Влез/излез на складирање (SSTORE/SLOAD) – Постојано читање и пишување што влијае на надуеноста на состојбата на Ethereum.

• Трансакција Калдата - првенствено користи пропусност, но исто така придонесува за складирање.

• Податоци за сведоци – Влијае на пропусниот опсег и на влезот/излезот за складирање, особено за клиентите без државјанство.

  
  

Со усогласување на овие категории со тоа како компјутерските системи управуваат со ресурсите, можеме да ја направиме структурата на надоместоците на Ethereum поинтуитивна и поефикасна.

Додека, теоретски, би можеле да ги поделиме ресурсите на Ethereum на уште погрануларни категории, со тоа би се зголемила сложеноста без пропорционални придобивки. Наместо тоа, треба да се фокусираме на клучните тесни грла што ги ограничуваат перформансите на Ethereum денес.

На пример, големината на податоците за повикување на трансакцијата директно ја одредува максималната големина на блокот, што го прави клучно тесно грло за консензусниот слој на Ethereum. Дополнително, растот на складирањето мора да се контролира за да се спречи целосните јазли да станат премногу скапи за работа, одржувајќи ја децентрализацијата.

Така, наместо да се воведуваат премногу димензии, практично е фокусирањето на неколку клучни ресурси кои доминираат во ефикасноста на Ethereum.

Со идентификувани овие примарни ресурси, можеме да истражиме два различни начини за реализација на повеќедимензионални цени: одделни пазари за надоместоци или модифицирана единствена единица за гас.

Имплементација на повеќедимензионални цени за гас 1: Одделни пазари за надоместоци за секој ресурс

Еден пристап за спроведување на повеќедимензионални цени на гасот е создавање независни пазари за надоместоци за секој ресурс, обезбедувајќи поефикасна распределба. Овој метод е веќе делумно имплементиран преку EIP-4844, кој воведе blob gas како посебна единица за собирање податоци.

Овој концепт може да се прошири и на други ресурси, како што е растот на состојбата или големината на сведокот, дозволувајќи му на Ethereum да управува со границите на секој ресурс одделно наместо да ги здружува сите трошоци под една метрика за гас.

За да го формализираме овој пристап, да го дефинираме bi како основна такса за ресурс i, gi како потрошувачка на ресурс i во трансакција и ki како граница за ресурс i во еден блок.

Вкупниот надоместок за трансакција би се пресметал како ibi*gi​, а блокот мора да го задоволува ограничувањето all txbi ki, за сите i за сите ресурси i. Како и тековниот модел EIP-1559, bi е динамички прилагоден врз основа на претходната употреба на блокови. Ethereum би можел да усвои модели на експоненцијални цени (како што се користат за blob gas) или друг механизам за ажурирање на такси за регулирање на потрошувачката на ресурси.

Моделот на засебен пазар на такси нуди клучни предности. Обезбедува прецизна контрола врз секој ресурс со тоа што дозволува независно ограничување, што помага да се избегнат неефикасните проценки во најлош случај според сегашниот модел на гас. Таа, исто така го спречува непотребниот метеж, осигурувајќи дека големата побарувачка за еден ресурс не ги зголемува несразмерно надоместоците за неповрзани операции. Дополнително, овој пристап го оптимизира користењето на мрежата овозможувајќи директни ограничувања на факторите како што е ширењето на податоците, како што е ограничување на 1MB или раст на состојбата, наместо да се потпира на индиректно прилагодување на цената на гасот за регулирање на потрошувачката на ресурси.

Додека одделните пазари на такси нудат подобрена распределба на ресурсите, преголемото поделување на ресурсите воведува значителна сложеност. Создавањето независни пазари за секој тип на ресурси ќе бара големи модификации на протоколот, потенцијално дестабилизирајќи го основниот слој на Ethereum. DApps и паричниците, исто така, би се соочиле со дополнителни предизвици, бидејќи ќе треба да следат повеќе пазари на такси и да предвидат флуктуации на основната такса за секој ресурс, што ќе го отежне економичното и навременото вклучување на трансакциите.

Друг проблем се јавува кога еден ресурс доживува непредвидлив пораст на цените. Дури и ако паричникот ги оптимизира таксите за сите други ресурси, ненадеен скок на само еден пазар на такси може да спречи трансакцијата да биде вклучена во блок, што ќе доведе до несигурност и неефикасност за корисниците.

Валидаторите се соочуваат со слични предизвици, бидејќи нивната цел е да ја максимизираат заработката додека остануваат во рамките на ограничувањата на секоја граница на ресурси. Како што се зголемува бројот на независни пазари на ресурси, оваа ситуација станува сложен проблем за оптимизација, што наликува на повеќедимензионален проблем со ранец каде изборот на најпрофитабилните трансакции станува сè потешко.

Некои тврдат дека оваа сложеност можеби не е голем проблем бидејќи заработката од Максималната екстрактивна вредност (MEV) значително придонесува за профитот на валидаторот, правејќи ги приоритетните такси помалку критични при нивното одлучување. Сепак, севкупната изводливост за имплементација на целосно одвоени пазари за надоместоци за секој ресурс останува отворено истражувачко прашање, кое бара дополнително истражување на компромисите помеѓу ефикасноста, употребливоста и стабилноста на мрежата.

Имплементација на повеќедимензионални цени за гас 2: Одржување на гасот како главна единица

Поедноставна алтернатива за целосно одвојување на пазарите за такси е да се задржи гасот како примарна единица додека се прилагодува начинот на пресметување на надоместоците. Наместо да се воведат нови единици за секој ресурс, вкупниот надоместок за трансакција се одредува според ресурсот што троши најмногу гас.

Да ги дефинираме трошоците за гас за ресурс i како ci и количината на ресурс што се користи како gi. Надоместокот за трансакцијата потоа се одредува со:

(c1*g1, c2*g2, c3*g3,...)

Наместо да се сумира потрошувачката на гас низ ресурсите, трансакцијата се наплаќа само врз основа на најскапиот ресурс што го троши.

На пример, разгледајте трансакција која троши 50.000 гас за извршување на EVM и 200.000 гас за податоци за повици. Според овој модел, надоместокот за трансакцијата е 200.000 гас бидејќи податоците за повици се доминантен ресурс, а трошоците за извршување ефективно се игнорираат.

Иако овој метод ги поедноставува цените, тој воведува потенцијални проблеми:

• Загриженост за правичноста: трансакцијата која користи 200K гас за податоци за повици и 50K за извршување плаќа ист надомест како и онаа што користи 200K гас за податоци за повици и 150K за извршување. Ова го поттикнува здружувањето, каде што повеќе трансакции се стратешки комбинирани за да се искористат предностите на трошоците. Како резултат на тоа, софистицираните оптимизатори може да имаат корист, што ги прави трошоците за трансакцијата помалку предвидливи за редовните корисници и DApps.
• Неефикасност на ресурсите: Бидејќи се важни само ресурсите кои најмногу трошат, корисниците можат намерно прекумерно да користат други ресурси без дополнителни трошоци. Во претходниот пример, извршувањето на EVM до 150K гас не чини дополнителен надомест, создавајќи непотребни трансакции кои ја надувуваат мрежата без зголемување на трошоците.

И покрај овие грижи, примарна предност на овој пристап е неговата едноставност. Со задржување на гасот како универзална единица за цени, Ethereum ја избегнува сложеноста на управувањето со повеќе единици на ресурси, додека сè уште прави разлика помеѓу различни типови на користење на ресурсите.

EIP-7623 , кој ќе биде имплементиран во надградбата на Pectra , следи сличен, но малку изменет пристап. Тој воведува механизам со двојни цени за трансакции со тешки податоци за повици, обезбедувајќи дека трансакциите со несразмерно висока употреба на податоци за повици плаќаат повисоки надоместоци. Иако не е целосен мултидимензионален модел за цените на гасот, тој претставува чекор кон подобра диференцијација на ресурсите без ремонт на структурата на гасот на Ethereum.

Како EIP-7623 е поврзан со повеќедимензионалните цени на гасот?

EIP-7623 воведува повисоки надоместоци за трансакции со достапност на податоци (DA), особено кога користењето податоци за повици значително ја надминува потрошувачката на гас за извршување. Овој механизам гарантира дека трансакциите кои трошат прекумерни податоци за повици плаќаат повисоки надоместоци, обесхрабрувајќи го непотребното складирање на податоци без да се бараат нови ценовни единици.

Поедноставена верзија на пресметката на гасот на EIP-7623 е како што следува:

total_gas_used max(4tokens_in_calldata + evm_gas_used, 10*tokens_in_calldata)

Што дополнително го поедноставува:

total_gas_used 4tokens_in_calldata + max(evm_gas_used, 6*tokens_in_calldata)

Оваа формула ја одредува вкупната употреба на гас со преземање на максимумот помеѓу гасот за извршување и гасот за повикување податоци. Ако трансакцијата првенствено користи податоци за повици, ќе ѝ се наплаќаат повисоки надоместоци за податоците за повици наместо да се субвенционира со пониски трошоци за извршување. Ова го обесхрабрува прекумерното складирање на податоци, истовремено обезбедувајќи дека трансакциите кои се тешки за пресметка не се неправедно казнети.

EIP-7623 е поедноставена верзија на повеќедимензионалните цени на гасот бидејќи воведува имплицитна разлика помеѓу гасот за извршување и гасот за податоци за повикување, поттикнувајќи побалансирана распределба на мрежните ресурси.

Заклучок

Иако повеќедимензионалните цени на гасот често се гледаат како економско подобрување или UI/UX, тоа е фундаментално подобрување на приспособливоста што овозможува оптимизирана распределба на ресурсите. Сепак, неговата имплементација се соочува со значајни предизвици, првенствено поради значителните модификации на слојот на протоколот потребни и тешкотијата за целосно одвојување на видовите ресурси. Како резултат на тоа, повисоките димензионални цени на гасот веројатно нема да бидат усвоени наскоро.

И покрај овие предизвици, повеќедимензионалните цени на гасот нудат значителни придобивки, вклучително и подобрено искористување на ресурсите, подобрена безбедност на мрежата и одржливо работење на јазлите. Овозможувањето поефикасна употреба на пресметковниот капацитет и капацитетот за складирање на Ethereum претставува остварлив пат за Ethereum да се размери, притоа зачувувајќи ја децентрализацијата и безбедноста.

Првично беше објавена верзија на оваа статија овде .