解讀以太坊上海升級即將啟動的四個 EIP

作者： 十四菌，十四君

以太坊巴黎升級（合併，共識轉POS）之後又一重大更新即將到來------上海升級！目前有著上千專業開發者的以太坊核心社區，從15年走來已經歷經15次主網升級，而這一次上海升級將為鏈上鎖定著的230億美金的POS質押ETH提供解鎖能力，還伴隨有對GAS優化的諸多EIP融入。

隨十四君來深入了解即將主網激活的那些EIP提案的作用、原理、應用方向吧。

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一、背景

1.1 主網升級

以太坊在2015年提出4大階段：前沿、宅基地、大都會、寧靜。眾所周知的是"寧靜"階段的標誌也正是2個月前以太坊共識算法從POW算力挖礦全面轉為POS權益質押挖礦，如今的他是即節能又安全且足夠去中心化的首席公鏈。

每次主網升級其命名都是柏林、巴黎、上海這樣的地名，歷史上還有多次主網升級帶來巨大變革。

1.2 回顧2021年8月5日-倫敦升級

在區塊高度 12,965,000，以太坊完成代號為"倫敦"的硬分叉升級，共涉及五項提案。

最有影響的是啟動了 EIP-1559，他由以太坊創始人Vitalik·Buterin提出，從此以太坊上的每筆交易都將燃燒基本gas費用，這會自動減少ETH的流通供應量，使以太坊代幣從此進入通縮時代
舉個栗子。

EIP-1559改變了價高者得的Gas fee計算邏輯，之前用戶為了讓礦工及時打包自己的交易，需要加價支付礦工費，出價越高，被優先打包的概率越大，在一定程度上會造成Gas fee的無限增長。
升級後，交易手續費分成了基礎費和小費，小費給礦工激勵競價出塊，基礎費會銷毀。雖然依舊有競價出塊的部分，但礦工收益大約下降20%，而經濟模型也轉為通縮式。

本質上，1559的設計發揮了次高價競價模式（second price auction）的優勢，最終會讓同一区塊內所有交易支付的價格基本一致，對用戶更公平（即因為支付base價格的交易總是會打包的，區分了緊急交易需求和常規交易需求）。

二、上海升級

為何如此急迫？

在過往，一兩年才進行一次重大升級是常事，合併共識轉換這樣的重量級升級都會提前測試網穩定運行1-2年後才會真正步入主網升級，那為什麼這次上海升級如此急迫呢？僅僅2月後就基本定案要囊括的EIP呢？

核心因素是，合併後以太坊網絡上的所有交易將不再由能源密集型的"礦工"驗證，而是由已存入或質押大量ETH的個體和組織"驗證者"進行驗證。那對於驗證者而言，他們質押的ETH可以生成和收集新的ETH，這些所謂的"新ETH"就是他們證明驗證交易和保護網絡的獎勵。

但目前的以太坊，只能存入ETH但不能提取ETH，質押總價值接近 235 億美元，都被"被困"在以太坊網絡上。

如果不盡快開放解除質押功能，則質押ETH的吸引力將大打折扣，後續也就不會有那麼多人進入以太坊網絡，這無疑會對以太坊的未來發展和網絡安全產生巨大影響。

三、詳情解讀

根據10-28號最新github提交的上海升級記錄

3.1 EIP-3651：更溫暖的 COINBASE

他是什麼？

這標題的翻譯確實很讓人困惑，這裡的COINBASE並不是交易所的那家公司，而是來自比特幣的概念，即區塊中的第一筆交易是筆特殊交易，稱為創幣交易或者coinbase交易，這種交易早期設計用於礦工打包收集挖礦的gas小費收入。

溫暖的和寒冷的，其實指的是此執行此交易時候是否有預先加載，影響礦工打包coinbase交易的gas費。

如果無預先加載，是寒冷的，則gas費更高
如果有預先加載，是溫暖的，則gas費更低

有什麼用？

現在礦工打包的交易可能可以用作更多用途，比如ERC-4337中用於收集用戶簽名後，批量實現交易，其次也可以用同類原理來實現多種代幣結合邏輯的元交易支付等。

在EIP-3651之前，更激勵用ETH的支付方式。

在EIP-3651之後，更激勵用ERC20的支付方式。

總之，是一個影響激勵的交易類型的提案。

3.2 EIP-3855：新增PUSH0 指令

他是什麼？

對於EVM即以太坊虛擬機（執行合約代碼的系統）中，設計有多種指令，但是之前缺少設計了push0即針對0這個數值的壓入堆棧的操作指令，而此EIP則新增了PUSH0( 0x5f) 指令，它將常量值 0 壓入堆棧，該指令的需要 2 gas。

有什麼用？

原先沒有push0時導致的是，有一些依賴於0做偏移量的操作，比如遠程call調用與返回，則有很多參數是0，原先要操作0，只能使用指令PUSH1 0（即壓入一個數字，數字為0），這個操作要消耗3個gas，其次push1 和0各占一個初始化代碼的字節存儲，導致的是部署此合約的成本也高了2*200gas。

該EIP還統計了因此的gas損失：在現有賬戶戶中，有 340,557,331 字節浪費在PUSH1 00指令上，意味著部署損耗達68,111,466,200 gas。

總之，是一個降低無意義的GAS消耗的提案。

3.3 EIP-3860：提高初始化的代碼量限制

他是什麼？

合約部署時候，有個初始化代碼的大小，基於EIP170是限制了initcode大小為24576，而如今則是將 initcode 的最大大小限制提升為 49152即翻倍，並為每 32 字節的 initcode 塊應用 2 的額外氣體成本。

有什麼用？

顯然，更大的代碼容量，可以讓智能合約系統做更多的事情，目前代碼僅24kb的規模導致很難用一個合約去實現系統，原先的臨時解決方案都是分多個合約部署，然後互相相互調用，但顯然跨合約引用是個高gas成本的事情。

總之，是一個提高智能合約系統上限以及降低gas消耗的提案。

3.4 EIP-4895：信標鏈將提款作為操作指令

他是什麼？

可以說，這是本次上海升級的核心。從結果上講，實現的是質押的ETH提款操作，而實現方式是引入了系統級的指令withdrawal基於信標鏈（共識層）的信息，無條件地直接控制指定地址的ETH餘額。

執行提現操作的方法有很多種，本次的提現操作的特點如下：

本身是由系統來發起，而不是用某個用戶發起，更簡潔易於審查。

無gas費消耗，系統發起受到共識層提現限額的控制，無需再用gas來做抗dos防護。
直接更新執行層的餘額，無EVM執行過程，採用最簡實現策略。

有什麼用？

別忘了，現在還有1400W個，合計價值 235 億美元的 ETH被質押"困在"以太坊信標鏈裡。

四、後續以太坊的重心在哪？

下圖是近期以太坊創始人VitalikButerin發布的最新路線圖，圖中綠色部分代表推進的進度，可以看到還有大量圍繞性能、安全隱患、隱私、賬戶體系AA（基於4337）的目標已經找到實現路徑。

附錄

https://www.youtube.com/watch?v=CcL9RJBljUs\&t=336s

https://docs.google.com/presentation/d/1N6aX-GE-kus73vlq-v7D-z2iwUI4N4ss1tiPamfoTi4/edit#slide=id.g1231e3828e8089

https://twitter.com/EthereumCN/status/1588825937629835265