李无知

简介

EIP1559由2021年London升级引入。本文介绍EIP1559要解决的问题，解决方案以及BaseFee计算方式，并用etherscan上的数据给出实例解释。

名词概念

EIP1559演化的过程中，重要的三个概念，base fee, max feee和priorityFee有不同的叫法，以下称呼是等同的：

baseFeePerGas == BASE FEE

maxFeePerGas == maxFee == FEE CAP

maxPriorityFeePerGas == priorityFee == tip/miner tip/etc

EIP1559要解决的问题

在London升级之前的传统交易中，用户在发送交易时，需要指定gasLimit和gasPrice两个参数，来付交易费。

gasLimit参数

gasLimit是指用户愿意付的最大Gas，而真实消耗的Gas是在交易执行时计算，叫gasUsed。如果gasUsed超过gasLimit，则扣除所有交易费，执行终止。如果gasUsed小于gasLimit，则扣除gasUsed，剩下的返回给用户。

只要交易被打包，最终的交易费为gasUsed * gasPrice。返回用户的交易费为（gasLimit-gasUsed)*gasPrice。

gasPrice参数

对矿工而言，gasLimit是用户设置的，gasUsed是系统计算的，矿工没有决定权力，但矿工可以根据gasPrice来选择对自己有利的交易。

gasPrice越高，相同gasUsed前提下，意味着gasUsed * gasPrice越高，矿工获利越多。

缺陷

矿工会优先打包高gasPrice交易，对用户而言，打包系统成了一个竞标系统。在网络拥堵时情况越发严重：要想交易被尽快打包，就得给出更高的gasPrice，和其他交易竞争。

此时，用户无法设置对自己最有利的gasPrice，设置高了虽然很快打包，但可能过高造成浪费，过低则可能打包失败。

对于网络而言，gasPrice的无法预测可能导致更严重的拥堵：用户可能为了尽快打包，恶性竞争，或者反复提交交易，导致网络情况更为糟糕。

EIP1559解决方案

要解决以上问题，就得让用户能够预测gasPrice，也就是说，虽然网络拥堵导致gas price升高无法改变，但用户能够提前知道区块的gas price大致范围，进而设置合理的gas Price。甚至用户能够在拥堵时减少交易，缓解网络负担。

EIP1559核心思路，就是根据网络拥堵情况动态的调整gas Price。

1. 把gas price分为baseFee和priorityFee

• 以前的传统tx中，gasPrice整个是用户设置的。
• EIP1559中，gasprice = baseFee+priorityFee。其中baseFee是系统根据网络拥堵情况自动计算的的，priorityFee是用户自己设置的。用户最终付的gasPrice包括baseFee和priorityFee，因此用户在提交交易时，就可以预先获取系统的baseFee，进而判断自己的成本至少要大于baseFee，做出合理的交易选择。

2. 引入maxFee

有了baseFee，用户知道了网络拥堵的情况，但如果想在拥堵时打包交易，priorityFee依然需要竞标。

EIP1559引入类似于gasLimit的思路，用户可以设置maxFee，等同于gasPrice的limit。

假如用户设置maxFee为100gwei，baseFee系统计算为60gwei，priorityFee设置为10gwei，那么用户的真实gasPrice为baseFee+prioirityFee=70gwei。最终会返回maxFee-gasPrice=30gwei给用户。

也就是，priority竞标虽然存在，但maxFee可以设置用户消耗gas费的上限，提供止损方案。

3. baseFee销毁

baseFee的收益不会给到矿工，而是系统销毁，从矿工的角度，收入减少了。但好处是ETH 代币的通胀速度将减缓。现在每天 ETH 的产出是 13000 枚左右，年通胀率约为 4%。Dune Analytics 的数据显示，如果按照 EIP 1559 的方式，一年内预计销毁 2937123 枚以太坊，占增发量的 61.9%，可以把通胀率降低到 1.5%。这个数值要比比特币 1.8% 的通胀率更低，在销毁过多的情况下通胀率还可能变为负值。通过销毁基础费，可以将网络的使用价值与 ETH 价值更深地绑定在一起，在一定程度上会提升 ETH 的价值。

baseFee计算方法

基本思路：

1. 设置blockSize，区块的最大Gas Limit为30M。
2. 设置gasTarget，理想区块的gasLimit为15M。也就是虽然区块最大的gasLimit为30M，但那只是极端情况，理想区块的gasLimit应该是15M。
3. 上一个区块的gasUsed和gasTarget比较，如果gasUsed>15M，则baseFee增加，反之则减少。
4. 在区块达到30M的极端情况，baseFee的变化率为12.5%。比如当前区块为30M，则下一个区块的baseFee增加12.5%，反之则减少12.5%。12.5%是个不小的数字，如果区块大小连续超过目标值近 5 分钟，用户需要支付的基础费就要上涨十倍，近 10 分钟的话上涨 100 倍。

baseFee增加和减少的具体计算方法：

//第一个区块设置初始baseFee
if INITIAL_FORK_BLOCK_NUMBER == block.number:
    expected_base_fee_per_gas = INITIAL_BASE_FEE
//如果parent block的gasUsed等于gasTarget（15M),baseFee不变
elif parent_gas_used == parent_gas_target:
    expected_base_fee_per_gas = parent_base_fee_per_gas
//如果gasUsed大于gasTarget，计算delta。
//计算delta与gasTarget的比例(delta/gasTarget)，再乘以12.5%
elif parent_gas_used > parent_gas_target:
    gas_used_delta = parent_gas_used - parent_gas_target
    base_fee_per_gas_delta = max(parent_base_fee_per_gas * gas_used_delta // parent_gas_target // BASE_FEE_MAX_CHANGE_DENOMINATOR, 1)
    expected_base_fee_per_gas = parent_base_fee_per_gas + base_fee_per_gas_delta
else:
    gas_used_delta = parent_gas_target - parent_gas_used
    base_fee_per_gas_delta = parent_base_fee_per_gas * gas_used_delta // parent_gas_target // BASE_FEE_MAX_CHANGE_DENOMINATOR
    expected_base_fee_per_gas = parent_base_fee_per_gas - base_fee_per_gas_delta

思路是计算gasUsed和gasTarget的差值delta，再用delta/gasTarget，计算delta的占比，再乘以12.5，因此不难得知：

• 当区块到达30M时，delta=gasUse-gasTarget=30M-15M=15M， delta/gasTarget=1, 变化率=12.5%，因此下一个区块的baseFee增加12.5%。
• 当区块恰好15M时，delta=0M, delta/gasTarget=0，变化率为0，因此下一个区块baseFee保持不变。

实例解释

1. Block相关

一个etherscan上的Block数据:

https://etherscan.io/block/20039078

• Gas Limit: 30M Gas。又叫做blocksize, 硬上限，blocksize必须小于该数据。Gas Limit由最初的2015年的5000,经过多次EIP升级，目前是London EIP1559升级为30M。
• Gas Target: Gas Limit的一半，即15M Gas。理想的Gas容量，各个区块会努力向Target靠拢。
• Gas Used: 本Block实际包含的Gas数量。本例中占比30M的44.42%，比target 15M少11%。
• Base Fee Per Gas: 又简称为BaseFee，每个区块自动计算，会被燃烧。注意BaseFee单位是wei，代表着gas price，而不是gas。
• Burnt Fee: 被燃烧掉的gas费。等于Base Fee Per Gas * Gas Used。本例中即0.000000012140394661 * 13324957。

2. 交易相关

该区块对应的一条tx数据：

https://etherscan.io/tx/0x25e9ff6406a6d61df653be7ce38931f9f5b26309c20a003b57815e001254abc8

• Gas Limit: 本Tx消耗的最高Gas上限，实际消耗的Gas如果超过该上限则交易失败。
• Used by Txn: 本Tx实际消耗的Gas， 本例中占Gas Limit的83.33%。
• Gas Fee:
  • Base: 本区块的BaseFee，由系统自动计算，用户无法修改，会被自动燃烧。
  • Max Priority，又叫maxPriorityFeePerGas，GasTipCap，由用户设置，不会被燃烧，是矿工实际能收到的gas price。
  • Max，又叫maxFeePerGas，GasFeeCap，用户设置的最高gas price，实际的gas price(Basefee+GasTipCap)不能高于maxFeePerGas，如果高于，则真实的gas price取值maxFeePerGas。
• Gas Price: 真实的gas price， 即min(maxFeePerGas, Basefee+GasTipCap)，取计算的gas price和maxFeePerGas中最小的值。
• Burnt: BaseFee * Used by Txn，本例中即12.140394661 * 21,000。
• Txn Savings Fees: 替用户省下的Gas费。等于用户愿意支付的最大Gas Price(maxFeePerGas), 减去实际支付的Gas Price(maxPriorityFeePerGas + BaseFee)，乘以Gas。也就是等同于(maxFeePerGas – Gas Price) * Used by Txn。

Ref

• https://etherscan.io/block/20039078
• https://ethereum.org/en/developers/docs/gas/
• https://hackmd.io/@timbeiko/why-1559
• https://hackmd.io/@timbeiko/1559-json-rpc