如果你最近用過 DeFi ，最近高漲的交易費會令你瞠目結舌。如今，就以太坊交易而言，數十乃至數百美元的交易費實屬稀鬆平常之事。在如此高昂的手續費下，只有巨鯨才能有利可圖，更別提什麼 “讓沒有銀行賬戶的人也能享受銀行服務”、“讓免許可型金融基礎設施惠及所有人” 等巨集圖偉業了。以太坊正在成為富人的聚集地。
高昂的手續費表象之下的核心是 區塊鏈可擴充套件性問題。這個問題太過臭名昭著，以至於有了自己的維基百科頁面。這是當前區塊鏈最主要的侷限性，此外還有終局性時滯太大、搶跑交易、跨鏈互操作性等侷限性。
我們想要建立一個能讓所有價值自由流動的代幣化世界，區塊鏈的侷限性會阻礙我們實現這一願景。這就是為什麼 0x Labs 組建了一個專門的研究工程師團隊針對這些侷限性開發解決方案。在本文中，我們將探索以太坊的侷限性及其對 DeFi 使用者的影響。我們還將簡要介紹下一代區塊鏈。在後續文章中，我們將探索另一類解決方案（Layer 2），並介紹我們自己解決 DeFi 需求的策略。
首先，要知道以太坊交易的大小是以 Gas 消耗量來衡量的。交易會打包到區塊中，大約每 13 秒出一個塊。每個區塊只能容納有限的交易，因為有所謂的 “區塊 Gas 上限”。目前，每個區塊的 Gas 上限是 1200 萬。一個普通的 ERC20 代幣交易需要消耗大約 5 萬 Gas 。這就意味著，一個區塊最多可容納 240 筆代幣轉賬操作，即，每秒可完成大約 18 筆交易。DeFi 交易通常涉及多筆代幣轉賬，以及其它記賬操作，這會導致成本翻倍，並進一步限制吞吐量。Gas 容量和出塊時間意味著有源源不斷的 Gas 可供交易使用。
我們先來看看以太坊誕生以來，Gas 的供應量和使用量增長情況。
Gas 使用量
每天，以太坊上都會新增大約 6000 個區塊，容納數十億 Gas 的交易。這個數量一直在變化，並隨著時間流逝而增長，主要是因為區塊 Gas 上限增加。與此同時，隨著以太坊上交易的數量和規模在不斷增加，交易所消耗的 Gas 總量也在不斷增加。
回顧整個以太坊的發展史，Gas 的供應量（灰色部分）和消耗量（黑色部分）如下圖所示：
如圖所示，在拜占庭（Byzantium）、君士坦丁堡（Constantinople）和繆爾冰川（Muir Glacier）硬分叉發生前，Gas 供應量都出現了鋸齒狀的驟降。這些都是以太坊難度炸彈，又稱冰河世紀（ice age），所產生的影響。在冰河期，出塊時間會呈指數型增加，導致每天挖出的塊數量減少，每天的 Gas 供應總量也隨之減少。當然了，這種情況是非常糟糕的，因此以太坊網路需要用硬分叉來恢復網路。難度炸彈的用意正在於此：引入改進措施，以免出現創新停滯的情況。由於君士坦丁堡硬分叉忘了重新設定難度炸彈，以太坊緊接著又引入了繆爾冰川硬分叉。之後的柏林硬分叉正在考慮改變這一機制（EIP 2515）。
透過圖中黑色部分的 Gas 使用量，我們可以看出 2017 年 ICO 熱潮以來，以太坊的 Gas 使用量佔 Gas 上限的 60% 以上。自此以後，Gas 上限經過幾次躍升，增長了四倍。每次躍升後，Gas 使用量也出現相應增長。過去幾個月來，以太坊的 Gas 使用量似乎卡在了 Gas 上限的 95% 上。
要想知道以太坊的 Gas 使用率為何無法超過 95% ，我們需要先了解空塊和叔塊。
空塊和叔塊
縱觀以太坊的發展史，即使是在供不應求的情況下，以太坊的 Gas 使用量也沒有超過 Gas 上限的 95% 。令人驚訝的是，剩餘 5% 的 gas 都是以空塊的形式被浪費了。空塊是有規律的，大約每挖出 20 個區塊就會有一個空塊。在有付費交易等待打包的情況下，為什麼還會有人挖空塊？我們來看一下資料：
空塊率隨時間的流逝而穩定增長，目前在 5% 左右。所有礦池都有挖空塊，因此不是惡意行為。真正的問題是，出塊速度過快。如果挖出一個區塊的時間少於 6 秒，這個塊是空塊的概率會成倍增加（譯者注：作者這個斷言應該是根據時間戳統計資料得出的，因為沒有使用虛擬語氣）。
有一種解釋是，礦工在收到一個新區塊的區塊頭、但還沒處理完整個區塊時就開始挖下一個區塊。這在比特幣中叫作 “簡單支付驗證（SPV）” 挖礦，可以讓礦工立即開始挖下一個塊，但是隻能挖空塊。一旦新的區塊處理完成，礦工就可以開始打包並挖出下一個區塊。可以證實這一解釋的另一個證據是，如果同一個礦工連續挖出了兩個區塊，空塊率就會降低 25% 。
除了挖空塊之外，還有一種方法是在處理新區塊的同時繼續接著上一個區塊挖礦（而不是挖更新的可挖位點）。這就有可能導致多個新區塊被挖出。如果這種情況發生在以太坊上，網路就會選出一個合法區塊，並將其它區塊視為叔塊。挖出叔塊的礦工會獲得同樣的區塊獎勵。叔塊率非常穩定：
2018 年，Gas 使用量達到頂峰時，叔塊率也達到了頂峰（現已降至穩定的 5%）。那段時間，空塊率也有增加，可能是因為礦工改變了策略。
雖然叔塊率對以太坊可擴充套件性的影響不是很明顯，但確實存在。拜占庭硬分叉中的 EIP-100 調整了區塊難度評估公式，將叔塊計算在內。因此，叔塊率越高意味著在礦工挖出的區塊中，作為叔塊被浪費的區塊越多，作為合法區塊被新增到最長鏈上的區塊越少。具體表現為出塊時間增加，每日 Gas 供應量減少。（導致出塊時間增加的另一大原因是冰河期。）
無論是叔塊還是空塊，都是以太坊上重要的網路健康標誌。二者中任意一者增加都意味著每日 Gas 供應量減少。對叔塊率的分析是 EIP 2028 和 1559 背後主要的研究內容之一（參見 1、2、3）。令人驚訝的是，這兩個 EIP 都沒有提到空塊率，而且研究上存在方法上的缺陷。最好能採用恰當的統計方法（如邏輯迴歸）來進行更嚴格的分析，並將叔塊率和空塊率都納入考慮範圍。
有一些方法可以用來降低空塊率和叔塊率。假設導致空塊率和叔塊率較高的根本原因是，由於網路和區塊處理延遲，礦池無法獲得最新狀態。一種簡單（但是不可取）的方法是，讓礦池變得更加中心化，將最新狀態集中在一處。去中心化更高的解決方案是，使用 bloxroute 在礦池之間建立專屬的互聯通道。還有一種解決方案的靈感來自 “間諜挖礦（spy mining）”，就是讓礦池預先共享它們正在挖的區塊。其它礦池就能針對每一個在挖區塊準備好下一個區塊，一旦某個礦池成功挖出了區塊，其它礦池就知道下一個該挖哪個區塊，並且馬上切換過去。從更高層次來看，改進節點通訊協議和處理演算法也會帶來幫助，或許也能帶來一些收益。但是，正如我們所見，降低叔塊率和空塊率最多可以將每日 gas 供應量提高 5% 左右。
由此看來，gas 上限是 gas 供應量的 95% 。那麼，如果人們對 gas 的需求超過這一上限，會發生什麼情況呢？
Gas 價格
當以太坊使用者對 Gas 的需求接近上限時，會發生什麼情況？礦工可以隨心所欲地選擇交易進行打包（詳見下文）。但是實際上，礦工會優先打包 Gas 價格高的交易，因為這會讓他們的收益最大化，最終引發針對 Gas 的最高價格拍賣。
Gas 價格已經成為完美的無彈性供給範例。 隨著以太坊網路對 Gas 的利用率超過 80% ，向 95% 的上限直線靠攏，Gas 價格就會出現大幅上漲。需求量增加只會推動 Gas 價格上漲，直至使用者負擔不起為止。讓 Gas 價格下跌的唯一方法是，提高 Gas 供應量或降低使用者對 Gas 的需求量。近期 Gas 上限的增加並不足以有效壓低 Gas 價格。
乍看之下，人們對以太坊的興趣增加，只會導致 Gas 價格上漲，不會導致以太坊的使用量增加。實際上，Gas 價格高的交易會淘汰 Gas 價格低的交易。那些小額 NFT（非同質化代幣）交易會減少，大額的 DeFi 交易會增加。
EIP 1559 旨在讓 Gas 供應量在較短的時間範圍內更具彈性。在需求量高峰時期，會建立出較大的區塊（高達 2000 萬 Gas）。這有助於平抑 Gas 價格，讓交易更早被打包進區塊。但是，這並不會改變長期中的無彈性供應問題。EIP 1559 實施後仍然會有一個長期不變的 Gas 上限。這就意味著，Gas 價格將持續上漲，直至需求量足夠小為止（與現狀相同）。此外，EIP 1559 實施後仍有用來支付給礦工、作為打包交易的報酬的激勵機制（假設礦池會繼續按照這個激勵的大小為交易排序、建立區塊）。這就意味著，搶跑交易、Gas 競價之戰和礦工抽取價值的問題依然存在。
圖中資料代表被打包進下一個區塊所需支付的最低價格。如果你願意等久一點，Gas 價格會低得多。從近期的歷史資料來看，如果你願意等待兩分鐘及以上，Gas 價格就會下降。EIP 1559 有助於在降低溢價的同時加快交易的處理速度。
因此，達到 Gas 上限時，Gas 價格就會上漲。那麼，我們如何提高 Gas 上限？
