Gas¶
标签：Gas 智能合约 虚拟机
EVM虚拟机有一整套Gas机制来衡量每笔交易上链消耗的CPU、内存和存储资源。FISCO BCOS 2.0引入了Precompiled合约，支持内置的C++合约，为了提升Precompiled合约的安全性，FISCO BCOS v2.4.0在Precompiled合约中引入了Gas机制。
此外，EVM原始的Gas机制中，交易的主要Gas消耗来源于存储，考虑到联盟链场景更关注CPU和内存消耗，FISCO BCOS v2.4.0调整了存储Gas，引入Free Storage Gas衡量模式，提升CPU和内存在交易Gas消耗中的占比。
Precompiled合约支持Gas计算¶
注解
Precompiled合约支持Gas计算的特性从v2.4.0开始支持，当 supported_version 小于v2.4.0，或者旧链直接替换二进制升级时，不支持该特性
模块架构¶
FISCO BCOS v2.4.0新增了PrecompiledGas模块进行Gas计算，Gas开销主要包括CPU、内存和存储三个维度，模块图如下：
PrecompiledGas主要记录了每个交易执行Precompiled合约过程中调用的基础操作、占用内存消耗的Gas，交易调用Precompiled合约时Gas计算机制如下：
- 虚拟机执行交易调用
Precompiled合约的call接口时，每调用一个基础操作，会将其对应的OPCode添加到PrecompiledGas的运行时指令集合中 - 虚拟机执行交易调用
Precompiled合约的call接口时，基础操作占用的内存变化时，会更新PrecompiledGas的运行时消耗的内存 Precompiled合约执行完毕后，可调用接口，根据运行Precompiled合约过程中执行的指令集合、消耗的内存，计算出该Precompiled合约Gas消耗。
Precompiled合约Gas衡量标准¶
FISCO BCOS Precompiled合约Gas衡量标准参考了EVM，主要包括CPU、内存和存储三个维度。下面详细介绍Precompiled合约具体的Gas计算方法。
Precompiled合约内存Gas计算¶
Precompiled合约内存消耗主要来自于输入、输出以及运行时产生的额外内存消耗。某笔交易消耗的总内存为txMemUsed时，其对应的内存Gas计算公式如下。即：每32字节增加memoryGasUnit个Gas，memoryGasUnit的值为3.
MemoryGas(txMemUsed) = memoryGasUnit * txMemUsed / 32 + (txMemUsed * txMemUsed)/512
Precompiled合约CPU、存储Gas计算¶
为了计算Precompiled合约基础操作消耗的Gas，FISCO BCOS v2.4.0将Precompiled合约映射到具体的操作码，并定义了每个基础操作对应的Gas。
Precompiled合约基础操作对应的操作码¶
PrecompiledGas模块将Precompiled合约基础操作映射到了操作码如下：
| 操作 | 说明 | 操作码 |
|---|---|---|
| EQ | ConditionPrecompiled的EQ调用，判断两个操作数是否相等 | 0x00 |
| GE | ConditionPrecompiled的GE调用，判读左值是否大于等于右值 | 0x01 |
| GT | ConditionPrecompiled的GT调用，判断左值是否大于右值 | 0x02 |
| LE | ConditionPrecompiled的LE调用，判断左值是否小于等于右值 | 0x03 |
| LT | ConditionPrecompiled的LT调用，判断左值是否小于右值 | 0x04 |
| NE | ConditionPrecompiled的NE调用，判断左值是否不等于右值 | 0x05 |
| Limit | ConditionPrecompiled的Limit调用，限制从CRUD接口中查询出来的数据条数 | 0x06 |
| GetInt | EntryPrecompiled的getInt调用，将字符串转换成int256/uint256返回 | 0x07 |
| GetAddr | EntryPrecompiled的getAddress调用，将字符串转换成Address | 0x08 |
| Set | EntryPrecompiled的set调用，设置指定Key的值为指定的Value | 0x09 |
| GetByte32 | EntryPrecompiled的getByte32，将字符串转换为byte 32 | 0x0a |
| GetByte64 | EntryPrecompiled的getByte64，将字符串转换为byte 64 | 0x0b |
| GetString | EntryPrecompiled的getString，获取输入的Key对应的值Value | 0x0c |
| CreateTable | TableFactoryPrecompiled的createTable调用，创建表 | 0x0d |
| OpenTable | TableFactoryPrecompiled的openTable调用，打开表 | 0x0e |
| Select | TablePrecompiled的select调用，查询表 | 0x0f |
| Insert | TablePrecompiled的insert调用，向表中插入指定记录 | 0x10 |
| Update | TablePrecompiled的update调用，更新指定表中的指定记录 | 0x11 |
| Remove | TablePrecompiled的remove调用，删除指定表中的指定记录 | 0x12 |
| PaillierAdd | 同态加接口 | 0x13 |
| GroupSigVerify | 群签名验证接口 | 0x14 |
| RingSigVerify | 环签名验证接口 | 0x15 |
Precompiled合约基础操作衡量标准¶
PrecompiledGas定义了Precompiled合约每个基础操作对应的Gas消耗，具体如下：
| 操作 | Gas消耗 |
|---|---|
| EQ | 3 |
| GE | 3 |
| GT | 3 |
| LE | 3 |
| LT | 3 |
| NE | 3 |
| Limit | 3 |
| GetInt | 3 |
| GetAddr | 3 |
| Set | 3 |
| GetByte32 | 3 |
| GetByte64 | 3 |
| GetString | 3 |
| CreateTable | 16000 |
| OpenTable | 200 |
| Select | 200 |
| Insert | 10000 |
| Update | 10000 |
| Remove | 2500 |
| PaillierAdd | 20000 |
| GroupSigVerify | 20000 |
| RingSigVerify | 20000 |
EVM Gas衡量标准插件化¶
如前面所述，针对部分场景衡量交易资源耗用时，更加关注CPU和Gas，FISCO BCOS v2.4.0引入了Free Storage的Gas衡量模式，提升CPU和内存在交易Gas消耗中的占比。
注解
EVM Gas衡量标准支持插件化配置的特性从v2.4.0开始支持，当 supported_version 小于v2.4.0，或者旧链直接替换二进制升级时，不支持该特性
模块架构¶
为了支持Gas衡量标准插件化配置和FreeStorage的Gas衡量模式，FISCO BCOS v2.4.0在以太坊EVMSchedule引入FreeStorageEVMSchedule，在PrecopmiledGas的GasMetrics基础上引入了FreeStorageGasMetrics，并根据genesis文件的enable_free_storage配置项决定启用哪种Gas衡量模式，如下图所示：
为了提升CPU和内存在交易Gas消耗中的占比，FreeStorageEVMSchedule调整了创建合约、SSTORE、SLOAD等操作的Gas消耗；FreeStorageGasMetrics主要调整了CreateTable、Insert、Remove、Update等操作的Gas消耗。
Gas衡量标准¶
下面分别介绍非FreeStorage模式和FreeStorage模式下，EVM虚拟机和Precompiled合约Gas衡量标准：
EVM虚拟机Gas衡量标准
| Gas | 说明 | EVMSchedule模式下Gas消耗 | FreeStorageEVMSchedule模式下Gas消耗 |
|---|---|---|---|
| CreateGas | 创建合约的Gas消耗 | 32000 | 16000 |
| sloadGas | 从存储读取32字节数据消耗的Gas | 200 | 1200 |
| sstoreSetGas | 添加32字节数据到存储的Gas消耗 | 20000 | 1200 |
| sstoreResetGas | 更新32字节存储数据的Gas消耗 | 5000 | 1200 |
Precompiled合约Gas衡量标准
| Gas | 说明 | GasMetrics模式下Gas消耗 | FreeStorageGasMetrics模式下Gas消耗 |
|---|---|---|---|
| CreateTableGas | 创建表的Gas消耗 | 16000 | 500 |
| StoreGas | 向表中插入数据或更新表中数据的Gas消耗 | 10000 | 200 |
| RemoveGas | 删除表中数据的Gas消耗 | 2500 | 200 |