Gas 為何存在：一只防堵無窮迴圈的計量表
想像對以太坊最迷你的攻擊：一份合約的內容只有 `while (true) {}`。送出一筆交易去呼叫它。現在回想 EVM 究竟是什麼——它不是一台電腦，而是地球上每一個全節點都重跑同一段程式碼以達成對結果的共識。沒有煞車，這個迴圈就會在數千台機器上同時永遠空轉。鏈會直接停止出塊。一個垃圾訊息攻擊者，只用一筆交易，就能讓整個網路癱瘓。
要事先判斷任意程式是否會停機，正是著名的停機問題——已被證明在一般情況下不可能。以太坊的設計並不試圖解決它，而是繞過它：為每一步運算收費，給每筆交易一份有限的預算，預算用罄的那一刻就停下來。這份預算以 gas（燃料）計價，而為每一步開帳單的規則就是 gas 計量。無窮迴圈不再危險——它只會燒光自己的預算然後被切斷。
所以 gas 本質上是一種阻斷服務（DoS）防禦。它讓運算的花費正比於它所需的工作量，這正是為什麼一份惡意騷擾合約無法免費運行。其餘的一切——費用市場、最佳化、你兌換代幣時付的價格——全都建立在這一個概念之上：工作會被計量，而被計量的工作就必須付費。
每個操作碼都掛著一張價目牌
上一階你已認識 EVM 是一台一次執行一個操作碼的堆疊機。gas 系統替這些操作碼各自釘上一個固定價格，定義在以太坊的黃皮書裡。在堆疊上做廉價算術只要幾單位 gas；碰一下永久性的儲存卻要好幾千。以下是價目表的代表性片段（Berlin 升級後，含 EIP-2929 的 warm／cold 規則）：
Opcode Gas Note ------------------------------------------------------- STOP 0 halts; costs nothing ADD / SUB 3 G_verylow (cheap math) MUL 5 G_low PUSH1 .. PUSH32 3 push a constant onto the stack POP 2 G_base MLOAD / MSTORE 3 + memory-expansion cost KECCAK256 30 + 6 per 32-byte word hashed SLOAD (cold) 2100 FIRST read of a storage slot SLOAD (warm) 100 slot already touched this tx SSTORE 0 -> X 22100 write a FRESH slot (20000 + 2100 cold) SSTORE X -> Y 5000 overwrite an existing non-zero slot LOG1 750+ 375 base + 375/topic + 8/byte of data CALL 100+ warm; +9000 to send ETH; +25000 new acct CREATE 32000 deploy a new contract
有兩個細節很重要。第一，warm 對 cold（EIP-2929，Berlin 分叉）：交易在一個區塊裡第一次讀取某個儲存槽或某個帳戶時，要付昂貴的「cold（冷）」價；之後再碰同一個槽都很便宜、是「warm（熱）」的。協定向你收取的是「把新資料從磁碟撈出來」的代價，而不是「重讀節點快取中已有資料」的代價。第二，記憶體的成本是平方成長——見下方提醒。
實作範例：把帳單加總起來
我們來把一筆迷你交易從頭到尾算清楚。這份合約只計算 `3 + 5`，並把結果存進一個原本為零的狀態變數。有兩項成本落在操作碼之外：每筆交易都要付的固定起始成本 21,000 gas（涵蓋簽章還原、nonce 檢查與基礎開銷），再加上你送入資料的 calldata——每個零位元組 4 單位 gas、每個非零位元組 16 單位 gas。現在把操作碼加上去：
// Solidity: function set() external { stored = 3 + 5; } // stored was 0
Transaction intrinsic cost ........................ 21000
PUSH1 0x03 (push 3) ............................ 3
PUSH1 0x05 (push 5) ............................ 3
ADD (3 + 5 = 8 on the stack) ........... 3
PUSH1 0x00 (push storage slot 0) .............. 3
SSTORE (slot 0: 0 -> 8, a FRESH write) ..... 22100
--------------------------------------------------------
TOTAL ............................................. 43112 gas
// The single SSTORE is 22100 / 43112 = 51% of the entire bill.
// The actual arithmetic (ADD) is 3 gas — 0.007% of the cost.教訓直白得很：在 EVM 裡，運算很便宜，記住很昂貴。做這道算術花 3 單位 gas；把一個 32 位元組的字組永久寫進全世界共享的狀態裡，卻要 22,100。這個比例形塑了每一份正經合約的寫法，也是本篇接下來一再回到儲存這個主題的原因。
Gas 上限、用罄，以及無論如何都要付錢的人
你簽署的每一筆交易都帶著一個 gas 上限——你授權的最大工作量單位數。錢包會估算你的呼叫大約需要多少（上面的 43,112）並留些餘裕。如果執行過程都沒超過上限，你只會被收取實際消耗的 gas，未動用的額度永遠不會被花掉。到目前為止都很直覺。
現在來看違反直覺的部分。如果執行在完成前就撞上 gas 上限，EVM 會丟出 out-of-gas（gas 耗盡）例外，並回退這筆交易做過的每一項狀態變更——彷彿它從未執行。但你仍要為它一路燒掉的所有 gas 付費。狀態被回滾了，費用卻不會退還。在你想起 gas 為何存在之前，這感覺很不公平：數千個節點確實執行了那些工作，總得有人補償他們——否則「免費的 out-of-gas 回退」本身就會變成 DoS 的破口。
還有第二道、宏觀層級的上限：區塊 gas 上限。一整個區塊只能容納價值一定 gas 量的交易（目標為 1,500 萬 gas，可彈性拉到 3,000 萬——下一節詳述）。這是全網級的 DoS 界線：它保證任何單一區塊所要求的運算量，都不會超過誠實節點在兩塊之間的時間內能重跑完的份量，讓驗證始終落在一般硬體能負荷的範圍內。
EIP-1559：基礎費、小費與銷毀
我們已經為工作定了價；現在來談每單位的價格。在 2021 年 8 月之前，以太坊跑的是粗糙的「第一價格拍賣」：每個人猜一個 `gasPrice`，出價最高者得，出塊者全數收進口袋。使用者經常付太多、費用劇烈波動，錢包還得扮演預言機。EIP-1559（London 分叉）以一個透明、大致可預測的市場取代了它。
在 EIP-1559 之下，每個區塊都有一個由協定設定的、每單位 gas 的基礎費。你不對它出價——它是被算出來的。一個區塊之後，基礎費會依前一塊相對於 1,500 萬 gas 目標的滿載程度，最多調整 ±12.5%：滿載（3,000 萬）的區塊把它往上推 12.5%，空塊往下拉 12.5%，半滿的區塊則維持不變。關鍵在於，基礎費會被銷毀——直接消滅、付給任何人。在它之上，你再加一筆優先費（小費），這筆才會進到出塊提議者口袋，作為把你納入區塊的誘因。
// You set: maxPriorityFeePerGas = 2 gwei (tip to proposer)
// maxFeePerGas = 30 gwei (your hard ceiling)
// Network: base fee = 20 gwei (burned)
// Your tx uses 43112 gas (the example above).
effective price = min(maxFee, baseFee + priorityFee)
= min(30, 20 + 2) = 22 gwei
total fee = 43112 * 22 gwei = 948,464 gwei ~= 0.00095 ETH
burned = 43112 * 20 gwei = 862,240 gwei (removed from supply)
to proposer = 43112 * 2 gwei = 86,224 gwei (the tip)
refunded to you = (maxFee - effective) * gas
= (30 - 22) * 43112 gwei (you escrow maxFee, pay less)有兩個誠實的後果。基礎費讓費用變得可預測——你能看見下一塊的下限，並有信心地設定 `maxFeePerGas`，不必盲目出價。而銷毀基礎費會把以太幣移出供給；當網路使用量高時，被銷毀的以太幣多過發給驗證者的新幣，使以太幣淨通縮——但僅當使用量高時。在清淡時期，發行量超過銷毀量，供給仍會成長。這是一種取決於使用量的壓力，而非保證。
為什麼儲存主宰帳單——以及如何少付一點
回到那 700 倍的落差。為什麼 `ADD` 幾乎免費，`SSTORE` 卻貴得殘忍？因為儲存不是暫存空間——它是世界狀態裡的一筆永久條目，每一個節點都必須永遠保存、複製並證明它。一個過渡性的計算在呼叫結束的瞬間就蒸發了；一個被儲存的字組，卻是整個網路在鏈的餘生中都得扛起的負債。gas 誠實地為這份不對稱定價：你預先一次付清，買下你強加給所有人的、無上界的未來成本。
這有個反面：釋放儲存可以賺回退款。把一個槽清回零（`SSTORE X -> 0`）會退還 gas，因為你縮小了大家都要扛的狀態。但退款有上限——最多是該筆交易總 gas 的 20%（EIP-3529）。這個上限的存在有實在的理由：交易者曾在 gas 便宜時寫入垃圾儲存、又在 gas 昂貴時清掉以換退款，藉此鑄造「gas 代幣」（GST2、CHI），等於把便宜的 gas 存起來日後再花。EIP-3529 大砍退款，既為了終結這場遊戲，也為了避免大筆退款動搖剛上路的基礎費機制。
正因為 gas 帳單主要來自儲存，gas 最佳化也就主要是儲存的紀律。槓桿最大的幾個做法，大致依影響力排序：
- 盡可能少寫儲存。把一個槽讀進區域記憶體變數，所有運算都在那裡做，最後只寫回一次——別在迴圈裡寫。一次 SSTORE 勝過十次。
- 把變數打包進共用的槽。一個儲存槽是 256 位元；四個 `uint64`，或一個 `uint64`＋`address`＋`bool`，可以共用一個槽，讓 EVM 用單次 SSTORE 而非多次更新它們。
- 對不需要持久化的資料，優先用 calldata 與記憶體。從 calldata 讀取函式參數，遠比把它們複製進儲存便宜。
- 對只在鏈下需要的資料，改用事件（event）而非儲存。一個 LOG 遠比 SSTORE 便宜，而索引器能讀取事件——只在合約自己必須查詢的狀態上才動用儲存。
- 善用 warm／cold。如果你非得碰同一個槽或外部帳戶兩次，第二次存取約 100 gas 而非約 2100——所以把第一次讀到的快取起來重複用。