以太坊執行層擴容的範式轉移：從防禦性保守主義到實證科學驅動的 60M Gas Limit 演進

這些努力使得以太坊主網從不敢輕易提高 Gas 上限，到如今能夠安全地將上限一路提升至 60M Gas，甚至更高。

撰文：ZHIXIONG PAN

過去一年中，以太坊區塊的 Gas 上限（Gas Limit）從約 3000 萬迅速提升到了 6000 萬。這一飛躍背後有多重因素共同驅動，包括協議層對區塊最壞情況大小的控制、執行客戶端效能的大幅優化，以及針對更高 Gas 上限所進行的系統性測試驗證。

簡單來說，開發者透過改進以太坊協議規則減少了提高 Gas 上限的風險，顯著提升了各客戶端處理大區塊的速度，並證明網路在更高負載下仍能按時出塊和傳播區塊。

這些努力使得以太坊主網從不敢輕易提高 Gas 上限，到如今能夠安全地將上限一路提升至 60M Gas。下面我們將詳細解釋 Gas Limit 的概念及歷史，然後深入探討 Gas Limit 提升的核心原因，並展望未來進一步擴容所需的條件。

Gas Limit 與 Blob：定義及區別

Gas 上限（Gas Limit）是以太坊中衡量每個區塊內最大計算工作量的參數，即每個區塊可包含交易執行的總 Gas 數量上限。Gas 上限越高，單個區塊能容納的交易越多，鏈上吞吐量就越大。但副作用是更高的 Gas 上限會增加網路參與者的負擔：出塊驗證者需要在固定的出塊時間內打包並廣播更大的區塊，全網所有節點也必須下載並執行更大的區塊，導致網路頻寬和節點硬體壓力上升。

Blob 則是另一種不同性質的區塊內容，是為擴展以太坊資料可用性而引入的新元素。Blob 來源於 EIP-4844 提案，允許在區塊中臨時容納大量供 Layer 2 使用的二進位資料，其成本計量獨立於普通交易的 Gas 消耗。簡單來說，Blob 提供的是專門給 L2 Rollup 資料的額外空間，而 Gas Limit 衡量的是常規 EVM 計算的規模上限。兩者並不直接可比：提升 Blob 數量主要影響區塊中可附加的 L2 資料容量，而提升 Gas Limit 則直接增加 L1 執行交易的計算容量。

本文聚焦討論 Gas Limit 這一話題，而 Blob 容量的變化則不作展開。

歷史背景：為何過去不敢提高 Gas Limit？

以太坊早期對提高區塊 Gas 上限一直持謹慎態度。在 EIP-1559 於 2021 年實施後，以太坊將區塊 Gas 目標定在約 1500 萬（單區塊最大約 3000 萬），此後多年未再提升。其原因在於，當時幾項關鍵瓶頸尚未解決，貿然提高 Gas 上限可能危及網路安全和去中心化：

• 執行效能：客戶端軟體能否足夠快地執行更多交易？如果區塊過大導致節點無法在區塊間隔內完成執行和驗證，可能錯過及時出塊或出現鏈分叉。
• 網路傳播：更大的區塊需要在 12 秒的出塊週期內廣播到全網，尤其是在 4 秒內必須被多數驗證者接收才能及時提交權益證明。過大的區塊可能傳播延遲，導致共識問題。
• 狀態增長：更高的吞吐量將加速以太坊全域狀態（帳本資料）的膨脹，節點同步和儲存負擔隨之增加，長期可能削弱網路的去中心化。
• 硬體要求：以上因素疊加意味著運行節點所需的硬體配置提高。若普通用戶用家用電腦難以跟上，更高的 Gas 上限可能使網路向少數高效能節點集中，不利於去中心化。

由於上述顧慮，過去很長一段時間以太坊主網的 Gas 上限基本保持穩定，沒有輕易突破 3000 萬的水平。尤其是 Rollup 興起後，大量交易將壓縮資料透過低成本 calldata 發布到 L1，導致以太坊區塊平均大小逐漸逼近極限，極端情況下單塊資料甚至可達數百萬位元組之巨。

在沒有其它改進時，提高 Gas 上限只會進一步放大區塊尺寸和效能問題。因此，以太坊社群當時選擇主要依賴 Layer 2 擴容，而未貿然在 L1 提高 Gas 上限。

如今 Gas Limit 快速提升的核心原因

那麼，為什麼進入 2025 年後，以太坊能夠在保持安全的前提下快速將 Gas 上限提升一倍有餘？根本原因在於以下幾方面的技術改進同時到位，為擴容掃清了障礙。

協議升級限制最壞情況區塊大小

以太坊引入了新的協議規則來縮小「最壞情況」區塊尺寸的上限。其中關鍵一項是 EIP-7623 提案，它透過提高交易中 calldata 資料的 Gas 成本，顯著減少了單個區塊在極端情況下可以包含的廉價資料量。

在 EIP-7623 實施前，攻擊者可以利用超低的 calldata Gas 單價塞滿一個區塊高達數 MB 的資料；而調高價格後，同樣大小的資料將耗費更多 Gas，實質上降低了區塊大小上限，緩解了區塊大小「均值與極值差異過大」的問題。

這一改動使得即使提升整體 Gas Limit，區塊整體位元組大小不會無節制膨脹，從而為提高 Gas 上限騰出了安全餘量。換言之，協議層主動收緊了資料層面的開銷，確保「計算量翻倍，區塊大小不翻倍」，為後來將 Gas 上限從 3000 萬提高到 6000 萬奠定了基礎。

同時，主網在 EIP-4844 中開始引入專用的 Blob 資料交易供 Rollup 使用，也進一步減少了 Rollup 對廉價 calldata 的依賴。Rollup 資料逐步從普通 Gas 空間轉移到 Blob 空間後，常規區塊 Gas 更集中用於真正的合約計算，平均區塊更「輕」，這也間接為 Gas 上限的提升創造了更有利的條件。

客戶端效能大幅優化

各個以太坊執行客戶端團隊對軟體進行了深入的效能基準測試和優化，大幅提升了處理大區塊的速度。由 Nethermind 等團隊主導的 Gas 基準測試框架填充全區塊執行單一類型的指令或預編譯合約，以壓力測試客戶端的極限處理能力（用「百萬 Gas 每秒」衡量效能）。

透過這一統一基準，開發者發現並修復了一些過去隱藏的執行瓶頸。例如，在測試中發現「模重複乘方」（ModExp）預編譯的某些極端情況耗時遠超其 Gas 定價，成為所有主流客戶端的共同瓶頸。

針對這些發現，社群迅速提出 EIP-7883 對 ModExp 預編譯進行 Gas 重定價，並協調客戶端優化演算法。同時，其他耗時較大的密碼學操作（如 BLS12-381 橢圓曲線計算 BN256、雜湊等）也分別由客戶端團隊進行了優化或重價。

據統計，經過 2025 年中期一次跨客戶端的「Berlin Interop」效能衝刺，各執行客戶端在最壞情況下的區塊處理速度顯著提升，大多數操作已達到每秒處理約 2000 萬 Gas 的水準。

換算下來，如果客戶端每秒能執行 2000 萬 Gas，那麼在 PoS 出塊間隔 4 秒內理論上可處理多達 80M Gas 的區塊。這意味著將區塊上限提升到 60M Gas 仍在安全餘度之內。

這些效能改進消除了此前「執行速度跟不上 Gas 上限」的顧慮，保證即使區塊包含雙倍於以往的交易量，客戶端也能在規定時間內驗證完成，不會因為執行過慢而錯過共識時限。

全面測試驗證網路傳播極限

在實施任何主網 Gas 上限提升前，開發者在多個專門的網路中進行了充分測試，確保更大區塊依然可以及時傳播並被絕大多數節點接受。

例如，2025 年以太坊開發者在測試網 Sepolia 和新開發網 Hoodi 上將區塊 Gas 上限提升至 60M，並持續觀察網路效能指標。結果顯示，即使使用最大 60M Gas 的區塊，這些網路中的區塊提議仍能按時打包完成並透過 P2P 網路快速傳播：90% 節點在塊產生後約 0.7~1.0 秒內收到區塊，幾乎所有節點都在 4 秒內完成驗證並接受區塊成為新鏈頭。

換言之，即使區塊 Gas 用量翻倍，區塊仍然可以在以太坊規定的 4 秒證明者提交截止時間前傳遍網路。在這些壓力測試中，開發者監測了提議節點出塊是否按時、全網節點接受新區塊所需時間分布等關鍵資料，未發現明顯異常。

由於測試網的狀態規模和節點拓撲與主網有所差異，開發者對此保持審慎樂觀，但測試結果證明了在理論和工程上 60M Gas 區塊是可行的。同時，為保障共識層安全，開發者也考慮了信標鏈層面的限制（例如信標鏈網路層目前有 ~10MB 的單區塊 Gossip 傳播上限）。透過前述 EIP-7623 等手段降低單塊位元組數，以及避免同時出現過多懲罰交易等最壞情況，60M Gas 的執行負載並未觸及這些上限。

綜合來看，各項測試和調整讓核心團隊對主網從 3000 萬提升到 6000 萬 Gas Limit 的風險有了充分把握，增添了信心。在多數驗證者表達支持訊號後（約 15 萬 + 驗證節點投票同意提額），以太坊終於在 2025 年著手提升主網 Gas 上限，並計劃在後續升級中正式將預設值調整到 60M。

未來展望：再往上提升還需什麼？

以太坊社群並不打算止步於 60M Gas。在 Fusaka 等後續升級計畫中，開發者描繪了將區塊 Gas 上限繼續推升至 100M 乃至更高的路徑。要實現這一目標，仍有若干技術難題需要解決或持續關注：

• 進一步優化重度計算操作：正如前文提到的 ModExp 演算法，目前透過 EIP-7883 重價和客戶端優化已基本消除瓶頸。但要支撐 100M 級別的區塊，可能還需要針對其他高 Gas 消耗的加密運算（如 橢圓曲線簽名驗證、零知識證明驗證等）進行優化或加入專用加速。幸而客戶端團隊已經在這些方向上展開協作，在 2025 年的測試中就調整了 BN256 橢圓曲線相關預編譯的實現，使其效能不再拖後腿。可以預見，隨著以太坊引入更多高效能加密原語（甚至考慮原生支援 STARK 等），執行瓶頸將繼續被突破，為提高 Gas 上限掃清障礙。
• 控制狀態規模和節點成本：更高的 Gas 上限意味著鏈上狀態可能更快增長。如果不加以應對，幾年後全節點儲存和同步新節點的難度都會顯著上升。以太坊開發者已經在研究狀態增長問題，比如提議狀態租金或定期修剪歷史狀態，以避免無止境膨脹。不過這些更長期的機制尚在討論階段。短期來看，隨著 Gas 上限提高，節點營運者可能需要更頻繁地升級硬體（如更快的 SSD 和更大的記憶體）來跟上增長的狀態和資料量。社群在提高 Gas 上限的同時也強調不會犧牲去中心化，因此在狀態管理方案成熟前，會謹慎評估每一步擴容對普通節點的影響。
• 共識層改進與網路協議優化：如果未來要支援 100M Gas 或更大的區塊，一些共識和網路參數可能需要調整。例如，目前信標鏈區塊包含執行負載、Blob 資料和證明資料在內有整體大小限制。開發者或需提升 P2P 層的訊息大小上限，或透過壓縮、分片傳播等技術減少大型區塊的延遲。此外，以太坊正引入 PeerDAS（點對點資料取樣網路）來處理 Blob 資料的高效傳播，這會在一定程度上減輕執行層區塊傳播的壓力。在確保執行層 60M+ Gas 安全運行後，資料層和網路層的改進將成為下一階段擴容的重點。

展望未來，只要上述環節的改進同步推進，以太坊主網進一步提高 Gas 上限並非遙不可及的目標。開發者已經在測試網驗證了從 36M 提升到 45M、60M 的可行性，下一步朝著 100M 前進也在規劃中。需要強調的是，以太坊社群在擴容上保持一貫謹慎的態度：每一次提升都會「先測試，後主網」，在確認不會危及網路安全和去中心化的前提下才實施。

總體而言，過去一年 Gas Limit 的大幅提升是多個領域協同創新的結果：協議層降低風險、客戶端提升效能、測試資料提供信心。在這些努力的支撐下，以太坊成功邁出了 L1 擴容的重要一步，並為未來繼續提高容量、承載更多應用奠定了基礎。

參考文獻