君士坦丁堡升级要点详解

明天即将迎来以太坊的升级——君士坦丁堡升级，这里记录一下升级内容（要点）

1，“君士坦丁堡”是什么？

• 君士坦丁堡是以太坊四个发展阶段中的第三阶段中的第二个子阶段。以太坊四个阶段非别是：Frontier（前沿），Homestead（家园），Metropolis（大都会），Serenity（宁静）。其中第三阶段会引入许多重要特性，于是就将第三阶段分成两步走——拜占庭子阶段跟君士坦丁堡子阶段。在君士坦丁堡子阶段会引入POS机制，变成POW + POS混合的局面，为Serenity阶段的纯POS做铺垫。
• 君士坦丁堡升级是一次硬分叉，但这次硬分叉不会导致出现两个币——因为这是一次无争议的分叉——整个社区都赞同这次分叉，大家都升级了客户端，到了指定的块高度之后，一起实行新的共识。

2，君士坦丁堡升级了哪些内容？

本次升级围绕五个EIP，范围涉及挖矿奖励、合约效率、存储效率、链外扩容等方面。

• EIP1234 减少出块奖励。
• EIP145 增加移位操作符，减少执行合约的花费。
• EIP1052 提升验证外部合约的效率。
• EIP1014 状态通道。
• EIP1283 更加合理的存储花费。优化SSTORE操作码的计费逻辑。

接下来我们分别研究下以上五个EIP的具体内容

2.1 EIP1234 减少出块奖励、推迟难度炸弹

这应该是本次升级最显著的改动了——将挖矿奖励由3eth将为2eth——称之为“the thirdening”。EIP1234还做了一件事：推迟难度炸弹大约12个月。所谓的难度炸弹，就是调高POW挖矿的难度，逼迫矿工由POW挖矿转为POS挖矿。如果难度炸弹过于激进，可能导致POW的那部分矿工收益锐减，可能会直接退出挖矿——会威胁链的安全。

2.2 EIP145 增加移位操作符，减少执行合约的花费

在EVM中增加三个原生操作符：SHL（左移）、SHR（逻辑右移）、SAR(算数右移)

名称	操作码	字节码	等效表达式	gas	备注
左移	SHL	0x1B	(arg2 * 2^arg1) mod 2^256	35
逻辑右移	SHR	0x1C	floor(arg2 / 2^arg1)	35	arg2、arg1为uint256
算术右移	SAR	0x1D	floor(arg2 / 2^arg1)	3	arg2为int256，arg1为uint256

丰富EVM的指令集，有利于编译出更高效（花费gas更少）的代码，但是已发布的合约代码无法从本EIP中受惠。

2.3 EIP1052 提升验证外部合约的效率

在EVM中增加EXTCODEHASH 操作符，字节码0x3F。接受一个address做参数，计算该地址下的代码的hash，并返回。假如地址下并无代码（是一个外部账户），返回空数据的hash：c5d2460186f7233c927e7db2dcc703c0e500b653ca82273b7bfad8045d85a470。本操作码耗400gas。

2.4 EIP1014 状态通道

V神提的EIP，不太好理解。表面上来看，就是在EVM中增加了一个操作符CREATE2，字节码0xF5。
实际上是为以后的链外扩容做基础。

2.5 EIP1283 更加合理的存储花费

本EIP针对SSTORE操作码的计费提出了一个优化方案。之前SSTORE操作码的计费逻辑是这样的：

• 将Storage slot由0变为非0值，花费20000gas
• 将Storage slot由非0更改为非0，花费5000gas。
• 将Storage slot由非0更改为0，花费5000gas但是会返还15000gas，净赚10000gas。返还的gas不会超过当前交易的gas的一半。

现将计费逻辑优化如下：
首先针对Storage slot定义三个名次

• 初始值（original value）：本交易执行之前，Storage slot的值。
• 当前值（current value）：本交易中，执行当前SSTORE之前的值。
• 新值（new value）：本交易中，当前SSTORE之后的值。

对于一个特定的交易，一个Storage slot只有一个初始值，可能有多个当前值、多个新值。
优化后的计费逻辑如下：

function calcStoreGas(originalValue, currentValue, newValue){
	if(currentValue == newValue) 
		return 200;
	
	//currentValue != newValue
	if(currentValue == originalValue){
		//该slot尚未在本次交易中更新过
		if(originalValue == 0) 
			return 20000;
		if(newValue == 0) 
			refund(15000);
		return 5000;
	}else{
		// 该slot已经在本次交易中被更新过了——slot已经脏了
		if(originalValue != 0){
			if(currentValue == 0) 
				removeRefund(15000);
			if(newValue == 0) 
				refund(15000);
		}
		if(originalValue == newValue){
			//该slot被重置到了上一个交易的状态
			if(originalValue == 0)
				refund(19800);
			else
				refund(4800)
		}
		return 200;
	}
}

从上面的代码可以看出，EIP1283将大大减少合约运行时花费的gas。已发布的合约代码也可从本EIP中受惠。

总结

以上五个EIP便是本次君士坦丁堡升级的主要内容，除了EIP1234外，其他四个EIP皆是围绕着EVM进行升级：EIP145、EIP1052、EIP1014是新增操作码，EIP1283是优化已有的操作码的行为。

后记

EIP1283有bug，会引起重入攻击，已经从君士坦丁堡升级中移除，放进下一次的伊斯坦布尔升级中，并更名为EIP2200，消除了重入攻击，详情稍后奉上。