Ethereum steht vor einem entscheidenden Schritt: Das geplante Glamsterdam-Upgrade soll Rechenleistung, State-Speicher und Daten-I/O voneinander entkoppeln. Ohne mehrdimensionale Gebührenmärkte drohen unkontrolliertes State-Wachstum oder die Verdrängung regulärer Ausführungs-Transaktionen. Vier unterschiedliche Design-Paradigmen werden diskutiert, um die neue Ressourcennutzung in der EVM zu messen und zu bepreisen.

Hintergrund – Mehrdimensionale Gebührenmärkte und das Glamsterdam-Upgrade

• Warum es wichtig ist: Das Skalieren von Rechenleistung, State-Daten und Daten-I/O wird erst möglich, wenn die jeweiligen Gebühren getrennt und zielgerichtet gesteuert werden.
• EIP-8037: Führt Zustandserstellung (State Creation) als separat gemessene Ressource ein, verzichtet jedoch zunächst auf eine eigene Base Fee.
• EIP-7825: Begrenzung des Ausführungsgas pro Transaktion strikt auf 2^24 (ca. 16,777,216 Gas).
• EIP-7999: Schlägt einen einheitlichen mehrdimensionalen Gebührenmarkt mit einem aggregierten maxfee vor.
• EIP-8075 (Subfee-Markt): Definiert einen Subfee-Markt, der State- und Data-Kosten zu Blockbeginn in feste skalare Gaskosten umrechnet, um Preis-Drift zu verhindern.
• Zielwert für State-Wachstum: 250 MiB pro Tag bis 2025, um unkontrollierten State-Bloat zu vermeiden.

Die vier Design-Paradigmen für die Gas-Abrechnung

Aggregate EVM Gas

• Ein einziger, geteilter Gas-Meter für Execution, State-Creation und Data-Operations.
• Protokoll zeichnet separat auf, welcher Ressourcen-Typ verbraucht wurde, sodass jede Ressource ihre eigene Base Fee, ihr Ziel und ihre Block-Abrechnung erhalten kann.
• Vorteile: Minimaler Eingriff in das bestehende Transaktionsformat; Legacy-Verträge benötigen keine Änderungen; Opcode-Kosten bleiben stabil.
• Nachteile: Konservativer Funding-Check zwingt Transaktionen, das Maximum aller Base Fees zu hinterlegen (bis zu 250 MiB/Tag State-Wachstum kann zu hohen Vorhaltekosten führen); Skalierbarkeit leidet, wenn Base Fees stark divergieren.

Multidimensionaler Subfee-Markt

• Transaktion gibt separate Limits für reguläres Gas, State-Bytes und Data-Bytes an.
• Zu Blockbeginn werden relative Base Fees in feste skalare Gaskosten für State- und Data-Operationen umgerechnet.
• Vorteile: Entfernt das höchste-Preis-Funding-Problem, behält einen skalaren EVM-Meter bei; Verträge können aktuelle Umrechnungsraten auslesen und korrekt reservieren.
• Nachteile: Volatilität der Opcode-Preise, da sich die skalaren Kosten ändern, sobald Base Fees sich relativ zueinander verschieben; Hard-Coded-Stipendien müssen angepasst werden.

Universal Overflow

• Jede Ressource erhält ein eigenes Limit; zusätzlich gibt es ein skalierbares Overflow-Limit, das von jeder Ressource nach Erschöpfung genutzt werden kann.
• Funding-Check: Dedicated Limits werden zu ihren jeweiligen Base Fees finanziert, das Overflow-Limit zum höchsten Base Fee.
• Vorteile: Bewahrt das bekannte scalar-Gas-Parameter-Verhalten für post-call Reserven; reduziert den Vorhaltevorschuss, wenn Overflow klein gehalten wird; stabile Gas-Schedule.
• Nachteile: Callee-Cap-Kompatibilität kann leiden – ein Aufruf kann mehr dedizierte Ressourcen verbrauchen, als durch das Overflow-Limit geschützt ist; erfordert neue introspektive Opcodes, um den kompletten Ressourcen-Vektor sichtbar zu machen.

Aktualisierte EVM mit mehrdimensionalem Fee-Market

• Ressourcen-Budgets bleiben innerhalb jedes Call-Frames getrennt (Execution, State, Data).
• Neue Calls können direkt einen Ressourcen-Vektor übergeben oder zurückerhalten; Legacy-Verträge erhalten eine Best-Effort-Kompatibilitätsregel, ggf. ergänzt durch Universal Overflow.
• Vorteile: Langfristig sauberstes Modell – Funding erfolgt exakt pro Ressource, keine scalar-Umrechnung nötig; einfache Erweiterbarkeit um weitere Ressourcen; klare Trennung von Funding- und Opcode-Kosten.
• Nachteile: Hohe Migrationskosten – EVM, Clients, Compiler, Gas-Estimatoren und Tooling müssen neue Call- und Introspektionssemantik unterstützen; Legacy-Verträge können nicht alle bisherigen scalar-Garantien beibehalten.

Empirische Daten zu EIP-7825 und State-Growth-Zielen

• Transaktions-Gas-Grenze (EIP-7825): 16,777,216 Gas (2^24) – definiert als Protokoll-Obergrenze pro Transaktion (Quelle S1, 2024-11-23).
• Betroffener Anteil historischer Transaktionen: 0,0383 % (251,9 Mio. Transaktionen über 6 Monate ausgewertet) – belegt, dass die Grenze kaum praktische Einschränkungen verursacht (Quelle S2, 2025-07-14).
• State-Growth-Ziel (EIP-8075): 250 MiB pro Tag bis 2025 – dient als Obergrenze, um unkontrollierten State-Bloat zu verhindern (Quelle S3, 2025-10-02).

Sicherheits- und Migrationsrisiken

• Unzureichende Callee-Limits bei Universal Overflow: CALL(g) drosselt nur den Universal Overflow, nicht das separate Ressourcen-Budget – potenzieller Missbrauch durch Schadcode, der unverhältnismäßig viel State verbraucht.
• Erhöhte Migrationskomplexität: Einführung neuer Opcodes, Anpassungen in Solidity/Vyper, Account-Abstraction und Entwickler-Tooling nötig – erhöhtes Risiko von Fehlimplementierungen.

FAQ zu mehrdimensionalen Gebührenmärkten

• Warum reicht das bisherige EIP-1559 System nicht mehr aus? EIP-1559 nutzt ein eindimensionales Gasmodell. Divergierende Kosten für State-Speicherung und Rechenleistung führen entweder zu unkontrolliertem State-Wachstum oder zur Verdrängung regulärer Transaktionen.
• Was bewirkt EIP-8037 konkret für die Kosten der Zustandserstellung? Es erhöht die relativen Kosten für Operationen, die neuen Speicher belegen (z. B. SSTORE von Null auf Nicht-Null), um exzessives Datenwachstum der Validator-Knoten zu bremsen.
• Wie schützt der Subfee-Markt (EIP-8075) vor Preis-Drift? Er rechnet die variablen Basissektoren von State und Data zu Beginn jedes Blocks in feste skalare Gaskosten um, sodass die Ausführung innerhalb des Blocks stabil bleibt und Transaktionen nicht überraschend scheitern.

Fazit

Der Vergleich der vier Gas-Abrechnungsparadigmen zeigt, dass jedes Design spezifische Stärken und Schwächen im Kontext des Glamsterdam-Upgrades besitzt. Aggregate EVM Gas bietet die geringste Eingriffs- und Migrationslast, leidet jedoch unter einem ineffizienten Funding-Check, wenn Base Fees divergieren. Der multidimensionale Subfee-Markt eliminiert das höchste-Preis-Problem, verlangt jedoch dynamische Preis-Umrechnungen, die bestehende Verträge anpassen müssen. Universal Overflow bewahrt das bekannte scalar-Gas-Verhalten und reduziert Vorhaltekosten, kann aber die Callee-Cap-Garantie schwächen. Die aktualisierte EVM mit mehrdimensionalem Fee-Market stellt das langfristig sauberste Modell dar, erfordert jedoch umfassende Änderungen in der gesamten Tool-Chain.

Empirische Daten zu EIP-7825 bestätigen, dass die strenge Gas-Grenze praktisch kaum einschränkt (nur 0,038 % der Transaktionen betroffen), während das State-Growth-Ziel von 250 MiB/Tag einen klaren Rahmen für die Begrenzung des State-Bloat setzt. Sicherheits- und Migrationsaspekte – insbesondere die Gefahr unzureichender Callee-Limits und die Komplexität neuer Opcodes – müssen bei der Auswahl des Paradigmas berücksichtigt werden.

Insgesamt lässt sich festhalten, dass die Wahl des geeigneten Paradigmas stark von den Prioritäten des Netzwerks abhängt: Minimale Änderungen und schnelle Kompatibilität (Aggregate EVM Gas), präzise Funding-Effizienz (Subfee-Markt), bewährte scalar-Kompatibilität (Universal Overflow) oder langfristige Architektur-Sauberkeit (aktualisierte EVM). Das Glamsterdam-Upgrade wird erst dann die angestrebte Skalierung erreichen, wenn ein ausgewogenes Zusammenspiel dieser Design-Entscheidungen und der empirisch belegten Parameter umgesetzt wird.