BlockのgasLimitとgasUsedの関係とマイナーの戦略 - アルゴリズムとかオーダーとか

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僕もよく拝見している、やさしいDeFiチャンネルの「やさしいEthereumガスの解説＆きびしいEIP1559猛勉強」の動画内でこんな疑問があがっていた。「マイナーはUsedGasを見てBlockに含めるTransactionを決定しているのか？」この辺りは自分も明確に調べたことがなかったので、今一度整理し直してみる。動画のなかで、自分の投稿をネタにしてもらえたのでそのお礼記事でもある。

今回は、仕様(YellowPaper)、実装、実データの3点から整理してみた。

結論
仕様
実装
実データ
補足：マイナーのtransaction選別戦略について

結論

結論だけ先に述べる。

Minerの戦略としては基本的に priorityFeePerGas でTransactionを選別していると思われる。MEVも積極的に考慮してると思われる。
Ethereumの使用上、BlockのgasLimitのチェックはTransactionで実際に消費されたgas量がlimitを越えなければよい。つまりtransactionのgasUsedの総合計 < block.gasLimitとなる。
- ただし、transaction実行前には、transactionのgasLimitを現在消費したgasUsedの合計と加算したときにblock.gasLimitを超えないかをチェックしているので、transactionのgasLimitは小さいほうがよりブロックに取り込まれやすいといえる。

block.gasLimitはtx.gasLimitの総計が超えないようにしてるのかとずっと勘違いしていた。この点は今回の調査をもって訂正する。

まず前提としてEIP-1559以降のTransactionについてBlockとTransactionのgasLimitとusedGasの関係について調査する。
Minerの戦略については、Miner独自にマイニングプログラムを組むことで自由に決定できるので、ある意味どのような戦略もとれる。そのため、今回はEthereumの仕様上、BlockのgasLimitへの判定はTransactionのgasLimitで判定されるのか、usedGasで判定されるのかを調査する。

仕様

BlockのgasLimitとTransactionのgasLimitについてはYellow PaperのP12に計算方法が記載されていた。

「TransactionのgasLimitの総計がBlockのgasLimitを超えてはいけない。」

the sum of the transaction’s gas limit, Tg, 
Tgで定義されたtransactionのgasLimitと、

and the gas utilised in this block prior, given by `(BR)u,
また、前のブロックで使用されたガスを加算した結果が

must be no greater than the block’s gasLimit
BlockのgasLimitを超えてはいけない。

上記より、transactionはtransaction gasLimit + total gasUsedがblock.gasLimitを超えていなければそのtransactionはblockに取り込まれることが分かった。

今まで自分はtransaction.gasLimitの総計がblock.gasLimitを超えてはいけないのではと勘違いしていた。。。

実装

いつも通り、go-ethereumのソースコードを見ていく。

gasLimitに関するチェックは以下の箇所で行われている。ソース内コメントの3番のチェックがそれである。
https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/v1.10.21/core/state_transition.go#L275-L289

func (st *StateTransition) TransitionDb() (*ExecutionResult, error) {
	// First check this message satisfies all consensus rules before
	// applying the message. The rules include these clauses
	//
	// 1. the nonce of the message caller is correct
	// 2. caller has enough balance to cover transaction fee(gaslimit * gasprice)
	// 3. the amount of gas required is available in the block
	// 4. the purchased gas is enough to cover intrinsic usage
	// 5. there is no overflow when calculating intrinsic gas
	// 6. caller has enough balance to cover asset transfer for **topmost** call

	// Check clauses 1-3, buy gas if everything is correct
	if err := st.preCheck(); err != nil {
		return nil, err
	}

上記箇所から、preCheck() -> buyGas() -> GasPool#subGas()の順に呼び出されており、

https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/v1.10.21/core/state_transition.go#L214
https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/v1.10.21/core/state_transition.go#L192

最後の、GasPool#subGas()の中でチェックが行われている。
https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/v1.10.21/core/gaspool.go#L39-L45

transactionの実行が完了すると残ったgasをrefundGas()でGasPoolに戻している。これにより、gasUsed分のみが最終的に差し引かれた状態となる。
https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/v1.10.21/core/state_transition.go#L336-L342

	if !rules.IsLondon {
		// Before EIP-3529: refunds were capped to gasUsed / 2
		st.refundGas(params.RefundQuotient)
	} else {
		// After EIP-3529: refunds are capped to gasUsed / 5
		st.refundGas(params.RefundQuotientEIP3529)
	}

実装からもYellowPaperと同様のチェックが行われていることが分かった。

なお、このメソッドは StateProccessor#Process()から呼び出されている。

Process() -> applyTransaction() -> ApplyMessage()の順で呼び出されている。
https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/v1.10.21/core/state_processor.go#L82
https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/v1.10.21/core/state_processor.go#L101
https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/671094279e8d27f4b4c3c94bf8b636c26b473976/core/state_transition.go#L181