瞬态存储：Solidity 中的高效临时数据解决方案

概述

瞬态存储（Transient Storage）是 Solidity 0.8.24 版本中新引入的一种数据位置类型。它提供了一种在单个交易执行期间临时存储数据的机制，这些数据会在交易结束后自动清除。该特性通过 EIP-1153 提案实现，是对现有数据位置（内存、存储、调用数据）的补充。

瞬态存储的应用场景与优势

瞬态存储的需求主要源于以下几点：

1. 高昂的 Gas 成本：在以太坊中，永久存储（Storage）的 SSTORE 操作成本极高，首次写入至少需要 20,000 gas。这使得处理临时数据变得不经济。

2. 状态膨胀：永久存储的数据会不断累积，导致区块链状态的增长，增加了节点的存储负担。

3. 清理成本：删除不再需要的存储数据需要额外支付 gas，这进一步增加了管理存储的复杂性和成本。

4. 临时性需求：许多应用场景只需要临时存储数据。

瞬态存储填补了以太坊现有存储机制的空缺，为开发者提供了一个经济高效的临时数据存储方案，尤其适合那些数据只需在单个交易内有效且需要频繁读写的场景。

以下是关于瞬态存储（Transient Storage）、存储（Storage）、内存（Memory）和调用数据（Calldata）的比较：

特性	瞬态存储	存储	内存	调用数据
存储位置	临时存储	永久存储	临时存储	只读存储
Gas 成本	较低（约 100 gas/操作）	高昂（首次写入至少 20,000 gas）	较低	较低
作用域	跨函数调用可用	跨交易可用	仅限于单个函数调用	仅限于函数参数
状态保持	可以保持状态	永久保持状态	不可保持状态	不可保持状态
清理成本	无需清理	需要额外支付 gas	无需清理	无需清理
大小限制	无明显限制	受链上状态限制	有限的内存空间	有限的输入参数大小
适用场景	临时数据和计算	永久性数据存储	临时数据处理	函数参数传递

瞬态存储实战指南

可以通过以下方式使用瞬态存储：

1. 使用 tstore 和 tload 汇编指令：

    pragma solidity ^0.8.24;
    contract TransientStorageExample {
        function example() public {
            assembly {
                // 存储值
                tstore(0x01, 100)
                   
                // 其它操作
   
                // 读取值
                let value := tload(0x01)
            }
        }
    }
   

2. 使用 transient 关键字（在 Solidity 0.8.28 及之后的版本中）：

    pragma solidity ^0.8.28;
   
    contract TransientStorageExample {
        uint transient tempValue;
   
        function example() public {
            tempValue = 100;
   
            // 其它操作
   
            return tempValue;
        }
    }
   

3. 一个使用瞬态存储实现的重入锁：

    pragma solidity ^0.8.28;
   
    contract TReentrant {
        mapping(address => bool) claimed;
        bool transient locked;
   
        modifier nonReentrant {
            require(!locked, "Reentrancy attempt");
   
            locked = true;
   
            _;
   
            locked = false;
        }
   
        function claim() nonReentrant public {
            require(!claimed[msg.sender], "Already claimed");
   
            // 其它操作
   
            claimed[msg.sender] = true;
        }
    }
   

4. 错误使用瞬态存储的例子：

    pragma solidity ^0.8.28;
   
    contract TMultiplier {
        uint public transient multiplier;
   
        function setMultiplier(uint mul) external {
            multiplier = mul;
        }
   
        function multiply(uint value) external view returns (uint) {
            return value * multiplier;
        }
    }
   

    setMultiplier(100);
    multiply(1); // 返回 0，而不是 100
    multiply(2); // 返回 0，而不是 200
   

如果该示例使用内存或存储来存储乘数，它将是完全可组合的。无论是将交易拆分为单独的交易还是以某种方式将它们组合在一起，都没有关系。总是会得到相同的结果：在 multiplier 设置为 100 后，后续调用将分别返回 100 和 200。这使得可以将来自多个交易的调用批量处理在一起以减少 gas 费用。

瞬态存储可能会破坏这样的用例，因为可组合性不再是理所当然的。在这个例子中，如果调用不是在同一交易中执行的，则 multiplier 将被重置，后续对函数 multiply 的调用将始终返回 0。

总结

瞬态存储的数据在当前交易执行期间有效，交易结束后会自动清除，从而确保其临时性。这种存储方式的写入和读取成本显著低于传统存储，能够有效节省交易的 Gas 消耗，特别适合处理临时数据。通过在合适的场景中应用瞬态存储，开发者能够显著提升合约的 Gas 效率，从而为用户节省成本并提高交易的整体性能。

参考

• EIP-1153 瞬态存储操作码