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Moonbeam上的XCM费用

概览

XCM旨在成为共识系统之间沟通的语言。传送XCM消息包含一系列在原链和目标链上执行的指令。XCM指令的集合将执行如Token转账等不同的动作。要处理和执行每个XCM指令，基本上皆需支付一定数量的相关费用。

然而，XCM技术被设计为通用、可扩展且高效，因此才能够在发展的生态当中保持可用和潜力。正因如此，其通用性适用于包含XCM执行费用支付的概念。在以太坊中，费用包含在交易协议之中，而在波卡生态当中，每条平行链皆有能够定义XCM支付该如何处理的能力。

本教程将会包含费用支付，如谁该负责支付XCM执行费用、该如何支付以及如何在Moonbeam上计算费用。

注意事项

以下信息仅供参考。权重（weight）和extrinsic基础成本自撰写本文时可能已发生变化。请确保检查实际值，切勿将以下信息用于生产环境应用程序。

费用支付

一般来说，费用支付的过程如下：

  1. 提供所需资产
  2. 必须协商资产交换计算时间（或权重）
  3. 在提供的权重限制或资金足够执行的情况下，XCM将会如指令描述运行

每条链皆能够配置XCM费用的组成，以及使用哪些Token支付（不论是原生或是外部资产）。举例来说，波卡和Kusama上的费用可分别由DOT和KSM支付给区块的验证人。在Moonbeam和Moonriver，XCM执行费用能够使用原生储备资产（分别为GLMR和MOVR）支付，但用户也能够使用源自其他链的资产支付，其费用将会被传送至财政库中。

您可以想像以下情景：Alice在波卡上拥有一定数量的DOT，她想要传送至Moonbeam给Alith。Alice因此传送了一个包含一系列XCM指令的XCM消息，将从Alice波卡上的账户拿取一定量的DOT并将铸造相同数量的xcDOT至Alith的账户。部分指令将会在波卡上执行，而其他部分指令将会在Moonbeam上执行。

那究竟Alice是如何在Moonbeam完成支付，执行她的指令完成其请求？她的请求将会通过一系列包含在XCM消息中的XCM指令完成，允许其在扣除相关XCM执行费用后购买执行时间。此处的执行时间将会用于发行和转移xcDOT，xcDOT为DOT在Moonbeam上的表现形式。这代表当Alice传送一些DOT至Alith在Moonbeam上的账户时，她将会在扣除XCM执行费用后获得与原先DOT数量比例为1:1的xcDOT。请注意在此情境中，XCM的执行费用以xcDOT支付。

Alice请求的资产转移过程如下：

  1. 资产将会传送Moonbeam在波卡上的账户（主权账户），并在收到资产后传送XCM消息至Moonbeam
  2. 传送至Moonbeam的XCM消息将会：
    1. 铸造相关资产在Moonbeam的表现形式
    2. 购买相应执行时间
    3. 使用执行时间在扣除执行费用后将资产在Moonbeam上的表现形式存入目标账户

XCM指令

一个XCM消息由一系列的XCM指令组成，而不同的XCM指令组合将会导向不同的执行动作。举例而言，要将DOT传送至Moonbeam，将会使用以下XCM指令：

  1. TransferReserveAsset - 在波卡上执行。此指令会将资产从原账户存入目标账户。在此例子中，目标账户为Moonbeam在波卡上的主权账户。接着，这将会传送一条XCM消息至目标链，也就是Moonbeam。XCM指令将会在Moonbeam上被执行
  2. ReserveAssetDeposited - 在Moonbeam上执行。此指令将会把主权账户获得资产在Moonbeam上的表现形式传送至注册持有者中，一个在跨共识虚拟机（XCVM）中的暂时储存地
  3. ClearOrigin - 在Moonbeam上执行。此指令会确保最新的XCM指令不会覆盖XCM作者的授权
  4. BuyExecution - 在Moonbeam上执行。此指令会使用暂存的资产支付执行费用，费用的数量依据目标链决定，在本示例中为Moonbeam
  5. DepositAsset - 在Moonbeam上执行。此指令会移除暂存区域的资产并将其传送至Moonbeam上的目标账户

要检查XCM消息中的指令是如何构建，以传送自有资产至目标链，例如传送DOT至Moonbeam，您可以查看X-Tokens Open Runtime Module Library（作为范例）。查看 transfer_self_reserve_asset函数，您将会看到其调用TransferReserveAsset并输入assets、dest和xcm作为参数。详细来说，xcm参数包含BuyExecution和DepositAsset指令。如果您导向至Polkadot GitHub库，您可以找到TransferReserveAsset 指令。此XCM消息由使用xcm参数的ReserveAssetDeposited和ClearOrigin指令组成，如上所示其中包含BuyExecution和DepositAsset指令。

要将xcDOT从Moonbeam转移回波卡，您可以使用以下指令：

  1. WithdrawAsset - 在Moonbeam上执行。此指令将会移除资产并将它们存放在暂存处
  2. InitiateReserveWithdraw - 在Moonbeam上执行。此指令会将资产从暂存处移除（本质上是销毁它们）并使用WithdrawAsset为开头的指令传送一条XCM消息至目标链
  3. WithdrawAsset - 在波卡上执行。此指令会移除资产并将它们存放在暂存处
  4. ClearOrigin - 在波卡上执行。此指令会确保最新的XCM指令不会覆盖XCM作者的授权
  5. BuyExecution - 在波卡上执行。此指令会使用暂存的资产支付执行费用，费用的数量依据目标链决定，在本示例中为波卡网络
  6. DepositAsset - 在波卡上执行。此指令会移除暂存区域的资产并将其传送至波卡上的目标账户

要检查XCM消息中的指令是如何构建，以传送自有资产至目标链，例如传送xcDOT至波卡，您可以查看X-Tokens Open Runtime Module Library（作为范例）。查看 transfer_to_reserve函数，您将会看到其调用WithdrawAsset和InitiateReserveWithdraw，并输入assets、dest和xcm作为参数。详细来说，xcm参数包含BuyExecution和DepositAsset指令。如果您导向至Polkadot GitHub库，您可以找到InitiateReserveWithdraw 指令。此XCM消息由使用xcm参数的WithdrawAsset和ClearOrigin指令组成，如上所述其中包含BuyExecution和DepositAsset指令。

中继链XCM费用计算

Substrate已推出一个权重系统，决定一个函数的权重，也就是从计算成本的角度决定一个extrinsic的昂贵程度。一个权重单位被定义为一皮秒的执行时间。当在支付费用时，除了如网络拥塞的情况外，用户将会根据所调用函数的权重支付交易费用。

以下部分将会解释如何在波卡和Kusama计算XCM费用。请注意，Kusama特别使用基准化的数据决定XCM指令的总权重花费，因部分XCM指令可能包含数据库的读写，这将增加调用的权重。

目前在波卡和Kusama中有两个可用数据库，RocksDB（预设）和ParityDB，两者皆在每个网络具有不同的相关权重花费。

Polkadot

如同先前提到的，波卡目前对所有XCM指令采取固定权重数量的计算方式，也就是每条指令1,000,000,000权重单位。

虽然波卡目前并未使用数据库的权重单位计算花费，但以下仍记载了数据库运行包含的权重单位作为参考。

数据库 读 写
RocksDB (default) 20,499,000 83,471,000
ParityDB 11,826,000 38,052,000

在指令权重花费的计算架构完成后，您能够以DOT为单位计算指令的花费。

在波卡中，ExtrinsicBaseWeight被设置为107,648,000，也就是一分的十分之一。一分为10^10 / 100。

因此您可以使用以下公式计算一个XCM指令的执行费用：

XCM-DOT-Cost = XCMInstrWeight * DOTWeightToFeeCoefficient

DOTWeightToFeeCoefficient为常量（为一分），并可以通过以下计算获得：

DOTWeightToFeeCoefficient = 10^10 / ( 10 * 100 * DOTExtrinsicBaseWeight )

使用实际数值：

DOTWeightToFeeCoefficient = 10^10 / ( 10 * 100 * 107648000 )

最后DOTWeightToFeeCoefficient将会等于0.092895362 Planck-DOT。现在，您可以开始以DOT为单位计算最终费用，并使用DOTWeightToFeeCoefficient常量和TotalWeight变量：

XCM-Planck-DOT-Cost = TotalWeight * DOTWeightToFeeCoefficient
XCM-DOT-Cost = XCM-Planck-DOT-Cost / DOTDecimalConversion

因此，一个XCM指令的实际计算方式如下：

XCM-Planck-DOT-Cost = 1000000000 * 0.092895362 
XCM-DOT-Cost = 92895362 / 10^10

总花费为0.0092895362 DOT。

作为范例，您可以使用以下权重和指令花费计算传送一条XCM消息以转移xcDOT至DOT到波卡网络上所需的总花费：

指令 重量 成本
WithdrawAsset 1,000,000,000 0.0092895362 DOT
ClearOrigin 1,000,000,000 0.0092895362 DOT
BuyExecution 1,000,000,000 0.0092895362 DOT
DepositAsset 1,000,000,000 0.0092895362 DOT
总量 4,000,000,000 0.0371581448 DOT

Kusama

Kusama上的总权重花费包括：给定指令本身花费和数据库读写的费用。尚未对数据库读写操作进行基准测试，而对指令权重进行了基准测试。以下为数据库执行权重花费的细节：

数据库 读 写
RocksDB (default) 25,000,000 100,000,000
ParityDB 8,000,000 50,000,000

现在您了解Kusama上数据库读写的权重花费，您可以使用指令的基础权重花费计算总花费。

例如，WithdrawAsset 指令具有20,385,000基础权重，且执行一个数据库读取和一个数据库写入。因此，WithdrawAsset指令的总权重花费将用以下方式计算：

20385000 + 25000000 + 100000000 = 145385000

BuyExecution指令具有3,697,000基础权重，且不包含任何数据库读写。因此，BuyExecution 指令的总权重花费为3,697,000。

在Kusama上，基准化的基础权重分为两类：可替代的和通用的。可替代的权重为用于转移资产的XCM指令，而通用的基础权重用于其他类型指令。您可以在Kusama Runtime代码中查看可替代资产和通用资产的权重。

在了解指令的权重花费架构后，您可以以KSM为单位计算指令花费。

在Kusama中，ExtrinsicBaseWeight被设置为108,512,000，为一分的十分之一。一分为10^12 / 30,000。

因此您可以使用以下公式计算一个XCM指令的执行费用：

XCM-KSM-Cost = XCMInstrWeight * KSMWeightToFeeCoefficient

KSMWeightToFeeCoefficient为常量（为一分），并可以通过以下计算获得：

KSMWeightToFeeCoefficient = 10^12 / ( 10 * 3000 * KSMExtrinsicBaseWeight )

使用实际数值：

KSMWeightToFeeCoefficient = 10^12 / ( 10 * 3000 * 108512000 )

所以，KSMWeightToFeeCoefficient与0.307185687604 Planck-KSM相同，现在您可以开始以KSM为单位计算最终费用，使用KSMWeightToFeeCoefficient作为常量和TotalWeight(145,385,000)作为变量：

XCM-Planck-KSM-Cost = TotalWeight * KSMWeightToFeeCoefficient
XCM-KSM-Cost = XCM-Planck-KSM-Cost / KSMDecimalConversion

因此，以下为WithdrawAsset的实际计算方式：

XCM-Planck-KSM-Cost = 145385000 * 0.307185687604 
XCM-KSM-Cost = 44660191.1923 / 10^12

总花费为0.000044660191 KSM。

作为范例，您可以使用以下权重和指令花费计算传送一条XCM消息以在Kusama网络上转移xcKSM至KSM的总花费：

指令 重量 成本
WithdrawAsset 145,385,000 0.000044660191 KSM
ClearOrigin 3,661,000 0.000001124607 KSM
BuyExecution 3,697,000 0.000001135665 KSM
DepositAsset 146,763,000 0.000045083493 KSM
总量 299,506,000 0.000092003956 KSM

基于Moonbeam网络的XCM费用计算

Substrate已推出一个权重系统，决定一个函数的权重，也就是从计算成本的角度决定一个extrinsic的昂贵程度。一个权重单位被定义为一皮秒的执行时间。当在支付费用时，用户将会根据所调用函数的权重支付交易费用，接着每个平行链皆可以决定如何将权重转换至费用，举例而言，计算交易大小或是存储花费的额外费用。

Moonbeam对通用XCM指令进行了基准测试，而可替代的XCM指令仍然使用每条指令的固定权重。 因此，基准测试过的XCM指令的总权重成本除了给定指令所需的权重之外还考虑了数据库读/写的次数。 数据库操作的权重成本明细如下：

数据库 读 写
RocksDB (default) 25,000,000 100,000,000

现在您知道了Moonbase Alpha的数据库读取和写入的权重成本，您可以使用指令和额外的数据库读取/写入（如果适用）的基本权重来计算可替代和通用XCM指令的权重成本。

例如，WithdrawAsset指令是可替代XCM指令集的一部分。因此，它没有进行基准测试，WithdrawAsset指令的总权重成本为200,000,000。

BuyExecution指令有一个181,080,000的基础权重，并执行四次数据库读取（assetManager pallet以获得 unitsPerSecond）。因此，BuyExecution指令的总权重成本计算如下：

181080000 + 4 * 25000000 = 281080000

您可以在下表中找到所有XCM指令的所有权重值：

基准测试过的指令 无基准测试的指令
通用XCM指令 可替代XCM指令

以下部分教程将会包含如何在基于Moonbeam的网络计算XCM费用，有两个主要的应用场景：

  • 以储备Token支付费用（如GLMR、MOVR或DEV等原生Token）
  • 使用外部资产（XC-20s）支付费用

储备资产的费用计算

对于每个XCM指令，权重单位将会被转换为余额单位作为费用计算的一部分。每个基于Moonbeam网络单个权重单位的Wei数量分别如下：

Moonbeam Moonriver Moonbase Alpha
5,000,000 50,000 50,000

这意味着以Moonbeam为例，计算一个XCM指令以储备资产作为费用的公式如下：

XCM-Wei-Cost = XCMInstrWeight * WeiPerWeight
XCM-GLMR-Cost = XCM-Wei-Cost / 10^18

因此，实际计算如下：

XCM-Wei-Cost = 200000000 * 5000000
XCM-GLMR-Cost = 1000000000000000 / 10^18

最后，在Moonbeam上一的XCM指令的总费用为0.001 GLMR。

外部资产的费用计算

考虑Alice在Moonbeam上向Alith的账户发送DOT的场景，费用从Alith收到的xcDOT金额中收取。要确定支付多少费用，Moonbeam使用了一个名为UnitsPerSecond的概念，代表网络在XCM执行时间内每秒收取的Token单位（包含小数）。 Moonbeam（可能还有其他平行链）将使用此概念来确定使用与其储备不同的资产执行XCM的费用。

此外，在Moonbeam上执行XCM可以由原本资产来源链的多种资产（XC-20s）支付。举例来说，在撰写本文时，从Statemine发送的XCM消息{target=_blank}可以用xcKSM、xcRMRK 或xcUSDT支付。只要该资产在Moonbeam/Moonriver中设置了UnitsPerSecond，它就可以用于为来自该特定链的XCM消息支付XCM执行费用。

要找出给定的资产是否在UnitsPerSecond列表中，您可以使用assetManager.assetTypeUnitsPerSecond函数并输入想要查看的资产的multilocation。

如果您不确定其multilocation，您可以使用assetManager.assetIdType函数检索。

举例来说，您可以导向至Polkadot.js App的Moonbeam页面，并在Developer下拉选单中选取Chain State。接着，您可以跟随以下步骤操作：

  1. 在selected state query下拉选单中，选取assetManager
  2. 选取assetIdType extrinsic
  3. 在Option下方输入资产ID或是关闭include option以移除所有资产的信息。在本教程中将会获得xcUNIT的信息，其资产ID为42259045809535163221576417993425387648
  4. 点击+按钮提交查询

Get the xcDOT asset multilocation

您可以使用查询结果，并将其用于查询assetTypeUnitesPerSecond extrinsic：

  1. 确保已选取assetManager
  2. 选取assetTypeUnitesPerSecond extrinsic
  3. 在MoonbeamRuntimeXcmConfigAssetType选取Xcm
  4. 在parents一栏输入1
  5. 在interior选取Here
  6. 点击+提交查询

xcDOT的UnitsPerSecond数值为33,068,783,068。

Get the xcDOT units per second value

请记得，权重的单位定义为执行时间的一皮秒，以下为定义执行时间的公式：

ExecutionTime = (Weight / Picosecond) * NumberOfInstructions
指令 重量
ReserveAssetDeposited 200,000,000
ClearOrigin 5,194,000
BuyExecution 281,080,000
DepositAsset 200,000,000
总量 686,274,000

要定义Alice转移DOT至Moonbeam的执行时间（包含4个XCM指令），您可以使用以下计算方式：

ExecutionTime = 686274000 / 10^12

这代表4个XCM指令需花费0.000686274秒的区块执行时间。

要计算以xcDOT为单位的总花费，您将需要资产的单位位数作为查询，以xcDOT为例，其资产单位为10个位数。您可以通过检索资产元数据查询资产的单位位数。

区块执行的公式可以用于决定Alice转移DOT至Alith在Moonbeam上账户所需的花费，以下为总花费的计算公式：

XCM-Cost = ( UnitsPerSecond / DecimalConversion ) * ExecutionTime

转移花费的计算公式如下：

XCM-Cost = ( 33068783068 / 10^10 ) * 0.000686274

Alice转移DOT至Alith账户的总花费为0.0022694246 xcDOT。

XCM Transactor费用

XCM Transactor Pallet构建了一个能够在其他生态链上远程交易的XCM消息。开发者有种方法通过pallet远程交易：transactThroughSigned extrinsic，调用者在目标链上的账户为一个multilocation原生的账户，且必须要拥有足够支付XCM执行费用，加上其他用于远程执行函数调度的费用

一般而言，XCM指令通常包含以下远程执行：

  • 首个指令将处理原链上的Token。这可以为将Token转移至某个主权账户，或是销毁相关的XC-20资产，让其可以被用于目标链。这些指令将会在原链上执行
  • DescendOrigin - 使用指令中提供的multilocation来改变起点因为来源不再是主权账户，而是multilocation衍生账户
  • WithdrawAsset - 在目标链上执行。移除资产并将其放于待使用
  • BuyExecution - 在目标链上执行，将会把保存资产拿出以支付执行费用，支付的费用由目标链决定
  • Transact - 在目标链执行，自给定的原链调用编码的调用数据

通过签署费用交易

在通过multilocation衍生账户进行交易时，交易费用由发出调用的同一账户支付，其为目标链中的multilocation衍生帐户。因此，multilocation衍生帐户必须持有必要的资金来支付整个执行费用。请注意，支付费用的目标Token不需要在原链中注册为XC-20。

您可以想像以下情景：Alice想要使用通过签名函数的交易从Moonbase Alpha在另一条链（平行链 ID 888，在Moonbase Alpha中继链生态系统中）进行远程交易。要估计Alice的multilocation衍生账户执行远程调用所需的Token数量，您需要检查在目标链的特定交易信息。为此，请前往Polkadot.js Apps的链状态页面并设置以下选项：

  1. 选取xcmTransactor pallet
  2. 选取transactInfoWithWeightLimit方法
  3. 为目标链设置multilocation，根据您希望查询的交易信息。在此范例中，您可以将parents设置为1
  4. 在interior中选取X1
  5. 在X1一栏中选取Parachain
  6. 将Parachain设置为888
  7. 点击 +

Get the Transact Through Derivative Weight Info for another Parachain

在获得的回应中，您可以看到transactExtraWeightSigned为400,000,000。这是在该特定目标链中执行此远程调用的4个XCM指令所需的权重。接下来，您需要找到目标链每执行XCM权重收取的费用。通常，您会查看该特定链的UnitsPerSecond。但在这种情况下并不会销毁XC-20 Token。因此，UnitsPerSecond可以作为参考，但不能保证估算的Token数量是正确的。要获取UnitsPerSecond作为参考值，在同一个Polkadot.js Apps页面，设置以下选项：

  1. 选取xcmTransactor pallet
  2. 选取destinationAssetFeePerSecond方法
  3. 为目标链设置multilocation，根据您希望查询的交易信息。在此范例中，您可以将parents设置为1
  4. 在interior中选取X2
  5. 在X1一栏中选取Parachain
  6. 将Parachain设置为888
  7. 在X2一栏选取PalletInstance
  8. 将PalletInstance设置为3
  9. 点击 +

Get the Units Per Second for Transact Through Derivative for another Parachain

请注意，此UnitsPerSecond与中继链XCM费用计算部分中的预估成本有关，如果目标是另一个平行链，将与权重单位的Wei数值部分中显示的成本有关。您需要找到正确的数值，以确保multilocation衍生账户持有的Token数量是正确的。如同先前，计算相关的XCM执行费用与transactExtraWeight乘以UnitsPerSecond一样简单明了（用于估算）：

XCM-Wei-Token-Cost = transactExtraWeight * UnitsPerSecond
XCM-Token-Cost = XCM-Wei-Token-Cost / DecimalConversion

因此，实际一个通过衍生调用的XCM Transactor交易费用的实际计算如下：

XCM-Wei-Token-Cost = 400000000 * 50000000000000000
XCM-Token-Cost = 20000000000000 / 10^18

通过签名进行交易的费用为0.00002 TOKEN。 请注意，这不包括远程执行调用的费用，仅包括XCM执行费用。

Last update: September 7, 2023
| Created: August 8, 2022