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13個のイーサリアムスマートコントラクトのGas費最適化実践
エーテルのスマートコントラクトのGas費用を最適化するためのベストプラクティス
イーサリアム主ネットのGas費用は常に厄介な問題であり、特にネットワークが混雑している時に顕著です。ピーク時にはユーザーが高額な取引手数料を支払う必要があります。したがって、スマートコントラクトの開発段階でGas費用の最適化を行うことが重要です。Gas消費の最適化は、取引コストを効果的に削減するだけでなく、取引効率を向上させ、ユーザーにより経済的で効率的なブロックチェーン体験を提供します。
本文はイーサリアム仮想マシン(EVM)のGas費メカニズム、Gas費最適化の核心概念、そしてスマートコントラクト開発時のGas費最適化のベストプラクティスについて概説します。これらの内容が開発者にインスピレーションと実用的な助けを提供し、一般ユーザーがEVMのGas費用の運用方法をより良く理解する手助けとなり、ブロックチェーンエコシステム内の課題に共同で対処できることを願っています。
EVMのGas費メカニズムの紹介
EVM互換ネットワークでは、「ガス」は特定の操作を実行するために必要な計算能力を測定する単位です。
EVMの構造レイアウトでは、Gasの消費は3つの部分に分かれています：操作の実行、外部メッセージの呼び出し、およびメモリとストレージの読み書き。
各取引の実行には計算資源が必要なため、無限ループやサービス拒否(DoS)攻撃を防ぐために一定の手数料がかかります。取引を完了するために必要な手数料は「Gas費」と呼ばれます。
EIP-1559(ロンドンハードフォーク)が施行されて以来、Gas料金は以下の式で計算されます:
ガス料金 = 使用されたガスの単位 * (基本料金 + プライオリティ料金)
基本料金は消失し、優先料金はインセンティブとして機能し、検証者が取引をブロックチェーンに追加することを促します。取引を送信する際に優先料金を高く設定することで、次のブロックに取引が含まれる可能性が高まります。これは、ユーザーが検証者に支払う「チップ」のようなものです。
1. EVMにおけるGasの最適化を理解する
Solidityでスマートコントラクトをコンパイルすると、コントラクトは一連の"操作コード"、つまりopcodesに変換されます。
任意の操作コード(、例えば契約の作成、メッセージの呼び出し、アカウントストレージへのアクセス、及び仮想マシン上での操作の実行)には、認められたGas消費コストがあり、これらのコストはイーサリアムのホワイトペーパーに記録されています。
複数回のEIPの修正を経て、一部のオペコードのガスコストが調整され、黄皮書の内容と若干の差異が生じている可能性があります。
! イーサリアムスマートコントラクトのガス最適化のためのトップ10のベストプラクティス
2.ガス最適化の基本概念
Gas最適化の核心理念は、EVMブロックチェーン上でコスト効率の高い操作を優先的に選択し、Gasコストが高い操作を避けることです。
EVMでは、以下の操作はコストが低い:
コストが高い操作には次のものが含まれます:
EVMガス料金最適化ベストプラクティス
上述の基本概念に基づき、私たちは開発者コミュニティのためにGas費用最適化のベストプラクティスリストを整理しました。これらのプラクティスに従うことで、開発者はスマートコントラクトのGas費消費を削減し、取引コストを低下させ、より効率的でユーザーフレンドリーなアプリケーションを構築できます。
! [イーサリアムスマートコントラクトのガス最適化のためのトップ10のベストプラクティス](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-b237228ebe933741fb60f2e8bcb38405.webp0192837465674839201
) 1.ストレージの使用をできるだけ減らす
Solidityでは、Storage###ストレージ(は限られたリソースであり、そのGas消費はMemory)メモリ(よりもはるかに高いです。スマートコントラクトがストレージからデータを読み書きするたびに、高額なGasコストが発生します。
イーサリアムのホワイトペーパーの定義によれば、ストレージ操作のコストはメモリ操作の100倍以上高いです。例えば、OPcodeのmloadとmstore命令はわずか3ガス単位を消費しますが、ストレージ操作のsloadとsstoreは最も理想的な状況でも、コストは少なくとも100単位が必要です。
制限ストレージの使用方法には次のものが含まれます:
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) 2. 変数パッケージ
スマートコントラクト中に使用されるStorage slot###ストレージスロット(の数および開発者がデータを表示する方法は、Gas費の消費に大きな影響を与えます。
Solidityコンパイラは、コンパイルプロセス中に連続したストレージ変数をパッキングし、32バイトのストレージスロットを変数ストレージの基本単位として使用します。変数のパッキングとは、変数を適切に配置することで、複数の変数が単一のストレージスロットに適合できるようにすることを指します。
この詳細な調整により、開発者は20,000ガス単位)のコストを節約できます。未使用のストレージスロットを保存するには20,000ガス(が必要ですが、現在はわずか2つのストレージスロットで済みます。
各ストレージスロットはGasを消費するため、変数のパッキングは必要なストレージスロットの数を減らすことでGasの使用を最適化します。
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( 3. データ型の最適化
変数はさまざまなデータ型で表すことができますが、異なるデータ型に対応する操作コストも異なります。適切なデータ型を選択することで、Gasの使用を最適化するのに役立ちます。
例えば、Solidityでは、整数は異なるサイズに細分化できます：uint8、uint16、uint32など。EVMが256ビット単位で操作を実行するため、uint8を使用すると、EVMは最初にそれをuint256に変換する必要があり、この変換は追加でGasを消費します。
単独で見ると、ここでuint256を使用する方がuint8よりも安価です。しかし、以前に提案した変数のパッキング最適化を使用すると異なります。もし開発者が4つのuint8変数を1つのストレージスロットにパッキングできれば、それらを反復処理する総コストは4つのuint256変数よりも低くなります。こうすることで、スマートコントラクトは1回のストレージスロットの読み書きを行い、1回の操作で4つのuint8変数をメモリ/ストレージに配置できます。
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( 4. 固定サイズの変数を動的変数の代わりに使用する
データが32バイト以内に制御できる場合は、bytesまたはstringsの代わりにbytes32データ型を使用することをお勧めします。一般的に、固定サイズの変数は可変サイズの変数よりもガスを少なく消費します。バイトの長さを制限できる場合は、bytes1からbytes32の最小の長さを選択するようにしてください。
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( 5. マッピングと配列
Solidityのデータリストは、2つのデータタイプで表現できます: 配列)Arrays###とマッピング(Mappings)ですが、それらの構文と構造は全く異なります。
マッピングはほとんどの場合、効率が高くコストが低いですが、配列は反復可能でデータ型のパッケージ化をサポートしています。したがって、データリストを管理する際は、反復が必要でない限り、またはデータ型のパッケージ化によってガス消費を最適化できる場合を除いて、マッピングを優先して使用することをお勧めします。
! イーサリアムスマートコントラクトのガス最適化のためのトップ10のベストプラクティス
( 6. メモリの代わりに calldata を使用する
関数の引数で宣言された変数はcalldataまたはmemoryに格納できます。両者の主な違いは、memoryは関数によって変更可能であるのに対し、calldataは不変であることです。
この原則を覚えておいてください: 関数の引数が読み取り専用である場合は、memoryではなくcalldataを優先して使用するべきです。これにより、関数のcalldataからmemoryへの不必要なコピー操作を避けることができます。
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( 7. できるだけConstant/Immutableキーワードを使用してください
Constant/Immutable変数は、コントラクトのストレージに保存されません。これらの変数はコンパイル時に計算され、コントラクトのバイトコードに保存されます。したがって、ストレージと比較して、それらのアクセスコストははるかに低くなるため、可能な限りConstantまたはImmutableキーワードを使用することをお勧めします。
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( 8. オーバーフロー/アンダーフローが発生しないことを確認した上でUncheckedを使用する
開発者が算術演算がオーバーフローやアンダーフローを引き起こさないことを確認できる場合、Solidity v0.8.0で導入されたuncheckedキーワードを使用して、余分なオーバーフローやアンダーフローのチェックを回避し、Gasコストを節約できます。
さらに、0.8.0以上のバージョンのコンパイラでは、SafeMathライブラリを使用する必要がなくなりました。なぜなら、コンパイラ自体にオーバーフローおよびアンダーフロー保護機能が内蔵されているからです。
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( 9. オプティマイザー
修正子のコードは修正された関数に埋め込まれ、修正子を使用するたびにそのコードがコピーされます。これによりバイトコードのサイズが増加し、ガス消費が増えます。
内部関数_checkOwner)###にロジックを再構築することで、修飾子内でその内部関数を再利用でき、バイトコードのサイズを減少させ、ガスコストを削減できます。
! イーサリアムスマートコントラクトのガス最適化のためのトップ10のベストプラクティス
( 10. ショートサーキット最適化
||および&&演算子に対して、論理演算はショートサーキット評価が行われます。つまり、最初の条件が論理式の結果を決定できる場合、2番目の条件は評価されません。
ガス消費を最適化するために、計算コストが低い条件を前に置くべきです。そうすることで、高コストの計算をスキップする可能性があります。
一般的なアドバイスの追加
) 1. 不要なコードを削除する
契約に未使用の関数や変数が存在する場合は、それらを削除することをお勧めします。これは契約のデプロイコストを削減し、契約のサイズを小さく保つ最も直接的な方法です。
以下は幾つかの実用的な提案です:
最も効率的なアルゴリズムを使用して計算を行います。契約内で直接特定の計算結果を使用する場合は、これらの冗長な計算プロセスを削除する必要があります。本質的に、未使用の計算はすべて削除されるべきです。
イーサリアムの中で、開発者はストレージスペースを解放することでGas報酬を得ることができます。もし特定の変数が不要になった場合は、deleteキーワードを使用して削除するか、デフォルト値に設定すべきです。
ループ最適化: 高コストのループ操作を避け、可能な限りループを統合し、重複計算をループ本体の外に移動させます。
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( 2. プレコンパイルされたスマートコントラクトを使用する
プレコンパイル契約は、暗号化やハッシュ操作などの複雑なライブラリ関数を提供します。コードはEVM上で実行されるのではなく、クライアントノード上でローカルに実行されるため、必要なガスが少なくなります。プレコンパイル契約を使用すると、スマートコントラクトの実行に必要な計算作業量を削減することで、ガスを節約できます。
プレコンパイルされたコントラクトの例には、楕円曲線デジタル署名アルゴリズム)ECDSA###およびSHA2-256ハッシュアルゴリズムが含まれます。スマートコントラクト内でこれらのプレコンパイルされたコントラクトを使用することで、開発者はガスコストを削減し、アプリケーションの実行効率を向上させることができます。
( 3. インラインアセンブリコードを使用する
インラインアセンブリ)in-line assembly###は、開発者がEVMによって直接実行される低レベルだが効率的なコードを書くことを可能にし、高価なSolidityオペコードを使用する必要がありません。インラインアセンブリはまた、メモリとストレージの使用をより正確に制御することを可能にし、さらにGas費を削減します。加えて、インラインアセンブリは