EVM開発効率を向上させるためのスマートコントラクトのガス料金最適化手法トップ10

スマートコントラクトのGas費を最適化するための10のベストプラクティス

イーサリアムメインネットのGas費用は常に難題であり、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ることがよくあります。したがって、スマートコントラクトを開発する際にGas費用の最適化が非常に重要です。Gas消費の最適化は取引コストを削減するだけでなく、取引効率を向上させ、ユーザーにとって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。

この記事では、イーサリアム仮想マシン(EVM)のGas費用メカニズム、Gas費用最適化の核心概念、及びスマートコントラクト開発時のGas費用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し、ブロックチェーンエコシステムの課題に共に対処することを願っています。

イーサリアムスマートコントラクトのGas最適化のトップ10ベストプラクティス

EVMのガス料金メカニズムの紹介

EVM互換ネットワークでは、「Gas」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の消費は三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、そしてメモリとストレージの読み書き。

各取引の実行には計算リソースが必要なため、無限ループや拒否サービス(DoS)攻撃を防ぐために一定の手数料が徴収されます。取引を完了するために必要な手数料は「ガス代」と呼ばれます。

EIP-1559が施行されて以来、Gas料金は以下の公式で計算されています:

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)

基礎手数料は破棄され、優先手数料はインセンティブとして使用され、バリデーターが取引をブロックチェーンに追加することを奨励します。取引を送信する際により高い優先手数料を設定することで、取引が次のブロックに含まれる可能性を高めることができます。これはユーザーがバリデーターに支払う「チップ」のようなものです。

! 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

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"、すなわちopcodesに変換されます。

任意のオペコード(、例えば契約の作成、メッセージ呼び出し、アカウントストレージへのアクセス、そして仮想マシン上での操作の実行)には、認められたGas消費コストが存在し、これらのコストはイーサリアムの白書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Gasコストが調整されており、黄皮書の内容と異なる可能性があります。

2. ガス最適化の基本概念

Gas最適化のコア理念は、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コストの高い操作を避けることです。

EVMでは、以下の操作のコストが低いです:

  • メモリ変数の読み書き
  • 定数と不変変数の読み取り
  • ローカル変数を読み書きする
  • calldata 配列や構造体などの calldata 変数を読み取る
  • 内部関数呼び出し

コストが高い操作には次のものが含まれます:

  • コントラクトストレージに保存されている状態変数の読み書き
  • 外部関数呼び出し
  • ループ操作

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EVM Gas費用最適化の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料金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費用を削減し、取引コストを低減させ、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することができます。

) 1. ストレージの使用をできるだけ減らす

Solidityにおいて、Storage###は限られたリソースであり、そのGas消費はMemory(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込んだり書き込んだりするたびに、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アクセスのコストの100倍以上になります。例えば、OPcodesmloadおよびmstore命令はわずか3ガス単位を消費しますが、ストレージ操作であるsloadおよびsstoreは、最も理想的な状況でも、コストは少なくとも100単位必要です。

制限ストレージ使用の方法には、次のものが含まれます:

  • 一時的なデータをメモリに保存する
  • ストレージの変更回数を減らす: 中間結果をメモリに保存し、すべての計算が完了した後に結果をストレージ変数に割り当てる。

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) 2. 変数パッケージ

スマートコントラクト中使用の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現する方法は、Gas費の消費に大きく影響します。

Solidityコンパイラは、コンパイルプロセス中に連続するストレージ変数をパッケージ化し、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。変数のパッケージ化とは、変数を適切に配置することで、複数の変数が1つのストレージスロットに収まることを指します。

この詳細な調整により、開発者は20,000Gasユニット###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20,000Gas(が必要ですが、現在は2つのストレージスロットのみで済むようになりました。

各ストレージスロットはGasを消費するため、変数のパッケージ化は必要なストレージスロットの数を減らすことによってGasの使用を最適化します。

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) 3. データ型の最適化

変数は様々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は異なります。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は256ビット単位で操作を実行するため、uint8を使用するとEVMはまずそれをuint256に変換しなければならず、この変換は追加のガスを消費します。

単独で見ると、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パッキングの最適化を使用すると、状況が異なります。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。このように、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で、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消費するGasが少なくなります。バイトの長さを制限できる場合は、できるだけbytes1からbytes32の最小の長さを選択してください。

( 5. マッピングと配列

Solidityのデータリストは2種類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キングをサポートします。したがって、データリストを管理する際には、反復が必要でない限り、またはデータ型のパッキング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。

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) 6. メモリの代わりに calldata を使用する

関数パラメータ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り、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の場合は、memoryではなくcalldataを優先的に使用するべきです。これにより、関数のcalldataからmemoryへの不要なコピー操作を避けることができます。

( 7. できるだけConstant/Immutableキーワードを使用してください

Constant/Immutable変数は契約のストレージには保存されません。これらの変数はコンパイル時に計算され、契約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ります。できるだけ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てUncheckedを使用する

開発者が算術操作がオーバーフローまたは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または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以降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組み込まれているからです。

( 9. 最適化モディファイア

修正子のコードは修正された関数に組み込まれ、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、ガス消費が増加します。

ロジックを内部関数_checkOwner)###に再構築することで、修飾子内でこの内部関数を再利用できるようになり、バイトコードサイズを削減し、Gasコストを下げることができます。

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) 10. ショートサーキット最適化

||と&&演算子に関して、論理演算で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。

Gas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。

! 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

その他の一般的な推奨事項

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ための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します。契約内で特定の計算結果を直接使用する場合は、これらの冗長な計算プロセスを除去する必要があります。本質的に、使用されていない計算はすべて削除されるべきです。

  • イーサリアムでは、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。不要になった変数は、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る必要があります。

  • 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る。

( 2. プリコンパイルされたスマートコントラクトを使用する

プリコンパイル契約は、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上ではなく、ノードのローカルで実行されるため、必要なGasは少なくなります。プリコンパイル契約を使用することで、スマートコントラクトを実行するために必要な計算作業量を減らすことでGasを節約できます。

プリ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###と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リ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。

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) 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は、開発者がEVMによって直接実行可能な低レベルでありながら効率的なコードを記述することを可能にし、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、メモリとストレージの使用をより正確に制御できるため、Gas料金をさらに削減します。また、インラインアセンブリは、Solidityのみでは実現が難しい複雑な操作を実行でき、Gas消費の最適化に対してより多くの柔軟性を提供します。

しかし、インラインアセンブリの使用はリスクを伴い、エラーが発生しやすいです。したがって、経験豊富な開発者の操作に限定して慎重に使用するべきです。

( 4. Layer 2ソリューションを使用する

Layer 2ソリューションを使用することで、Ethereumメインネット上に保存し、計算する必要があるデータ量を減少させることができます。

rollups、サイドチェーン、ステートチャネルなどのLayer 2ソリューション

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コメント
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AirdropATMvip
· 07-17 09:37
ガス代もCEXの損失を下げることができます
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CommunityJanitorvip
· 07-17 02:30
老初心者として、このガス代は本当に人を食いつぶしますね。
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GhostWalletSleuthvip
· 07-15 15:28
ガス費ドロップもあまり意味がない ビタリックブテリンは結局初心者をカモにしたいだけだ
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GasFeeNightmarevip
· 07-15 07:31
ガスほんとうに命にかかわる〜
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BrokenDAOvip
· 07-15 07:23
ガバナンスの慣性のもう一つの例 オンチェーンのコストを最適化する際に、インセンティブの歪みについて考えたことがありますか?頻繁に取引を行う普通のユーザーは、常に支払う側です。
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DoomCanistervip
· 07-15 07:12
ガスを惜しまないで滅亡の感覚
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PumpBeforeRugvip
· 07-15 07:07
ガスのお金があれば、茅台の瓶が買える。
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