イーサリアムスマートコントラクトGas最適化実践ガイド

イーサリアムスマートコントラクトGas最適化実践ガイド

イーサリアムのメインネットの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、ユーザーは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非常に重要です。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利用体験を提供します。

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費用最適化に関する核心概念、およ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とってのインスピレーションと実用的な助けとなり、一般ユーザーがEVMのGas費用の運用方法をより理解し、ブロックチェーンエコシステムの課題に共同で対処でき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ガス最適化のためのトップ10のベストプラクティス

EVMのGas料金メカニズムの紹介

EVM互換のネットワークでは、"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を指します。

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リソースが必要なため、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「ガス代」と呼ばれます。

EIP-1559(ロンドンハードフォーク)が発効して以来、Gas料金は以下の式で計算されます:

ガス料金 = 使用したガス単位 * (基本料金 + プライオリティ料金)

基本料金は破棄され、優先料金はインセンティブとして使用され、検証者がトランザクションをブロックチェーンに追加することを奨励します。トランザクションを送信する際により高い優先料金を設定することで、トランザクション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"オペコード"、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、および仮想マシンでの操作の実行)には、公認のガス消費コストがあり、これらのコストはイーサリアムの黄皮書に記録されています。

複数回のEIPの修正を経て、その中のいくつかのオペコードのGasコストが調整され、黄皮書において若干の差異が生じ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し、Gasコストが高い操作を避けることです。

EVMでは、次の操作はコストが低い:

  • メモリ変数の読み書き
  • 定数と不変変数の読み取り
  • ローカル変数の読み書き
  • 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

コストの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

イーサリアムスマートコントラクトのGas最適化トップ10ベストプラクティス

EVMガス料金最適化のベストプラクティス

上記の基本概念に基づいて、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料金消費を削減し、取引コストを低減し、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。

1.ストレージの使用をできるだけ減らしてください

Solidityでは、Storage(ストレージ)は有限なリソースであり、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倍以上です。例えば、OPcodeのmloadとmstore命令はそれぞれ3ガス単位しか消費しませんが、ストレージ操作であるsloadとsstoreは、最も理想的な状況でもコストが少なくとも100単位必要です。

ストレージ使用の制限方法には次のものがあります:

  • 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. 変数のパッケージ化

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(の数量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、複数の変数が単一のストレージスロットに収まることを指します。

この細部の調整により、開発者は20,000のGas単位を節約できます)未使用のストレージスロットを保存するには20,000のGas(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みます。

各ストレージスロットにはGasが消費されるため、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分割できます: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、ここでは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場合は異なります。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。このようにして、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/ストレージに配置することができます。

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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つのデータ型で表すことができます: 配列###Arrays(とマッピング)Mappings(ですが、それらの構文と構造はまったく異なります。

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、反復が必要ない限り、またはデータ型のパッケージを通じ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

関数の引数で宣言された変数は、calldataまたはmemoryに保存できます。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である場合、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回避できます。

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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アクセスコストがはるかに低くなるため、可能な限りConstantまたはImmutableキーワードの使用をお勧めします。

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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と確信できる場合、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、Gasの消費が増えます。

この例では、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、バイトコードのサイズを削減し、ガスコストを低下させることができます。

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) 10. ショートサーキット最適化

||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。

Gas消費を最適化するためには、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、高コストな計算をスキップできる可能性があります。

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一般的なアドバイス

) 1. 無駄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を行うべきです。もし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排除すべきです。本質的に、使用されていない計算は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ガス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、繰り返し計算をループ本体の外に移動させます。

2. プリコンパイルコントラクトの使用

プレコンパイルコントラクトは、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、クライアントノードのローカルで実行されるため、必要なガスは少なくなります。プレコンパイルコントラクトを使用することで、スマートコントラクトの実行に必要な計算作業量を減少させることでガスを節約できます。

事前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事前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によって直接実行可能な低レベルでありながら効率的なコードを書くことを許可します。高価なSolidityオペコードを使用する必要はありません。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することもでき、Gas費用をさらに削減します。さらに、インラインアセンブリは、Solidityだけでは実現が難しいいくつかの複雑な操作を実行することができ、Gas消費の最適化に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を使用することはリスクを伴い、簡単に問題を引き起こす可能性があります。

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コメント
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AllInAlicevip
· 07-21 16:10
ガス高いですね、もう耐えられないでしょう。
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TopBuyerBottomSellervip
· 07-21 00:35
ガスは本当にお金を奪っていますね、ふぅ。
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PoetryOnChainvip
· 07-20 06:30
ガスが高すぎる、誰が取引をするのか
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LightningClickervip
· 07-18 19:09
深夜のコーディングはこれを学んでいる
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PerpetualLongervip
· 07-18 19:05
ガス、減らさないでください、ポジションを追加できません...
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FarmToRichesvip
· 07-18 18:53
Gasが高すぎて、個人投資家は皆逃げてしまった。
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DeFiCaffeinatorvip
· 07-18 18:46
ガス焼けで眠れない...
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