イーサリアムスマートコントラクトGas費最適化戦略と実践ガイド

イーサリアムスマートコントラクトGas費最適化実践ガイド

イーサリアムのメインネットのGas費用は常に解決が難しい問題であり、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、ユーザーはしばしば非常に高い取引手数料を支払う必要があります。そのため、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の利用体験を提供します。

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費最適化のベストプラクティスを概説します。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、同時に一般ユーザーがEVMのGas費用の運用方式をよりよく理解し、ブロックチェーンエコシステムの課題に共に取り組む手助けとな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る単位です。

EVMの構造レイアウトにおいて、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料金が徴収されます。取引を完了するために必要な料金は「ガス代」と呼ばれます。

自EIP-1559(ロンドンハードフォーク)が有効になって以来、Gas費は以下の公式で計算されます:

ガス料金 = 使用したガスの単位 * (基本料金 + プライオリティ料金)

基礎費用は消失し、優先費用はインセンティブとして使用され、バリデータ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より高い優先費用を設定することで、次のブロックに取引が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"、すなわちopcodesに変換されます。

どの操作コード(でも、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、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。

何度も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、黄皮書と若干の差異が生じてい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的に選択し、Gasコストが高い操作を避けることです。

EVMにおいて、以下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

コストが高い操作には次のものが含まれます:

  • スマートコントラクトの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ガス料金最適化ベストプラクティス

上述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費最適化のベストプラクティスリストを整理しました。これらの実践に従うことで、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す

Solidityにおいて、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取った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操作の100倍以上高いです。例えば、OPcodesmload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。

ストレージ使用を制限する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費の消費に大きく影響します。

Solidityコンパイラは、コンパイル中に連続した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。

この詳細な調整により、開発者は20,000ガス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ガス(が必要ですが、今は2つのストレージスロットのみが必要です。

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

変数は複数の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は、ガス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は最初にそれを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るなら、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。これにより、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/ストレージに入れることができます。

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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バイト以内に収まる場合は、bytesまたはstringsの代わりにbytes32データタイプ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消費が少ないです。バイトの長さが制限できる場合は、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つのデータ型で表現できます: 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、配列はイテラブル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、イテレーションが必要な場合やデータ型のパッケージ化によってGas消費を最適化できる場合を除き、マッピングを優先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すが、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を優先的に使用すべきです。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。

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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、ストレージに比べ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とき、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とアンダーフローの保護機能が組み込まれているからです。

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( 9. 最適化モディファイア

モディファイアのコードは修正された関数に埋め込まれ、モディファイア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消費が増加します。

内部関数_checkOwner)###にロジックを再構築することにより、修飾子内でこの内部関数を再利用できるようになり、バイトコードのサイズを削減し、Gasコストを低下させることができます。

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&&演算子に関して、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、コストの高い計算をスキップする可能性があります。

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その他の一般的な推奨事項

( 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アドバイスです:

  • 最も効率的なアルゴリズムを使用して計算します。もし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、開発者が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。もはや必要ない変数がある場合は、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から移動させる。

) 2. プレコンパイルコントラクトの使用

プリコンパイルされたコントラクトは、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上で実行されるのではなく、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Gasは少なくなります。プリコンパイルされた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削減することでGasを節約できます。

プリコンパイルド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リコンパイルドコントラクトを使用することにより、開発者はGas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で効率的なコードを書くことを可能にしますが、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可能にし、Gas費のさらなる削減を実現します。さらに、インラインアセンブリは、Solidityを使用するだけでは実現が難しい複雑な操作を実行することができ、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を使用することもリスクを伴う可能性があります。

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コメント
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StrawberryIcevip
· 07-31 07:32
ガス代は本当に高くて耐えられない
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OnChainDetectivevip
· 07-31 07:22
ガスは少しでも節約することが大切です
原文表示返信0
JustHodlItvip
· 07-31 07:06
乾物だらけの美味しさです
原文表示返信0
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