イーサリアムスマートコントラクトGas費最適化十大ベストプラクティス

イーサリアム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

イーサリアムのメインネットのGas料金は、開発者とユーザーが直面する主要な課題であり、特にネットワークが混雑している時に顕著です。取引のピーク時には、ユーザーはしばしば高額な料金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開発段階でのGas料金の最適化は非常に重要です。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、取引の効率を向上させ、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の使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費メカニズム、Gas費最適化のコア概念、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支援を提供し、一般ユーザーがEVMのGas費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Gas最適化のための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の構造では、Gasの消費は主に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徴収されます。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。

自EIP-1559(ロンドンハードフォーク)が有効になって以来、Gas料金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、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、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が高まります。これは、ユーザーが検証者に支払う一種の「チップ」に似ています。

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 でのガス最適化の理解

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。

任意の操作コード(、例えば契約の作成、メッセージ呼び出しの実行、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、一般的に認められたGas消費コストがあります。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、一部のオペコードのGasコストが調整され、黄皮書の内容とは異なる可能性があります。

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、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:

  • 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ガス費用最適化ベストプラクティス

上述の基本概念に基づき、以下はGas費最適化のベストプラクティスのリストです。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。

) 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(は有限な資源であり、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。例えば、OPcodesmloadとmstore命令はわずか3ガス単位を消費するが、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単位を必要とする。

制限されたストレージ使用の方法には、

  • 非永続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. 変数パッキング

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示する方法は、Gas費の消耗に大きく影響します。

Solidityコンパイラは、コンパイル過程で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、変数を合理的に配置することによって、複数の変数が単一のストレージスロットに収まるようにすることを指します。

この詳細の調整により、開発者は20,000Gasの単位)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20,000Gas(を消費する必要がありますが、現在は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ガスを消費するため、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ガスの使用を最適化します。

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( 3. データタイプの最適化

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は、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けることができます:uint8、uint16、uint32など。EVMが256ビット単位で操作を実行するため、uint8を使用することはEVMが最初にそれを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、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。開発者が四つのuint8変数を一つのストレージスロットにパッキングできるなら、彼らを反復処理する総コストは四つの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一度ストレージスロットを読み書きし、一度の操作で四つのuint8変数をメモリ/ストレージに置くことができます。

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( 4. 動的変数の代わりに固定サイズの変数を使用する

データが32バイト以内に制御できる場合は、bytesや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を少なく消費します。バイトの長さを制限できる場合は、可能な限り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キング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には、反復が必要な場合やデータ型のパッキングによってGas消費が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は不変であるということです。

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を優先して使用すべきです。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。

) 7. 可能な限り 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てuncheckedを使用する

開発者が算術演算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の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消費が増加します。

内部関数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るようになり、バイトコードのサイズを減らし、ガスコストを削減できます。

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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すでに決定できる場合、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、高コストの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の追加

( 1. 無用なコードを削除

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、契約の展開コストを削減し、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、それらの冗長な計算プロセスは削除されるべきです。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、繰り返し計算をループ本体の外に移す。

) 2. プリコンパイル契約を使用する

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が少なくなります。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し、Gasを節約できます。

プレコンパイル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###や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。

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

( 3. インラインアセンブリコードの使用

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、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することを可能にし、さらにGas料金を削減します。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、エラーを引き起こしやすいです。そのため、慎重に使用し、経験豊富な開発者に限定して操作するべきです。

( 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、イーサリアムメインネット上に保存および計算する必要があるデータ量を削減できます。

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コメント
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MEV_Whisperervip
· 08-02 05:53
ガスがまた上昇した、契約の取引が面倒くさい
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fomo_fightervip
· 08-02 05:46
ガス費が高くてたまらない、涼しいところに行こう。
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ApeWithAPlanvip
· 08-02 05:39
ガスがいくら高くてもETHが最も魅力的です
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MetadataExplorervip
· 08-02 05:26
このクソガスまた騒ぎ始めたの?
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