EVMスマートコントラクトGas費最適化ガイド:10大ベストプラクティスと重要概念の解析

スマートコントラクトGas費最適化ガイド:10のベストプラクティス

イーサリアムのメインネットのガス料金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わなければならないことがよくあります。したがって、スマートコントラクトの開発段階でガス料金の最適化を行うことが非常に重要です。ガス消費の最適化は、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。

この記事では、Ethereum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、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よく理解し、ブロックチェーンエコシステムの課題に共同で取り組む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ガス最適化に関する10のベストプラクティス

EVMのGas費メカニズムの紹介

EVMに対応したネットワークでは、「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。

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)

基本料金は破棄され、優先料金はインセンティブとして機能し、バリデーター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が高まります。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Gas最適化のトップ10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「オペコード」、つまりopcodesに変換されます。

いかなる操作コード(、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、及び仮想マシン上での操作の実行)には、公認の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、いくつかのオペコードのGasコストが調整されており、黄皮書に記載されているものとは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コストの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

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EVM ガス費用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す

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倍以上高いです。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、コストは少なくとも100単位必要となります。

制限されたストレージの使用方法には、次のものが含まれます:

  • 非永久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(の数量および開発者がデータを表現する方法はGas費の消耗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、変数を合理的に配置することで、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。

この細部の調整により、開発者は20,000のGas単位)を節約できる。未使用のストレージスロットを1つ保存するには20,000Gas(が必要だが、現在はわずか2つのストレージスロットのみで済む。

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現できますが、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に変換する必要があり、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、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消費するガスが少なくなります。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。

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あり、データ型のパッケージングをサポートしています。そのため、データリストを管理する際は、イテレーションが必要ない限り、またはデータ型のパッケージングによってGas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は変更不可能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である場合、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。

calldataから値を直接読み取る際に、中間のmemory操作をスキップします。この最適化手法はGas効率を大幅に向上させることができます。

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

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

修正器のコードは修正された関数に埋め込まれ、修正器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、修正器内でその内部関数を再利用可能にし、バイトコードのサイズを減少させ、Gasコストを削減することができます。

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を行います。つまり、最初の条件が論理式の結果を決定できる場合、2つ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、コストが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. 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。契約内で特定の計算結果を直接使用する場合は、冗長な計算プロセスを排除すべきです。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キーワードを使って削除するか、デフォルト値に設定するべきです。

  • 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、重複計算をループ体の外に移動させます。

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) 2. プレコンパイルコントラクトを使用する

プレ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。プレ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減らし、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(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。

) 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効率的なコードを記述できることを許可し、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、さらにGas費用を削減できます。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。したがって、慎重に使用し、経験豊富な開発者に限るべきです。

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) 4. Layer 2ソリューションを使用する

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コメント
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AlwaysAnonvip
· 07-09 16:21
啧 またガス最適化の罠か、うざいな。
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ForkTonguevip
· 07-07 17:09
ガスは本当に良い L2を使う人は誰でもわかる
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NonFungibleDegenvip
· 07-07 01:27
ガス手数料はマジで私を殺している... ngmi ser
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AllTalkLongTradervip
· 07-07 01:20
疲れた疲れた ガス費がどうした 直接L2に行った
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0xInsomniavip
· 07-07 01:16
ガスがこんなに高いからこそ、ベストプラクティスと言える。
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CryptoTherapistvip
· 07-07 01:10
このガスの不安を一緒に解決しましょう… 高い手数料から深いトラウマを感じます。マインドフルな契約の最適化は、感情的な取引の安定性にとって重要です。
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