Hướng dẫn tối ưu hóa phí Gas hợp đồng thông minh: 10 thực tiễn tốt nhất

Phí Gas trên mạng chính Ethereum luôn là một vấn đề nan giải, đặc biệt là khi mạng bị tắc nghẽn. Trong thời gian cao điểm, người dùng thường phải trả phí giao dịch cao. Do đó, việc tối ưu hóa phí Gas trong giai đoạn phát triển hợp đồng thông minh là rất quan trọng. Tối ưu hóa tiêu thụ Gas không chỉ có thể giảm chi phí giao dịch mà còn nâng cao hiệu quả giao dịch, mang lại trải nghiệm blockchain kinh tế và hiệu quả hơn cho người dùng.

Bài viết này sẽ tóm tắt cơ chế phí Gas của máy ảo Ethereum (EVM), các khái niệm cốt lõi về tối ưu hóa phí Gas, cũng như các phương pháp tốt nhất để tối ưu hóa phí Gas khi phát triển hợp đồng thông minh. Hy vọng những nội dung này có thể cung cấp cảm hứng và sự trợ giúp thiết thực cho các nhà phát triển, đồng thời cũng giúp người dùng thông thường hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của phí Gas trong EVM, cùng nhau đối mặt với những thách thức trong hệ sinh thái blockchain.

Giới thiệu về cơ chế phí Gas của EVM

Trong các mạng tương thích EVM, "Gas" là đơn vị dùng để đo lường khả năng tính toán cần thiết để thực hiện các hoạt động cụ thể.

Trong cấu trúc bố trí của EVM, việc tiêu thụ Gas được chia thành ba phần: thực thi thao tác, gọi tin nhắn bên ngoài và đọc/ghi bộ nhớ cũng như lưu trữ.

Do bởi vì việc thực hiện mỗi giao dịch đều cần tài nguyên tính toán, nên sẽ bị tính phí nhất định để ngăn chặn vòng lặp vô hạn và từ chối dịch vụ ( DoS ) tấn công. Phí cần thiết để hoàn thành một giao dịch được gọi là "Phí Gas".

Kể từ khi EIP-1559( phân tách cứng London ) có hiệu lực, phí Gas được tính theo công thức sau:

Phí gas = số lượng gas sử dụng * (phí cơ bản + phí ưu tiên)

Phí cơ bản sẽ bị tiêu hủy, phí ưu tiên sẽ được sử dụng như một động lực, khuyến khích các xác nhận thêm giao dịch vào blockchain. Việc thiết lập phí ưu tiên cao hơn khi gửi giao dịch có thể tăng khả năng giao dịch được bao gồm trong khối tiếp theo. Điều này tương tự như một "tiền boa" mà người dùng trả cho các xác nhận.

1. Hiểu về tối ưu hóa Gas trong EVM

Khi biên dịch hợp đồng thông minh bằng Solidity, hợp đồng sẽ được chuyển đổi thành một loạt "mã thao tác", tức là opcodes.

Bất kỳ đoạn mã hoạt động nào ( chẳng hạn như tạo hợp đồng, thực hiện gọi tin nhắn, truy cập lưu trữ tài khoản và thực hiện thao tác trên máy ảo ) đều có một chi phí tiêu thụ Gas được công nhận, những chi phí này được ghi lại trong sách vàng Ethereum.

Sau nhiều lần sửa đổi EIP, một số chi phí Gas của các mã thao tác đã được điều chỉnh, có thể có sự khác biệt so với sách vàng.

2.Khái niệm cơ bản về tối ưu hóa Gas

Ý tưởng cốt lõi của tối ưu hóa Gas là ưu tiên lựa chọn các thao tác có hiệu quả chi phí cao trên blockchain EVM, tránh các thao tác có chi phí Gas đắt.

Trong EVM, các thao tác sau đây có chi phí thấp hơn:

• Đọc và ghi biến trong bộ nhớ
• Đọc hằng số và biến không thay đổi
• Đọc và ghi biến cục bộ
• Đọc biến calldata, chẳng hạn như mảng và cấu trúc calldata
• Gọi hàm nội bộ

Các hoạt động có chi phí cao bao gồm:

• Đọc và ghi các biến trạng thái được lưu trữ trong hợp đồng thông minh
• Gọi hàm bên ngoài
• Thao tác lặp

Thực hành tối ưu hóa phí Gas EVM tốt nhất

Dựa trên các khái niệm cơ bản nêu trên, chúng tôi đã biên soạn một danh sách các thực hành tối ưu hóa Gas phí tốt nhất cho cộng đồng nhà phát triển. Bằng cách tuân thủ những thực hành này, các nhà phát triển có thể giảm thiểu tiêu thụ Gas phí của hợp đồng thông minh, giảm chi phí giao dịch và xây dựng các ứng dụng hiệu quả hơn và thân thiện với người dùng.

1. Cố gắng giảm thiểu việc sử dụng lưu trữ

Trong Solidity, Storage( lưu trữ) là một tài nguyên hữu hạn, tiêu thụ Gas của nó cao hơn nhiều so với Memory( bộ nhớ). Mỗi lần hợp đồng thông minh đọc hoặc ghi dữ liệu từ lưu trữ, sẽ phát sinh chi phí Gas cao.

Theo định nghĩa trong sách vàng Ethereum, chi phí cho các thao tác lưu trữ cao hơn hơn 100 lần so với các thao tác bộ nhớ. Ví dụ, các lệnh OPcodes mload và mstore chỉ tiêu tốn 3 đơn vị Gas, trong khi các thao tác lưu trữ như sload và sstore, ngay cả trong điều kiện lý tưởng nhất, cũng cần ít nhất 100 đơn vị.

Các phương pháp giới hạn việc sử dụng lưu trữ bao gồm:

• Lưu trữ dữ liệu không cố định trong bộ nhớ
• Giảm số lần sửa đổi lưu trữ: Bằng cách lưu trữ kết quả trung gian trong bộ nhớ, sau khi tất cả các phép tính hoàn tất, sẽ phân bổ kết quả cho các biến lưu trữ.

2. Biến đóng gói

Số lượng Storage slot( được sử dụng trong hợp đồng thông minh và cách mà các nhà phát triển biểu diễn dữ liệu sẽ ảnh hưởng lớn đến mức tiêu thụ Gas.

Trình biên dịch Solidity sẽ đóng gói các biến lưu trữ liên tiếp trong quá trình biên dịch và sử dụng 32 byte làm đơn vị cơ bản để lưu trữ các biến. Việc đóng gói biến có nghĩa là sắp xếp hợp lý các biến, giúp nhiều biến có thể phù hợp vào một slot lưu trữ.

Thông qua điều chỉnh chi tiết này, các nhà phát triển có thể tiết kiệm 20.000 đơn vị Gas ) để lưu trữ một khe lưu trữ chưa sử dụng cần tiêu tốn 20.000 Gas (, nhưng bây giờ chỉ cần hai khe lưu trữ.

Do vì mỗi khe lưu trữ đều tiêu tốn Gas, việc đóng gói biến giúp tối ưu hóa việc sử dụng Gas bằng cách giảm số lượng khe lưu trữ cần thiết.

![Mười thực hành tối ưu Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-995905cb414526d4d991899d0c2e6443.webp(

) 3. Tối ưu hóa loại dữ liệu

Một biến có thể được biểu diễn bằng nhiều loại dữ liệu khác nhau, nhưng chi phí thao tác tương ứng với các loại dữ liệu khác nhau cũng khác nhau. Việc chọn loại dữ liệu phù hợp giúp tối ưu hóa việc sử dụng Gas.

Ví dụ, trong Solidity, số nguyên có thể được chia thành các kích thước khác nhau: uint8, uint16, uint32, v.v. Do EVM thực hiện các hoạt động theo đơn vị 256 bit, việc sử dụng uint8 có nghĩa là EVM phải chuyển đổi nó thành uint256 trước, và việc chuyển đổi này sẽ tiêu tốn thêm Gas.

Xét riêng lẻ, việc sử dụng uint256 thì tốn kém hơn uint8. Tuy nhiên, nếu sử dụng tối ưu hóa đóng gói biến thì lại khác. Nếu nhà phát triển có thể đóng gói bốn biến uint8 vào một khe lưu trữ, tổng chi phí để lặp qua chúng sẽ thấp hơn so với bốn biến uint256. Bằng cách này, hợp đồng thông minh có thể đọc và ghi một lần vào khe lưu trữ, và trong một thao tác có thể đưa bốn biến uint8 vào bộ nhớ/lưu trữ.

![10 thực hành tối ưu Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-55fcdb765912ef9cd238c46b1d248cff.webp(

) 4. Sử dụng biến kích thước cố định thay thế biến động

Nếu dữ liệu có thể được kiểm soát trong 32 byte, nên sử dụng kiểu dữ liệu bytes32 thay cho bytes hoặc strings. Nói chung, các biến kích thước cố định tiêu tốn ít Gas hơn các biến kích thước thay đổi. Nếu chiều dài byte có thể bị giới hạn, hãy cố gắng chọn chiều dài nhỏ nhất từ bytes1 đến bytes32.

5. Ánh xạ và mảng

Danh sách dữ liệu của Solidity có thể được biểu diễn bằng hai loại dữ liệu: mảng ###Arrays( và bản đồ )Mappings(, nhưng cú pháp và cấu trúc của chúng hoàn toàn khác nhau.

Trong hầu hết các trường hợp, ánh xạ có hiệu suất cao hơn và chi phí thấp hơn, nhưng mảng có tính khả thi và hỗ trợ gói kiểu dữ liệu. Do đó, nên ưu tiên sử dụng ánh xạ khi quản lý danh sách dữ liệu, trừ khi cần lặp qua hoặc có thể tối ưu hóa tiêu thụ Gas thông qua gói kiểu dữ liệu.

![10 thực tiễn tốt nhất để tối ưu hóa Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-5f3d7e103e47c886f50599cffe35c707.webp(

) 6. Sử dụng calldata thay thế memory

Các biến được khai báo trong tham số hàm có thể được lưu trữ trong calldata hoặc memory. Sự khác biệt chính giữa hai loại này là memory có thể bị hàm sửa đổi, trong khi calldata là không thay đổi.

Hãy nhớ nguyên tắc này: nếu tham số hàm là chỉ đọc, nên ưu tiên sử dụng calldata thay vì memory. Điều này có thể tránh được các thao tác sao chép không cần thiết từ calldata của hàm sang memory.

Khi đọc giá trị trực tiếp từ calldata, bỏ qua các thao tác memory trung gian. Cách tối ưu này có thể cải thiện đáng kể hiệu quả Gas.

7. Cố gắng sử dụng từ khóa Constant/Immutable càng nhiều càng tốt

Biến Constant/Immutable sẽ không được lưu trữ trong bộ nhớ của hợp đồng. Những biến này sẽ được tính toán tại thời điểm biên dịch và được lưu trữ trong mã byte của hợp đồng. Do đó, chi phí truy cập của chúng thấp hơn rất nhiều so với bộ nhớ, vì vậy nên sử dụng từ khóa Constant hoặc Immutable khi có thể.

![10 thực hành tốt nhất để tối ưu hóa Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-9c566626ab499ef65d6f5089a2876ad3.webp(

) 8. Sử dụng Unchecked khi đảm bảo không xảy ra tràn/thiếu.

Khi các nhà phát triển có thể xác định rằng các phép toán số học sẽ không dẫn đến tràn số hoặc thiếu số, họ có thể sử dụng từ khóa unchecked được giới thiệu trong Solidity v0.8.0 để tránh các kiểm tra tràn số hoặc thiếu số không cần thiết, từ đó tiết kiệm chi phí Gas.

Ngoài ra, các phiên bản biên dịch từ 0.8.0 trở lên không còn cần sử dụng thư viện SafeMath, vì chính trình biên dịch đã tích hợp sẵn các chức năng bảo vệ tràn và thiếu.

9. Tối ưu hóa bộ sửa đổi

Mã của bộ sửa đổi được nhúng vào các hàm đã được sửa đổi, mỗi khi sử dụng bộ sửa đổi, mã của nó sẽ được sao chép. Điều này sẽ làm tăng kích thước bytecode và tăng tiêu thụ Gas. Có thể giảm kích thước bytecode và giảm chi phí Gas bằng cách tái cấu trúc logic thành các hàm nội bộ, cho phép sử dụng lại hàm nội bộ đó trong bộ sửa đổi.

10. Tối ưu hóa ngắn mạch

Đối với || và &&, phép toán logic sẽ xảy ra đánh giá ngắn mạch, tức là nếu điều kiện đầu tiên đã xác định được kết quả của biểu thức logic, thì điều kiện thứ hai sẽ không được đánh giá.

Để tối ưu hóa việc tiêu tốn Gas, các điều kiện có chi phí tính toán thấp nên được đặt ở phía trước, như vậy có thể bỏ qua các tính toán có chi phí cao.

![10 thực tiễn tốt nhất để tối ưu hóa Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-c0701f9e09280a1667495d54e262dd2f.webp(

Các khuyến nghị chung bổ sung

) 1. Xóa mã không cần thiết

Nếu trong hợp đồng có các hàm hoặc biến không được sử dụng, nên xóa chúng. Đây là cách trực tiếp nhất để giảm chi phí triển khai hợp đồng và giữ cho kích thước hợp đồng nhỏ.

Dưới đây là một số gợi ý hữu ích:

• Sử dụng thuật toán hiệu quả nhất để tính toán. Nếu hợp đồng sử dụng trực tiếp kết quả của một số phép tính, thì nên loại bỏ những quá trình tính toán dư thừa này. Về bản chất, bất kỳ phép tính nào không được sử dụng đều nên bị xóa.

• Trong Ethereum, các nhà phát triển có thể nhận được phần thưởng Gas bằng cách giải phóng không gian lưu trữ. Nếu không còn cần một biến nào đó, nên sử dụng từ khóa delete để xóa nó, hoặc đặt nó về giá trị mặc định.

• Tối ưu hóa vòng lặp: Tránh các thao tác vòng lặp tốn kém, hợp nhất vòng lặp khi có thể, và di chuyển các phép toán lặp lại ra khỏi thân vòng lặp.

![10 thực hành tốt nhất để tối ưu hóa Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a823fb7761aafa6529a6c45304e0314b.webp(

) 2. Sử dụng hợp đồng thông minh đã được biên soạn trước

Hợp đồng đã biên dịch trước cung cấp các hàm thư viện phức tạp, chẳng hạn như các thao tác mã hóa và băm. Vì mã không chạy trên EVM mà chạy trên nút khách hàng cục bộ, nên cần ít Gas hơn. Sử dụng hợp đồng đã biên dịch trước có thể tiết kiệm Gas bằng cách giảm khối lượng công việc tính toán cần thiết để thực thi hợp đồng thông minh.

Ví dụ về hợp đồng thông minh được biên soạn trước bao gồm thuật toán chữ ký số đường cong elip ###ECDSA( và thuật toán băm SHA2-256. Bằng cách sử dụng những hợp đồng thông minh được biên soạn trước này trong hợp đồng thông minh, các nhà phát triển có thể giảm chi phí Gas và tăng hiệu suất hoạt động của ứng dụng.

) 3. Sử dụng mã lắp ghép nội tuyến

Nội tuyến lắp ráp ### in-line assembly ( cho phép các nhà phát triển viết mã cấp thấp nhưng hiệu quả có thể được EVM thực thi trực tiếp, mà không cần sử dụng mã op Solidity tốn kém. Nội tuyến lắp ráp cũng cho phép kiểm soát chính xác hơn việc sử dụng bộ nhớ và lưu trữ, từ đó giảm thêm phí Gas. Hơn nữa, nội tuyến lắp ráp có thể thực hiện một số thao tác phức tạp mà chỉ sử dụng Solidity khó có thể thực hiện, cung cấp thêm tính linh hoạt cho việc tối ưu hóa tiêu thụ Gas.

Tuy nhiên, việc sử dụng lập trình hợp ngữ cũng có thể mang lại rủi ro và dễ mắc lỗi. Do đó, cần sử dụng cẩn thận, chỉ dành cho các nhà phát triển có kinh nghiệm.

![10 thực hành tối ưu Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-839b91e2f02389949aa698d460a497d8.webp(

) 4. Sử dụng giải pháp Layer 2

sứ