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Guía de optimización de Gas para contratos inteligentes de Ethereum: Soltar el Costo de la transacción y mejorar la eficiencia
Guía de optimización de Gas para contratos inteligentes de Ethereum
Las tarifas de Gas de la red principal de Ethereum siempre han sido un problema complicado, especialmente en momentos de congestión de la red. Durante los períodos pico, los usuarios a menudo tienen que pagar tarifas de transacción elevadas. Por lo tanto, optimizar los costos de Gas durante la fase de desarrollo de contratos inteligentes se vuelve crucial. Optimizar el consumo de Gas no solo puede reducir eficazmente los costos de transacción, sino que también puede mejorar la eficiencia de las transacciones, brindando a los usuarios una experiencia de uso de blockchain más económica y eficiente.
Este artículo describirá el mecanismo de tarifas de Gas de la máquina virtual de Ethereum (EVM), los conceptos clave de la optimización de tarifas de Gas, así como las mejores prácticas para optimizar las tarifas de Gas al desarrollar contratos inteligentes. Se espera que este contenido inspire y brinde ayuda práctica a los desarrolladores, al mismo tiempo que ayude a los usuarios comunes a comprender mejor cómo funcionan las tarifas de Gas de la EVM, enfrentando juntos los desafíos en el ecosistema blockchain.
Introducción al mecanismo de tarifas de Gas de EVM
En redes compatibles con EVM, "Gas" es la unidad utilizada para medir la capacidad de cálculo necesaria para ejecutar operaciones específicas.
En la estructura de EVM, el consumo de Gas se divide principalmente en tres partes: ejecución de operaciones, llamadas a mensajes externos y lectura/escritura de memoria y almacenamiento.
Debido a que la ejecución de cada transacción requiere recursos de cálculo, se cobrará una cierta tarifa para prevenir ciclos infinitos y ataques de denegación de servicio (DoS). La tarifa necesaria para completar una transacción se llama "tarifa de Gas".
Desde que se implementó el hard fork de Londres EIP-1559( ), la tarifa de Gas se calcula mediante la siguiente fórmula:
Gas = unidades de Gas utilizadas * ( tarifa base + tarifa prioritaria )
La tarifa básica será destruida, mientras que la tarifa prioritaria servirá como incentivo para alentar a los validadores a añadir transacciones a la cadena de bloques. Establecer una tarifa prioritaria más alta al enviar una transacción puede aumentar la probabilidad de que la transacción se incluya en el siguiente bloque. Esto es similar a una "propina" que el usuario paga a los validadores.
Entender la optimización de Gas en EVM
Cuando se compilan contratos inteligentes con Solidity, el contrato se convierte en una serie de "códigos de operación", es decir, opcodes.
Cualquier segmento de código de operación (, como crear contratos, realizar llamadas de mensajes, acceder al almacenamiento de cuentas y ejecutar operaciones en la máquina virtual ), tiene un costo de consumo de Gas reconocido, y estos costos están registrados en el libro amarillo de Ethereum.
Después de múltiples modificaciones de EIP, algunos de los costos de Gas de los códigos de operación se han ajustado, lo que puede diferir del libro amarillo.
Conceptos básicos de la optimización de Gas
La idea central de la optimización del Gas es priorizar operaciones de alto costo eficiente en la cadena de bloques EVM, evitando operaciones con costos de Gas elevados.
En EVM, las siguientes operaciones tienen un costo relativamente bajo:
Las operaciones de alto costo incluyen:
Mejores prácticas para la optimización de costos de Gas EVM
Basado en los conceptos básicos mencionados, hemos compilado una lista de mejores prácticas para la optimización de tarifas de Gas para la comunidad de desarrolladores. Al seguir estas prácticas, los desarrolladores pueden reducir el consumo de tarifas de Gas de los contratos inteligentes, disminuir los costos de transacción y crear aplicaciones más eficientes y amigables para el usuario.
1. Intenta reducir el uso de almacenamiento
En Solidity, el almacenamiento ( es un recurso limitado, cuyo consumo de Gas es mucho más alto que el de la memoria ). Cada vez que un contrato inteligente lee o escribe datos desde el almacenamiento, se incurre en altos costos de Gas.
Según la definición del libro amarillo de Ethereum, el costo de las operaciones de almacenamiento es más de 100 veces mayor que el de las operaciones en memoria. Por ejemplo, las instrucciones OPcodesmload y mstore solo consumen 3 unidades de Gas, mientras que las operaciones de almacenamiento como sload y sstore, incluso en las condiciones más ideales, requieren al menos 100 unidades de costo.
Los métodos para limitar el uso de almacenamiento incluyen:
( 2. Empaquetado de variables
El número de storage slot) utilizado en los contratos inteligentes y la forma en que los desarrolladores representan los datos afectarán significativamente el consumo de Gas.
El compilador de Solidity empaqueta las variables de almacenamiento continuas durante el proceso de compilación y utiliza un espacio de almacenamiento de 32 bytes como unidad básica para el almacenamiento de variables. El empaquetado de variables se refiere a organizar las variables de manera que múltiples variables puedan ajustarse a un solo espacio de almacenamiento.
A través de este ajuste de detalle, los desarrolladores pueden ahorrar 20,000 unidades de Gas. Almacenar una ranura de almacenamiento no utilizada requiere consumir 20,000 Gas, pero ahora solo se necesitan dos ranuras de almacenamiento.
Dado que cada ranura de almacenamiento consume Gas, el empaquetado de variables optimiza el uso de Gas al reducir la cantidad de ranuras de almacenamiento necesarias.
![Gas optimización de contratos inteligentes de Ethereum: las diez mejores prácticas]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-995905cb414526d4d991899d0c2e6443.webp(
) 3. Optimización de tipos de datos
Una variable puede representarse con varios tipos de datos, pero el costo de operación correspondiente a diferentes tipos de datos también varía. Elegir el tipo de dato adecuado ayuda a optimizar el uso de Gas.
Por ejemplo, en Solidity, los enteros se pueden dividir en diferentes tamaños: uint8, uint16, uint32, etc. Dado que la EVM realiza operaciones en unidades de 256 bits, usar uint8 significa que la EVM debe convertirlo primero a uint256, y esta conversión consumirá Gas adicional.
Visto de forma aislada, aquí usar uint256 es más caro que uint8. Sin embargo, si se utiliza la optimización de empaquetado de variables que sugerimos anteriormente, la situación es diferente. Si el desarrollador puede empaquetar cuatro variables uint8 en una ranura de almacenamiento, entonces el costo total de iterarlas será menor que el de cuatro variables uint256. De esta manera, el contrato inteligente puede leer y escribir una ranura de almacenamiento una vez, y en una sola operación colocar las cuatro variables uint8 en la memoria/almacenamiento.
( 4. Utilizar variables de tamaño fijo en lugar de variables dinámicas
Si los datos pueden controlarse dentro de 32 bytes, se recomienda utilizar el tipo de datos bytes32 en lugar de bytes o strings. En general, las variables de tamaño fijo consumen menos Gas que las de tamaño variable. Si se puede limitar la longitud en bytes, intente elegir la longitud mínima de bytes1 a bytes32.
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( 5. Mapeos y arreglos
Las listas de datos de Solidity se pueden representar con dos tipos de datos: Arrays) y Mappings###, pero su sintaxis y estructura son completamente diferentes.
En la mayoría de los casos, los mapeos son más eficientes y tienen un costo menor, pero los arreglos son iterables y admiten la agrupación de tipos de datos. Por lo tanto, se recomienda usar mapeos como prioridad al gestionar listas de datos, a menos que se necesite iterar o se pueda optimizar el consumo de Gas mediante la agrupación de tipos de datos.
6. Usar calldata en lugar de memory
Las variables declaradas en los parámetros de la función pueden almacenarse en calldata o memory. La principal diferencia entre ambas es que memory puede ser modificada por la función, mientras que calldata es inmutable.
Recuerda este principio: si los parámetros de la función son de solo lectura, se debe preferir el uso de calldata en lugar de memory. Esto puede evitar operaciones de copia innecesarias desde calldata de la función a memory.
( 7. Utiliza las palabras clave Constant/Immutable siempre que sea posible.
Las variables Constant/Immutable no se almacenan en el almacenamiento del contrato. Estas variables se calculan en el momento de la compilación y se almacenan en el bytecode del contrato. Por lo tanto, su costo de acceso es mucho más bajo en comparación con el almacenamiento, y se recomienda utilizar las palabras clave Constant o Immutable siempre que sea posible.
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) 8. Utilizar Unchecked asegurando que no ocurra desbordamiento/subdesbordamiento
Cuando los desarrolladores pueden asegurar que las operaciones aritméticas no causarán desbordamientos o subdesbordamientos, pueden usar la palabra clave unchecked introducida en Solidity v0.8.0 para evitar verificaciones innecesarias de desbordamiento o subdesbordamiento, ahorrando así costos de Gas.
Además, las versiones 0.8.0 y superiores del compilador ya no requieren el uso de la biblioteca SafeMath, ya que el compilador en sí mismo incorpora funciones de protección contra desbordamientos y subdesbordamientos.
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) 9. optimización del modificador
El código del modificador se inserta en la función modificada, y cada vez que se utiliza el modificador, su código se copia. Esto aumenta el tamaño del bytecode y eleva el consumo de Gas.
Al reestructurar la lógica en la función interna _checkOwner###(, se permite reutilizar esta función interna en los modificadores, lo que puede reducir el tamaño del bytecode y disminuir los costos de Gas.
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( 10. Optimización de cortocircuito
Para los operadores || y &&, la operación lógica sufre una evaluación de cortocircuito, es decir, si la primera condición ya puede determinar el resultado de la expresión lógica, no se evaluará la segunda condición.
Para optimizar el consumo de Gas, se deben colocar las condiciones de bajo costo de cálculo al principio, de este modo se puede evitar la costosa computación.
Sugerencias generales adicionales
) 1. Eliminar código innecesario
Si hay funciones o variables no utilizadas en el contrato, se recomienda eliminarlas. Este es el método más directo para reducir el costo de despliegue del contrato y mantener el tamaño del contrato pequeño.
A continuación se presentan algunos consejos útiles:
Utiliza el algoritmo más eficiente para realizar cálculos. Si los resultados de ciertos cálculos se utilizan directamente en el contrato, entonces deberían eliminarse esos procesos de cálculo redundantes. En esencia, cualquier cálculo no utilizado debería eliminarse.
En Ethereum, los desarrolladores pueden obtener recompensas de Gas al liberar espacio de almacenamiento. Si ya no se necesita una variable, se debe usar la palabra clave delete para eliminarla o establecerla en su valor predeterminado.
Optimización de bucles: evitar operaciones de bucle de alto costo, combinar bucles siempre que sea posible y mover cálculos repetidos fuera del cuerpo del bucle.
2. Usar contratos inteligentes precompilados
Los contratos precompilados ofrecen funciones de biblioteca complejas, como operaciones de cifrado y hash. Dado que el código no se ejecuta en la EVM, sino que se ejecuta localmente en el nodo del cliente, se necesita menos Gas. Utilizar contratos precompilados puede ahorrar Gas al reducir la carga computacional necesaria para ejecutar contratos inteligentes.
Los ejemplos de contratos precompilados incluyen el algoritmo de firma digital de curva elíptica (ECDSA) y el algoritmo de hash SHA2-256. Al utilizar estos contratos precompilados en los contratos inteligentes, los desarrolladores pueden reducir los costos de Gas y mejorar la eficiencia de ejecución de las aplicaciones.
( 3. Uso de código de ensamblaje en línea
La asamblea en línea ) permite a los desarrolladores escribir código de bajo nivel pero eficiente que puede ser ejecutado directamente por la EVM, sin necesidad de utilizar costosos códigos de operación de Solidity. La asamblea en línea también permite un control más preciso sobre el uso de la memoria y el almacenamiento, lo que reduce aún más las tarifas de Gas. Además, la asamblea en línea puede ejecutar algunas operaciones complejas que son difíciles de lograr solo con Solidity, proporcionando más flexibilidad para optimizar el consumo de Gas.
Sin embargo, el uso de ensamblaje en línea también puede traer viento.