イーサリアムスマートコントラクトGas最適化ガイド:取引コストドロップ効率向上

イーサリアムスマートコントラクトGas最適化ガイド

イーサリアム主ネットのGas費用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、ユーザーは通常高額な取引手数料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Gas費用の最適化を行うことが極めて重要です。Gas消費を最適化することで、取引コストを効果的に削減できるだけでなく、取引効率を向上させ、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利用体験を提供します。

本記事では、イーサリアム仮想マシン(EVM)のGas料金メカニズム、Gas料金最適化の核心概念、及びスマートコントラクト開発時のGas料金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料金の運用方法をより良く理解する手助けとなり、ブロックチェーンエコシステム内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概要

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構造において、Gasの消費は主に3つの部分に分かれます: 操作の実行、外部メッセージの呼び出し、そして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「ガス代」と呼ばれます。

自EIP-1559(ロンドンハードフォーク)が発効して以来、Gas費は以下の公式で計算されます:

ガス料金=使用ガス単位数(基本料金+優先料金)

基礎料金は消去され、優先料金はインセンティブとして機能し、バリデーターにトランザクションをブロックチェーンに追加するよう促します。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、次のブロックにトランザクション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最適化トップ10ベストプラクティス

EVMにおけるガス最適化の理解

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"オペコード"、つまり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、公認のガス消費コストがあり、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的に選択し、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

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費用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費用消費を削減し、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。

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) 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、そのガス消費は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、高額なガス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ると、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は最も理想的な場合でも、コストは少なくとも100単位必要です。

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ます。

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) 2. 変数のパッケージ化

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代の消費に大きな影響を与えます。

Solidityコンパイラは、コンパイル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、変数を適切に配置して、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。

この詳細な調整により、開発者は20,000ガスユニット)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(が必要でしたが、現在はわずか2つのストレージスロットで済みます。

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

1つの変数は多様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も異なります。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細分化できます: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、この変換には追加のGasが消費されます。

単独で見ると、ここでuint256を使用することは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と、状況は異なります。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場合、それらを繰り返す総コストは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ストレージスロットを1回読み書きし、1つの操作で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使用して動的変数を置き換える

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ガスの消費が少なくなります。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、配列は反復可能でデータ型のパッケージ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には、反復が必要な場合やデータ型のパッケージによってガス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。

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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を優先して使用すべきです。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アクセスコストははるかに低く、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。

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) 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ており、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の消費が増加します。

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、高コストの計算をスキップできる可能性があります。

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。契約内で特定の計算結果を直接使用している場合は、これらの冗長な計算プロセスを削除する必要があります。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を解放することでガス報酬を得ることができます。もし特定の変数が不要になった場合は、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、繰り返し計算をループ本体の外に移動させる。

2. プリコンパイルされたスマートコントラクトを使用する

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、必要なガスが少なくなります。プリコンパイルコントラクトを使用すると、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すことでガスを節約できます。

予めコンパイルされた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予めコンパイルされたコントラクトを使用することで、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によって直接実行可能な低レベルでありながら効率的なコードを記述することを可能にし、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も可能にし、Gas費用をさらに削減します。さらに、インラインアセンブリは、Solidityのみを使用して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の使用も風をもたらす可能性があります。

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コメント
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Deconstructionistvip
· 19時間前
このガス費用は高すぎて耐えられない
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MissedTheBoatvip
· 19時間前
麺を食べると2滴の油が節約できる、他に何をガス省ける?
原文表示返信0
OnchainGossipervip
· 19時間前
ガス費真に高い ああああ
原文表示返信0
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