Guide de pratique pour l'optimisation du Gas des smart contracts Ethereum

Les frais de Gas sur le réseau principal Ethereum ont toujours été un problème délicat, surtout lorsque le réseau est congestionné. Pendant les périodes de pointe, les utilisateurs doivent souvent payer des frais de transaction élevés. Par conséquent, il est crucial d'optimiser les frais de Gas lors de la phase de développement des smart contracts. L'optimisation de la consommation de Gas peut non seulement réduire efficacement les coûts de transaction, mais aussi améliorer l'efficacité des transactions, offrant aux utilisateurs une expérience d'utilisation de la blockchain plus économique et efficace.

Cet article va présenter le mécanisme des frais de Gas de la machine virtuelle Ethereum (EVM), les concepts clés liés à l'optimisation des frais de Gas, ainsi que les meilleures pratiques pour optimiser les frais de Gas lors du développement de smart contracts. Nous espérons que ces informations pourront inspirer et aider les développeurs, tout en permettant aux utilisateurs ordinaires de mieux comprendre le fonctionnement des frais de Gas de l'EVM et de faire face ensemble aux défis de l'écosystème blockchain.

Introduction au mécanisme des frais de Gas de l'EVM

Dans un réseau compatible avec l'EVM, le "Gas" est l'unité utilisée pour mesurer la puissance de calcul requise pour exécuter des opérations spécifiques.

Dans la structure de l'EVM, la consommation de Gas se divise en trois parties : l'exécution des opérations, les appels de messages externes et la lecture/écriture de la mémoire et du stockage.

Étant donné que l'exécution de chaque transaction nécessite des ressources de calcul, des frais seront donc appliqués pour prévenir les boucles infinies et les attaques par déni de service (DoS). Les frais nécessaires pour compléter une transaction sont appelés "frais de Gas".

Depuis l'entrée en vigueur du hard fork Londres EIP-1559(), les frais de Gas sont calculés selon la formule suivante :

Frais de Gas = unités de Gas utilisées * ( frais de base + frais prioritaires )

Les frais de base seront détruits, tandis que les frais prioritaires serviront d'incitation pour encourager les validateurs à ajouter des transactions à la blockchain. En fixant des frais prioritaires plus élevés lors de l'envoi d'une transaction, il est possible d'augmenter la probabilité que la transaction soit incluse dans le prochain bloc. Cela ressemble à un "pourboire" que l'utilisateur paie aux validateurs.

Comprendre l'optimisation du Gas dans l'EVM

Lorsque vous compilez des smart contracts avec Solidity, le contrat est converti en une série de "codes d'opération", c'est-à-dire des opcodes.

Toute opération de code opérationnel (, comme la création de contrats, l'appel de messages, l'accès au stockage de comptes et l'exécution d'opérations sur la machine virtuelle ), a un coût de consommation de Gas reconnu, ces coûts étant enregistrés dans le livre jaune d'Ethereum.

Après plusieurs modifications des EIP, le coût en Gas de certaines instructions a été ajusté, ce qui peut différer de celui du livre jaune.

Concepts de base de l'optimisation du gaz

Le principe central de l'optimisation du Gas est de privilégier les opérations à coût élevé en efficacité sur la blockchain EVM, en évitant les opérations coûteuses en Gas.

Dans l'EVM, les opérations suivantes coûtent moins cher :

• Lire et écrire des variables en mémoire
• Lire des constantes et des variables immuables
• Lire et écrire des variables locales
• Lire les variables calldata, par exemple les tableaux et structures calldata
• Appel de fonction interne

Les opérations à coût élevé comprennent :

• Lire et écrire les variables d'état stockées dans le stockage des contrats
• Appel de fonction externe
• Opération en boucle

Meilleures pratiques pour l'optimisation des frais de gaz EVM

Sur la base des concepts fondamentaux mentionnés ci-dessus, nous avons compilé une liste de meilleures pratiques pour l'optimisation des frais de Gas pour la communauté des développeurs. En suivant ces pratiques, les développeurs peuvent réduire la consommation de Gas des smart contracts, diminuer les coûts de transaction et créer des applications plus efficaces et conviviales.

1. Essayez de réduire au minimum l'utilisation du stockage

Dans Solidity, le stockage( est une ressource limitée, dont la consommation de Gas est bien supérieure à celle de la mémoire). Chaque fois qu'un smart contract lit ou écrit des données à partir du stockage, cela entraîne des coûts en Gas élevés.

Selon la définition du livre blanc d'Ethereum, le coût des opérations de stockage est plus de 100 fois supérieur à celui des opérations en mémoire. Par exemple, les instructions OPcodesmload et mstore ne consomment que 3 unités de Gas, tandis que les opérations de stockage comme sload et sstore nécessitent, même dans les meilleures conditions, au moins 100 unités.

Les méthodes de limitation de l'utilisation du stockage incluent :

• Stocker des données non permanentes en mémoire
• Réduire le nombre de modifications de stockage : en conservant les résultats intermédiaires en mémoire et en les attribuant aux variables de stockage après l'achèvement de tous les calculs.

( 2. Emballage de variables

Le nombre de slots de stockage ) utilisés dans les smart contracts et la manière dont les développeurs représentent les données auront un impact considérable sur la consommation de frais de gas.

Le compilateur Solidity regroupe les variables de stockage consécutives lors du processus de compilation et utilise des emplacements de stockage de 32 octets comme unité de base pour le stockage des variables. Le regroupement des variables signifie qu'en organisant judicieusement les variables, plusieurs variables peuvent s'adapter à un seul emplacement de stockage.

Grâce à cet ajustement de détail, les développeurs peuvent économiser 20 000 unités de Gas. Stocker un emplacement de stockage inutilisé nécessite 20 000 Gas, mais maintenant seulement deux emplacements de stockage sont nécessaires.

Puisque chaque emplacement de stockage consomme du Gas, l'emballage des variables optimise l'utilisation du Gas en réduisant le nombre d'emplacements de stockage requis.

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) 3. Optimiser les types de données

Une variable peut être représentée par plusieurs types de données, mais le coût des opérations correspondantes varie selon les types de données. Choisir le type de données approprié aide à optimiser l'utilisation du Gas.

Par exemple, dans Solidity, les entiers peuvent être subdivisés en différentes tailles : uint8, uint16, uint32, etc. Étant donné que l'EVM exécute des opérations par unités de 256 bits, l'utilisation de uint8 signifie que l'EVM doit d'abord le convertir en uint256, et cette conversion consommera du Gas supplémentaire.

Pris isolément, ici utiliser uint256 est moins cher que uint8. Cependant, si l'on utilise l'optimisation de pack de variables que nous avons recommandée précédemment, c'est différent. Si le développeur peut emballer quatre variables uint8 dans un slot de stockage, alors le coût total pour les itérer sera inférieur à celui de quatre variables uint256. Ainsi, le smart contract peut lire et écrire un slot de stockage une seule fois, et placer les quatre variables uint8 dans la mémoire/stockage en une seule opération.

( 4. Utiliser des variables de taille fixe au lieu de variables dynamiques

Si les données peuvent être contrôlées à 32 octets, il est conseillé d'utiliser le type de données bytes32 au lieu de bytes ou strings. En général, les variables de taille fixe consomment moins de Gas que les variables de taille variable. Si la longueur des octets peut être limitée, essayez de choisir la longueur minimale allant de bytes1 à bytes32.

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( 5. Mappages et tableaux

Les listes de données en Solidity peuvent être représentées par deux types de données : les tableaux )Arrays### et les mappages (Mappings), mais leur syntaxe et leur structure sont complètement différentes.

Dans la plupart des cas, les mappages sont plus efficaces et moins coûteux, mais les tableaux sont itérables et supportent le regroupement des types de données. Par conséquent, il est conseillé de privilégier l'utilisation de mappages lors de la gestion des listes de données, sauf si l'itération est nécessaire ou si le regroupement des types de données peut optimiser la consommation de Gas.

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) 6. Utiliser calldata à la place de memory

Les variables déclarées dans les paramètres de la fonction peuvent être stockées dans calldata ou memory. La principale différence entre les deux est que memory peut être modifié par la fonction, tandis que calldata est immuable.

Souvenez-vous de ce principe : si les paramètres de la fonction sont en lecture seule, il est préférable d'utiliser calldata plutôt que memory. Cela permet d'éviter des opérations de copie inutiles de calldata de la fonction vers memory.

( 7. Utilisez autant que possible les mots-clés Constant/Immutable

Les variables Constant/Immutable ne sont pas stockées dans le stockage du contrat. Ces variables sont calculées au moment de la compilation et stockées dans le bytecode du contrat. Par conséquent, leur coût d'accès est beaucoup plus faible par rapport au stockage, il est conseillé d'utiliser les mots-clés Constant ou Immutable autant que possible.

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( 8. Utiliser Unchecked en s'assurant qu'il n'y aura pas de dépassement/sous-dépassement.

Lorsque les développeurs peuvent s'assurer que les opérations arithmétiques ne provoqueront pas de dépassement ou de sous-dépassement, ils peuvent utiliser le mot-clé unchecked introduit dans Solidity v0.8.0 pour éviter des vérifications inutiles de dépassement ou de sous-dépassement, ce qui permet d'économiser des coûts de Gas.

De plus, les compilateurs version 0.8.0 et supérieures n'ont plus besoin d'utiliser la bibliothèque SafeMath, car le compilateur lui-même a intégré des fonctionnalités de protection contre les débordements et sous-débordements.

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( 9. Optimisation de l'éditeur

Le code du modificateur est intégré dans la fonction modifiée, et chaque fois que le modificateur est utilisé, son code est copié. Cela augmente la taille du bytecode et augmente la consommation de Gas. En restructurant la logique en une fonction interne, il est possible de permettre la réutilisation de cette fonction interne dans le modificateur, ce qui réduit la taille du bytecode et diminue les coûts de Gas.

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( 10. Optimisation de court-circuit

Pour les opérateurs || et &&, l'évaluation logique subit une évaluation par court-circuit, c'est-à-dire que si la première condition peut déjà déterminer le résultat de l'expression logique, la deuxième condition ne sera pas évaluée.

Pour optimiser la consommation de Gas, il est conseillé de placer les conditions à faible coût de calcul en premier, ce qui peut permettre de sauter les calculs coûteux.

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Conseils généraux supplémentaires

( 1. Supprimer le code inutile

Si le contrat contient des fonctions ou des variables non utilisées, il est conseillé de les supprimer. C'est la manière la plus directe de réduire le coût de déploiement du contrat et de maintenir une petite taille de contrat.

Voici quelques conseils pratiques :

• Utiliser les algorithmes les plus efficaces pour effectuer les calculs. Si les résultats de certains calculs sont directement utilisés dans le contrat, alors ces processus de calcul redondants devraient être supprimés. En essence, tout calcul non utilisé devrait être supprimé.

• Dans Ethereum, les développeurs peuvent obtenir des récompenses en Gas en libérant de l'espace de stockage. Si une variable n'est plus nécessaire, il convient d'utiliser le mot-clé delete pour la supprimer, ou de la définir à sa valeur par défaut.

• Optimisation des boucles : éviter les opérations de boucle coûteuses, fusionner les boucles autant que possible et déplacer les calculs répétés à l'extérieur du corps de la boucle.

) 2. Utiliser des contrats précompilés

Les contrats précompilés offrent des fonctions de bibliothèque complexes, telles que des opérations de cryptage et de hachage. Étant donné que le code n'est pas exécuté sur l'EVM, mais localement sur le nœud client, cela nécessite moins de Gas. L'utilisation de contrats précompilés peut permettre d'économiser du Gas en réduisant la charge de calcul nécessaire à l'exécution des smart contracts.

Des exemples de contrats précompilés incluent l'algorithme de signature numérique par courbe elliptique ###ECDSA( et l'algorithme de hachage SHA2-256. En utilisant ces contrats précompilés dans des smart contracts, les développeurs peuvent réduire les coûts de Gas et améliorer l'efficacité d'exécution des applications.

) 3. Utiliser du code d'assemblage en ligne

L'assemblage en ligne ### permet aux développeurs d'écrire du code bas niveau mais efficace, pouvant être exécuté directement par l'EVM, sans avoir à utiliser des opcodes Solidity coûteux. L'assemblage en ligne permet également un contrôle plus précis de l'utilisation de la mémoire et du stockage, réduisant ainsi davantage les frais de Gas. De plus, l'assemblage en ligne peut exécuter des opérations complexes qui sont difficiles à réaliser uniquement avec Solidity, offrant plus de flexibilité pour optimiser la consommation de Gas.

Cependant, l'utilisation d'assemblage en ligne peut également comporter des risques et des limites.