# イーサリアムスマートコントラクトGas最適化実践ガイドイーサリアムメインネットのGas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、ユーザーはしばしば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の開発段階でGas料金の最適化を行うことは非常に重要です。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、取引効率も向上し、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できます。本文は、イーサリアム仮想マシン(EVM)のGas費メカニズム、Gas費最適化に関する核心概念、及びスマートコントラクト開発時のGas費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とってインスピレーションと実用的な助けを提供し、同時に一般ユーザーがEVMのGas費用の運用方式をよりよく理解し、ブロックチェーンエコシステムにおける課題に共同で対処できることを願っています。## EVMのGas費メカニズム紹介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の構造レイアウトでは、Gas消費は3つの部分に分かれています: 操作実行、外部メッセージ呼び出し、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)基本手数料は消失し、優先手数料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優先手数料を高く設定することで、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。### 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"操作コード"、つまりopcodesに変換されます。任意のオペコード(、例えばコントラクトの作成、メッセージコールの実行、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、認識された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ホワイトペーパーに記録されています。複数回の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、黄皮書にあるもの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、- コントラクトストレージに保存された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述の基本概念に基づき、私たちは開発者コミュニティのためにGas費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において、Storage(は有限なリソースであり、そのGas消費はMemory)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取ったり書き込んだりするたびに、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倍以上高くなります。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、最も理想的な状況でも、コストが少なくとも100単位は必要です。制限されたストレージ使用方法には次のものが含まれます:- 一時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てから、結果をストレージ変数に割り当てます。( 2. 変数のパッケージングスマートコントラクト中使用される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示する方法は、Gas費の消費に大きく影響します。Solidityコンパイラは、コンパイルプロセス中に連続した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、複数の変数を適切に配置することで、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のGas単位(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20,000Gas)が必要ですが、現在は2つのストレージスロットのみで済みます。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。! [イーサリアムスマートコントラクトのガス最適化のためのトップ10のベストプラクティス](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-30f0bc370a7b9ca65f3d623c31262b76)( 3. データ型の最適化変数は複数の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ぶことで、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分割できます：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はまずそれをuint256に変換しなければならず、この変換は追加のGasを消費します。単独で見ると、ここではuint256を使用する方が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、それらを反復するための総コストは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。![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])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-995905cb414526d4d991899d0c2e6443###( 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、できるだけbytes1からbytes32の最小の長さを選択してください。! [イーサリアムスマートコントラクトのガス最適化のためのトップ10のベストプラクティス])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-55fcdb765912ef9cd238c46b1d248cff###( 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データ型のパッキングをサポートしています。したがって、データリストを管理する際には、イテレーションが必要な場合やデータ型のパッキングによってガス消費を最適化できる場合を除き、マッピングを優先して使用することをお勧めします。! [イーサリアムスマートコントラクトのガス最適化のためのトップ10ベストプラクティス](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-5f3d7e103e47c886f50599cffe35c707)( 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り、calldataは不変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の場合は、memoryではなくcalldataを優先して使用するべきです。これにより、関数のcalldataからmemoryへの不要なコピー操作を回避できます。![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])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-9c566626ab499ef65d6f5089a2876ad3###( 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、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。![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])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-c0701f9e09280a1667495d54e262dd2f###( 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以降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とアンダーフローの保護機能が組み込まれているからです。! 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[イーサリアムスマートコントラクトのガス最適化のためのトップ10のベストプラクティス])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-a141884dcdcdc56faff12eee2601b7b7##### 一般的なアドバイスの追加( 1. 不要なコードを削除する契約内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、契約の展開コストを削減し、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を行います。契約内で特定の計算結果を直接使用する場合は、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キーワードを使用して削除するか、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から移動します。) 2. プリコンパイルコントラクトを使用するプレコンパイル契約は、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。プレコンパイル契約を使用することで、スマートコントラクトの実行に必要な計算の負荷を減らすことでガスを節約できます。プレ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###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された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ありながら効率的なコードを記述できるようにし、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できるため、Gas費をさらに削減できます。さらに、インラインアセンブリは、Solidityのみを使用して実現するのが難しい複雑な操作を実行できるため、Gas消費の最適化に対する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う可能性があります。
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イーサリアムスマートコントラクトGas最適化実践ガイド
イーサリアムメインネットのGas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、ユーザーはしばしば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の開発段階でGas料金の最適化を行うことは非常に重要です。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、取引効率も向上し、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できます。
本文は、イーサリアム仮想マシン(EVM)のGas費メカニズム、Gas費最適化に関する核心概念、及びスマートコントラクト開発時のGas費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とってインスピレーションと実用的な助けを提供し、同時に一般ユーザーがEVMのGas費用の運用方式をよりよく理解し、ブロックチェーンエコシステムにおける課題に共同で対処できることを願っています。
EVMのGas費メカニズム紹介
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の構造レイアウトでは、Gas消費は3つの部分に分かれています: 操作実行、外部メッセージ呼び出し、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)
基本手数料は消失し、優先手数料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優先手数料を高く設定することで、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。
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"操作コード"、つまりopcodesに変換されます。
任意のオペコード(、例えばコントラクトの作成、メッセージコールの実行、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、認識された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ホワイトペーパーに記録されています。
複数回の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、黄皮書にあるもの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:
コストが高い操作には、
EVM ガス費用最適化のベストプラクティス
上述の基本概念に基づき、私たちは開発者コミュニティのためにGas費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において、Storage(は有限なリソースであり、そのGas消費はMemory)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取ったり書き込んだりするたびに、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倍以上高くなります。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、最も理想的な状況でも、コストが少なくとも100単位は必要です。
制限されたストレージ使用方法には次のものが含まれます:
( 2. 変数のパッケージング
スマートコントラクト中使用される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示する方法は、Gas費の消費に大きく影響します。
Solidityコンパイラは、コンパイルプロセス中に連続した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、複数の変数を適切に配置することで、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のGas単位(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20,000Gas)が必要ですが、現在は2つのストレージスロットのみで済みます。
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。
! イーサリアムスマートコントラクトのガス最適化のためのトップ10のベストプラクティス
( 3. データ型の最適化
変数は複数の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ぶことで、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分割できます：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はまずそれをuint256に変換しなければならず、この変換は追加のGasを消費します。
単独で見ると、ここではuint256を使用する方が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、それらを反復するための総コストは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、できるだけ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データ型のパッキングをサポートしています。したがって、データリストを管理する際には、イテレーションが必要な場合やデータ型のパッキングによってガス消費を最適化できる場合を除き、マッピングを優先して使用することをお勧めします。
! イーサリアムスマートコントラクトのガス最適化のためのトップ10ベストプラクティス
( 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り、calldataは不変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の場合は、memoryではなくcalldataを優先して使用するべきです。これにより、関数のcalldataからmemoryへの不要なコピー操作を回避できます。
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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、それらのアクセスコストははるかに低く、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以降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とアンダーフローの保護機能が組み込まれているからです。
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( 9. オプティマイザー
修正子のコードは修正された関数に埋め込まれ、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、ガス消費が増えます。内部関数としてロジックを再構築することで、修正子内でその内部関数を再利用でき、バイトコードのサイズを減少させ、ガス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。
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一般的なアドバイスの追加
( 1. 不要なコードを削除する
契約内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、契約の展開コストを削減し、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を行います。契約内で特定の計算結果を直接使用する場合は、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キーワードを使用して削除するか、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から移動します。
) 2. プリコンパイルコントラクトを使用する
プレコンパイル契約は、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。プレコンパイル契約を使用することで、スマートコントラクトの実行に必要な計算の負荷を減らすことでガスを節約できます。
プレ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###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された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ありながら効率的なコードを記述できるようにし、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できるため、Gas費をさらに削減できます。さらに、インラインアセンブリは、Solidityのみを使用して実現するのが難しい複雑な操作を実行できるため、Gas消費の最適化に対する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う可能性があります。