Посібник з оптимізації витрат на газ для смартконтрактів EVM

На мережі Ethereum витрати на Gas завжди були проблемою для користувачів, особливо в періоди заторів у мережі. У пікові моменти транзакцій користувачі часто змушені платити високі витрати, щоб завершити свою транзакцію. Тому оптимізація витрат на Gas на етапі розробки смартконтрактів є вкрай важливою. Оптимізація споживання Gas не лише може ефективно знизити витрати на транзакції, але й підвищити ефективність транзакцій, забезпечуючи користувачам більш економічний і ефективний досвід використання блокчейну.

Ця стаття охопить механізм Gas-тарифів в Ethereum Virtual Machine (EVM), основні концепції оптимізації Gas-тарифів, а також найкращі практики оптимізації Gas-тарифів у розробці смартконтрактів. Сподіваємося, що ці матеріали стануть корисними для розробників, а також допоможуть звичайним користувачам краще зрозуміти, як працюють Gas-тарифів EVM, щоб разом протистояти викликам в екосистемі блокчейну.

Вступ до механізму плати за газ EVM

У мережах, що сумісні з EVM, Gas є одиницею вимірювання обчислювальної потужності, необхідної для виконання певних операцій.

У структурному розташуванні EVM витрати Gas головним чином поділяються на три частини: виконання операцій, виклики зовнішніх повідомлень, а також читання та запис пам'яті та сховища.

Виконання кожної транзакції потребує обчислювальних ресурсів, тому стягується певна плата для запобігання безмежним циклам і атакам відмови в обслуговуванні ( DoS ). Плата, необхідна для завершення транзакції, називається Gas.

З моменту впровадження EIP-1559, плата за газ розраховується за наступною формулою:

Газова плата = використані одиниці Gas * ( базова плата + пріоритетна плата )

Серед них базовий збір буде знищено, а пріоритетний збір слугуватиме як стимул, заохочуючи валідаторів додавати транзакції до блокчейну. Встановлення більш високого пріоритетного збору може підвищити ймовірність того, що транзакція буде упакована в наступний блок.

Розуміння оптимізації Gas в EVM

Коли ви використовуєте Solidity для компіляції смартконтрактів, контракт перетворюється на ряд операційних кодів (opcodes).

Кожен код операції (, такий як створення смартконтракти, виконання викликів повідомлень, доступ до сховища облікового запису тощо ) має фіксовану вартість споживання Gas. Ці витрати зафіксовані в жовтій книзі Ethereum, але з моменту кількох змін EIP вартість Gas для деяких кодів операцій була відкоригована.

Основні концепції оптимізації газу

Основна ідея оптимізації Gas полягає в пріоритетному виборі операцій з високою вартісною ефективністю на блокчейні EVM, уникаючи операцій з високими витратами на Gas.

У EVM наступні операції мають нижчу вартість:

• Читання та запис змінних пам'яті
• Читання констант і незмінних змінних
• Читання та запис локальних змінних
• Читання змінної calldata
• Виклик внутрішньої функції

Операції з високими витратами включають:

• Читати та записувати стан змінних, що зберігаються у смартконтрактах
• Виклик зовнішніх функцій
• Циклічні операції

Оптимізація витрат на EVM Gas: найкращі практики

1. Намагайтеся зменшити використання сховища

У Solidity, Storage( зберігання) є обмеженим ресурсом, споживання газу якого значно вищє, ніж у Memory( пам'яті). Кожного разу, коли смартконтракт читає або записує дані зі зберігання, виникають значні витрати на газ.

Згідно з жовтою книгою Ethereum, вартість операцій зберігання перевищує вартість операцій з пам'яттю більш ніж у 100 разів. Наприклад, інструкції mload і mstore витрачають лише 3 одиниці газу, тоді як sload і sstore, навіть у найкращому випадку, коштують щонайменше 100 одиниць.

Обмеження методів використання зберігання включають:

• Зберігайте непостійні дані в пам'яті
• Зменшити кількість змін у пам'яті: зберігати проміжні результати в пам'яті, а потім, після завершення всіх обчислень, призначити результати змінним зберігання.

2. Упаковка змінних

Кількість та спосіб представлення даних у сховищі слота смартконтракту ( значно вплине на витрати газу.

Компілятор Solidity під час компіляції пакує послідовні змінні зберігання, використовуючи 32-байтовий слот пам'яті як базову одиницю зберігання змінних. Пакування змінних означає, що завдяки розумному розміщенню змінних кілька змінних можуть поміститися в один слот пам'яті.

Завдяки цьому коригуванню, розробники можуть заощадити значну кількість одиниць Gas. Оскільки кожен слот зберігання споживає Gas, упаковка змінних оптимізує використання Gas, зменшуючи кількість необхідних слотів зберігання.

![Десять кращих практик оптимізації газу для смартконтрактів Ethereum])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-30f0bc370a7b9ca65f3d623c31262b76.webp(

) 3. Оптимізація типів даних

Вибір відповідного типу даних допомагає оптимізувати використання Gas.

Наприклад, у Solidity цілі числа можна розділити на різні розміри: uint8, uint16, uint32 тощо. Оскільки EVM виконує операції по 256 біт, використання uint8 означає, що EVM спочатку повинен перетворити його на uint256, а це перетворення додатково витрачає Gas.

Однак, якщо можна упакувати чотири змінні uint8 в одній ячейці пам'яті, тоді загальна вартість їх ітерації буде нижчою, ніж для чотирьох змінних uint256. Таким чином, смартконтракти зможуть читати та записувати одну ячейку пам'яті за один раз і за одну операцію помістити чотири змінні uint8 в пам'ять/сховище.

![Десять найкращих практик оптимізації Gas для смартконтрактів Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-995905cb414526d4d991899d0c2e6443.webp(

) 4. Використання змінних фіксованого розміру замість динамічних змінних

Якщо дані можна обмежити 32 байтами, рекомендується використовувати тип даних bytes32 замість bytes або strings. Загалом, змінні з фіксованим розміром споживають менше Gas, ніж змінні з змінним розміром. Якщо довжину байтів можна обмежити, намагайтеся вибрати мінімальну довжину від bytes1 до bytes32.

![Оптимізація Gas для смартконтрактів Ethereum: десять найкращих практик]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-55fcdb765912ef9cd238c46b1d248cff.webp(

) 5. Відображення та масиви

Список даних Solidity можна представити двома типами даних: масиви###Arrays( та відображення)Mappings(.

У більшості випадків відображення є більш ефективним і менш витратним, але масиви мають ітеративність і підтримують упаковку типів даних. Тому рекомендується надавати перевагу відображенню при управлінні списками даних, якщо немає потреби в ітерації або якщо можна оптимізувати споживання Gas шляхом упаковки типів даних.

![Газові оптимізації для смартконтрактів Ethereum: десять найкращих практик])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-5f3d7e103e47c886f50599cffe35c707.webp(

) 6. Використовуйте calldata замість memory

Змінні, оголошені в параметрах функції, можуть зберігатися в calldata або memory. Основна різниця між ними полягає в тому, що memory може бути змінено функцією, тоді як calldata є незмінним.

Якщо параметри функції є лише для читання, слід віддавати перевагу використанню calldata, а не memory. Це дозволяє уникнути непотрібних копіювальних операцій з calldata функції в memory.

![Десять найкращих практик оптимізації Gas для смартконтрактів Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-9c566626ab499ef65d6f5089a2876ad3.webp(

) 7. Використовуйте ключові слова Constant/Immutable наскільки це можливо

Змінні Constant/Immutable не зберігаються у сховищі контракту. Ці змінні обчислюються під час компіляції і зберігаються в байт-коді контракту. Тому їх вартість доступу значно нижча в порівнянні зі сховищем, рекомендується використовувати ключові слова Constant або Immutable, коли це можливо.

![Десять найкращих практик оптимізації Gas для смартконтрактів Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-c0701f9e09280a1667495d54e262dd2f.webp(

) 8. Використовуйте Unchecked, коли ви впевнені, що переповнення/недостатність не відбудеться

Коли розробники можуть бути впевнені, що арифметичні операції не призведуть до переповнення або недооповнення, вони можуть використовувати ключове слово unchecked, введене в Solidity v0.8.0, щоб уникнути зайвих перевірок на переповнення або недооповнення, тим самим заощаджуючи витрати на Gas.

Крім того, компілятори версії 0.8.0 та вище більше не потребують використання бібліотеки SafeMath, оскільки компілятор сам по собі вже вбудував функції захисту від переповнення та недостатності.

![Топ-10 найкращих практик оптимізації Gas для смартконтрактів Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a823fb7761aafa6529a6c45304e0314b.webp(

) 9. Оптимізація модифікатора

Код модифікатора вбудовується у змінену функцію, і кожного разу, коли використовується модифікатор, його код копіюється. Це збільшує розмір байт-коду та підвищує споживання Gas.

Перебудова логіки у внутрішні функції, що дозволяє повторно використовувати цю внутрішню функцію в модифікаторах, може зменшити розмір байт-коду та знизити витрати на Gas.

![Десять найкращих практик оптимізації Gas для смартконтрактів Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-839b91e2f02389949aa698d460a497d8.webp(

) 10. Оптимізація короткого замикання

Для || та && операторів логічні операції підлягають короткому оцінюванню, тобто якщо перша умова вже може визначити результат логічного виразу, то друга умова не буде оцінюватися.

Щоб оптимізувати споживання газу, слід ставити умови з низькою вартістю обчислення на перше місце, щоб мати можливість пропустити дорогі обчислення.

![Десять найкращих практик оптимізації Gas для смартконтрактів Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a141884dcdcdc56faff12eee2601b7b7.webp(

Додаткові загальні рекомендації

) 1. Видалити непотрібний код

Якщо в контракті є невикористані функції або змінні, рекомендується їх видалити. Це найпряміший спосіб зменшити витрати на розгортання контракту та зберегти його обсяг невеликим.

Декілька практичних порад:

• Використовуйте найефективніший алгоритм для обчислень.
• Видалити невикористані обчислювальні процеси.
• Використовуйте ключове слово delete для видалення непотрібних змінних або встановіть їх на значення за замовчуванням.
• Оптимізація циклів: уникати витратних операцій циклу, по можливості об'єднувати цикли та виносити повторні обчислення з тіла циклу.

2. Використання попередньо скомпільованих смартконтрактів

Попередньо скомпільовані контракти надають складні бібліотечні функції, такі як операції шифрування та хешування. Оскільки код не виконується на EVM, а виконується локально на клієнтському вузлі, тому потрібно менше газу. Використання попередньо скомпільованих контрактів може заощадити газ, зменшуючи обсяг обчислювальної роботи, необхідної для виконання смартконтрактів.

Приклади попередньо скомпільованих смартконтрактів включають алгоритм цифрового підпису на основі еліптичних кривих ###ECDSA( та хеш-алгоритм SHA2-256.

) 3. Використання вбудованого асемблерного коду

Вбудована асемблерка дозволяє розробникам писати низькорівневий, але ефективний код, який може безпосередньо виконуватися EVM, без необхідності використовувати дорогі операції коду Solidity. Вбудована асемблерка також дозволяє більш точно контролювати використання пам'яті та сховища, що далі зменшує витрати на Gas. Крім того, вбудована асемблерка може виконувати деякі складні операції, які важко реалізувати, використовуючи лише Solidity, що забезпечує більшу гнучкість для оптимізації витрат на Gas.

Однак використання вбудованого асемблера також може нести ризики і бути схильним до помилок. Тому його слід використовувати обережно, лише досвідченим розробникам.

4. Використання рішень Layer 2

Використання рішень Layer 2 може зменшити обсяг даних, які потрібно зберігати та обробляти в основній мережі Ethereum.

Рішення Layer 2, такі як rollups, бічні ланцюги та канали стану, можуть зняти обробку транзакцій з основного ланцюга Ethereum, що дозволяє здійснювати швидші та дешевші транзакції.

Ці рішення зменшують кількість транзакцій в мережі, об'єднуючи велику кількість транзакцій разом, що знижує витрати на Gas. Використання рішень Layer 2 також може підвищити масштабованість Ethereum, дозволяючи більшій кількості користувачів і додатків брати участь у мережі без перевантаження, що викликає затори.

5. Використання оптимізаційних інструментів та бібліотек

Є кілька інструментів для оптимізації, таких як оптимізатор solc, оптимізатор збирання Truffle та компілятор Solidity Remix.

Ці інструменти можуть допомогти мінімізувати розмір байт-коду, видалити непотрібний код і зменшити кількість операцій, необхідних для виконання смартконтрактів. У поєднанні з іншими бібліотеками оптимізації Gas, такими як "solmate", розробники можуть ефективно знижувати витрати на Gas і підвищувати ефективність смартконтрактів.

![Десять найкращих практик оптимізації Gas для смартконтрактів Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-248337b15929868ed1250ffb9fcfa289.webp(

Висновок

Оптимізація споживання Gas є важливим кроком для розробників.