以太坊智能合約 Gas 優化最佳實踐指南

以太坊主網的 Gas 費用問題一直備受關注，尤其在網路擁堵時更爲突出。高峯期用戶經常需要支付高額交易費。因此，在智能合約開發階段進行 Gas 費用優化極爲重要。優化 Gas 消耗不僅能有效降低交易成本，還能提升交易效率，爲用戶帶來更經濟、高效的區塊鏈體驗。

本文將概述以太坊虛擬機(EVM)的 Gas 費機制、Gas 費優化的核心概念，以及開發智能合約時進行 Gas 費優化的最佳實踐。希望這些內容能爲開發者提供啓發和實用幫助，同時也助力普通用戶更好地理解 EVM 的 Gas 費用運作方式，共同應對區塊鏈生態中的挑戰。

EVM 的 Gas 費機制簡介

在兼容 EVM 的網路中，"Gas"是用於衡量執行特定操作所需計算能力的單位。

EVM 結構中，Gas 消耗分爲三部分:操作執行、外部消息調用以及內存和存儲的讀寫。

每筆交易的執行都需要計算資源，因此會收取費用以防止無限循環和拒絕服務(DoS)攻擊。完成一筆交易所需的費用被稱爲"Gas 費"。

自EIP-1559生效後，Gas 費通過以下公式計算:

Gas fee = units of gas used * (base fee + priority fee)

基礎費會被銷毀，優先費用作爲激勵，鼓勵驗證者將交易添加到區塊鏈中。設置更高的優先費用，可以提高交易被快速打包的可能性。這類似於向驗證者支付的"小費"。

理解 EVM 中的 Gas 優化

用 Solidity 編譯智能合約時，合約會被轉換爲一系列"操作碼"。任何操作碼都有一個公認的 Gas 消耗成本。

Gas 優化的基本概念

Gas 優化的核心是在 EVM 區塊鏈上優先選擇成本效率高的操作，避免 Gas 成本昂貴的操作。

EVM 中成本較低的操作:

• 讀寫內存變量
• 讀取常量和不可變變量
• 讀寫本地變量
• 讀取 calldata 變量
• 內部函數調用

成本較高的操作:

• 讀寫存儲在合約存儲中的狀態變量
• 外部函數調用
• 循環操作

EVM Gas 費用優化最佳實踐

1. 盡量減少存儲的使用

存儲操作的成本比內存操作高出 100 倍以上。限制存儲使用的方法包括:

• 將非永久性數據存儲在內存中
• 減少存儲修改次數:將中間結果保存在內存中,待所有計算完成後,再將結果分配給存儲變量。

2. 變量打包

合理安排變量,使多個變量能夠適配到單個存儲槽中。這可以節省大量 Gas。

3. 優化數據類型

選擇合適的數據類型有助於優化 Gas 使用。例如,使用 uint256 通常比 uint8 更經濟,除非能夠將多個 uint8 變量打包到一個存儲槽中。

4. 使用固定大小變量替代動態變量

如果數據可以控制在 32 字節內,建議使用 bytes32 數據類型替代 bytes 或 strings。固定大小的變量通常比可變大小的變量消耗的 Gas 更少。

5. 映射與數組

管理數據列表時優先使用映射,除非需要迭代或可以通過數據類型打包優化 Gas 消耗。

6. 使用 calldata 代替 memory

如果函數參數是只讀的,應優先使用 calldata 而非 memory。這可以避免不必要的數據復制。

7. 盡可能使用 Constant/Immutable 關鍵字

Constant/Immutable 變量不會存儲在合約的存儲中,訪問成本較低。

8. 在確保不會發生溢出/下溢時使用 Unchecked

當確定算術操作不會導致溢出或下溢時,可以使用 unchecked 關鍵字避免多餘的檢查,從而節省 Gas。

9. 優化修改器

通過將修改器邏輯重構爲內部函數,可以減少字節碼大小並降低 Gas 成本。

10. 短路優化

對於邏輯運算,將計算成本低的條件放在前面,可能跳過成本高的計算。

附加建議

1. 刪除無用代碼
2. 使用預編譯合約
3. 謹慎使用內聯匯編代碼
4. 考慮使用 Layer 解決方案
5. 利用優化工具和庫

結論

優化 Gas 消耗是開發者的重要步驟,可以最小化交易成本並提高智能合約效率。通過遵循本文討論的最佳實踐,開發者可以有效降低合約的 Gas 消耗。但在優化過程中,必須謹慎操作,確保不會影響智能合約的安全性。