Mười thực tiễn tốt nhất để tối ưu hóa phí Gas cho hợp đồng thông minh

Phí Gas trên mạng chính Ethereum luôn là một vấn đề khó khăn, đặc biệt là khi mạng bị tắc nghẽn. Trong thời gian cao điểm, người dùng thường phải trả phí giao dịch cao. Do đó, việc tối ưu hóa phí Gas khi phát triển hợp đồng thông minh là rất quan trọng. Tối ưu hóa tiêu thụ Gas không chỉ có thể giảm chi phí giao dịch mà còn nâng cao hiệu quả giao dịch, mang lại cho người dùng trải nghiệm blockchain kinh tế và hiệu quả hơn.

Bài viết này sẽ tóm tắt cơ chế phí Gas của Ethereum Virtual Machine (EVM), các khái niệm cốt lõi về tối ưu hóa phí Gas, cũng như những thực tiễn tốt nhất trong việc tối ưu hóa phí Gas khi phát triển hợp đồng thông minh. Hy vọng những nội dung này có thể cung cấp cảm hứng và hỗ trợ thiết thực cho các nhà phát triển, đồng thời giúp người dùng thông thường hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của phí Gas trong EVM, cùng nhau đối mặt với những thách thức trong hệ sinh thái blockchain.

Giới thiệu về cơ chế phí Gas của EVM

Trong các mạng tương thích EVM, "Gas" là đơn vị được sử dụng để đo lường khả năng tính toán cần thiết để thực hiện một thao tác cụ thể.

Trong cấu trúc bố cục của EVM, việc tiêu thụ Gas được chia thành ba phần: thực thi lệnh, gọi tin nhắn từ bên ngoài và đọc ghi bộ nhớ và lưu trữ.

Do vì mỗi giao dịch đều cần tài nguyên tính toán để thực hiện, nên sẽ thu một khoản phí nhất định nhằm ngăn chặn vòng lặp vô hạn và từ chối dịch vụ (DoS) tấn công. Phí cần thiết để hoàn thành một giao dịch được gọi là "Phí Gas".

Kể từ khi EIP-1559 có hiệu lực, phí Gas được tính theo công thức sau:

Phí gas = số đơn vị gas đã sử dụng * (phí cơ bản + phí ưu tiên)

Phí cơ bản sẽ bị tiêu hủy, phí ưu tiên sẽ được sử dụng như một động lực, khuyến khích các người xác thực thêm giao dịch vào chuỗi khối. Việc thiết lập phí ưu tiên cao hơn khi gửi giao dịch có thể tăng khả năng giao dịch được bao gồm trong khối tiếp theo. Điều này tương tự như một loại "tiền boa" mà người dùng trả cho người xác thực.

1. Hiểu về tối ưu hóa Gas trong EVM

Khi biên dịch hợp đồng thông minh bằng Solidity, hợp đồng sẽ được chuyển đổi thành một loạt "mã vận hành", tức là opcodes.

Bất kỳ đoạn mã hoạt động nào ( chẳng hạn như tạo hợp đồng, thực hiện gọi tin nhắn, truy cập lưu trữ tài khoản và thực hiện các hoạt động trên máy ảo ) đều có một chi phí tiêu thụ Gas được công nhận, những chi phí này được ghi lại trong sách vàng của Ethereum.

Sau nhiều lần sửa đổi EIP, một số mã lệnh đã được điều chỉnh chi phí Gas, có thể khác với trong sách vàng.

2. Khái niệm cơ bản về tối ưu hóa Gas

Ý tưởng cốt lõi của tối ưu hóa Gas là ưu tiên chọn các thao tác có hiệu quả chi phí cao trên blockchain EVM, tránh các thao tác có chi phí Gas đắt.

Trong EVM, các thao tác sau đây có chi phí thấp hơn:

• Đọc và ghi biến trong bộ nhớ
• Đọc hằng số và biến không thay đổi
• Đọc và ghi biến cục bộ
• Đọc biến calldata, chẳng hạn như mảng và cấu trúc calldata
• Gọi hàm nội bộ

Các hoạt động có chi phí cao bao gồm:

• Đọc và ghi các biến trạng thái được lưu trữ trong hợp đồng thông minh
• Gọi hàm bên ngoài
• Hoạt động lặp lại

Thực hành tốt nhất tối ưu hóa phí Gas EVM

Dựa trên các khái niệm cơ bản đã nêu, chúng tôi đã tập hợp một danh sách các thực hành tốt nhất để tối ưu hóa phí Gas cho cộng đồng các nhà phát triển. Bằng cách tuân theo những thực hành này, các nhà phát triển có thể giảm thiểu tiêu tốn Gas của hợp đồng thông minh, giảm chi phí giao dịch và tạo ra các ứng dụng hiệu quả hơn và thân thiện với người dùng.

1. Cố gắng giảm thiểu việc sử dụng bộ nhớ

Trong Solidity, Storage( là một tài nguyên hạn chế, tiêu tốn Gas của nó cao hơn nhiều so với Memory). Mỗi lần hợp đồng thông minh đọc hoặc ghi dữ liệu từ lưu trữ, sẽ phát sinh chi phí Gas cao.

Theo định nghĩa trong sách vàng của Ethereum, chi phí cho các thao tác lưu trữ cao hơn hơn 100 lần so với các thao tác bộ nhớ. Chẳng hạn, các lệnh OPcodesmload và mstore chỉ tiêu tốn 3 đơn vị Gas, trong khi các thao tác lưu trữ như sload và sstore, ngay cả trong trường hợp lý tưởng nhất, cũng tiêu tốn ít nhất 100 đơn vị.

Các phương pháp hạn chế việc sử dụng lưu trữ bao gồm:

• Lưu trữ dữ liệu không vĩnh viễn trong bộ nhớ
• Giảm số lần sửa đổi lưu trữ: Bằng cách giữ kết quả trung gian trong bộ nhớ, sau khi tất cả các phép tính hoàn thành, kết quả sẽ được phân phối cho các biến lưu trữ.

( 2. Đóng gói biến

Số lượng Storage slot) được sử dụng trong hợp đồng thông minh và cách các nhà phát triển biểu thị dữ liệu sẽ ảnh hưởng lớn đến mức tiêu thụ Gas.

Trình biên dịch Solidity sẽ đóng gói các biến lưu trữ liên tiếp trong quá trình biên dịch và sử dụng ô lưu trữ 32 byte làm đơn vị cơ bản để lưu trữ biến. Việc đóng gói biến có nghĩa là sắp xếp hợp lý các biến, cho phép nhiều biến có thể thích ứng vào một ô lưu trữ duy nhất.

Thông qua việc điều chỉnh chi tiết này, các nhà phát triển có thể tiết kiệm 20.000 đơn vị Gas ### để lưu trữ một khe lưu trữ chưa sử dụng cần tiêu tốn 20.000 Gas (, nhưng bây giờ chỉ cần hai khe lưu trữ.

Do vì mỗi khe lưu trữ đều tiêu tốn Gas, việc đóng gói biến giúp tối ưu hóa việc sử dụng Gas bằng cách giảm số lượng khe lưu trữ cần thiết.

![Mười thực hành tốt nhất để tối ưu hóa Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-995905cb414526d4d991899d0c2e6443.webp(

) 3. Tối ưu hóa kiểu dữ liệu

Một biến có thể được biểu diễn bằng nhiều loại dữ liệu khác nhau, nhưng chi phí hoạt động tương ứng với các loại dữ liệu khác nhau cũng khác nhau. Chọn loại dữ liệu phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng Gas.

Ví dụ, trong Solidity, số nguyên có thể được chia thành các kích thước khác nhau: uint8, uint16, uint32, v.v. Do EVM thực hiện các phép toán theo đơn vị 256 bit, việc sử dụng uint8 có nghĩa là EVM phải chuyển đổi nó thành uint256 trước, và việc chuyển đổi này sẽ tiêu tốn thêm Gas.

Xét riêng, việc sử dụng uint256 rẻ hơn uint8. Tuy nhiên, nếu sử dụng tối ưu hóa gói biến mà chúng tôi đã đề xuất trước đó thì lại khác. Nếu các nhà phát triển có thể gói bốn biến uint8 vào một kho lưu trữ, thì tổng chi phí để lặp lại chúng sẽ thấp hơn so với bốn biến uint256. Bằng cách này, hợp đồng thông minh có thể đọc và ghi một kho lưu trữ một lần, và trong một thao tác, đưa bốn biến uint8 vào bộ nhớ/kho lưu trữ.

4. Sử dụng biến kích thước cố định thay thế biến động

Nếu dữ liệu có thể được kiểm soát trong 32 byte, nên sử dụng kiểu dữ liệu bytes32 thay cho bytes hoặc strings. Nói chung, các biến kích thước cố định tiêu tốn ít Gas hơn so với các biến kích thước thay đổi. Nếu chiều dài byte có thể bị giới hạn, hãy cố gắng chọn chiều dài nhỏ nhất từ bytes1 đến bytes32.

( 5. ánh xạ và mảng

Danh sách dữ liệu của Solidity có thể được biểu diễn bằng hai loại dữ liệu: mảng ) Arrays ### và ánh xạ ### Mappings (, nhưng cú pháp và cấu trúc của chúng hoàn toàn khác nhau.

Trong hầu hết các trường hợp, bản đồ có hiệu suất cao hơn và chi phí thấp hơn, nhưng mảng có khả năng lặp lại và hỗ trợ đóng gói kiểu dữ liệu. Do đó, nên ưu tiên sử dụng bản đồ khi quản lý danh sách dữ liệu, trừ khi cần lặp lại hoặc có thể tối ưu hóa tiêu thụ Gas thông qua đóng gói kiểu dữ liệu.

![Mười thực tiễn tối ưu hóa Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-5f3d7e103e47c886f50599cffe35c707.webp(

) 6. Sử dụng calldata thay vì memory

Các biến được khai báo trong tham số hàm có thể được lưu trữ trong calldata hoặc memory. Sự khác biệt chính giữa hai loại này là, memory có thể được hàm sửa đổi, trong khi calldata là không thay đổi.

Hãy nhớ nguyên tắc này: nếu tham số của hàm là chỉ đọc, nên ưu tiên sử dụng calldata thay vì memory. Điều này giúp tránh các thao tác sao chép không cần thiết từ calldata của hàm sang memory.

( 7. Cố gắng sử dụng từ khóa Constant/Immutable càng nhiều càng tốt

Biến Constant/Immutable sẽ không được lưu trữ trong bộ nhớ của hợp đồng. Những biến này sẽ được tính toán tại thời điểm biên dịch và lưu trữ trong bytecode của hợp đồng. Do đó, chi phí truy cập của chúng sẽ thấp hơn nhiều so với bộ nhớ, vì vậy nên sử dụng từ khóa Constant hoặc Immutable khi có thể.

![10 thực tiễn tốt nhất để tối ưu hóa Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-9c566626ab499ef65d6f5089a2876ad3.webp###

8. Sử dụng Unchecked khi đảm bảo không xảy ra tràn/thiếu.

Khi các nhà phát triển có thể xác định rằng các phép toán số học sẽ không dẫn đến tràn hoặc thiếu, họ có thể sử dụng từ khóa unchecked được giới thiệu trong Solidity v0.8.0 để tránh các kiểm tra tràn hoặc thiếu không cần thiết, từ đó tiết kiệm chi phí Gas.

Ngoài ra, từ phiên bản 0.8.0 trở lên, trình biên dịch không còn cần sử dụng thư viện SafeMath nữa, vì trình biên dịch đã tích hợp sẵn chức năng bảo vệ tràn và thiếu.

( 9. Tối ưu hóa bộ sửa đổi

Mã của bộ chỉnh sửa được nhúng vào các hàm đã được chỉnh sửa, mỗi lần sử dụng bộ chỉnh sửa, mã của nó sẽ được sao chép. Điều này sẽ làm tăng kích thước bytecode và tăng tiêu thụ Gas.

Bằng cách cấu trúc lại logic thành hàm nội bộ _checkOwner)###, cho phép tái sử dụng hàm nội bộ này trong các bộ sửa đổi, có thể giảm kích thước bytecode và giảm chi phí Gas.

![10 thực hành tốt nhất để tối ưu hóa Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-c0701f9e09280a1667495d54e262dd2f.webp(

) 10. Tối ưu hóa ngắn mạch

Đối với || và &&, phép toán logic sẽ xảy ra đánh giá ngắn mạch, tức là nếu điều kiện đầu tiên đã có thể xác định kết quả của biểu thức logic, thì điều kiện thứ hai sẽ không được đánh giá.

Để tối ưu hóa việc tiêu thụ Gas, nên đặt các điều kiện có chi phí tính toán thấp ở phía trước, như vậy có thể bỏ qua các phép tính có chi phí cao.

Gợi ý chung bổ sung

1. Xóa mã không cần thiết

Nếu trong hợp đồng có các hàm hoặc biến chưa được sử dụng, nên xóa chúng. Đây là cách trực tiếp nhất để giảm chi phí triển khai hợp đồng và giữ cho kích thước hợp đồng nhỏ.

Dưới đây là một số gợi ý hữu ích:

• Sử dụng thuật toán hiệu quả nhất để tính toán. Nếu hợp đồng trực tiếp sử dụng kết quả của một số phép tính, thì nên loại bỏ những quy trình tính toán dư thừa này. Về bản chất, bất kỳ phép tính nào không được sử dụng đều nên bị xóa.

• Trong Ethereum, các nhà phát triển có thể nhận thưởng Gas bằng cách giải phóng không gian lưu trữ. Nếu không còn cần một biến nào đó, nên sử dụng từ khóa delete để xóa nó, hoặc đặt lại giá trị của nó về giá trị mặc định.

• Tối ưu hóa vòng lặp: Tránh các thao tác vòng lặp tốn kém, hợp nhất vòng lặp nếu có thể, và di chuyển các phép toán lặp lại ra khỏi thân vòng lặp.

( 2. Sử dụng hợp đồng thông minh đã biên soạn sẵn

Hợp đồng biên dịch trước cung cấp các hàm thư viện phức tạp, chẳng hạn như các thao tác mã hóa và băm. Bởi vì mã không chạy trên EVM mà chạy trên máy chủ cục bộ, nên cần ít Gas hơn. Việc sử dụng hợp đồng biên dịch trước có thể tiết kiệm Gas bằng cách giảm khối lượng công việc tính toán cần thiết để thực thi hợp đồng thông minh.

Ví dụ về hợp đồng thông minh đã được biên soạn trước bao gồm thuật toán chữ ký số đường cong ellip )ECDSA### và thuật toán băm SHA2-256. Bằng cách sử dụng những hợp đồng thông minh đã được biên soạn trước này trong hợp đồng thông minh, các nhà phát triển có thể giảm chi phí Gas và nâng cao hiệu suất chạy của ứng dụng.

![10 thực hành tối ưu Gas cho hợp đồng thông minh Ethereum]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-839b91e2f02389949aa698d460a497d8.webp(

) 3. Sử dụng mã lắp ghép nội tuyến

Nội tuyến lắp ghép cho phép các nhà phát triển viết mã cấp thấp nhưng hiệu quả có thể được EVM thực thi trực tiếp mà không cần sử dụng mã opcode Solidity đắt đỏ. Nội tuyến lắp ghép cũng cho phép kiểm soát chính xác hơn việc sử dụng bộ nhớ và lưu trữ, từ đó giảm thêm phí Gas. Hơn nữa, nội tuyến lắp ghép có thể thực hiện một số thao tác phức tạp mà chỉ sử dụng Solidity sẽ khó khăn, cung cấp nhiều tính linh hoạt hơn để tối ưu hóa tiêu thụ Gas.

Tuy nhiên, việc sử dụng lắp ráp nội tuyến cũng có thể mang lại rủi ro và dễ mắc lỗi. Do đó, cần sử dụng cẩn thận, chỉ dành cho những nhà phát triển có kinh nghiệm.

( 4. Sử dụng giải pháp Layer 2

Sử dụng giải pháp Layer 2 có thể giảm thiểu lượng dữ liệu cần lưu trữ và tính toán trên mạng chính của Ethereum.

như rollups, sidechains và kênh trạng thái là các giải pháp Layer 2