24种增加gas的anti-pattern
2018年的「Towards Saving Money in Using Smart Contracts」paper中提出会使Ethereum上执行Smart contract所花费的gas变高的24种anti-pattern，此文章中分别说明此24种anti-pattern的形式与解决方法。
P1 — {swap(X), swap(X)} →delete, 1≤X≤16
swap(X)交换第一个和第(X+1)个stack中的元素两个连续的swap(X)等于对元素无作用，应该删除deploy多花136 gas, execution多花6 gasP2 — {M consecutive jumpdests} → {jumpdest}, M≥2
jumpdests是jump的目的地址一个jumpdests取代多个连续的jumpdests，因他们是相同操作deploy多花68×(M−1)gas, execution多花(M−1)gasP3 — {OP, pop} → {pop}, OP∈iszero,not,balance,calldataload,extcodesize,blockhash,mload,sload
OP会存取stack最上方的元素做运算，再push运算结果回stack如果再pop会把该元素移除，因此等于没有做过运算deploy多花68 gas, execution多花(gas_cost of OP) gasP4 — {OP, pop} → {pop, pop}, OP∈add,sub,mul,div,sdiv,mod,smod,exp,sigextnd,lt,gt,slt,sgt,eq,and,or,xor,byte,sha3
类似P3，此类操作会pop stack最上方的2个元素做运算，再push运算结果回stackP4相当于两个poppopdeploy多花0 gas, execution多花(gas_costgas_cost of OPOP) gasP5 — {OP, pop} → {pop, pop, pop}, OP∈addmod,mulmod
类似P3，此类操作会pop stack最上方的3个元素做运算，再push运算结果回stackP5相当于三个pop此pattern取代后在deploy时会增加68 gas但在呼叫时OP会花8 gas，pop会花2 gas如果呼叫较多次还是叫efficientP6 — {OP, pop} → delete, OP∈address,origin,caller,callvalue,calldatasize,codesize,gasprice,coinbase,timestamp,number,difficulty,gaslimit,pc,msize,gas
类似P3，但此操作不会消耗stack中的元素，而是产生一个值之后push回stack因此此操作可以被删除deploy多花136 gas, execution多花(gas_cost of OP) gasP7 — {swap1, swap(X), OP, dup(X), OP} → {dup2, swap(X+1), OP, OP}, 2≤X≤15,OP∈add,mul,and,or,xor
dup(X)会复制stack中第X个元素并放至stack最上方设最上方三个元素为i0, i1, i2，X为2，OP为add因此其中一个swap可以被删除，因为OP(add)是可交换的(commutative)deploy多花68 gas, execution多花3 gasP8 — {OP, stop} → {stop}, OP can be any operation except jumpdest, jump, jumpi and all operations that change storage.
stop会终止smart contract的执行，且stack及memory会被清空假设OP是add，计算完add的结果后被stop，stack的元素被清空，等于没有操作过add另一方面如果OP跟control flow transfer或storage space相关，则无法删去P9 — {swap(X), dup(X+1), swap1} → {dup1, swap(X+1)}, 1≤X≤15
假设stack最上方两个元素为i0, i1，X为1执行此anti-pattern后stack元素个数加一，且最上方三个元素为i1, i0, i0deploy多花68 gas, execution多花3 gasP10 — {push(X), swap(Y), Y consecutive pops} → {Y consecutive pops, push(X)}, 1≤X≤32,1≤Y≤16
假设stack最上方两个元素为i0，push1为i1，Y为1执行此anti-pattern后最上方的元素为i1因此其中anti-pattern可以被pops, push1取代。一个swap操作可以被移除deploy多花68 gas, execution多花3 gasP11 — {swap(X), X+1 consecutive pops} → {X+1 consecutive pops}, 1≤X≤16
设X为1，因连续两个pop会消除stack上方两个元素，因此swap1无作用deploy多花68 gas, execution多花3 gasP12 — {swap(X), swap(Y), Y consecutive pops} → {X consecutive pops, swap(Y−X), (YX) consecutive pops}, 1≤X≤15,X<Y
假设最上方三个元素为i0, i1, i2，X为1，Y为2经过此anti-pattern操过后，stack的元素减少2个，且最上方的元素为i1deploy多花68 gas, execution多花3 gasP13 — {X consecutive push(N)s, Y consecutive pops} → {(XY) consecutive push(N)s, if X>Y; (YX) consecutive pops, otherwise}, 1≤N≤32
pop接在push后的操作可以移除，因为两者互相抵消当push(N)多于如pop时，Y个pop及Y个push(N)可以被移除，deploy浪费136Y(68Yx2)，execution浪费5Y(3Y+2Y)否则，X个push(N)及X个pop可以被移除，deploy浪费136X(68Xx2)，execution浪费5X(3X+2X)P14 — {X consecutive dup(N)s, Y consecutive pops} → {(XY) consecutive dup(N)s, ifX>Y; (YX) consecutive pops, otherwise}, 1≤N≤16
与P13类似，dup(N)的作用与pop会互相抵消当X>Y时，deploy浪费136Y(68Yx2)，execution浪费5Y(3Y+2Y)反之X≤Y时，deploy浪费136X(68Xx2)，execution浪费5X(3X+2X)P15 — {dup(X), swap(X)} → {dup(X)}, 1≤X≤16
若X为1，dup1第一个stack上的item，再swap并没有效果deploy多花68 gas, execution多花3 gasP16 — {swap1,swap2,…,swap(X),swap(X−1),…,swap1, X-1 consecutive pops} → {X-1 consecutive pops, swap1}, 2≤X≤16
假设最上方三个元素为i0, i1, i2，X为2经过此anti-pattern操过后，stack的元素减少1个，且最上方的两个元素为i2, i1若先pop在swap之前，则需要较少次的swapdeploy多花68 gas, execution多花3 gasP17 — {$swap$1, OP} → {OP}, OP∈add,mul,and,or,xor
因为OP是可交换的(commutative)，所以swap无效deploy多花68 gas, execution多花3 gasP18 — {OP, iszero, iszero} → {OP}, OP∈lt,gt,slt,sgt,eq
例如: gt的结果是0或1，取决于stack的第一个元素是否大于第二个元素两个连续的iszero不会改变OP的结果deploy多花136 gas, execution多花6 gasP19 — {N consecutive push(X)，M consecutive swap(Y)} → {N consecutive push(X)}, Y<N,1≤X≤32,1≤Y≤16
push(X)是唯一有运算元(operand)的运算push(X), push(X), swap(1)可以最佳化为push(X), push(X)deploy多花68M gas, execution多花3M gasP20 — {push(X), swap(Y), push(M), swap1} → {push(M), push(X), swap(Y+1)}, 1≤X≤32,1≤Y≤15,1≤M≤32
因P19的原因，所以一个swap可以被移除deploy多花68 gas, execution多花3 gasP21 — {consecutive Xpush(N), dup(Y), swap(Z)} → {combination of Xpush(N) and dup(M)}, Y<=X,Z<=X,M<=X,1≤N≤32,1≤Y≤16,1≤Z≤16,1≤M≤16
因P19的原因，所以一个swap可以被移除deploy多花68 gas, execution多花3 gasP22 — {swap(N), M consecutive OPs，(N+M) consecutive and same OP′} → {M consecutive OPs，(N+M) consecutive and same OP'}, OP∈push(X),dup(Y), OP′∈add,mul,and,or,xor,1≤X≤32,1≤N≤16,1≤Y≤16
因OP′是可交换的(commutative)，且push(X)和dup(Y)增加stack数1，swap(N)可以被移除deploy多花68 gas, execution多花3 gasP23 — {dup1, swap(X), dup2, swap1} → {dup1, dup2, swap(X+1)}, 1≤X≤15
假设stack最上方两个元素为i0, i1，X为2执行此anti-pattern后stack数增加2，最上方4个元素为i1,i0,i0,i0deploy多花68 gas, execution多花3 gasP24 — {dup(X), swap(X−1), swap1, dup(X), swap1} → {dup(X), dup1, swap(X), swap2}, 3≤X≤16
假设stack最上方两个元素为i0, i1, i2，X为3执行此anti-pattern后stack数增加2，最上方4个元素为i0,i2,i1,i2,i2deploy多花68 gas, execution多花3 gas以上就是24种增加gas的anti-pattern的全部内容，望能这篇24种增加gas的anti-pattern可以帮助您解决问题，能够解决大家的实际问题是塔岸网一直努力的方向和目标。