Affrontare i rifiuti di gas nei contratti smart di Ethereum

I contratti smart girano su Ethereum, un sistema blockchain pubblico. Quando questi contratti vengono eseguiti, generano costi di gas per l'uso delle risorse della rete. I programmatori che scrivono contratti smart in Solidity spesso includono per sbaglio codice che fa lievitare i costi di gas inutilmente. Queste parti inefficaci del codice, conosciute come sprechi di gas, possono portare a costi significativi per gli utenti. Nonostante l'importanza di questo argomento, non è stato fatto molto per studiare questi sprechi di gas o creare strumenti per trovarli.

Questo documento punta ad aiutare gli utenti di Ethereum a risparmiare sui costi di gas attraverso due attività principali: esploriamo prima le cause comuni degli sprechi di gas nei contratti Solidity più popolari e proponiamo strategie per correggerli. Poi, sviluppiamo uno strumento chiamato PeCatch che aiuta a rilevare questi sprechi di gas e suggerisce semplici correzioni.

#Importanza dell'Efficienza del Gas

Le spese per il gas sono fondamentali per far funzionare i contratti smart su Ethereum. Ogni operazione in un contratto smart richiede gas, e le spese totali possono accumularsi rapidamente, costando milioni agli utenti ogni giorno. Perciò, è cruciale scrivere codice che minimizzi l'uso del gas. Capire dove sorgono le inefficienze di gas è il primo passo per affrontare questo problema. I risultati del nostro studio possono aiutare futuri strumenti di programmazione e miglioramenti del linguaggio a ridurre gli sprechi di gas.

#Cosa Sono gli Sprechi di Gas?

Gli sprechi di gas si riferiscono a segmenti di codice in un programma Solidity che usano più gas del necessario. A differenza dei bug di prestazione tradizionali che influenzano la correttezza o la velocità di un programma, gli sprechi di gas non influenzano l'output finale ma generano costi extra. Identificare e risolvere questi sprechi può portare a risparmi significativi per gli utenti.

#Sfide nel Rilevare gli Sprechi di Gas

Rilevare gli sprechi di gas è un compito complicato per diverse ragioni:

1. Costi di Gas Complessi: Ogni operazione in Solidity ha costi di gas diversi. Capire come ciascuna influisce sul costo totale può essere difficile.

2. Caratteristiche Uniche del Linguaggio: Solidity ha caratteristiche specifiche che la rendono diversa da altri linguaggi di programmazione, il che può portare a inefficienze di gas che non si trovano altrove.

3. Strumentazione Limitata: Le tecniche di rilevamento attuali spesso trascurano le complessità di Solidity, portando a opportunità di ottimizzazione mancate.

#Il Nostro Approccio

Per affrontare gli sprechi di gas nei contratti smart Solidity, seguiamo un processo in due fasi:

1. Studio Empirico: Investigiamo applicazioni Solidity popolari per identificare sprechi di gas comuni e le loro cause principali.

2. Sviluppo dello Strumento: Basandoci sui nostri risultati, creiamo PeCatch, uno strumento di analisi statica che rileva gli sprechi di gas e suggerisce correzioni.

#Studio Empirico degli Sprechi di Gas

Il nostro studio ha coinvolto cinque applicazioni Solidity ampiamente utilizzate. Abbiamo esaminato manualmente il loro codice per identificare sprechi di gas. Le nostre scoperte includono:

• Categorie di Sprechi di Gas: Abbiamo categorizzato gli sprechi di gas in base alle aree del contratto dove si sono verificati inefficienze. Questo include stack, memoria, archiviazione e calldata.

• Cause Comuni: I programmatori spesso commettono errori che portano a sprechi di gas, come non capire le caratteristiche di gestione dei dati di Solidity.

#Scoperte Chiave

Dalla nostra analisi degli sprechi di gas, abbiamo ricavato diversi spunti:

1. Uso Sbagliato dello Stack: Molti sprechi di gas derivano da come i programmatori utilizzano lo stack, che è più economico da accedere rispetto ad altri tipi di archiviazione.

2. Ignorare le Caratteristiche del Linguaggio: I programmatori spesso trascurano caratteristiche uniche che potrebbero aiutare a ridurre l'uso di gas, come la parola chiave unchecked che può bypassare i controlli che consumano gas.

3. Accesso Ripetuto: Accedere più volte agli stessi dati senza memorizzarli può portare a costi di gas inutili.

In totale, abbiamo scoperto 100 specifici casi di sprechi di gas nelle nostre applicazioni selezionate, molti dei quali possono essere corretti facilmente.

#Sviluppo dello Strumento: PeCatch

Abbiamo progettato PeCatch come soluzione per rilevare gli sprechi di gas nei programmi Solidity. Lo strumento funziona analizzando il codice Solidity e identificando schemi noti che portano a inefficienze.

#Caratteristiche di PeCatch

• Analisi Statica: PeCatch ispeziona il codice dei contratti smart senza eseguirlo, identificando potenziali sprechi di gas.

• Controlli Specifici: Lo strumento include diversi controlli, ciascuno focalizzato su un particolare tipo di spreco di gas.

• Report Dettagliati: PeCatch fornisce feedback dettagliati sui problemi identificati, incluse le correzioni suggerite che i programmatori possono implementare direttamente nel loro codice.

#Valutazione di PeCatch

Abbiamo testato PeCatch sia sulle applicazioni studiate nella nostra analisi empirica che su ulteriori progetti open-source. La nostra valutazione mirava a valutare l'efficacia, la precisione e l'efficienza dello strumento.

#Risultati

PeCatch ha identificato con successo 383 sprechi di gas nelle applicazioni, significativamente più degli strumenti di rilevamento esistenti. Lo strumento ha anche mostrato un basso tasso di falsi positivi, confermando la sua affidabilità.

#Risparmi sul Gas

Implementando i suggerimenti forniti da PeCatch, gli utenti possono risparmiare somme significative sui costi di gas. La nostra analisi indica che correggere gli sprechi di gas identificati può portare a costi ridotti per gli utenti in applicazioni reali.

#Conclusione

Il nostro studio fa luce sulla questione delle inefficienze di gas nei contratti smart Solidity e presenta PeCatch come una soluzione pratica per rilevare e risolvere questi problemi. Le intuizioni ottenute dall'analisi degli sprechi di gas possono aiutare a migliorare il linguaggio Solidity e ispirare lo sviluppo di strumenti di programmazione più efficienti. Il lavoro futuro si concentrerà sull'espansione delle capacità di PeCatch per coprire più tipi di sprechi di gas e perfezionare i suoi algoritmi di rilevamento.

#Lavoro Futuro

Pianifichiamo di migliorare lo strumento PeCatch:

1. Espandere le Capacità di Rilevamento: Vogliamo includere metodi di rilevamento più sofisticati per catturare un numero maggiore di sprechi di gas.

2. Automatizzare le Correzioni: Le versioni future di PeCatch potrebbero essere in grado di suggerire correzioni automatiche per gli sprechi di gas identificati.

3. Verifica Formale: Intendiamo esplorare metodi formali per garantire che le correzioni preservino il comportamento previsto dei contratti smart mentre riducono il consumo di gas.

#Riepilogo

Con la continua crescita di Ethereum, la pressione sui programmatori per scrivere contratti smart efficienti diventa sempre più evidente. Comprendere e affrontare gli sprechi di gas è cruciale per la sostenibilità a lungo termine dell'ecosistema Ethereum. Attraverso la nostra ricerca e lo sviluppo di PeCatch, speriamo di contribuire a un futuro in cui le pratiche di codifica efficienti in termini di gas siano lo standard tra i programmatori Solidity.