スマート コントラクトはデータをどのように保存しますか?また、ストレージ、メモリ、呼び出しデータの違いは何ですか?

スマート コントラクトがブロックチェーン上にデータを保存する方法

1. イーサリアムなどのブロックチェーン プラットフォーム上のスマート コントラクトは、分散型台帳を使用して状態の変更を維持し、データを永続的に保存します。コントラクト関数が変数を変更するたびに、その変更はネットワーク内のすべてのノードにわたって記録されます。これにより、透明性と不変性が確保されます。スマート コントラクト内に保存されたデータは、個々のトランザクションを超えて存続し、コントラクトが存在する限りアクセスし続けます。

2. スマート コントラクトでのデータの保存は、コントラクト レベルで宣言された変数を通じて行われます。これらの変数は、イーサリアム仮想マシン (EVM) アーキテクチャの一部である、いわゆる「ストレージ」に保存されます。各契約には独自の専用ストレージ スペースがあり、これは永続的であり、ガスコストのために変更すると費用がかかります。トランザクションが状態変数を更新すると、マイナーは変更を検証し、ブロックチェーンの状態トライに書き込みます。

3. EVM は、ストレージを、各スロットが 32 バイトを保持する大きなキーと値のストアとして扱います。変数は効率的にパックされ、スペースの使用量を最小限に抑えます。たとえば、複数のブール値を 1 つのスロット内に保存できます。パッキングが非効率であるとガス消費量が増加するため、開発者は変数の宣言方法に注意する必要があります。

4. ストレージへの読み取りとストレージへの書き込みには、異なるガスコストがかかります。書き込み操作は読み取りよりも大幅にコストがかかり、ゼロ以外の値を初期化する場合は、ゼロに設定するよりもコストが高くなります。一度書き込まれたデータを完全に削除することはできません。代わりに、値をゼロに設定するとガスの一部が払い戻され、開発者が未使用のデータをクリーンアップするよう促されます。

ストレージ、メモリ、およびコールデータの違い

1.ストレージとは、状態変数が保存される、コントラクトに関連付けられた永続的なデータ領域を指します。これは関数呼び出しとトランザクションにわたって永続的です。 uint Balance や Mapping(address => bool) ホワイトリストなど、関数の外で宣言された変数は、デフォルトでストレージに存在します。ストレージの永続性とグローバル レプリケーションにより、ストレージへのアクセスは遅くなり、コストがかかります。

2.メモリは、関数の実行中にデータを保持するために使用される一時的なスペースです。これは関数呼び出しの終了後に消去され、ローカル変数や、関数内で使用される配列や構造体のような複合型に最適です。ストレージとは異なり、メモリはアクセスコストが低くなりますが、呼び出し間のデータは保持されません。文字列、動的配列、および関数の引数は、明示的に割り当てられない限り、多くの場合ここに存在します。

3. Calldata は、特に外部関数呼び出しの場合、関数の引数が格納される特別な読み取り専用領域です。データをメモリにコピーする必要がなくなり、パブリック関数や外部関数に渡されるバイト配列などの大きな入力を効率的に処理できます。 calldata は変更できないため、実行中に変更する必要のない入力パラメータにのみ適しています。

4. 配列、文字列、構造体などの参照型を扱う場合は、Solidity の location キーワード (ストレージ、メモリ、calldata など) を指定する必要があります。誤用すると、不必要なコピー、ガス料金の増加、または実行時エラーが発生する可能性があります。たとえば、calldata を使用せずに大きな配列を関数に渡すと、その配列がメモリに不必要に読み込まれ、計算オーバーヘッドが増加します。

関数設計におけるデータの場所への影響

1. 関数を設計する場合、正しいデータの場所を選択することは、パフォーマンスとコストの両方に影響します。大きなペイロードを受け入れる外部関数は、メモリ割り当てを避けるためにパラメータを calldata として宣言する必要があります。この最適化により、特にトークン転送やバッチ登録などの一括操作を処理するコントラクトの場合、ガスの使用量が削減され、スケーラビリティが向上します。

2. 内部関数とプライベート関数は外部から呼び出されないため、calldata を使用できません。代わりに、データを保持する必要があるかどうかに応じて、メモリまたはストレージに依存します。一時構造を含むローカル計算では、ストレージへの書き込みにかかる高額なコストを回避しながら、メモリの速度の恩恵を受けます。

3. 参照型を正しく割り当てないと、意図しない動作が発生する可能性があります。ローカル変数をストレージとして宣言し、それを状態変数に割り当てると、コピーではなくエイリアスが作成されます。ローカル変数を変更すると元の状態が直接変更されるため、場合によっては望ましいこともありますが、意図せずに変更すると危険です。

4. ソートやフィルタリングなどの複雑な操作は、直接の状態操作が必要でない限り、メモリ コピーに対して実行する必要があります。ストレージ アレイのメモリ スナップショットを作成すると、実行中に一貫性のない状態が変化する危険を冒すことなく、安全に変換できます。処理後、必要に応じて結果をストレージに書き戻すことができます。

よくある質問

calldata 内のデータを変更しようとするとどうなりますか? calldata にあるデータを変更しようとすると、コンパイル エラーが発生します。 Calldata は厳密に読み取り専用で、実行中の変更を許可せずに外部関数呼び出しの入力パラメータを保持するように設計されています。

同じトランザクション内の他の関数からメモリ データにアクセスできますか?いいえ、メモリは実行中の関数から分離されています。同じトランザクション内であっても、各関数呼び出しは独自の新しいメモリ領域を取得します。ただし、1 つの関数呼び出し中にストレージに加えられた状態の変更は、同じトランザクション内の後続の呼び出しから認識されます。

値をメモリにコピーせずにストレージから直接返すことができないのはなぜですか?配列や文字列などの複合型を返す場合、EVM では応答に含める前にそれらをメモリに配置する必要があります。戻り値のためにストレージを直接シリアル化することはできません。したがって、ソースが状態変数であっても、メモリ内の一時コピーが必要です。

calldata に保存できるデータ量に制限はありますか? EVM 仕様には固定サイズの制限は定義されていませんが、実際の制約はブロック ガスの制限によって決まります。呼び出しデータが大きすぎると、トランザクションが高価になりすぎてブロックに含めることができなくなり、現在のネットワーク状態とガス価格に基づいて使用可能なサイズが実質的に制限される可能性があります。