譯文出自:登鏈翻譯計劃
譯者:翻譯小組
校對:ARC_hunk
如果您曾嘗試過在以太坊上開發智能合約,或者至少了解過相關內容,那么你也許會聽說過“EVM”,該術語是“以太坊虛擬機”的縮寫。就本質而言,虛擬機在代碼和機器之間創建了一層抽象,以此提升軟件的可移植性,同時確保應用程序與主機、其他應用之間的隔離性。
創建智能合約
智能合約通常使用Solidity編寫,這是一種類似于JavaScript和C的語言。其他合約編程語言則包括Vyper和Bamboo等。在Solidity發布之前,Serpent和Mutan也曾被使用過。
智能合約示例(TheGreeter):
pragmasolidity>=0
}contractGreeterisMortal{/*定義greeting變量,它的類型*/stringgreeting;/*合約運行的時候被執行*/constructor(stringmemory_greeting)public{greeting=_greeting;}/*主函數*/functiongreet()publicviewreturns(stringmemory){returngreeting;}}
Solidity這樣的智能合約語言無法直接被EVM所執行,他們需先被編譯為低級的機器指令。
操作碼
從內部來看,EVM通過一組指令來執行特定任務,這組指令被稱為操作碼。在本文編寫之時,目前共有140個不同的操作碼,它們使得EVM圖靈完備,即在給定足夠資源的前提下,足以完成任何計算。由于操作碼為1字節大小,最多只可能有256個字節碼。簡單起見,我們可將所有操作碼歸為如下幾類:
以太坊虛擬機開發商Neon已在美國紐約安裝NFT自動售貨機:2月23日消息,基于Solana區塊鏈的以太坊虛擬機開發商Neon在美國紐約市曼哈頓約翰街29號運行了一臺NFT自動售貨機,該機器于去年12月試運行,目前已全天24小時開發,收集者可使用法幣購買Solana NFT。此前消息,Solana上以太坊虛擬機開發商Neon Labs于去年11月份完成4000萬美元的融資。(Decrypt)[2022/2/23 10:10:14]
棧操作相關的字節碼
運算/比較/位操作相關的字節碼
環境相關的字節碼
內存操作字節碼
存儲操作字節碼
程序計數器相關的字節碼
終止相關的字節碼
Byzantium分支中的全部操作碼,包括Constantinople版本所計劃的
字節碼
為了有效的保存操作碼,操作碼會被編碼為字節碼。每個操作碼被賦予一個特定字節。我們來看一下這個字節碼:0x6001600101
字節碼、拆分后的字節、對應的操作碼,還有當前的棧
在執行時,字節碼會被拆分為多個字節。位于0x60-0x7f范圍內的字節,會以其他方式處理,因為它們包含壓棧的數據,這些數據會被添在操作碼后面,而不會被當作單獨的操作碼。
第一個指令是0x60,它的含義是PUSH1。因此,我們知道要壓入的數據是1字節長,故我們將下一個字節壓入到棧上。現在,棧上已包含了一個數據項,我們來執行下一條指令。由于我們知道0x01屬于PUSH指令的一部分,下一條我們要執行的指令是另一個0x60,外加同樣的數據。此時棧上包含了兩個相同的數據項。最后一個指令是0x01,它對應ADD操作碼。這一條指令會從棧上取2個數據項,然后將它們之和壓入到棧上,使棧上目前只包含一個數據項:0x02.
以太坊第一大客戶端Geth已100%完成“倫敦”升級同步:金色財經報道,據ethernodes數據顯示,以太坊第一大客戶端Geth(652個)目前已100%完成“倫敦”升級同步。截止目前,以太坊前三大客戶端Geth、Openethereum(488個)和Erigon(96個)均已全部完成“倫敦”升級同步。本文撰寫時,以太坊全網客戶端中99%已完成“倫敦”升級同步,總計1245個。[2021/8/31 22:50:07]
合約狀態
許多流行的高層編程語言允許用戶直接給函數傳參,與此不同的是,底層的編程語言則常用棧來給函數傳遞參數。EVM使用基于256位的寄存器棧,這個棧最近的16個數據項可以被直接訪問和操作。整個棧最多保存1024個數據項。
由于這些限制,復雜的操作碼會轉而使用合約內存來讀寫數據。然而,內存并非持久化的。當合約執行完成后,內存的內容并不會被保存。因此,棧可以看作函數參數,而內存則可看作聲明的變量。
為了能夠長久保存數據,并使其可為將來的合約執行所用,我們可以使用存儲。合約存儲本質上就像是公共數據庫,數據可以被外部讀取,且無需發送任何交易。但是,比之于寫內存,對存儲的寫入操作則昂貴的多。
合約交互的開銷
合約的每次執行,均會在每一個以太坊節點上運行,因此攻擊者可以嘗試創建那種包含大量計算量的合約,以此來降低網絡的速度。為了防止這種攻擊發生,每個字節碼都有相應的基礎gas消耗。此外,一些復雜合約還會收取動態的gas費用。例如,操作碼KECCAK256的基礎開銷是30gas,而其動態開銷為6gas/字。比之于簡單、直接的指令,計算量高昂的指令會收取更多的gas費用。此外,每筆交易一開始便會收取21000gas。
在執行那些降低狀態大小的指令時,gas可以被退還。將一個非零的存儲數值設為0,將會退還15000gas;完整的移除一個合約會退還24000gas。僅當合約執行完成之后,才會退還資金,因為合約自己無法執行償還操作。此外,一筆退款的數額,無法超過當前合約調用所耗費的gas的一半。如果您想對gas有更多了解,您可以閱讀這一篇文章,寫的很好:什么是Gas?
以太坊2.0已激活新測試網Spadina Launchpad和完成對存款CLI工具審計:以太坊 2.0項目負責人Danny Ryan撰文公布以太坊 2.0進展:1.已激活新測試網Spadina Launchpad。Spadina將于9月26日開始與Medalla并行運行三天,以進行公開測試;2.安全研究機構Trail of Bits已完成對存款CLI(eth2.0-deposit-cli)工具的審計。另外,還有很多進行的eth2客戶端軟件也正在接受審核;3.上周和Vitalik Buterin一起提交了階段0升級提案EIP 2982。EIP 2982的發布、最終的v1.0主網參數以及存款合約的發布(有待討論)都是主網啟動之前的里程碑事件。Danny Ryan最后補充稱,以太坊 2.0階段0主網將很快推出,每個參與人員都在做最后的準備。[2020/9/23]
注:倫敦分叉中,gas退還機制有所調整,可參考:EIP-3529:減少gas返還。
在部署智能合約的時候,一個常規的交易會被創建,但不會設置地址。此外,一些字節碼會被添加到輸入數據上,這個字節碼充當了構造函數,它會在runtime字節碼被拷貝到合約代碼前,初始化存儲變量。在部署期間,creation字節碼僅會運行一次,而runtime字節碼會在每一次合約調用時運行。
另一個Solidity合約示例,及部署它所需要的字節碼
我們可以把上述字節碼拆分成三部分:
構造函數
60806040526001600055348015601457600080fd5b5060358060226000396000f3fe
構造函數將初始值寫入存儲中,并將runtime字節碼拷貝到合約內存中
運行時
以太坊錢包Monolith Wallet集成交易聚合平臺ParaSwap:基于以太坊的金融服務商Monolith宣布旗下錢包Monolith Wallet已支持去中心化交易聚合平臺ParaSwap等去中心化金融服務。Monolith同時表示將在未來推出更多去中心化金融相關的服務及功能。[2020/6/28]
6080604052600080fdfe
這部分字節碼在合約創建的過程中被寫入內存
元數據
a165627a7a723058204e048d6cab20eb0d9f95671510277b55a61a582250e04db7f6587a1bebc134d20029
Solidity會創建一份元數據文件,它的Swarm哈希會被添加到字節碼尾部。Swarm是一個分布式存儲平臺外,也是內容分發服務,換句話說是一個分布式文件存儲系統。盡管Swarm哈希被納入到了runtime字節碼中,它永遠不會被EVM解釋為操作碼,因為它的位置永遠不會被執行到。目前,Solidity使用下述格式:
0xa10x65'b''z''z''r''0'0x580x200x000x29
因此,在這個例子,我們可以提取出Swarm的哈希:
4e048d6cab20eb0d9f95671510277b55a61a582250e04db7f6587a1bebc134d2
元數據文件包含了合約的各種信息,比如編譯器版本,合約函數等。不幸的是,這是一個實驗中的特性,而且并沒有很多的合約會公開將元數據文件上傳到Swarm網絡上。
反編譯字節碼
為了讓字節碼更便于閱讀,一些項目提供了相應的工具,比如,你可以使用eveem.org或ethervm.io來反編譯主網上的合約。不幸的是,由于編譯器優化的緣故,原始合約中的一些信息會丟失,比如函數名、事件名等。盡管如此,多數函數名還是可以通過對常用的函數名、事件名稱進行暴力枚舉來取得。
Kevin Pham:直到v神離開他才會支持以太坊:BTC支持者Kevin Pham于5月10在社交媒體上表示直到V神離開、以太坊基金會關閉,他才會支持以太坊。他認為v神及以太坊基金會引入了太多的潛在風險。[2018/5/10]
合約調用通常需要一個"ABI"(應用程序二進制接口),這是一份描述了所有函數和事件的文檔,包含了它們的輸入輸出信息。當調用合約函數的時候,函數的簽名通過對函數名及其輸入參數進行哈希并截取前4個字節得到。
Solidity合約示例,及ABI
如上圖所示,HelloWorld函數生成的簽名哈希是0x7fffb7bd。如果我們想調用這個函數,交易數據的開頭就要設置為0x7fffb7bd。函數所需要的參數會按32字節大小,即數據字的大小,添加到交易數據中簽名哈希的后面。如果一個參數包含了超過32字節的數據,例如數組或字符串,該參數將被拆分為多個數據字,并添加到輸入數據中所有其他參數之后。此外,這些數據字的數目,則會單獨編碼到一個數據字中,放在具體內容的數據字前面。在這個參數所對應的位置,放入了參數數據字的起始位置。
總結
以太坊為那些使用Solidity和EVM的應用開發者提供了一套去中心化的生態系統。比之于在傳統服務器上運行程序,使用智能合約來和EVM交互會昂貴一些,但仍然有很多場景,這些場景中,去中心化要比開銷更為重要。如果這篇文章使你對學習開發智能合約產生興趣,可以看下這篇優秀文章:智能合約入門,深入學習Solidity運行原理。感謝閱讀!
參考文章
Wood,G.(2014).Ethereum:AsecuredecentralisedgeneralisedtransactionledgerEthereumFoundation.(2016).SolidityDocumentationSantander,A.,&Arias,L.(2018).DeconstructingaSolidityContractHoward.(2017).DivingIntoTheEthereumVirtualMachine
本翻譯由CellNetwork贊助支持。
參考資料
登鏈翻譯計劃:https://github.com/lbc-team/Pioneer
翻譯小組:https://learnblockchain.cn/people/412
ARC_hunk:https://learnblockchain.cn/people/3904
Solidity:https://github.com/ethereum/solidity
Vyper:https://github.com/ethereum/vyper
Bamboo:https://github.com/cornellblockchain/bamboo
Serpent:https://github.com/ethereum/serpent
Mutan:https://github.com/obscuren/mutan
TheGreeter:https://ethereum.org/en/developers/
圖靈完備:https://en.wikipedia.org/wiki/Turing_completeness
什么是Gas?:https://support.mycrypto.com/gas/what-is-gas-ethereum.html
EIP-3529:減少gas返還:https://learnblockchain.cn/article/2529
元數據文件:https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.2/metadata.html
Swarm哈希:https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Swarm-Hash
eveem.org:https://eveem.org/
ethervm.io:https://ethervm.io/
4byte.directory:https://www.4byte.directory/
keccak256:https://en.wikipedia.org/wiki/SHA-3
智能合約入門:https://learnblockchain.cn/docs/solidity/solidity-by-example.html
Wood,G.(2014).Ethereum:Asecuredecentralisedgeneralisedtransactionledger:https://ethereum.github.io/yellowpaper/paper.pdf
EthereumFoundation.(2016).SolidityDocumentation:https://solidity.readthedocs.io/en/latest/
Santander,A.,&Arias,L.(2018).DeconstructingaSolidityContract:https://blog.zeppelin.solutions/deconstructing-a-solidity-contract-part-i-introduction-832efd2d7737
Howard.(2017).DivingIntoTheEthereumVirtualMachine:https://blog.qtum.org/ping-into-the-ethereum-vm-6e8d5d2f3c30
CellNetwork:https://www.cellnetwork.io/?utm_souce=learnblockchain
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