前言
这是我学习区块链入门时做的笔记(基于 0.8.7 版本),基本涵盖了编写合约所需常用知识,由于做智能合约安全方面的研究需要精通 Solidity 和 以太坊原理,因此做的笔记比较详实。
这些笔记基于阅读英文文档,参考中文文档和 stack overflow 以及相关教程,我根据学习者的接受新知识的顺序,对文章结构做了适当优化。
这篇文章既可以作为新手入门(因为啃英文文档并且搜索信息并不是容易的事情),也可以作为快捷的检索帮助文档(官方文档的翻译某些部分比较难以理解)。建议使用电脑端阅读。
初稿完成时,都还没学 C 语言,只是一知半解的边学边记。在大二上学期的寒假,我重新整理了一遍,修正了部分错误,将拗口的表述转化成习惯表述,补充了文档中缺少的范例,根据经验突出需要强调的注意事项,使得读者可以跟容易的学习。
本文共计接近 7 万字,如果觉得有帮助点赞关注呀,我将会继续写智能合约的攻击方式、以太坊虚拟机原理、字节码的深入探索等等,逐渐完善知识体系,并且会分享读论文时的前沿理论。
参考:
智能合约介绍
智能合约架构
合约自底向上可以分为基础设施层、合约层、运维层、智能层、表现层、应用层。如图所示
- 基础设施层主要是合约的可信执行环境,包括共识机制、激励机制等等。
- 合约层封装了静态的智能合约对象,包括合约对象、只读调用方式对象、只写调用方式对象。详细一点地说,有满足条件时触发地响应规则,对外暴露的接口等。
- 运维层封装了对静态的合约数据的动态操作,例如形式化验证、安全审查、销毁等。
- 智能层主要封装了各类为了满足业务需求的各类算法。虽然现在的智能合约具有局限性,计算密集型任务难以胜任,但是随着认知计算、小样本学习、合约模型优化等技术的发展,将会出现一定的智能性。
- 表现层主要是合约在具体应用中的表现形式,合约类似于应用的接口,它可以用于各类业务场景。
- 应用层主要是合约在具体领域的应用。
运行机制大致如下
EVM 是以太坊虚拟机,也是状态机,通过 oracles 预言机获取链外信息,然后智能合约编写”如果…就执行…“的算法,改变 EVM 的状态。
链外的用户也可以通过交易调用合约,它们也可以作为矿工生成区块,区块生成后通过共识机制广播到其他节点,最终确认后形成区块。
合约的执行环境
在以太坊中,EVM 是合约的执行环境。操作系统上安装 geth 之类的区块链节点客户端,客户端维持 EVM, EVM 维护着可信的执行环境。
EVM 是无寄存器、基于栈的虚拟机,他的存储空间有三类,stack、memory、storage。stack 和 memory 都是临时存储,在智能合约运行时有效,当运行结束后回收;storage 是永久性存储,因此它的操作更消耗计算资源,gas 也高得多。
stack 是运行时必须的资源,以 32 字节为一组访问(以太坊是 256 位的虚拟机),Solidity 规定不能够超过 1024 层。memory 主要是临时存储数组、字符串等较大的数据,以 1 个字节为 1 组,更加灵活。这样的储存空间分类,同样在 Solidity 中有所体现。
智能合约的静态数据存储在虚拟机的状态中,包含函数选择器和函数入口,当调用合约代码的某个函数时,就会通过函数签名匹配入口和参数。
合约的属性
gas 机制
gas 用于衡量每一项操作消耗的计算资源,如果 gaslimit 小于消耗的 gas 的话,执行会失败,状态回滚到调用之前,消耗的 gas 不会退还。
异常传递机制
对合约的调用可以分为内部调用和外部调用。内部调用只需要在 EVM 中跳转到对应位置即可,效率更高。而外部调用需要用 CALL 向其他合约发送消息,消息的格式需要满足外部合约的接口规范。外部调用时执行失败,不会传递到当前合约,指挥返回布尔值。这也是造成重入攻击的原因。
委托调用
DELEGATECALL 指令也可以调用外部合约的函数,它的特点是调用外部合约的函数时,这个函数的上下文信息是当前合约的,也即当前合约将自身状态注入被调用的合约。这也造成和风险,因为一旦拥有当前合约的上下文状态,那么就很容易做坏事。
合约无法修改
代码一经转换成 ABI 和字节码,部署上链后,就无法修改。
调用序列
每个合约有自己的全局变量和状态,一个交易可能触发一整条调用序列。例如 A 合约调用 B 合约和 C 合约,B 合约调用 C 合约,C 合约调用 D 合约和 A 合约,这样复杂的调用会改变参与的合约的状态。这样的执行顺序给静态分析带来了许多挑战。
原文始发于learner L:(一)初步理解智能合约