WTF Opcodes极简入门: 14. 交易指令
我最近在重新学以太坊opcodes，也写一个“WTF EVM Opcodes极简入门”，供小白们使用。
所有代码和教程开源在github: github.com/WTFAcademy/WTF-Opcodes
在这一讲，我们将探索EVM中与交易（Transaction）上下文相关的4个指令，包括ADDRESS, ORIGIN, CALLER等。我们能利用这些指令访问当前交易或调用者的信息。
交易的基本结构
在深入学习这些指令之前，让我们先了解以太坊交易的基本结构。每一笔以太坊交易都包含以下属性：
nonce：一个与发送者账户相关的数字，表示该账户已发送的交易数。gasPrice：交易发送者愿意支付的单位gas价格。gasLimit：交易发送者为这次交易分配的最大gas数量。to：交易的接收者地址。当交易为合约创建时，这一字段为空。value：以wei为单位的发送金额。data：附带的数据，通常为合约调用的输入数据（calldata）或新合约的初始化代码（initcode）。
v, r, s：与交易签名相关的三个值。
在此基础上，我们可以在极简EVM中添加一个交易类，除了上述的信息以外，我们还把一些交易上下文分信息包含其中，包含当前调用者caller，原始发送者origin（签名者），和执行合约地址，thisAddr（Solidity中的address(this)）:
class Transaction:
def __init__(self, to = '', value = 0, data = '', caller='0x00', origin='0x00', thisAddr='0x00', gasPrice=1, gasLimit=21000, nonce=0, v=0, r=0, s=0):
self.nonce = nonce
self.gasPrice = gasPrice
self.gasLimit = gasLimit
self.to = to
self.value = value
self.data = data
self.caller = caller
self.origin = origin
self.thisAddr = thisAddr
self.v = v
self.r = r
self.s = s
当初始化evm对象时，需要传入Transaction对象:
class EVM:
def __init__(self, code, txn = None):
# 初始化其他变量...
self.txn = txn
# 示例
code = b"\x73\x9b\xbf\xed\x68\x89\x32\x2e\x01\x6e\x0a\x02\xee\x45\x9d\x30\x6f\xc1\x95\x45\xd8\x31"
txn = Transaction(to='0x9bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d8', value=10, data='', caller='0xd8dA6BF26964aF9D7eEd9e03E53415D37aA96045', origin='0xd8dA6BF26964aF9D7eEd9e03E53415D37aA96045')
vm = EVM(code, txn)
交易指令
1. ADDRESS
- 操作码：
0x30 - gas消耗: 2
- 功能：将当前执行合约的地址压入堆栈。
- 使用场景：当合约需要知道自己的地址时使用。
def address(self):
self.stack.append(self.txn.thisAddr)
2. ORIGIN
- 操作码：
0x32 - gas消耗: 2
- 功能：将交易的原始发送者（即签名者）地址压入堆栈。
- 使用场景：区分合约调用者与交易发起者。
def origin(self):
self.stack.append(self.txn.origin)
3. CALLER
- 操作码：
0x33 - gas消耗: 2
- 功能：将直接调用当前合约的地址压入堆栈。
- 使用场景：当合约需要知道是谁调用了它时使用。
def caller(self):
self.stack.append(self.txn.caller)
4. CALLVALUE
- 操作码：
0x34 - gas消耗: 2
- 功能：将发送给合约的ether的数量（以wei为单位）压入堆栈。
- 使用场景：当合约需要知道有多少以太币被发送时使用。
def callvalue(self):
self.stack.append(self.txn.value)
5. CALLDATALOAD
- 操作码：
0x35 - gas消耗: 3
- 功能：从交易或合约调用的
data字段加载数据。它从堆栈中弹出calldata的偏移量（offset），然后从calldata的offset位置读取32字节的数据并压入堆栈。如果calldata剩余不足32字节，则补0。 - 使用场景：读取传入的数据。
def calldataload(self):
if len(self.stack) < 1:
raise Exception('Stack underflow')
offset = self.stack.pop()
# 从字符形式转换为bytes数组
calldata_bytes = bytes.fromhex(self.txn.data[2:]) # 假设由 '0x' 开头
data = bytearray(32)
# 复制calldata
for i in range(32):
if offset + i < len(calldata_bytes):
data[i] = calldata_bytes[offset + i]
self.stack.append(int.from_bytes(data, 'big'))
6. CALLDATASIZE
- 操作码：
0x36 - gas消耗：2
- 功能：获取交易或合约调用的
data字段的字节长度，并压入堆栈。 - 使用场景：在读取数据之前检查大小。
def calldatasize(self):
# Assuming calldata is a hex string with a '0x' prefix
size = (len(self.transaction.data) - 2) // 2
self.stack.append(size)
7. CALLDATACOPY
- 操作码：
0x37 - gas消耗：3 + 3 * 数据长度 + 内存扩展成本
- 功能：将
data中的数据复制到内存中。它会从堆栈中弹出3个参数(mem_offset, calldata_offset, length)，分别对应写到内存的偏移量，读取calldata的偏移量和长度。 - 使用场景：将输入数据复制到内存。
def calldatacopy(self):
# 确保堆栈中有足够的数据
if len(self.stack) < 3:
raise Exception('Stack underflow')
mem_offset = self.stack.pop()
calldata_offset = self.stack.pop()
length = self.stack.pop()
# 拓展内存
if len(self.memory) < mem_offset + length:
self.memory.extend([0] * (mem_offset + length - len(self.memory)))
# 从字符形式转换为bytes数组.
calldata_bytes = bytes.fromhex(self.txn.data[2:]) # Assuming it's prefixed with '0x'
# 将calldata复制到内存
for i in range(length):
if calldata_offset + i < len(calldata_bytes):
self.memory[mem_offset + i] = calldata_bytes[calldata_offset + i]
8. CODESIZE
- 操作码：
0x38 - gas消耗： 2
- 功能：获取当前合约代码的字节长度，然后压入堆栈。
- 使用场景：当合约需要访问自己的字节码时使用。
def codesize(self):
addr = self.txn.thisAddr
self.stack.append(len(account_db.get(addr, {}).get('code', b'')))
9. CODECOPY
- 操作码：
0x39 - gas消耗：3 + 3 * 数据长度 + 内存扩展成本
- 功能：复制合约的代码到EVM的内存中。它从堆栈中弹出三个参数：目标内存的开始偏移量（
mem_offset）、代码的开始偏移量（code_offset）、以及要复制的长度（length）。 - 使用场景：当合约需要读取自己的部分字节码时使用。
def codecopy(self):
if len(self.stack) < 3:
raise Exception('Stack underflow')
mem_offset = self.stack.pop()
code_offset = self.stack.pop()
length = self.stack.pop()
# 获取当前地址的code
addr = self.txn.thisAddr
code = account_db.get(addr, {}).get('code', b'')
# 拓展内存
if len(self.memory) < mem_offset + length:
self.memory.extend([0] * (mem_offset + length - len(self.memory)))
# 将代码复制到内存
for i in range(length):
if code_offset + i < len(code):
self.memory[mem_offset + i] = code[code_offset + i]
10. GASPRICE
- 操作码：
0x3A - gas消耗：2
- 功能：获取交易的gas价格，并压入堆栈。
- 使用场景：当合约需要知道当前交易的gas价格时使用。
def gasprice(self):
self.stack.append(self.txn.gasPrice)
总结
在这一讲，我们详细介绍了EVM中与交易有关的10个指令。这些指令为智能合约提供了与其环境交互的能力，使其能够访问调用者，calldata，和代码等信息。目前，我们已经学习了144个操作码中的126个！