這個系列是目標受眾是區塊鏈開發者和有其他開發經驗的CS專業學生
面對媒體對區塊鏈相關技術的解讀和吹捧,許多人一時不知所措。投資人、大公司都在FOMO(fear of missing out)的心理驅動下,爭相宣佈all in區塊鏈。各路大咖坐而論道,談論區塊鏈技術的社會、政治、經濟乃至哲學上的意義。人類對未知和不懂的東西有種天然的不安全感,作為一名開發人員,我認為克服焦慮(以及帶來的投機心理)最好的方法是儘可能增加對底層的原理及實現的認知。
從技術角度來看,目前不論是比特幣、以太坊,抑或是尚未正式上線的EOS、IPFS,都帶有很強的實驗性質,存在各種侷限,而這種侷限不可避免影響上層應用的開發。區塊鏈應用也大多涉及金融、信用等重要領域,所以深入理解底層原理是對區塊鏈開發者的一個基本要求,而不僅僅是跟著教程10分鐘部署一段智慧合約,特別是早期各種技術未成熟的情況下,生搬硬套稍不留心就會造成極大的損失。
本系列的第一篇文章,主要是以比特幣為代表的加密貨幣架構(區塊鏈1.0),和以以太坊為代表的可程式設計分散式信用基礎設施(區塊鏈2.0)的核心差異之一——是否支援圖靈完備的語言,來看看區塊鏈技術架構的演進。
比特幣和以太坊的淵源:對幣圈和鏈圈的人來說,Vitalik Buterin(1994年出生)是無可爭議的大神。很多人可能不知道,V神作為早期比特幣社群的活躍成員,一開始提議bitcoin需要開發通用的指令碼語言來支援豐富功能的應用開發,但沒有獲得比特幣開發團隊的支援。於是重起爐灶,2013年發起以太坊專案,有了今天的繁榮的加密token、收藏品遊戲、DAO。接下來,我們就先看看,V神不滿的比特幣指令碼系統到底是什麼樣的?
Part I:比特幣指令碼引擎
交易
交易是在區塊鏈世界裡面有很廣泛的含義,在加密貨幣應用中可以狹義理解為比特幣額度在不同地址間的轉移,即轉賬。轉賬是個歷史悠久的行為,但轉賬技術一直在革新。 理解比特幣轉賬模型尤其重要,因為比特幣指令碼引擎建立在該模型之上。
兩種轉賬方式
1、簡化下的傳統中心式轉賬:alice(A賬戶)轉賬到bob(B賬戶)x元,銀行需要原子化的操作balance[A]-=x,balance[B]+=x
,當然隱含條件是alice完成了對A賬戶的認證。
2、一種解釋比特幣交易原理的說法:
網路中每個節點維護獨立的資料庫,記錄著每個地址的餘額,如果Alice(addressA的擁有者)想向Bob(addressB的擁有者)轉賬x元,她會在網路中廣播出去"addressA gives X units to addressB",帶上pubkeyA,用privatekeyA簽名。每個節點收到後,校驗成功後,在各自資料庫中執行原子化操作balance[addressA]-=x,balance[addressB]+=x
。(注:實際地址由pubkey生成,這裡為簡化省略)。
上面1在現實中佔據主流,有成熟的擴充套件方案,但中心化不可避免帶來成本、平臺作惡等問題; 2的描述來自於b-money, an anonymous, distributed electronic cash system(這篇文章非常之重要,深刻影響了中本聰對比特幣的設計),但在當時無法實踐,因為重度依賴於一個同步、不受干擾的網路環境,否則保持一致性難度很大。而且這種分散式資料庫提交問題(Byzantine Problem),現有的一致性演算法paxos、raft(non-byzantine)包括pbft(byzantine)擴充套件性都無法支撐比特幣上萬的節點數。
比特幣交易模型的設計
關於比特幣交易模型最早來自於中本聰的 Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System。中本聰實際提出了兩種chain,大家現在一直說的區塊鏈(chain of blocks)是顯式的資料組織方式,另一個隱式的是交易鏈(chain of transactions)才是比特幣價值流動的鏈條。
如圖,最早的交易描述模型:
如果Alice(addressA的擁有者)想向Bob(addressB的擁有者)轉賬x元,她同樣需要把這個交易簽名後在網路中廣播出去。不同的是,addressA的餘額,並非儲存在各個節點的資料庫裡,而是在別人給addressA轉賬的未花費交易輸出中,即UTXO(unspent transaction output)。我們查詢addressA的餘額,實際得到的是所有收款地址是adressA的UTXOs的額度的求和。廣播內容類似"addressA(combining UTXO1...UTXO3) gives X units to addressB",帶上pubkeyA,用privatekeyA簽名。 交易在網路中被確認後,Bob就會多了一個可用UTXO。如果他想花費這筆錢,需要證明自己擁有addressB對應的privatekeyB,那麼Bob也用私鑰簽名。這樣交易就成了一串簽名的鏈條。
顯然這裡有三個問題:
1.如果任意的交易的input都需要某個之前交易的輸出,那麼最初比特幣從哪裡來?
所以在位元交易中,有種叫做coinbase的交易,就是我們所周知的挖礦獎勵。比特幣的產生就通過挖礦演算法生成,這裡的input來自於系統獎勵。實際上還會校驗coinbase是否是"mature"的,即該塊是否經過足夠的確認。在比特幣中如果最終沒有歸入最長鏈,那麼會作為orphan塊被棄,獎勵也作廢。
2.判斷一個交易輸出是否是UTXO需要回溯整個區塊鏈嗎?
不需要,因為交易按照merkel tree的結構組織,決定了從整個區塊鏈資料庫中查詢一個交易會非常低效。UTXOs專門儲存在leveldb的資料庫chainstate中,並且快取在記憶體中。每當一個新的block生成,就會更新UTXOs集;當某個節點發生鏈重建現象,會回滾該過程。這裡需要注意的是,UTXOs集不是待確認交易池(TxMemPool),而是所有待確認交易的input來源;UTXOs理論上也可以通過--reindex從整個區塊鏈中重建。
3.Alice的賬戶餘額來自於四個UTXO,分別是0.05,0.2,0.2,0.3,現在需要轉帳0.6給Bob,怎麼辦?
理論上Alice可以三次轉,但實際上很不明智,既要多付手續費,體驗也差,所以交易Input可以包括多個UTXO,如何選擇UTXO組合有專門的分析;多個Input之和不一定恰好等於轉賬金額Output1,還需要一個找零錢refund(Output2),當然還會有手續費fee(Output3),所以交易會包括多個Output。當然對於使用者來說,只需要設定轉賬地址、額度、手續費,組合UTXO、找零等是透明的。
注:以太坊摒棄了UTXOs模型,採用類似於bmoney的賬戶正規化。具體原因等到介紹以太坊虛擬機器設計中再分析。
做了這麼多鋪墊,終於可以進入比特幣的指令碼設計了。
Script opcodes
比特幣交易由一套指令碼引擎(Script)處理。這裡引用bitcoin-core原始碼interpreter.cpp裡的一段註釋:
/**
* Script is a stack machine (like Forth) that evaluates a predicate
* returning a bool indicating valid or not. There are no loops.
*/
複製程式碼
Script是一種類Forth、基於棧式模型、無狀態的、非圖靈完備的語言。 opcodes分為常量、流程控制、棧操作、算術運算、位運算、密碼學運算、保留字等若干類,還包括3個內部使用的偽指令。下面舉幾個在後面的指令碼中會出現的指令,全部的指令可參考官方文件和原始碼。
- OP_0 ... OP_16: 將字面量值壓入棧中。
- OP_DUP: 將棧頂元素複製一個,壓入棧中。
- OP_ADD: 彈出棧頂元素和次棧頂元素,相加後壓入棧中。
- OP_EQUAL: 彈出棧頂元素和次棧頂元素,比較是否相等,相等則將1壓入棧中,否則壓入0。
- OP_SHA256: 彈出棧頂元素,進行sha-256加密運算,結果壓入棧中。
- OP_HASH160: 彈出棧頂元素,先進行sha-256加密運算,再進行ripemd160摘要運算,結果壓入棧中。值得注意的是,這是基於公鑰生成address的過程的一部分。
- OP_CHECKSIG: 彈出棧頂元素和次棧頂元素,這裡分別是sig和pubkey;內部有個VerifySignature函式,驗證簽名和公鑰是否匹配。
- OP_CHECKMULSIG:棧內壓入m個簽名,n個公鑰,逐一校驗m個簽名是否對應n個公鑰的某個子集。
Pay-to-PubkeyHash(P2PKH)
上面Alice轉載給Bob的例子,就是一個典型的P2PKH。中本聰在論文中只是給出了交易模型,下面看看更具體的實現。
如上圖,Alice在轉賬給Bob前,Bob需要提供一個自己的收款地址,但實際P2PKH中使用的是Public Key Hash。這裡簡單補充下key生成過程,如下圖,私鑰單向生成公鑰,公鑰通過OP_HASH160指令生成160位的PKH(公鑰雜湊),PKH可以轉成更可讀使用者使用的地址,但編碼、校驗過程等是雙向的。所以提供地址等價於提供PKH。
下圖,Alice轉賬給Bob的錢鎖定在TX1 Output中,通過一個Pubkey Script。Bob如果嘗試花掉這筆錢,他需要解鎖這個PubkeyScript,通過證明自己是TX1 Output中Public Key Hash的私鑰擁有者,提供一個Signature Script。下面就是這兩個指令碼。
鎖定指令碼:
scriptPubKey: OP_DUP OP_HASH160 <pubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
解鎖指令碼:
scriptSig: <sig> <pubKey>
複製程式碼
上面包括在<>之間的為要壓入棧中的數,push指令預設。實際執行時,會將scriptSig和scriptPubkey連線起來,按照從左往右順序執行指令碼。
驗證過程:
<sig> <pubKey> OP_DUP OP_HASH160 <pubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG
複製程式碼
棧上的情況如下面兩圖所示。有彙編基礎的同學,對棧式計算機模型的運作原理會很熟悉。
generation 獎勵礦工
獎勵礦工可以看作一種簡化的P2PKH,區別在於交易的輸入來自coinbase而不是某個UTXO。
Pay-to-Script-Hash(P2SH)
P2PKH設計比較簡單,接受者Bob直接提供收款地址。實際的價值流通過程中,會涉及很多條件。為了滿足更復雜的功能,BIP12中提出加入OP_EVAL指令(在程式語言設計中,eval意味著語言具備了超程式設計能力),並在之後由BIP16提出了更完善的交易標準P2SH。
收款方Bob需要先設計一個RedeemScript——提款指令碼,再生成該指令碼的Hash,提供給Alice。
Bob如果想花費該筆UTXO,則需要提供簽名和RedeemScript,校驗成功後執行RedeemScript的內容,滿足條件後則成功解鎖。
下面的redeemScript結合具體場景設計。後面結合智慧合約的應用給出相應的例子。
鎖定指令碼:
Pubkey script: OP_HASH160 <Hash160(redeemScript)> OP_EQUAL
解鎖指令碼:
Signature script: <sig> [sig] [sig...] <redeemScript>
複製程式碼
在P2SH交易中,由於Bob提供的是一段指令碼的Hash,那麼Alice實際上不知道這筆交易的細節,交易的具體內容需要Bob來設計。這就是所謂的*"moving the responsibility for supplying the conditions to redeem a transaction from the sender of the funds to the redeemer. They allow the sender to fund an arbitrary transaction, no matter how complicated, using a 20-byte hash"。*這在設計上也不是說沒有爭議的,但是在比特幣的技術框架下,是一種以最小的改動支援更多的特性的路徑。
比特幣的智慧合約
雖然一提起智慧合約,人們更多會想起來以太坊。但正如前面提到的,技術發展是一脈相承。早在1997年Nick Szabó在開創性的論文 Formalizing and Securing Relationships on Public Networks中提出了智慧合約的概念。比特幣的指令碼系統支援有限的智慧合約的開發,主要通過P2SH交易實現的。
MultiSig 多重簽名
BIP11提出了M-of-N多重簽名交易。一個交易的解鎖條件是預定指定的N個pubkey中的M個簽名認證(M<=N)。P2PKH可以看作1-of-1的簽名。多重簽名在增加安全、託管交易等場景下十分有用。所以比特幣中專門實現了OP_CHECKMULTISIG
的指令。可以通過下面的指令碼設計來實現。
鎖定指令碼:
Pubkey script: <m> <A pubkey> [B pubkey] [C pubkey...] <n> OP_CHECKMULTISIG
解鎖指令碼:
Signature script: OP_0 <A sig> [B sig] [C sig...]
複製程式碼
如果使用P2SH交易,也可以設計成如下指令碼。
鎖定指令碼:
Pubkey script: OP_HASH160 <Hash160(redeemScript)> OP_EQUAL
解鎖指令碼:
Signature script: OP_0 <A sig> <C sig> <redeemScript>
其中:
Redeem script: <OP_2> <A pubkey> <B pubkey> <C pubkey> <OP_3> OP_CHECKMULTISIG
複製程式碼
Gavin Andresen寫了一個2-of-3的多重簽名交易的使用例子,十分詳細,我就不搬運了。
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Part II:以太坊虛擬機器
區塊鏈正規化
Gavin Wood在黃皮書中將區塊鏈系統抽象為基於交易的狀態機:
公式(1)中S是系統內部的狀態集合,f是交易狀態轉移函式,T是交易資訊,初始狀態即Gensis狀態;
公式(2)中F是區塊層面狀態轉移函式,B是區塊資訊;
公式(3)定義B是一系列交易的區塊,每個區塊都包括多個transaction;
公式(4)G是區塊定稿函式,在以太坊中包括uncle塊校驗、獎勵礦工、POW校驗等。
這個數學模型不僅是以太坊的基礎,也是目前大多數基於共識的去中心化交易系統的基礎。
以太坊相對比特幣的提升,本質體現在這個正規化中的f和S。它的核心理念——具備圖靈完備和不受限制的內部交易儲存空間的區塊鏈。分別對應:
- 功能強大的函式f,能夠執行任何計算,比特幣不支援loop;
- 狀態S記錄任意型別的資料(包括程式碼),而比特幣的UTXO模型只能計算出地址的可花費額度。
資料結構
在資料儲存方面,比特幣通過UTXO模型計算地址餘額,不鼓勵使用者存入其他資料;通過P2SH指令碼機制,理論上可以設計各種智慧合約,但受限於指令碼語言的表達能力,難以支援複雜的合約開發。這種設計對於加密貨幣來說是合理的。
以太坊為了支援記錄任意的資訊、執行任意函式,需要重新設計資料結構。
Merkle Patricia Trie
以太坊中重度使用Merkle Patricia Trie組織、儲存資料,下面我們會看到,這個新的資料結構是通過對雜湊樹和字首樹的組合創新來達到目的。
約定:下面使用MPT來代替Merkle Patricia Trie。
Merkle Tree
又稱hash tree:樹的每個葉子結點是某個資料塊的雜湊值,而每個非葉子結點是孩子結點的雜湊值。如圖所示,這棵樹不儲存Data blocks本身。在P2P網路環境中,惡意網路節點如果修改了這顆樹上的資料,將無法通過校驗(Merkle Proof),從而保證了資料的完整、有效性。這依賴於單向雜湊加密的性質。這種性質讓它廣泛應用在分散式系統的資料校驗中,比如IPFS、Git等。
中本聰也巧妙利用該性質,設計了比特幣的SPV(簡化支付驗證)功能。如下圖,使用者不需要執行完整的結點,只需要下載最長鏈的區塊頭資料,然後獲取待驗證交易對應區塊的merkle樹做校驗。Patricia Trie
又叫Radix Trie,是字首樹的空間優化變種:如果樹上某個節點是其父節點的唯一子結點,則這兩個結點可以合併起來。它在這裡的應用是對長整型資料的對映,由某個20bytes的以太坊地址對映到其賬戶,形如<Address,Account>,Address會加密編碼成16進位制的數字——在Patricia Trie上,表現為非葉結點連成的路徑。
比如,在Patricia Trie上儲存<"dog","Snoopy">,"dog"會被編碼為"64 6f 67",先找到根節點,則查詢路線為root->6->4->6->15->6->7->value,value也就是一個指向"Snoopy"的hash。這種方式相對hash表的好處在於不會出現衝突;但如果不做優化,查詢步驟太長。
改良點
為了提高效率,以太坊對樹上結點資料型別進行了專門的設計。包括以下四類結點
- null結點 代表空字串
- branch結點 17個元素的非葉節點,形如<i0,i1...i15,v>
- leaf結點 2個元素的葉結點,形如<encodedPath,value>,encodedPath是地址加密編碼後的長整型數字串的一部分
- extension結點 2個元素的非葉結點,形如<encodedPath,k>,extension的作用是把沒有分叉的路徑上結點合併起來,節省空間資源 如圖,是一個簡化的狀態樹(狀態樹後文很快會詳細解釋,這裡不妨礙作示意圖),右上角就是<地址,餘額>的對映。prefix項的作用是輔助編碼,可以忽略。4個賬戶的地址,按照MPT組織起來。其中所有的extension節點只是優化作用,都可以用多個branch結點替代。
使用MPT需要有後端資料庫(以太坊中使用levelDB)維護每個結點間的連線關係,這個資料庫叫做狀態資料庫。使用MPT的好處包括:(1)這個結構的根節點是加密的且依賴於所有的內部資料,它的雜湊可以用於安全性校驗,這是merkle樹的性質,但和merkle樹不儲存資料塊本身不同的是,MPT樹結點儲存了地址資料,這是Patricia樹的性質(2)允許任何一個之前狀態(根部雜湊已知的條件下)通過簡單地改變根部雜湊值而被召回。
狀態
上面在解釋MPT時已經介紹了狀態樹的概念。以太坊中的世界狀態(World State)的概念,通過MPT對映儲存去中心化交易系統記錄的任意狀態。這對應了區塊鏈正規化中的S,是以太坊設計的一個核心概念。
如圖,一個簡化的區塊中有三個root hash,對應三棵MPT。其中state root就是狀態樹的根雜湊,它是地址(160bit)到賬戶資料(Account,序列化儲存在levelDB)中。每次有效的交易都會導致狀態變化,比如圖中簡單示意了Account175的balance從27變為45,而所有其他的賬戶多沒有發生交易,那麼block175224只需要新建Account175相關分支上的資料,而其他分支不需要複製!當然以太坊主網上新區塊包含的交易大概為幾十到幾百不等,那麼涉及的修改也會更多。關於這種結構效能上的討論參考這篇文章。查詢最新的賬戶狀態的入口應該是最新被確認的區塊的狀態樹。對以太坊的賬戶模型需要專門做個介紹。
Account
比特幣使用UTXO模型計算餘額,無法滿足記錄任意狀態的需求。以太坊設計了Account模型,它會儲存包括:
[nonce, balance, storageRoot, codeHash]
其中nonce是交易計數器,balance是餘額資訊,storageRoot對應另外一個MPT,通過它能夠在資料庫中檢索到合約的變數資訊,codeHash是程式碼hash值,建立後不可更改。
- 外部賬戶(externally owned accounts)
外部賬戶由私鑰控制,對應Account模型裡,storageRoot、codeHash並不存在,也就是不會儲存、執行程式碼。如果只有外部賬戶,那麼以太坊只能支援轉賬功能。 - 合約賬戶(contract accounts)
合約賬戶可以通過外部賬戶發起交易建立,也可以是由另一個合約賬戶建立。合約賬戶在收到訊息呼叫時,會載入程式碼,通過EVM執行相應的邏輯,修改內部儲存的狀態。
交易
在UTXO模型下,交易本質上是(通過簽名的資料)對input的解鎖和對output的鎖定。在Account模型下,交易分為兩種:
- 建立合約,通過程式碼建立新的合約
- 訊息呼叫,可以轉賬也可以觸發合約的某個函式
兩種型別的交易都包括以下欄位:
[nonce,gasPrice,gasLimit,to,value,[v,r,s]]
- nonce: 賬戶發出交易數量
- gasPrice,gasLimit: 用於限制交易執行時間,防止程式死迴圈
- to:交易的接受者
- value:轉賬額度,如果是建立合約,就是捐贈給合約的額度
- v,r,s:交易簽名相關資料,可以用來確定交易傳送者
合約建立還需要:
- init:一段不限大小的位元組陣列表示的EVM程式碼,僅在合約建立時執行一次;init執行後返回body程式碼片段,之後的合約呼叫都會執行body程式碼內容。 合約賬戶的地址由sender和nonce共同決定,所以任意兩次成功的合約部署得到的地址都是不同的。從上圖能看出,程式碼和狀態的儲存是分開的。實際上編譯後的位元組碼會儲存在一個virtual ROM中,且不可修改。
訊息呼叫還需要:
- data:一段不限大小的位元組陣列,表示訊息呼叫時的輸入 訊息呼叫會修改賬戶的狀態,可能是EOA賬戶也可能是合約賬戶。
交易既可以由外部賬戶發起,也可以由合約發起。比如第5228886區塊包含170個交易和7個內部合約交易。
區塊
以太坊的區塊了加入更多的資料項,相對比特幣要複雜很多,但其實本質上區別不大。比如加入了叔鏈雜湊,優化激勵措施,這是為了支援挖礦協議;區塊本身還會有大量的有效性驗證、序列化。這些內容不在本文主題範圍,不深入討論。
參見上面這張圖的右半部分,一窺以太坊區塊如何組織資料,能看到MPT樹的大量使用;左半部分涉及到EVM,將會是接下來的重點。EVM設計與執行
以太坊虛擬機器(Ethereum Virtual Machine)是執行以太坊的狀態轉移函式的執行環境。 有個簡單的問題,以太坊是否可以不專門開發一款底層VM,而是複用Java、Lisp、Lua等呢?理論上是完全可以的,Corda專案就完全基於JVM平臺開發。但是更多的區塊鏈專案會選擇專門開發底層設施,包括比特幣的指令碼引擎。以太坊官方給出的解釋:
- 以太坊的VM規格更簡單,而別的通用VM有很多不必要的複雜性
- 容許定製開發,比如32bytes的字
- 避免其他VM帶來的外部依賴問題,可能導致安裝困難
- 採用其他VM,需要做完全的安全性審查,權衡下不一定能省多少事
記憶體模型
EVM也是基於棧式計算機模型,但除了stack外還涉及memory和storage:
- stack 棧上元素大小為32bytes,這和一般的4bytes,8bytes不同,主要是針對以太坊運算物件多為20bytes的地址和32bytes的密碼學變數;棧的大小不超過1024;棧的呼叫深度不超過1024,主要防止出現記憶體溢位。
- memory 雖然運算都在棧上進行,但臨時變數可以存在memory裡,memory大小不做限制
- storage 狀態變數都放在storage裡,不像stack和memory上的量隨著EVM例項銷燬消失,storage裡面的資料修改後都會持久化
如圖,是一個EVM架構的示意圖,這種設計對以太坊應用開發有著深遠的影響,包括設計模式和安全考量。
一個經典的問題是合約的升級:
合約部署後編譯成位元組碼儲存在virtual rom中,程式碼是不可修改的,這對很多DAPP來說是嚴重的制約。一種思路是,將程式碼分佈在不同的合約中,合約間呼叫通過儲存在storage中的地址來進行,這樣實現了實際上的合約升級操作。
執行模型
EVM準確來說是一個準圖靈機,文法上它能夠執行任意操作,但為了防止網路濫用、以及避免由於圖靈完整性帶來的安全問題,以太坊中所有操作都進行了經濟學上的限制,也就是gas機制,有三種情況:
- 一般操作消耗費用,比如SLOAD,SSTORE等
- 子訊息呼叫或者合約建立而消耗燃料,這是執行CREATE、CALL、CALLCODE費用中的一部分
- 記憶體使用消耗費用,與所需要的32bytes的字數量成正比
下圖展示了EVM執行的內部流程,從EVM code中取指令,所有的操作在Stack上進行,Memory作為臨時的變數儲存,storage是賬戶狀態。執行受到gas avail限制。
現在結合EVM我們再來看看之前介紹的交易的執行細節。正如區塊鏈正規化定義的,T是以太坊狀態轉移函式,也是以太坊最複雜的部分。所有的交易在執行前,都需要先經過內部的有效性驗證:
- 交易是RLP格式資料,沒有多餘的字尾位元組;
- 交易的簽名是有效的;
- 交易的隨機數是有效的;
- 燃料上限不小於實際交易過程中用的燃料;
- 傳送者賬戶的餘額至少大於費用v0,需要提前支付;
下圖是訊息呼叫的過程,每個交易可能會形成很深的呼叫棧,交易內部由不同的合約之間的呼叫。呼叫通過CALL指令,引數和返回值通過memory傳遞。
錯誤處理
EVM在合約執行時會發生若干種錯誤:
- 燃料不足
- 無效指令
- 缺少棧資料
- 指令JUMP JUMPI的目標地址無效
- 新棧大小大於1024
- 棧呼叫深度超過1024
EVM的錯誤處理有個簡單的原則,叫做revert-state-and-consume-all-gas,即狀態恢復到交易執行前的checkpoint,但消耗的gas不會再退還。虛擬機器把錯誤全看作是程式碼出錯,不作特定的錯誤處理。
EVM分析工具
關於EVM分析的工具可以參考Ethereum Virtual Machine (EVM) Awesome List
類EVM的圖靈完備虛擬機器(WIP)
完整的EVM規格是很複雜的,但具備一定的彙編基礎和簡化模型的能力,實現一個類EVM的虛擬機器是可以嘗試的挑戰。等有空我再把自己的實現放上來吧。有興趣的同學可以自己動手試試。
參考
1.A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform
2.ETHEREUM: A SECURE DECENTRALISED GENERALISED TRANSACTION LEDGER
3.Design Rationale
4.Stack Exchange: Ethereum block architecture
5.Go Ethereum
6.evm-illustrated
7.Diving Into The Ethereum VM