比特幣指令碼語言

tualala發表於2018-12-10
比特幣指令碼

指令碼是一種簡單的指令碼語言，也是比特幣交易處理的核心。如果你曾經寫過彙編程式碼，你會發現這篇文章很容易理解，而且可能是有趣的；否則它可能是特別具挑戰性的。所以請保持專注！

遇上機器碼

指令碼是計算機程式，作為程式設計師，你當然知道程式是什麼。程式接受輸入，執行一段時間，然後返回輸出。程式語言是我們編寫計算機能理解的程式的工具，因為大多數語言都帶有編譯器，可以將人性化的程式碼對映到CPU來操作，所以也稱為操作碼。

操作碼

操作碼包括記憶體操作，數學，迴圈，函式呼叫以及在程式程式語言（如C）中找到的所有內容。它們構成CPU的口語，即所謂的機器碼。由於位元組是計算機的首選習慣用法，因此操作碼也是位元組。結果就是，機器碼錶示要在CPU上執行的操作的位元組串。

在像C這樣的高階程式語言中考慮這段程式碼：

x = 0x23;
x += 0x4b;
x *= 0x1e;

現在假設你要在假設的小尾數的CPU上編譯和執行此程式碼，該CPU具有16位記憶體（暫存器）的單個單元和以下操作碼集：

opcode encoding V
SET(V) ab V 16-bit
ADD(V) ac V 16-bit
MUL(V) ad V 16-bit

操作碼解釋如下：

  • SET使用值V載入暫存器。
  • ADD將V新增到暫存器中。
  • MUL將暫存器乘以V。

這種CPU的編譯器將生成這9個位元組的機器程式碼：

ab 23 00 ac 4b 00 ad 1e 00

以下是它的解釋方式：

  • 1.使用值23載入暫存器。
  • 2.將4b新增到暫存器，現在是23 + 4b = 6e。
  • 3.將暫存器乘以1e，得到6e * 1e = ce4。

暫存器儲存最終結果，即ce4。

堆疊記憶體

大多數情況下，我們需要使用變數跟蹤複雜的程式狀態。在C中，根據變數是靜態分配還是使用malloc分配，它儲存在不同排列的記憶體中。雖然malloc-ed資料像一個非常大的陣列中的元素一樣被訪問，但靜態變數被推送到一堆名為stack的專案中並從中彈出。堆疊以LIFO方式執行（後進先出），這意味著你推送的最後一個專案將是第一個彈出的專案。

考慮這個虛擬函式：

int foo() {

    /* 1 */

    /* 2 */
    uint8_t a = 0x12;
    uint16_t b = 0xa4;
    uint32_t c = 0x2a5e7;

    /* 3 */
    uint32_t d = a + b + c;

    return d;

    /* 4 */
}

堆疊最初是空的（1）：

[]

然後，推送三個變數（2）：

[12]
[12, a4 00]
[12, a4 00, e7 a5 02 00]

第四個變數被賦予其他變數的總和並被推入堆疊（3）：

[12, a4 00, e7 a5 02 00, 9d a6 02 00]

堆疊的尖端是返回值，並通過其他方式傳送回函式呼叫者。每個臨時堆疊變數都會在塊（4）的末尾彈出，因為必須平衡推push/彈pop操作，以便堆疊始終返回其初始狀態：

[12, a4 00, e7 a5 02 00]
[12, a4 00]
[12]
[]

指令碼機器碼

同樣，比特幣核心有自己的“虛擬處理器”來解釋指令碼機器碼。指令碼具有豐富的操作碼，但與英特爾等完全成熟的CPU相比卻非常有限。關於指令碼的一些關鍵事實：

  • 1.指令碼不迴圈。
  • 2.指令碼總是終止。
  • 3.指令碼記憶體訪問是基於堆疊的。

實際上，第1點也意味著第2點。第3點意味著在Script中沒有像命名變數這樣的東西，你只需在堆疊上進行計算。通常，你推送的堆疊項成為後續操作碼的運算元。在指令碼的末尾，頂部堆疊項是返回值。

在介紹現實世界的指令碼之前，讓我們先列舉一些操作碼。如需全套，請檢視位元官方維基頁面。

常量

以下操作碼將數字0-16推入堆疊：

opcode encoding
OP_0 00
OP_1-OP_16 51-60

按照慣例，OP_0和OP_1也表示布林值OP_FALSE（零）和OP_TRUE（非零）。

例：

54 57 00 60

或者：

OP_4 OP_7 OP_0 OP_16

這是堆疊如何發展：

[]
[4]
[4, 7]
[4, 7, 0]
[4, 7, 0, 16]

返回值是最高項，因此指令碼返回16。我知道，這是毫無意義的，但這是一個開始。

推送資料

提供了幾個操作碼來推送自定義資料。它們的運算元大小不同：

opcode encoding L (length) D (data)
OP_PUSHDATA1 4c L D 8-bit L bytes
OP_PUSHDATA2 4d L D 16-bit L bytes
OP_PUSHDATA4 4e L D 32-bit L bytes

例如，如果你的資料長度可以儲存為8位數字，那麼OP_PUSHDATA1是你的最佳選擇。看這個：

4c 14 11 06 03 55 04 8a
0c 70 3e 63 2e 31 26 30
24 06 6c 95 20 30

第一個位元組顯然是OP_PUSHDATA1操作碼，後面是1位元組長度14，即十進位制20.因此，接下來會有20個位元組的資料。這條指令的作用是將這些資料壓入堆疊：

[11 06 03 55 04 8a 0c 70
 3e 63 2e 31 26 30 24 06
 6c 95 20 30]

實際上，與varints一樣，對於非常短的資料有一種特殊的編碼。如果操作碼位於01和4b（包括）之間，則它是一個推送資料操作，其中操作碼本身是以位元組為單位的長度：

opcode encoding L (length) D (data)
L L D 01-4b L bytes

例如，在字串中：

07 8f 49 b2 e2 ec 7c 44

操作碼07意味著要推送7個位元組的資料：

[8f 49 b2 e2 ec 7c 44]

區塊鏈中的下一個塊呢？

你學到了一些關於機器程式碼和操作碼的知識。指令碼是礦工軟體理解的簡單低階語言。使用堆疊記憶體跟蹤指令碼狀態。

在下一篇文章中，我將向你展示操作程式碼，它不僅僅是推送資料。 如果你喜歡它，請分享這篇文章！

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