ROLL:以太坊智能合約逆向分析與實戰：（5）深入EVM之合約的部署與調用

當我們部署和調用合約的時候，EVM都在做些什么？

如果你開發過以太坊智能合約，想必你應該熟悉這樣的操作(此處以remix為例)：

編寫solidity代碼->編譯->部署->交互。合約的編寫與部署似乎并不是一件很麻煩的操作：編寫階段就不說了，Solidity語言大家都應該會；到了編譯階段，本地的solc編譯器會把Solidity代碼編譯成字節碼；而在部署階段，部署者通過發起一筆特殊交易calldata帶上編譯后的字節碼，等交易上鏈之后，就完成了合約的部署；而合約交互，就是call合約里的某個函數，等待函數的響應和返回，一切就是這樣的簡單。

但是正如開車一樣，當你踩住油門后，車輛開始前進。然而這看似簡單的操作背后是汽油爆燃、活塞往復、數百個齒輪嚙合傳動、輪胎與地面滾動摩擦的復雜行為。部署和調用合約也是如此，它涉及到EVM的堆棧操作，內存讀寫，存儲訪問等一系列底層操作。當部署合約時，EVM把收到的calldata翻譯成操作指令，把它們按照給定的長度和參數讀入內存；當調用合約時，EVM又根據收到的calldata，通過函數選擇器來確定調用哪一段代碼，并返回數值。如果只講理論未免過于枯燥，為了便于講解，我們這次用ethernaut的一道題目作為例子，詳細了解EVM是如何部署和運行合約的，以及如何充當人肉編譯器，徒手編寫智能合約。

數據：2022年以太坊占據所有區塊空間費用的80%，BNB Chain占據剩余的80%:1月3日消息，加密研究員Data_Always發布文章表示，2022年以太坊占據所有區塊空間費用的80%，BNB Chain占據了剩余費用的80%，而最大的簡單傳輸模型（Bitcoin、Dogecoin和Litecoin）相比之下僅占微不足道的費用。在Otherdeed NFT鑄造的一天里，以太坊上產生的費用就超過了2022年比特幣全年費用。

L2使用的Gas份額增加了兩倍，但采用率仍不高，但隨著EIP-4844的推出可能會改善。對于以太坊而言，必須繼續擴展并優先考慮協議的可用性，盡管費用將始終是KPI，但擴展速度比采用速度快是新的目標，這將是推高價格和鞏固以太坊在加密生態系統的關鍵。

盡管采取補貼交易模式，Tron在區塊空間需求上仍超過了比特幣，并且全年費用保持相對穩定，最重要原因是Tron對低價值USDT轉賬的捕獲。比特幣閃電網絡尚未看到有意義的增長，對閃電網絡采用預期過于樂觀，大部分交易費用峰值可歸因于加密機構的崩潰。[2023/1/3 22:22:25]

這個題目是這樣的：我們需要部署一個合約，當我們調用合約**whatIsTheMeaningOfLife()**函數的時候，它需要返回一個數字“42”。看起來很簡單對吧？我們分分鐘編寫完畢：

比特幣及以太坊交易費用在過去幾周分別下降93%和95%:根據Bitinfocharts的數據，比特幣的平均交易費在4月24日達到62.77美元，這一數字超過了自 2017年12月以來創下的55美元的歷史新高，到上周日，費用已降至 4.38 美元，減少93%。以太坊5月12日平均交易費用上漲至 69.92 美元，到上周日，以太坊的平均費用低至3.44美元，減少了95%。（Cointelegraph）[2021/6/9 23:25:15]

慢著，題目后面還有個小小的附加要求：“所部署的合約大小不超過10個操作碼”。好吧，這個要求的確夠“小”，要知道連合約頭部的“函數選擇器”都不止10個操作碼好吧？可是“函數選擇器”是什么，為什么會出現在合約里面呢？帶著你的疑問，繼續向下看。

我們通過./solc--asm--bintarget.sol來看看這個合約的最終編譯結果：

608060405234801561001057600080fd5b5060b68061001f6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063650500c114602d575b600080fd5b60336047565b604051603e91906067565b60405180910390f35b6000602a905090565b6000819050919050565b6061816050565b82525050565b6000602082019050607a6000830184605a565b9291505056fea26469706673582212206ef8c7b5177952a701b3b46b69cb3ec296f4c54c946692e8ec901f5e43c1e78a64736f6c63430008110033

以太坊基金會發起關于“支持Rollup發展”的社區捐款:3月7日消息，以太坊基金會發起關于Rollup的社區捐款提案，并呼吁所有對在以太坊上搭建Rollup感興趣的人參與進來，捐款截止日期為2021年4月16日。以太坊基金會表示，以太坊生態系統很可能將Rollup作為近期和中期未來擴容方案，Optimistic Rollup和zkRollup已經在籌備中，也許很快就會投入使用，捐款目標是發展Rollup社區，幫助啟動完善的生態系統，讓更多應用建立在Rollup方案之上。[2021/3/7 18:23:03]

這么一大坨十六進制數據，就是上述Solidity程序編譯之后的字節碼。當我們部署合約時，把這一堆data發給以太坊節點，等廣播完成后，合約就部署完畢了。這是solc編譯器編譯Solidity程序得到的代碼，看似雜亂無章的的數據，其實都是和opcodes一一對應的。我們來一段一段地看這些代碼：

合約部署代碼:

608060405234801561001057600080fd5b5060b68061001f6000396000f3fe

合約運行代碼:

6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063650500c114602d575b600080fd5b60336047565b604051603e91906067565b60405180910390f35b6000602a905090565b6000819050919050565b6061816050565b82525050565b6000602082019050607a6000830184605a565b9291505056fe

區塊鏈服務網絡BSN將集成以太坊和Nervos區塊鏈:加密貨幣風投基金DragonflyCapital管理合伙人HaseebQureshi發布推特稱，區塊鏈服務網絡（BSN）將集成兩款區塊鏈，以太坊和Nervos區塊鏈。BSN是一個區塊鏈基礎服務設施，旨在為企業提供一站式服務，方便企業以超低的成本使用區塊鏈云計算服務。

BSN由中國國家信息中心、中國移動、中國銀聯和北京紅棗科技共同發起，并得到了眾多大型中國企業的支持。HaseebQureshi稱，BSN公開支持公鏈的努力將幫助中國加快加密領域的創新。[2020/6/29]

auxdata:

a26469706673582212206ef8c7b5177952a701b3b46b69cb3ec296f4c54c946692e8ec901f5e43c1e78a64736f6c63430008110033

我們先簡單地把這堆代碼分為合約的部署代碼、運行代碼、auxdata三部分，如何理解這三種代碼呢？我覺得可以理解為向太空發射衛星：“部署代碼”就是運載火箭，而“運行代碼”就是衛星。運載火箭只在發射衛星時才起到作用，一旦衛星進入軌道，火箭就廢棄了，只留下衛星在太空中與地球通信。部署合約也是如此，在部署合約時，部署代碼把一些初始化工作作完之后，就把合約的運行代碼送入EVM，只留下運行代碼在鏈上與用戶進行交互。

PAX Treasury在以太坊網絡增發超過796.7枚BUSD:Whale Alert數據顯示，北京時間6月22日18:09，PAX Treasury在以太坊網絡增發7967037枚BUSD（價值7967037美元）。[2020/6/22]

那么言歸正傳，我們題目要求我們合約運行代碼的opcedes不超過10條，那么，這段代碼對應的opcodes是多少條呢？答：71條。

那么問題來了，如何把71條opcodes精簡到10條以內呢?這就需要我們對EVM運行智能合約的方式有著一定的了解。如果不了解也沒關系，拿起你手邊的EVM指令集，我們一起來看看吧：

首先我們要知道，EVM執行代碼時是按照自上而下的順序執行的，代碼中沒有其他入口點，始終從頂部(也就是第一行opcode)開始執行。。也就是說，當我們部署合約時，EVM會從第一個bytecode開始讀起。

所以我們看字節碼最前面的部分，也就是它的部署代碼：608060405234801561001057600080fd5b5060b68061001f6000396000f3fe

對照EVM指令，我們可以識別出這段代碼的含義：

然后我們看合約的運行代碼：

6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063650500c114602d575b600080fd5b60336047565b604051603e91906067565b60405180910390f35b6000602a905090565b6000819050919050565b6061816050565b82525050565b6000602082019050607a6000830184605a565b9291505056fe

綜合以上可以發現，合約的運行代碼的架構是這樣的：

初始化操作、函數選擇器這些，是solc在編譯Solidity程序的時候自動生成的。如果我們砍掉這些復雜的東西，直接把我們想要的核心功能編碼上去，不就可以在10條以內opcodes實現既定功能了嗎？

通過分析圖4的whatIsTheMeaningOfLife()函數調用棧可以得知，讓智能合約返回“42”(十六進制0x2a)的關鍵在于先用mstore指令將0x2a放入Memory,再用return指令將內存里的0x2a返回即可。至于那些函數名稱和函數簽名，只是高級語言的編譯產物，直接用匯編實現的話，我們直接用這段代碼讀寫內存，完全沒有必要搞那些花里胡哨：

以上代碼相當于構造了一個十分小的合約“運行代碼”。前面我們說過，EVM執行代碼時是按照自上而下的順序執行的，代碼中沒有其他入口點，始終從頂部(也就是第一行opcode)開始執行。而且我們編寫的代碼并沒有函數選擇器，也就是說，當外部賬戶調用該它時，無論傳遞給它什么樣的參數、什么樣的函數簽名，EVM都只會從它的處開始執行，老老實實地走到，然后return給我們一個0x20.

但這只是運行代碼，還記得本文開頭說的那三段字節碼嗎？是的，我們還差一個“運載火箭”，把這段運行代碼給發射出去：

部署代碼的結構基本沒怎么變，之前已有解析，此處就不羅嗦了，唯一的區別是把復制到內存的長度由b6改為0a?:608060405234801561001057600080fd5b50600a8061001f6000396000f3fe

然后把他們拼接到一起，記得部署代碼在前、運行代碼在后，最后我們把這段代碼發射出去就OK了：

你將得到一個超級小巧、只有10個字節、無論傳遞什么參數都只會返回?42?的“智能合約”

全文完。

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來源：bress

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