以太坊合约 ABI 和 EVM 字节码

影无双
更新于 2022-04-12 15:01
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本文从理论和命令行实践解释以太坊合约 ABI 和 EVM 字节码

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## 介绍

本文解释以太坊中的合约 ABI 和 EVM 字节码。由于以太坊使用 EVM（Ethereum Virtual Machine - 以太坊虚拟机）作为系统的核心，因此用高级语言编写的智能合约代码需要编译成 EVM 字节码和合约 ABI 才能运行。在与智能合约交互时，有必要先了解它们。

## 你将了解到

* 了解合约 ABI 和 EVM 字节码是什么，以及它们的关系。
* 如何使用`solc`命令行生成合约 ABI 和 EVM 字节码

不包括：

* 合约 ABI 规范的详细信息（编码/解码）。
* 如何编写智能合约
* 以太坊和区块链的基本解释

*希望读者已经具备以太坊和区块链的基本知识。*

## 字节码和 ABI

由于以太坊使用 EVM 作为网络的核心组件，因此用高级语言编写的智能合约代码需要编译成 EVM 字节码才能运行。EVM 字节码是 EVM 上的可执行代码，合约 ABI 是与 EVM 字节码交互的接口。例如，如果你想用你的 JavaScript 代码调用智能合约中的函数，ABI 扮演着你的 JavaScript 代码和 EVM 字节码彼此交互的中介角色。下图显示了合约 ABI、EVM 字节码和外部组件（dApp 和网络）的架构。左边是编译过程，右边是交互。

![1_y3MlDKVKoQcEv03UrCPEHA](https://img.learnblockchain.cn/2022/04/07/1_y3MlDKVKoQcEv03UrCPEHA.png)
[Ethernaut Lvl 0 Walkthrough: ABIs, Web3, and how to abuse them](https://hackernoon.com/ethernaut-lvl-0-walkthrough-abis-web3-and-how-to-abuse-them-d92a8842d71b)

## EVM 字节码(Bytecode)

EVM 字节码是一种低级编程语言，它是从高级编程语言（如solidity）编译而来的。EVM 是虚拟机，介于操作系统和应用层之间，以减少对操作系统的依赖。多亏了 EVM，以太坊智能合约几乎可以在任何计算机上运行。如果你是 Java 开发者，可以把它类比为 JVM（Java 虚拟机），它们有相同的机制。EVM 字节码如下所示。它不是人类可读的，而是机器可读的。

`6080604052348015600f57600080fd5b5060878061001e6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063037a417c14602d575b600080fd5b60336049565b6040518082815260200191505060405180910390f35b6000600190509056fea265627a7a7230582050d33093e20eb388eec760ca84ba30ec42dadbdeb8edf5cd8b261e89b8d4279264736f6c634300050a0032`

在 Remix IDE 上编译时，你会看到如下四个字段。它们代表了字节码的更多细节，例如`linkReference`、`opcodes`和`source Map`。`object`是一个 EVM 字节码。

`linkReference`: 当前智能合约有依赖的其他智能合约地址
`object`: 当前智能合约字节码
`opcodes`: 操作码，是人类可读的低级指令
`sourceMap`: 源映射，用于将每个合约指令与生成它的源码部分相对应

## 合约 ABI

在计算机科学中，ABI（Application Binary Interface）是两个程序模块之间的接口；通常是在操作系统和用户程序之间。在以太坊中，合约 ABI 是一个接口，它定义了如何调用智能合约中的函数并取回数据的标准方案。合约 ABI 为外部使用而设计，实现应用程序到合约和合约到合约的交互。例如，如果你想从 dApp 调用智能合约函数，就可以通过合约 ABI 调用。合约 ABI 用如下的 JSON 格式表示：

```js
[
   {
      "constant":true,
      "inputs":[
      ],
      "name":"testFunc",
      "outputs":[
         {
            "name":"",
            "type":"int256"
         }
      ],
      "payable":false,
      "stateMutability":"pure",
      "type":"function"
   }
]
```

合约 ABI 定义函数名称和参数数据类型，用于对 EVM 的合约调用进行编码并从交易中读取数据。关于如何编码和解码合约 ABI 有一个明确的规范。下面是一个用函数来描述编码的例子：

```js
function withdraw(uint withdraw_amount) public {}
```

首先，`withdraw`函数将用 keccak256 编码，前 4 个字节会用作选择器。选择器用来标识调用哪个函数。

```js
// Encode function with keccak256.
> web3.utils.sha3(“withdraw(uint256)”)
0x2e1a7d4d13322e7b96f9a57413e1525c250fb7a9021cf91d1540d5b69f16a49f
// Extract first 4 bytes.
0x2c1a7d4d
```

接下来，参数将以十六进制编码，并附加到有32字节填充的已编码的`withdraw`函数。

```js
// Convert from ETH to Wei.
> withdraw_amount = web3.utils.toWei(“0.01", “ether”);
10000000000000000
// Convert Wei with hexdecimal.
> withdraw_amount_hex = web3.toHex(withdraw_mount);
0x2386f26fc10000
// Left padding.
> withdraw_amount_padleft = web3.utils.leftPad(withdraw_amount_hex, 32);
0x0000000000000000002386f26fc10000
// Append to selector(encoded function).
“0x2c1a7d4d” + withdraw_amount_padleft
// Final encoded ABI.
0x2c1a7d4d0x0000000000000000002386f26fc10000
```

数据调用`withdraw`函数并请求`0.01`作为参数。如果您想了解 ABI 编码/解码规范的详细信息，请参阅[合约 ABI 规范](https://solidity.readthedocs.io/en/latest/abi-spec.html)。

实际上，与合约交互，你可以像下面这样使用 web3.js。首先是与合约 ABI 签订合约，接下来是用 EVM 字节码创建一个实例。这个代码是 Solidity REMIX 在编译成功时生成的。

```js
var samplecontractContract = web3.eth.contract([{"constant":true,"inputs":[],"name":"testFunc","outputs":[{"name":"","type":"int256"}],"payable":false,"stateMutability":"pure","type":"function"}]);
var samplecontract = samplecontractContract.new(
   {
     from: web3.eth.accounts[0], 
     data: '0x6080604052348015600f57600080fd5b50607e8061001e6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063037a417c14602d575b600080fd5b60336049565b6040518082815260200191505060405180910390f35b6000600190509056fea165627a7a72305820e710d7394e9965c17ead6bb53757a23caee28d75a0a02b483638015a49dac6070029', 
     gas: '4700000'
   }, function (e, contract){
    console.log(e, contract);
    if (typeof contract.address !== 'undefined') {
         console.log('Contract mined! address: ' + contract.address + ' transactionHash: ' + contract.transactionHash);
    }
 })
```

## `solc`命令

我们看看如何用`solc`命令生成合约 ABI 和 EVM 字节码。`solc`命令是最常用的编译器之一。用 npm 包管理器安装它:

安装

```
$ npm install -g solc
```

下面是示例源代码，文件名为`SampleToken.sol`：

```
pragma solidity ^0.5.8;

contract  SampleContract {

function testFunc() public pure returns (int) {
        return 1;
    }
}
```

输出 EVM 字节码

```
$ solc --bin SampleToken.sol
> ======= SampleContract.sol:SampleContract =======
Binary:
6080604052348015600f57600080fd5b5060878061001e6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063037a417c14602d575b600080fd5b60336049565b6040518082815260200191505060405180910390f35b6000600190509056fea265627a7a7230582050d33093e20eb388eec760ca84ba30ec42dadbdeb8edf5cd8b261e89b8d4279264736f6c634300050a0032
```

输出合约 ABI

```
$ sold —abi SampleToken.sol
> ======= SampleContract.sol:SampleContract =======
Contract JSON ABI 
[{"constant":true,"inputs":[],"name":"testFunc","outputs":[{"name":"","type":"int256"}],"payable":false,"stateMutability":"pure","type":"function"}]
```

如果要输出到特定目录，可以使用`-o`选项进行设置（不能设置输出文件名）。

```
$ mkdir build
$ solc --abi -o build SampleToken.sol
```

重新编译时，设置`--overwrite`选项。

```
$ solc --abi -o build —overwrite SampleToken.sol
```

帮助

```
$ solc --help
```

## 结论

本文解释了合约 ABI 和 EVM 字节码。EVM 字节码是从高级编程语言编译来的源代码，合约 ABI 是与 EVM 字节码交互的接口。它们都可以用`solc`命令行编译，`solc`命令行主要用于以太坊开发。希望这篇文章能帮助你实际理解合约 ABI 和 EVM 字节码。如果您有任何问题或意见，随时欢迎。谢谢。

## 参考

[Solidity 字节码和操作码基础知识](/@blockchain101/solidity-bytecode-and-opcode-basics-672e9b1a88c2)

[什么是 ABI，为什么需要用它与合约交互？](https://ethereum.stackexchange.com/questions/234/what-is-an-abi-and-why-is-it-needed-to-interact-with-contracts)

[calldata 关键字作为 solidity v0.5.0 函数中的参数？](https://ethereum.stackexchange.com/questions/63247/calldata-keyword-as-parameter-in-solidity-v0-5-0-function)

[Solidity 源映射](https://blog.diatomic.software/solidity-source-mapping/)

> 原文链接：https://medium.com/@eiki1212/explaining-ethereum-contract-abi-evm-bytecode-6afa6e917c3b

本文从理论和命令行实践解释以太坊合约 ABI 和 EVM 字节码

介绍

你将了解到

了解合约 ABI 和 EVM 字节码是什么，以及它们的关系。
如何使用solc命令行生成合约 ABI 和 EVM 字节码

不包括：

合约 ABI 规范的详细信息（编码/解码）。
如何编写智能合约
以太坊和区块链的基本解释

希望读者已经具备以太坊和区块链的基本知识。

字节码和 ABI

Ethernaut Lvl 0 Walkthrough: ABIs, Web3, and how to abuse them

EVM 字节码(Bytecode)

6080604052348015600f57600080fd5b5060878061001e6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063037a417c14602d575b600080fd5b60336049565b6040518082815260200191505060405180910390f35b6000600190509056fea265627a7a7230582050d33093e20eb388eec760ca84ba30ec42dadbdeb8edf5cd8b261e89b8d4279264736f6c634300050a0032

在 Remix IDE 上编译时，你会看到如下四个字段。它们代表了字节码的更多细节，例如linkReference、opcodes和source Map。object是一个 EVM 字节码。

linkReference: 当前智能合约有依赖的其他智能合约地址 object: 当前智能合约字节码 opcodes: 操作码，是人类可读的低级指令 sourceMap: 源映射，用于将每个合约指令与生成它的源码部分相对应

合约 ABI

[
   {
      "constant":true,
      "inputs":[
      ],
      "name":"testFunc",
      "outputs":[
         {
            "name":"",
            "type":"int256"
         }
      ],
      "payable":false,
      "stateMutability":"pure",
      "type":"function"
   }
]

function withdraw(uint withdraw_amount) public {}

首先，withdraw函数将用 keccak256 编码，前 4 个字节会用作选择器。选择器用来标识调用哪个函数。

// Encode function with keccak256.
> web3.utils.sha3(“withdraw(uint256)”)
0x2e1a7d4d13322e7b96f9a57413e1525c250fb7a9021cf91d1540d5b69f16a49f
// Extract first 4 bytes.
0x2c1a7d4d

接下来，参数将以十六进制编码，并附加到有32字节填充的已编码的withdraw函数。

// Convert from ETH to Wei.
> withdraw_amount = web3.utils.toWei(“0.01", “ether”);
10000000000000000
// Convert Wei with hexdecimal.
> withdraw_amount_hex = web3.toHex(withdraw_mount);
0x2386f26fc10000
// Left padding.
> withdraw_amount_padleft = web3.utils.leftPad(withdraw_amount_hex, 32);
0x0000000000000000002386f26fc10000
// Append to selector(encoded function).
“0x2c1a7d4d” + withdraw_amount_padleft
// Final encoded ABI.
0x2c1a7d4d0x0000000000000000002386f26fc10000

数据调用withdraw函数并请求0.01作为参数。如果您想了解 ABI 编码/解码规范的详细信息，请参阅合约 ABI 规范。

var samplecontractContract = web3.eth.contract([{"constant":true,"inputs":[],"name":"testFunc","outputs":[{"name":"","type":"int256"}],"payable":false,"stateMutability":"pure","type":"function"}]);
var samplecontract = samplecontractContract.new(
   {
     from: web3.eth.accounts[0], 
     data: '0x6080604052348015600f57600080fd5b50607e8061001e6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063037a417c14602d575b600080fd5b60336049565b6040518082815260200191505060405180910390f35b6000600190509056fea165627a7a72305820e710d7394e9965c17ead6bb53757a23caee28d75a0a02b483638015a49dac6070029', 
     gas: '4700000'
   }, function (e, contract){
    console.log(e, contract);
    if (typeof contract.address !== 'undefined') {
         console.log('Contract mined! address: ' + contract.address + ' transactionHash: ' + contract.transactionHash);
    }
 })

`solc`命令

我们看看如何用solc命令生成合约 ABI 和 EVM 字节码。solc命令是最常用的编译器之一。用 npm 包管理器安装它:

安装

$ npm install -g solc

下面是示例源代码，文件名为SampleToken.sol：

pragma solidity ^0.5.8;

contract  SampleContract {

    function testFunc() public pure returns (int) {
        return 1;
    }
}

输出 EVM 字节码

$ solc --bin SampleToken.sol
> ======= SampleContract.sol:SampleContract =======
Binary:
6080604052348015600f57600080fd5b5060878061001e6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063037a417c14602d575b600080fd5b60336049565b6040518082815260200191505060405180910390f35b6000600190509056fea265627a7a7230582050d33093e20eb388eec760ca84ba30ec42dadbdeb8edf5cd8b261e89b8d4279264736f6c634300050a0032

输出合约 ABI

$ sold —abi SampleToken.sol
> ======= SampleContract.sol:SampleContract =======
Contract JSON ABI 
[{"constant":true,"inputs":[],"name":"testFunc","outputs":[{"name":"","type":"int256"}],"payable":false,"stateMutability":"pure","type":"function"}]

如果要输出到特定目录，可以使用-o选项进行设置（不能设置输出文件名）。

$ mkdir build
$ solc --abi -o build SampleToken.sol

重新编译时，设置--overwrite选项。

$ solc --abi -o build —overwrite SampleToken.sol

帮助

$ solc --help

结论

本文解释了合约 ABI 和 EVM 字节码。EVM 字节码是从高级编程语言编译来的源代码，合约 ABI 是与 EVM 字节码交互的接口。它们都可以用solc命令行编译，solc命令行主要用于以太坊开发。希望这篇文章能帮助你实际理解合约 ABI 和 EVM 字节码。如果您有任何问题或意见，随时欢迎。谢谢。