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EIP-7069: 改进的 CALL 指令

引入具有简化语义的 EXTCALL、EXTDELEGATECALL 和 EXTSTATICCALL

Authors	Alex Beregszaszi (@axic), Paweł Bylica (@chfast), Danno Ferrin (@shemnon), Andrei Maiboroda (@gumb0), Charles Cooper (@charles-cooper)
Created	2023-05-05
Requires	EIP-150, EIP-211, EIP-214, EIP-2929, EIP-3540

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摘要
动机
规范
原理
向后兼容性
安全注意事项
版权

摘要

引入三个新的调用指令 EXTCALL、EXTDELEGATECALL 和 EXTSTATICCALL，它们具有简化的语义。引入另一个指令 RETURNDATALOAD，用于将返回数据中的一个字加载到堆栈中。修改在 EOF 格式代码中执行的 RETURNDATACOPY 指令的行为（如 EIP-3540 所定义）。现有的 *CALL 指令会被 EOF 验证拒绝。

新指令不允许指定 gas 限制，而是依赖于 “63/64 规则” (EIP-150) 来限制 gas。一个重要的改进是围绕 “津贴” 的规则被简化，调用者不需要执行特殊计算来确定是否发送了 value。

此外，已删除指定输出缓冲区地址的过时功能，而改用 RETURNDATACOPY。对于以前将 *CALL 输出到缓冲区然后从缓冲区 MLOAD 的情况，提供了 RETURNDATALOAD。

最后，不是返回一个布尔值来表示执行状态，而是返回一个可扩展的状态代码列表：0 表示成功，1 表示回滚，2 表示失败。

动机

Gas 的可观察性已经存在很长时间的问题。Gas 系统在适应以太坊的使用方式以及底层硬件的变化方面一直是（并且可能必须）灵活的。

不幸的是，在许多情况下，必须做出妥协或变通方法，以避免对调用指令产生负面影响，这主要是由于其复杂的语义和期望。

此更改从新指令中删除 gas 可观察性，并为不受重新定价影响的新类型的合约打开了大门。此外，传统调用指令在 EOF 合约中被拒绝，确保它们在很大程度上不受 gas 费用的变化的影响。由于这些操作是删除 gas 可观察性所必需的，因此它们是 EOF 所必需的，以代替现有的传统指令。

重要的是要注意，从 Solidity 0.4.21 开始，编译器已经将所有剩余的 gas 传递给调用（使用 call(gas(), ...)），除非开发人员在语言中使用显式覆盖（{gas: ...}）。这表明大多数合约不依赖于控制 gas。

除了上述之外，此更改还引入了一个方便的功能，即返回更详细的状态代码：success (0)、revert (1)、failure (2)。这从布尔选项转变为代码，将来可以扩展这些代码。

最后，RETURNDATA* 指令 (EIP-211) 的引入已使调用的输出参数过时，在许多情况下使其未使用。使用输出缓冲区过去曾引起 “错误”：在 ERC-20 的情况下，冲突的实现引起了很多麻烦，其中一些会返回某些东西，而另一些则不会。通过依赖 RETURNDATA* 指令，这一点得到了明确的阐明。该提案还增加了 “缺失的” RETURNDATALOAD 指令，以完善返回数据缓冲区访问指令。

规范

名称	值	注释
WARM_STORAGE_READ_COST	100	来自 EIP-2929
COLD_ACCOUNT_ACCESS	2600	来自 EIP-2929
CALL_VALUE_COST	9000
ACCOUNT_CREATION_COST	25000
MIN_RETAINED_GAS	5000
MIN_CALLEE_GAS	2300

我们引入四个新指令：

EXTCALL (0xf8)，带有参数 (target_address, input_offset, input_size, value)
EXTDELEGATECALL (0xf9)，带有参数 (target_address, input_offset, input_size)
EXTSTATICCALL (0xfb)，带有参数 (target_address, input_offset, input_size)
RETURNDATALOAD (0xf7)，带有参数 offset

这四个新指令在传统代码中未定义，仅在 EOF 代码中可用。

EXT*CALL 的执行语义：

收取 WARM_STORAGE_READ_COST gas。
从堆栈中弹出所需的参数，如果堆栈下溢，则以异常失败停止。
- 注意：在 EOF 中实现时，堆栈下溢检查是在堆栈验证期间完成的，并且省略了运行时检查。
如果 value 非零（仅 EXTCALL）：
- 如果当前帧处于 static-mode，则以异常失败停止。
- 收取 CALL_VALUE_COST gas。
如果 target_address 的任何高 12 位设置为非零值（即，它不包含 20 字节地址），则以异常失败停止。
使用 [input_offset, input_size] 执行（并收取费用）内存扩展。
如果 target_address 不在 warm_account_list 中，则收取 COLD_ACCOUNT_ACCESS - WARM_STORAGE_READ_COST gas。
如果 target_address 不在状态中，并且调用配置将导致帐户创建，则收取 ACCOUNT_CREATION_COST gas。
- 此 EIP 中唯一的情况是 value 非零（仅 EXTCALL）。
将调用者剩余的 gas 减少 max(floor(gas/64), MIN_RETAINED_GAS) 来计算可用于被调用者的 gas。
清除返回数据缓冲区。
如果以下任何一项为真，则在堆栈上返回状态代码 1 失败（仅消耗到此为止收取的 gas）：
- 此时可用于被调用者的 Gas 小于 MIN_CALLEE_GAS。
- 当前帐户的余额小于 value（仅 EXTCALL）。
- 当前调用堆栈深度等于 1024。
- (仅 EXTDELEGATECALL) 状态中的 target_address 帐户没有 EOF 代码要执行（特别是，应解析 EIP-7702 委托，就像使用了 EXTCALL 一样）
使用可用 gas 和配置执行调用。
将状态代码推送到堆栈上：
- 如果调用成功，则为 0。
- 如果调用已回滚，则为 1（也可以在步骤 10 中描述的轻微故障情况下更早地推送）。
- 如果调用失败，则为 2（在发生一般 OOG 故障或所有传递给被调用者的 gas 由于错误而被消耗的情况下）。
被调用者未使用的 Gas 将返回给调用者。

RETURNDATALOAD 的执行语义：

收取 3 gas
从堆栈中弹出 1 个项目，称为 offset
将 1 个项目推送到堆栈上，即从 offset 开始从返回数据缓冲区读取的 32 字节字。
如果 offset + 32 > len(returndata buffer)，则结果用零填充。

EOF 格式代码中 RETURNDATACOPY 的执行语义 (EIP-3540) 修改如下：

假设从堆栈中弹出的 3 个参数为 destOffset、offset 和 size。 （没有变化）
执行内存扩展到 destOffset + size 并扣除内存扩展成本。 （没有变化）
如果 offset + size > len(returndata buffer) 不要以异常失败停止，而是将复制的字节后的 offset + size - len(returndata buffer) 内存字节设置为零。
内存复制收取的 Gas 仍然是 3 * num_words(size)，无论实际复制或设置为零的字节数是多少。

未采用 EOF 格式代码（即在传统代码中）的 RETURNDATACOPY 的执行没有更改。

原理

删除 gas 可选择性

与原始 CALL 系列指令的一个主要变化是，调用者无法控制作为调用一部分传递的 gas 量。在需要此类功能的少数情况下，最好通过直接协议集成来提供服务。

删除 gas 可选择性还引入了一个有价值的属性，即 gas 计划的未来修订将从中受益：您始终可以通过作为事务的一部分发送更多 gas 来克服 Out of Gas (OOG) 错误（受区块 gas 限制的约束）。以前，在提高存储成本时 (EIP-1884)，一些仅将有限数量的 gas 发送到其调用的合约被新的成本核算破坏了。

因此，某些合约对其下一次调用发送了一个 gas 上限，从而永久限制了它们可以花费的 gas 量。再多的额外 gas 也无法解决此问题，因为调用会限制发送的量。津贴下限的概念保留在此规范中。可以独立于智能合约更改此下限，并且仍然保留 OOG 停止可以通过作为事务的一部分发送更多 gas 来修复的功能。

津贴和 63/64 规则

津贴的目的是在调用 “合约钱包” 时有足够的 gas 来发出日志（即执行非状态更改操作）。仅当使用 CALL 指令且 value 非零时才添加津贴。

63/64 规则有多个目的：

a. 限制调用深度， b. 确保调用者在被调用者返回后留有 gas 来进行状态更改。

此外，还有一个调用深度计数器，如果深度超过 1024，则调用将失败。

在引入 63/64 规则之前，需要在调用者端半准确地计算可用 gas。Solidity 有一个复杂的规则集，它尝试估计在调用者端执行调用本身需要多少成本，以便设置一个合理的 gas 值。

我们更改了规则集：

63/64 规则仍然适用，但是 - 在执行被调用者之前，至少保留 MIN_RETAINED_GAS gas， - 被调用者至少可以使用 MIN_CALLEE_GAS gas。

MIN_CALLEE_GAS 规则是津贴的替代品：它简化了关于 gas 成本的推理，并且统一应用于所有引入的 EXT*CALL 指令。下表可视化了差异（请注意 CALL 的 调用者所需 gas 和 调用者成本 之间的差异）。

	调用者所需 gas	调用者成本（燃烧 gas）	调用者最小保留 gas	被调用者最小 gas
CALL V=0	100	100	0	0
CALL V≠0	100+9000	100+6700	0	2300
DELEGATECALL	100	100	0	0
STATICCALL	100	100	0	0
EXTCALL V=0	100	100	5000	2300
EXTCALL V≠0	100+9000	100+9000	5000	2300
EXTDELEGATECALL	100	100	5000	2300
EXTSTATICCALL	100	100	5000	2300

调用者所需 gas：调用者执行调用指令所需的最小 gas 量，较低的值会导致调用者的 OOG，
调用者成本（燃烧 gas）：从调用者处扣除的 gas 量以执行指令，此 gas 量不适用于被调用者，
调用者最小保留 gas：调用者保证在调用后拥有的最小 gas 量，如果无法保证，则调用失败，甚至无法到达被调用者，
被调用者最小 gas：被调用者执行的最小 gas 限制。

最初考虑删除调用堆栈深度检查，但这与原始 *CALL 指令以及 CREATE* 指令不兼容，这些指令可以与调用堆栈中的新 EXT*CALL 指令交织在一起。因此，保留调用堆栈深度检查不涉及影响传统代码的任何更改。

此外，我们发现简单（与复杂的 63/64 规则相反）的硬性上限令人放心，即调用堆栈深度受到限制，以防 gas 规则可以被绕过。最后，达到 1024 深度的 gas 量是巨大的，但并非荒谬的巨大，我们希望避免通过此检查对当前 gas 限制的依赖性来约束自己。

输出缓冲区

删除了指定输出缓冲区地址的功能，因为这增加了复杂性，并且在许多情况下，实现者更喜欢使用 RETURNDATACOPY。即使他们依赖输出缓冲区（如 Vyper 的情况），他们仍然会使用 RETURNDATASIZE 检查长度。在 Solidity 中，一个例外是已知预期返回大小的情况（即非动态返回值），在这种情况下，Solidity 仍然使用输出缓冲区。对于这些情况，引入了 RETURNDATALOAD，它简化了将返回数据复制到（已知）输出缓冲区并从那里使用 MLOAD 的工作流程；相反，可以直接使用 RETURNDATALOAD。

状态代码

当前调用指令返回一个布尔值以指示成功：0 表示失败，1 表示成功。Solidity 编译器假定此值是一个布尔值，因此将该值用作分支条件来指示状态（if iszero(status) { /* failure */ }）。这阻止我们在不破坏现有合约的情况下引入新的状态代码。在设计 EIP-211 时，曾讨论过为回滚返回特定代码的想法，但最终由于上述原因而放弃。

我们将值从布尔值更改为状态代码，其中 0 表示成功，因此如果需要，将来可以引入更多非成功代码。

状态代码 1 用于来自被调用者帧的回滚和遇到的轻微故障（请参阅执行语义的步骤 10）。将它们组合在一起的原因是保持语义与原始 CALL 相似 - 这两种情况都保留了未使用的 gas，并且调用者仍然无法区分。

状态代码 2 表示被调用者执行中发生异常失败，这意味着发生了一个错误，该错误消耗了被调用者帧中所有剩余的 gas。

参数顺序

参数的顺序已更改，以将 value 字段移动到最后。这使得指令具有相同的编码，但最后一个参数除外，并稍微简化了 EVM 和编译器实现。

操作码编码

我们讨论了一个带有立即配置字节（标志）的版本，而不是引入三个新的 EXT*CALL 操作码。这有两个主要缺点：

某些标志组合可能没有用/无效，这会增加测试/实现复杂性。
该指令可能采用可变数量的堆栈项（即 EXTCALL 的 value）将是一个全新的概念，其他任何指令都没有。

将这些作为新的操作码而不是在 EOF 内部修改现有的 CALL 系列也很有用。如果在 EOF 合约中需要恢复 gas 可观察性，这将创建一个 “转义舱口”。这是通过将 GAS 和原始 CALL 系列操作码添加到有效的 EOF 操作码列表中来完成的。

`CALLCODE`

由于 CALLCODE 已弃用，因此我们此处不引入对应项。

当 `target_address` 不是 20 字节的以太坊地址时停止

当现有 CALL 系列操作遇到不适合 20 字节的地址时，当前行为是屏蔽该地址，使其适合 20 字节，忽略所有高字节。对于 EXT*CALL 操作，选择停止而不是将合约视为空，原因有两个。首先，它处理将 value 发送到不存在的地址的情况，而无需创建特殊情况。其次，它使 warm_access_list 无需跟踪任何非 20 字节以太坊地址的内容。

智能合约开发人员不应依赖于在传入此类地址时操作是否会回滚。当采用适当的地址空间扩展提案时，预计 EXT*CALL 系列操作将采用这些更改。

新指令在传统中未定义（此 EIP 仅是 EOF 的一部分）

最初考虑了一种替代方案，即首先在传统 EVM 中单独引入这些新指令，以限制 EOF 更改的范围，但决定将其作为 EOF 升级的一部分包含在内，并在传统 EVM 中保持未定义。

`RETURNDATALOAD` 和 `RETURNDATACOPY` 填充行为

此 EIP 最初建议保留传统 RETURNDATACOPY 的 halt-on-OOB 行为。这使得编译器优化更加困难，因为不必要的 RETURNDATA* 指令无法在不更改代码语义的情况下进行优化。

可能只有 RETURNDATALOAD 具有填充行为，但这会使其与密切相关的 RETURNDATACOPY 指令不一致，从而造成混乱。

还有另一种方法是引入带有填充行为的 RETURNDATACOPY2，仅在 EOF 中可用，同时禁止在 EOF 中使用 RETURNDATACOPY。为了避免增加操作码，并且从编译器实现的角度来看也是次优的，因此拒绝了此方法。

EOF1 合约只能 `EXTDELEGATECALL` EOF1 合约

传统合约可以通过三种不同的方式进行 selfdestruct（直接通过 SELFDESTRUCT、间接通过 CALLCODE 和间接通过 DELEGATECALL）。EIP-3670 禁用了前两种可能性，但是第三种可能性仍然存在。允许 EOF1 合约仅 EXTDELEGATECALL 其他 EOF1 合约允许以下强烈的声明：EOF1 合约永远不会被销毁。基于 SELFDESTRUCT 的攻击对于 EOF1 合约完全消失。这些攻击包括销毁的库合约（例如 Parity Multisig）。

向后兼容性

没有更改任何现有指令，因此我们认为不会出现任何向后兼容性问题。

安全注意事项

预计攻击面不会增长。所有这些操作都可以通过具有固定 gas（所有可用）和输出范围（零内存中的零长度）的现有操作来建模。

在 EOF 中实现时（GAS 操作码和原始 CALL 操作被删除），现有的 gas 不足攻击的难度会略有增加，但并非完全阻止。事务仍然可以传入任意 gas 值，并且巧妙的合约构造仍然会导致将特定的 gas 值传递给特定的调用。预计相同的表面将在 EOF 中保留，但利用的难易程度将降低。

传统的 *CALL 指令允许传递可用于被调用者的 gas。此功能用于防止重入攻击，但在潜在的未来 gas 重新定价提案中，此模式不再提供此保证。应通过使用 EIP-1153 中引入的 TSTORE/TLOAD 指令或其他不依赖于当前 gas 计划的解决方案来解决防止重入的问题。

版权

在 CC0 下放弃版权及相关权利。

Citation

Please cite this document as:

Alex Beregszaszi (@axic), Paweł Bylica (@chfast), Danno Ferrin (@shemnon), Andrei Maiboroda (@gumb0), Charles Cooper (@charles-cooper), "EIP-7069: 改进的 CALL 指令 [DRAFT]," Ethereum Improvement Proposals, no. 7069, May 2023. [Online serial]. Available: https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-7069.