解构 Solidity 合约 #2 - 函数选择器
- 翻译小组
- 更新于 2022-12-17 19:15
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来自 Openzeppelin 的经典文章。
这是解构系列另一篇。如果你没有读过前面的文章，请先看一下。我们正在解构一个简单的Solidity合约的EVM字节码。
在上一篇文章中，我们发现有必要将合约的字节码分为创建时和运行时代码。在对创建部分进行了深入研究之后，现在是时候开始对运行时部分的探索了。
运行时代码
如果你看一下解构图，我们将从第二个大的部分开始，对应结构图标题为BasicToken.evm（runtime）的部分。
在一开始可能看起来有点吓人，因为运行时的代码看起来至少是创建代码的四倍！但不要担心，技能的学习是很重要的。在前面的文章中我们对EVM代码已经有所理解，结合无懈可击的分而治之的策略，使用系统化方式解决这个挑战，会把它变得容易。简单的开始查看代码，识别独立的结构，并继续分割，直到没有其他东西可以分割。
所以，为了开始，让我们回到Remix，用运行时字节码启动一个调试会话。我们怎么做呢？上一次，我们部署了合约并调试了部署交易。这一次，我们将与已部署的合约的接口交互，与它的一个函数交互，并对该交易进行调试。回顾一下我们的合约：
https://gist.github.com/ajsantander/dce951a95e7608bc29d7f5deeb6e2ecf#file-basictoken-sol
在Remix中使用Javascript虚拟机、启用了优化， 编译器0.4.24版以及10000作为初始发行量来部署它。一旦合约部署完毕，你应该看到它被列在Remix的DEPLOY & RUN面板的Deployed Contracts部分。点击它，展开合约的界面。就像专栏的这篇文章那样进入调试。
展开合约的界面列出了合约的所有方法，这些方法要么是公共的（public），要么是外部的（external），也就是说，任何以太坊账户或合约都可以与之交互。私有的和内部的方法不会显示在这里，事实上，从 "外部世界 "是无法到达的。如何与合约的运行时代码的特定部分交互将是本文的重点。
入口检查
我们要不要试一下？点击Remix的Run面板上的totalSupply按钮。你应该马上看到按钮下面有一个响应。0: uint256: 10000，这是我们所期望的，因为我们以10000作为初始代币供应来部署合约。现在，在控制台面板上，点击调试（Debug）按钮，开始对这个特定的交易进行调试。注意，在Console面板上会有多个Debug按钮，请确保你使用的是最新的一个。
在这个例子中，我们不是在调试0x0地址的交易，它创建了一个合约， 正如我们在前面的文章中看到的。现在，我们要调试的是对合约本身的交易--也就是对其运行时代码的交易。
如果你打开调试面板，你应该能够验证Remix列出的指令与解构图中BasicToken.evm(运行时)部分的指令是一致的。如果它们不匹配，就说明出了问题。试着重新开始，并确保你使用了上述的正确设置。
一切顺利吗？你可能注意到的第一件事是，调试器把你放在指令246处，交易滑块被定位在字节码的大约60%处。为什么呢？因为Remix是一个非常好的、慷慨的程序，它直接把你带到EVM刚要执行totalSupply函数的部分。然而，在这之前发生了很多事情，这些都是我们在这里要注意的。事实上，在这篇文章中，我们甚至不会去研究函数主体的执行。我们唯一关心的是Solidity生成的EVM代码如何引导进入的交易，我们将理解为合约的 "函数选择器 "的工作。
所以，抓住那个滑块，把它一直向左拖，这样我们就可以从指令0开始。正如我们之前所看到的，EVM总是从指令0开始执行代码，没有例外。让我们逐个操作码走过这个执行过程。
第一个出现的结构是我们以前见过的（实际上我们会看到很多）。
图1. 空闲内存指针。
这是Solidity生成的EVM代码， 在调用中总是在其他事情之前做的事情：在内存中保存一个位置以便以后使用。
让我们看看接下来会发生什么：
图2. Calldata长度检查。
如果你在Debug标签中打开Remix的Stack面板，走过指令5到7，你会看到堆栈现在包含数字4两次。如果你在阅读这些超长的数字时遇到困难，请注意调整Remix的Debug面板的宽度，使这些数字很好地融入单行。第一个数字来自普通的推送，但第二个数字是执行操作码CALLDATASIZE的结果，如黄皮书所述，它不需要参数，并返回 当前交易上下文环境中的输入数据的大小，或者我们通常所说的calldata。
什么是calldata? 正如Solidity的文档ABI规范中所解释的那样，calldata是一个十六进制数字的编码块，它包含了关于我们想要调用合约的哪个函数的信息，以及它的参数或数据。简单地说，它由一个 "函数ID "组成，它是由函数的签名哈希值产生（截断到前四个字节）和打包的参数数据。如果你想的话，你可以详细研究一下文档链接，文档里有最详细的解释，也许一下子难以掌握，但先不要担心没法理解这种打包的工作方式，用实际的例子来理解要容易得多。
让我们看看这个calldata是什么。在Remix的调试器中打开Call Data面板，可以看到：0x18160ddd。这是四个字节，正是通过对字符串 totalSupply()的函数签名应用 keccak256算法，并进行前四个字节截断而产生的。由于这个特殊的函数不需要参数，它只是：一个四字节的函数ID。当CALLDATASIZE被调用时，它只是把第二个4推到堆栈上。
然后指令8使用LT来验证calldata的大小是否小于4。如果是，下面的两条指令表示跳转（JUMPI）到指令86（0x0056）。所以在此案例中，将不会有跳转，执行流程将继续到指令13。但在这之前，让我们想象一下，我们用空的calldata调用我们的合约--也就是用0x0而不是0x18160ddd。在Remix中你不能这样做，但如果你手动构建交易，你可以这样做。
在此案例中，我们会在86号指令中结束，它基本上是把几个0推到堆栈中，并把它们送入REVERT操作码。为什么呢？嗯，因为这个合约没有回退函数(fallback)。如果字节码不能识别传入的数据，它就会把数据流转到回退函数，如果没有回退函数 接住这个调用，那么就会无情地终止执行。如果没有什么可以回退的，那么就没有什么可以做的，调用就会被完全退回（revert）。
现在，让我们做一些更有趣的事情。回到Remix的Run标签，复制Account地址，用它作为参数调用balanceOf而不是totalSupply，并调试该交易。这是一个全新的调试环节；现在我们先忘记totalSupply。导航到指令8，CALLDATASIZE现在将推送36(0x24)到堆栈。如果你看一下calldata，它现在是0x70a08231000000000000000000ca35b7d915458ef540ade6068dfe2f44e8fa733c。
这个新的calldata实际上是非常容易分解的：前四个字节70a08231是函数balanceOf(address)签名的哈希值，而后面的32个字节包含我们作为参数传递的地址。好奇的读者可能会问，如果以太坊地址只有20个字节，为什么是32个字节？ABI总是使用32字节的 字或 槽来保存函数调用中使用的参数。
继续我们的balanceOf调用，让我们从第13条指令开始，这时堆栈中没有任何东西。第13条指令将0xffffffff推入堆栈，下一条指令将一个29字节长的0x000000001000...000数字推入堆栈。我们稍后会看到原因。现在，只需注意一个包含四个字节的f，另一个包含四个字节的0。
接下来CALLDATALOAD接收一个参数（第48条指令中推到堆栈的参数）并从该位置的Calldata中读取32字节的大块数据，在本例中Yul将是：
calldataload(0)基本上是把我们的整个calldata推到堆栈中。现在是有趣的部分。DIV从堆栈中消耗了两个参数，把calldata除以那个奇怪的0x000000001000...000数字，有效地过滤了calldata中除了函数签名以外的所有东西，并把它单独留在堆栈中：0x000...000070a08231。下一条指令使用AND，它也消耗了堆栈中的两个元素：我们的函数ID和带有f的四个字节的数字。这是为了确保签名哈希值正好是8个字节的长度，掩盖了其他的东西（如果有任何东西存在的话）。我想这是Solidity使用的安全措施。
长话短说，我们已经简单地检查了calldata是否太短，如果是的话，就退回，然后把东西洗了一下，这样我们的函数ID就在堆栈里了：70a08231。
接下来的部分真的很容易理解：
图3. 函数选择器。
在指令53，代码将18160ddd（totalSuppy的函数ID）推入堆栈，然后使用DUP2来复制我们传入的calldata 70a08231值，目前在堆栈的第二个位置。为什么是DUP？因为指令59的EQ操作码将消耗堆栈中的两个值，我们想保留70a08231的值，因为我们已经费尽心思从calldata中提取它。
现在代码将尝试将calldata中的函数ID与一个已知的函数ID相匹配。由于堆中是 70a08231 ，它将不会与 18160ddd 匹配，跳过指令63的 JUMPI。但在接下来的检查中，它将与之匹配，并跳入指令74的JUMPI。
让我们花点时间观察一下，合约的每个公共或外部函数都有一个这样的匹配检查(EQ)。这是函数选择器的核心：作为某种开关语句，简单地将执行路由到代码的正确部分,它是我们的 "hub（枢纽）"。
因此，由于上一个案例是匹配的，执行流将我们带到130位置(0x82)的JUMPDEST，我们将在本系列下一部分看到它，它是balanceOf函数的ABI Wrapper(包装器)。这个包装器将负责对交易的数据进行解包，供函数主体使用。
继续，这次尝试调试transfer函数。函数选择器其实并不神秘。它是一个简单而有效的结构，位于每一个合约（至少是所有从 Solidity 编译的合约）的大门口，并将执行重定向到代码中的适当位置。它是Solidity赋予合约的字节码模拟多个入口点的能力的方式，因此也是一个接口。
看一下解构图，这就是我们刚刚解构的内容：
图4. 函数选择器和合约的运行时代码主入口点。
下一篇，我们继续解构 函数包装器。
