以太坊: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_YODE

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（bytecodes）；而在部署階段，部署者通過發起一筆特殊交易（to的地址為空）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。

前10大以太坊非交易所地址持有3180萬枚ETH，創歷史新高:6月5日消息，據鏈上分析公司Santiment發推稱，目前，排名前10的以太坊非交易所地址持有ETH數量為3180萬枚（約594.7億美元），創歷史新高。[2023/6/5 21:16:12]

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：

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 --bin target.sol 來看看這個合約的最終編譯結果：

608060405234801561001057600080fd5b5060b68061001f6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063650500c114602d575b600080fd5b60336047565b604051603e91906067565b60405180910390f35b6000602a905090565b6000819050919050565b6061816050565b82525050565b6000602082019050607a6000830184605a565b9291505056fea26469706673582212206ef8c7b5177952a701b3b46b69cb3ec296f4c54c946692e8ec901f5e43c1e78a64736f6c63430008110033

V神：絕不會建議任何人貸款購買ETH或其他以太坊資產:V神在推特發布的截圖顯示有人貸款購買BTC，他表示，“請不要這樣做。我絕不會建議任何人通過個人貸款購買ETH或其他以太坊資產。”[2020/12/14 15:08:46]

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:

合約運行代碼:

auxdata:

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。 （至于auxdata，它是緊跟在runtime代碼后面的43個字節，相當于源碼的指紋，可以用來驗證。這只是數據，并不會被EVM執行。）

The Block研究總監：以太坊的交易費用占礦工總收入的百分比正在上升:The Block研究總監Larry Cermak發推稱：“以太坊的交易費用占礦工總收入的百分比正在上升，遠遠超過了比特幣，盡管比特幣最近已完成了減半。”[2020/7/6]

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。（通過查看 Remix : ./artifacts/MagicNum.json 中的 bytecode 里的 opcodes 可以看到。而 deployedBytecode 里的 opcodes 卻是 92 條，因為它的長度是 部署代碼 + 運行代碼 ）

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。（這點和 Windows 軟件不一樣，PE文件是有固定的入口點的,而且不同的 Windows 版本或不同的 PE 文件 入口點也會有所不同）。也就是說，當我們部署合約時， EVM 會從第一個bytecode開始讀起。

聲音 | ConsenSys：以太坊礦池正在日益中心化:金色財經報道，ConsenSys研究團隊近日發布了題為《衡量區塊鏈去中心化》的報告。報告表示，隨著時間的流逝，四個礦池開始占主導地位，這些礦池合計產量占季度區塊產量的72％以上，并支付了所有礦工的83％以上。該報告稱，以太坊礦池是一個日益中心化的領域，更低的ETH價格、降低的區塊獎勵、以及相當停滯的哈希率都促使更少的礦工加入該網絡。根據ConsenSys的說法，以太坊網絡切換到權益證明共識機制將重新定義這一中心化領域，并得出結論稱，功能調用多樣性、DeFi增長和代幣分布表明總體以太坊去中心化有所增加。該報告還指出，各層的復雜性和網絡上活動的復雜性不斷增加，將來使衡量權力下放變得更加困難。[2019/11/22]

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：

動態 | Datawallet推出基于以太坊的僵尸程序防治產品:據coindesk報道，區塊鏈創業公司Datawallet宣布推出基于以太坊的“Bot or Not協議”，旨在解決當前互聯網上自動化僵尸程序的流行。該公司與另一家初創公司Enigma合作開發了該產品，Enigma專注于在基于區塊鏈的智能合約中保持數據私密性。[2018/9/27]

然后我們看合約的運行代碼：

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 [00] 處開始執行，老老實實地走到 [09]，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”（部署代碼），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” （這么說看起來并不智能的樣子……）

全文完。

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來源：bress

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