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

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。

當前以太坊質押總量突破1800萬枚ETH:金色財經報道，據以太坊官方網站mainnet.beaconcha.in數據顯示，當前以太坊質押總量突破1800萬枚ETH，質押總量為18002920枚ETH，以太坊信標鏈驗證者總量已突破56萬，本文撰寫時達到562597個。此外，以太坊信標鏈ETH質押APR（年回報率）當前為4.65%。[2023/4/6 13:47:35]

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--bintarget.sol來看看這個合約的最終編譯結果：

馬克·庫班：大量持有以太坊，因其接近真正貨幣:美國億萬富翁投資者馬克·庫班表示，目前他的投資組合配置中比特幣占60%，以太坊占30%，其他占10%。他認為比特幣是一種價值儲存手段，且因為算法的稀缺性，價格會上漲，所以比特幣是黃金的更好替代品，而且未來也是如此。他表示自己持有比特幣且不會賣掉。對于以太坊，他表示智能合約的出現改變了一切，它帶來的去中心化融資(DeFi)和不可替代代幣(NFTs)。以太坊可以適應時代的發展，因為開發者可以迭代和改進它的能力，這更貼近現實，最接近真正貨幣。[2021/4/2 19:41:19]

608060405234801561001057600080fd5b5060b68061001f6000396000f3fe6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063650500c114602d575b600080fd5b60336047565b604051603e91906067565b60405180910390f35b6000602a905090565b6000819050919050565b6061816050565b82525050565b6000602082019050607a6000830184605a565b9291505056fea26469706673582212206ef8c7b5177952a701b3b46b69cb3ec296f4c54c946692e8ec901f5e43c1e78a64736f6c63430008110033

動態 | BitPay公布支持以太坊支付的商家名單 包括亞馬遜和微軟:區塊鏈支付提供商 BitPay 宣布旗下應用和多個商家已開始支持以太坊支付，并公布了一系列支持以太坊支付的商家名單，包括支持購買（亞馬遜和達美航空的）禮品卡、（Newegg、Ledger、Scan UK 和 Avent 的）電子硬件產品、（APMEX、Goldmoney、Sharps Pixley 和 Provident Metals 的）珠寶、（微軟、Dish TV、Xsolla 和 Dallas Mavericks）的娛樂服務和游戲、（airBaltic、Privatefly、Flight Centre 和 Eom Travel 的）旅游、（Namecheap HOSTKEY、Private Internet 和 ExpressVPN 的）軟件和網絡服務、 （Fancy、Lush、Lanieri Schmidt's 的）時尚護膚品，為非盈利機構（Tor、維基百科基金會、美國紅十字會和 Electronic Frontier）進行捐贈以及購買（Onfido、HackerOne、BitGo、Chainalysis 的）專業服務。[2019/10/23]

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：

動態 | 以太坊未確認交易77332?筆:根據etherscan.io數據顯示，目前以太坊的網絡未確認交易筆數為77332筆，相較此前網絡擁堵仍較為嚴重。[2018/11/22]

合約部署代碼:

608060405234801561001057600080fd5b5060b68061001f6000396000f3fe

合約運行代碼:

6080604052348015600f57600080fd5b506004361060285760003560e01c8063650500c114602d575b600080fd5b60336047565b604051603e91906067565b60405180910390f35b6000602a905090565b6000819050919050565b6061816050565b82525050565b6000602082019050607a6000830184605a565b9291505056fe

auxdata:

a26469706673582212206ef8c7b5177952a701b3b46b69cb3ec296f4c54c946692e8ec901f5e43c1e78a64736f6c63430008110033

以太坊聯合創始人Lubin：加密貨幣應該“不受監管限制”，ETH是燃料:以太坊聯合創始人Joseph Lubin認為，加密貨幣市場應該擁抱監管機構，不過他也指出，確保不扼殺創新這一點至關重要。Lubin歡迎美國和世界其他地方的監管機構進入加密貨幣領域。他認為需要監管機構對什么是證券代幣進行澄清，而ETH不是證券，而是加密燃料。[2018/5/26]

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。

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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