本文目标
本文的主要目的:1、了解solidity的基本编译原理2、通过示例的方式了解如何添加新的指令,不会涉及到solidity语言的语法讲解。
solidity简介
solidity是智能合约的开发语言,是一种语法类似于javascript的高级语言。合约源码经过编译生成虚拟机代码运行在虚拟机中。
开发文档:https://solidity
functionget()publicviewreturns(uint){returnstoredData;}}
abi,data,opcodes
以上代码在remix:
http://remix.ethereum.org/中使用0.5.1commit版本编译生成
abi=,"name":"get","outputs":,"payable":false,"stateMutability":"view","type":"function"},{"constant":false,"inputs":,"name":"set","outputs":,"payable":false,"stateMutability":"nonpayable","type":"function"}]
data="0x60806040526000805534801561001457600080fd5b5060c2806100236000396000f3fe6080604052600436106043576000357c0100000000000000000000000000000000000000000000000000000000900480636d4ce63c146048578063b8e010de146070575b600080fd5b348015605357600080fd5b50605a6084565b6040518082815260200191505060405180910390f35b348015607b57600080fd5b506082608d565b005b60008054905090565b4360008190555056fea165627a7a72305820825c534e94b487410e10fa0ba5da11584c0b0ad2bd9e56397a3dfa89e504ee1f0029"
opcodes="
固定指令:PUSH10x80PUSH10x40MSTORE
变量:PUSH10x0DUP1SSTORE//对应的storedData=0
内联函数:CALLVALUEDUP1ISZEROPUSH20x14JUMPIPUSH10x0DUP1REVERTJUMPDESTPOP//用于出错回滚
ICON计划在1月激活ICON 2.2升级,并改进BTP技术:1月3日消息, ICON区块链更新开发路线图,今年1月的核心重点将是激活ICON 2.2,此次升级将是完成从ICON 1.0到ICON 2.0过渡的最后一步。作为此次升级的一部分, ICON将寻求将主要P-Rep的人数从22人增加到25人。ICON 2.2还将包括一个用Java编写的新Governance SCORE,合约所有者将变更为Governance SCORE。
在互操作性解决方案区块链传输协议(BTP)方面,目标是在1月份完成以下项目:
-在无需信任的桥模型下开始研究减少Gas消耗。
-将代币迁移合约部署到MoonRiver测试网和ICON的Berlin测试网进行测试。
-如果成功解决Gas消耗问题,将合约部署到MoonRiver和ICON主网。
-完成NEAR与Nexus门户的集成。
-更多合作伙伴集成(待定)。
-开始DApp到DApp的集成,展示跨链传输的真实用例。[2022/1/3 8:20:45]
部署代码指令:PUSH10xC2DUP1PUSH20x23PUSH10x0CODECOPYPUSH10x0RETURNINVALID//部署合约的核心指令
固定指令:PUSH10x80PUSH10x40MSTORE
固定指令:PUSH10x4CALLDATASIZELT//用于校验input大小。
加载合约代码:PUSH10x43JUMPIPUSH10x0CALLDATALOADPUSH290x100000000000000000000000000000000000000000000000000000000SWAP1DIVDUP1PUSH40x6D4CE63CEQPUSH10x48JUMPIDUP1PUSH40xB8E010DEEQPUSH10x70JUMPIJUMPDESTPUSH10x0DUP1REVERTJUMPDEST
内联函数:CALLVALUEDUP1ISZEROPUSH10x53JUMPIPUSH10x0DUP1REVERTJUMPDESTPOP
get函数:PUSH10x5APUSH10x84JUMPJUMPDESTPUSH10x40MLOADDUP1DUP3DUP2MSTOREPUSH10x20ADDSWAP2POPPOPPUSH10x40MLOADDUP1SWAP2SUBSWAP1RETURNJUMPDEST
内联函数:CALLVALUEDUP1ISZEROPUSH10x7BJUMPIPUSH10x0DUP1REVERTJUMPDESTPOP
set函数:PUSH10x82PUSH10x8DJUMPJUMPDESTSTOPJUMPDESTPUSH10x0DUP1SLOADSWAP1POPSWAP1JUMPJUMPDESTNUMBERPUSH10x0DUP2SWAP1SSTOREPOPJUMPINVALID
其他指令:LOG1PUSH60x627A7A723058KECCAK256DUP30x5cMSTORE80x4eSWAP50xb4DUP8COINBASE0xeLTSTATICCALLSIGNEXTEND0xa50xdaGTPC0x4cSIGNEXTENDEXP0xd20xbdSWAP15JUMPCODECOPYPUSH270x3DFA89E504EE1F0029000000000000000000000000000000000000"//
上述abi,data是在部署合约和执行合约需要的数据。其中abi包含了合约中用到的函数名,函数的输入输出,与函数的属性。opcodes是虚拟机要执行的具体代码指令,data是opcodes的16进制,二者之间可以互相转化。下面介绍下如何生成abi与opcodes。
工信部信发司司长:加快推动区块链技术和产业创新发展:工业和信息化部信息技术发展司司长谢少锋近日在2021国际工业区块链大会线上会议中表示,当前,新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起,以区块链为代表的新一代信息技术迅猛发展,在支撑数字经济、赋能实体经济、提升治理能力等方面呈现出巨大价值和广阔前景。下一步,工业和信息化部将加大工作力度营造良好政策环境,从产品、企业、标准、人才、生态等多方面加强统筹形成合力,深化技术应用、提升创新能力、完善产业生态。同时,加大对地方支持力度,加快推动区块链技术和产业创新发展。(上海证券报)[2021/11/30 12:39:46]
solidity编译原理简述
这里以上述合约代码为例,简单介绍下解析流程
1、以字符串的形式读入完整合约代码,转第2步;
2、去除字符串前的空格,然后遍历字符串,并以空格,‘{’,'}',';','(',')'等为分隔符将字符串进行分割,然后与TOKEN_LIST中定义的TOKEN进行对比,并替换为应的TOKEN,转第3步。
3、第一个TOKEN是pragma,然后以pragma为开始,直到';'结束,确定语言为solidity,版本号大于等于0.5.0,并比较当前编译器版本是否匹配,转第4步。
4、继续遍历,TOKEN为contract,,然后从contract开始,确定下一个字符串storenumber为contractname,继续遍历,从‘{’开始,,到配对的‘}’结束,此时确定了合约名为storenumber的合约内容,转第9步。
5、继续遍历,TOKEN为uint,判断为数据类型,以‘;’为结尾,确定数据类型为uint,类型名为storedData,转第6步
6、继续遍历,TOKEN为function,后续字符串set为函数名,以‘(’,开始,以‘)’为终确定input为空,继续遍历TOKEN为public,确定函数属性,继续遍历TOKEN为‘{’,以配对的‘}’为结束,确定函数体,转第7步。
7、继续遍历,TOKEN为function,处理逻辑与第6步相同,但是增加了view属性与returns,returns的解析结果对应了abi中的outputs,转第8步。
8、继续遍历遇到与合约初始‘{’配对的‘}’,转第4步继续处理。
9、遍历结束,进行合法性检查(语法检查,命名规则检查,指令检查等),转第10步。
10、开始编译合约,即opcodes的生成过程。编译过程可分成三个过程,转第11步。
11、编译初始化。初始化指令是固定的:PUSH10x80PUSH10x40MSTORE。然后取出所有的状态变量,这里的状态变量会被编译为:PUSH10x0DUP1SSTORE,转到第12步。
备注:1、这里的指令并不是一开始就是这样,而是后期经过翻译过的,比如PUSH10x80在这里的正确表示方式是AssembllyItem(type:pushdata,data:0x80),之后经过token,instruction的对应转化为指令2、状态变量指令PUSH10x0DUP1SSTORE表示初始化变量为值为零,变量位置偏移为0。如果代码中初始化为1,这里的指令会编译成PUSH10x1PUSH10x0SSTORE。如果增加一个变量初始化为3,则会被编译为PUSH10x1PUSH10x0SSTOREPUSH10x3PUSH10x1SSTORE
12、继续编译,主要是完成对函数的编译,添加一个用于检查并回滚的内联函数。对应的指令:CALLVALUEDUP1ISZEROPUSH20x14JUMPIPUSH10x0DUP1REVERTJUMPDESTPOP,转13步;
13、添加合约初始化:PUSH10xC2DUP1PUSH20x23PUSH10x0CODECOPYPUSH10x0RETURN。至此,部署合约的主要opcodes生成完毕。下面开始编译函数,转14步;
人社部启动全国新职业技术技能大赛:区块链应用操作员入选赛项:8月17日消息,人力资源和社会保障部将于2021年11—12月在浙江省杭州市举办全国新职业技术技能大赛,本次赛项总计20个,其中包括区块链应用操作员。获得各比赛项目前5名(双人赛项前3名)的选手,经人力资源社会保障部核准后,授予“全国技术能手”称号,颁发奖章、奖牌和证书。(北京日报)[2021/8/17 22:19:21]
14、先根据所有的函数名生成对应的函数地址,如例子中的0x6D4CE63C,0xB8E010DE,实际调用函数的时候在查看交易的input中,就有这个值,转15步;
15、编译函数,生成各个函数的指令,可参照前文示例。转16步;
16、最后编译missingFunctions。转17步;
17、打印结果,编译结束。
上述解析的流程只是介绍了基本的思路,实际的处理过程要复杂的多,因为合约中可以有类,继承,多态,接口,库等形式的存在,需要进行一些额外的处理。
生成abi:
abi的内容是合约内函数的相关信息,包括函数的constant,name,inputs,outputs,payable,stateMutability,type,从上述第2至8步的解析即可获取到上述信息,然后封装成json返回给前端即可。
生成opcodes:
上述第10到16步内流程即是生成cpcodes的过程,在实际使用中,用的opcodes的16进制。
添加新指令
影响范围
根据上述编译流程的解析,要添加新的指令,需要考虑以下4点
1、token的定义:语法定义,比如token{Add,+},将+与Add对应起来,解析的时候将代码中的+替换为Add
2、instruction的定义:提供给虚拟机执行的指令,需要在编译器和虚拟机中添加相同的定义
3、casetoken的处理:将token与instruction对应起来,编译的过程中将token::Add替换为instruction::ADD指令,供虚拟机识别。
4、新指令对编译的影响:比如对函数的影响,对存储的影响等,这个修改可以参考其他的同类型指令,比如添加的是运算符就参考加减乘除指令,添加的是块属性就参考已有的number,gaslimit指令。
5、虚拟机中对新加指令的定义与处理
示例:以添加RANDOM指令(获取块中的随机数属性,可参考number属性,合约中以block.number,block.random的方式进行使用)为例,说明在代码中添加的位置。
修改编译器代码
1、查看token定义,代码位置:liblangutil/Token.h。在TOKEN_LIST已定义了2中类型的token,一种是关键字token,一种是非关键字token,如括号,运算符,数据类型。要添加的random不是以上类型,不需要进行token定义。
#token定义示例,格式为M(name,string,precedence),M可以是T或者K,T表示非关键字token,K表示关键字token。name表示token名称,string为token的原生字符串,precedence表示优先级。
#defineTOKEN_LIST(T,K)
......
T(LParen,"(",0)
T(RParen,")",0)
T(LBrack,"[",0)
T(RBrack,"]",0)
动态 | 陕西农业农村厅:把区块链等技术与农业农村相融合:据三秦都市报4月11日报道,昨日陕西省农业农村厅称,陕西省农业农村信息化工作将以网络强国、数字陕西战略为引领,聚焦实施乡村振兴战略、产业脱贫、“3+X”工程和农村人居环境等重点工作,把人工智能技术、5G技术、区块链技术、空间遥感等先进信息化技术与农业农村相融合,全面提升信息化服务农村经济和乡村振兴的水平。[2019/4/11]
T(AssignShr,">>>=",2)
T(AssignAdd,"+=",2)
T(AssignSub,"-=",2)
......
K(Continue,"continue",0)
K(Contract,"contract",0)
K(Do,"do",0)
K(Else,"else",0)
......
2、指令定义,代码位置:libevmasm/Instruction.h。在enumcalssInstruction中找到block的相关属性,并在其后追加RANDOM指令。如下所示,RANDOM=0x46。注意添加的指令号不能与其他的冲突,比如不能再添加一个0x40的指令,会与现有的BLOCKHASH指令冲突。
enumclassInstruction:uint8_t{......BLOCKHASH=0x40,///<gethashofmostrecentcompleteblockCOINBASE,///<gettheblock'scoinbaseaddressTIMESTAMP,///<gettheblock'stimestampNUMBER,///<gettheblock'snumberDIFFICULTY,///<gettheblock'sdifficultyGASLIMIT,///<gettheblock'sgaslimitRANDOM,......
}
上述定义为16进制,需要有一个字符串的"RANDOM"与指令对应,代码位置libevmasm/Instruction.cpp中。
std::map<std::string,Instruction>constdev::solidity::c_instructions={......{"NUMBER",Instruction::NUMBER},{"DIFFICULTY",Instruction::DIFFICULTY},{"GASLIMIT",Instruction::GASLIMIT},{"RANDOM",Instruction::RANDOM},......}staticstd::map<Instruction,InstructionInfo>constc_instructionInfo={......{Instruction::ADD,{"ADD",0,2,1,false,Tier::VeryLow}},{Instruction::NUMBER,{"NUMBER",0,0,1,false,Tier::Base}},{Instruction::DIFFICULTY,{"DIFFICULTY",0,0,1,false,Tier::Base}},{Instruction::GASLIMIT,{"GASLIMIT",0,0,1,false,Tier::Base}},{Instruction::RANDOM,{"RANDOM",0,0,1,false,Tier::Base}},......}//后面的0,0,1,false,Tier::Base是可变的,根据指令的需要。第一个默认为0即可,第二个0表示参数个数,1表示需要1个返回值。false可理解为只在虚拟机内部使用,如果涉及到数据库的读写,这里要填成true。最后的Tier::Base是gasprice的级别,根据需要填写即可。
云南省旅游商品协会会长:区块链等技术助力“新零售”:近日,2018首届亚太国际旅游新零售高峰论坛在昆举行,云南省旅游商品协会会长蔡超表示,“新零售”与传统实体零售、传统电商零售的区别在于通过互联网、大数据、区块链解决经营过程的透明化、合理化、精准化、去中心化、规模化问题。[2018/4/18]
3、指令的处理:代码位置libsolidity/codegen/ExpressionCompiler.cpp
boolExpressionCompiler::visit(MemberAccessconst&_memberAccess){......caseType::Category::Magic:if(member=="coinbase")m_context<<Instruction::COINBASE;elseif(member=="timestamp")m_context<<Instruction::TIMESTAMP;elseif(member=="difficulty")m_context<<Instruction::DIFFICULTY;elseif(member=="number")m_context<<Instruction::NUMBER;elseif(member=="gaslimit")m_context<<Instruction::GASLIMIT;elseif(member=="random")m_context<<Instruction::RANDOM;......}//不同的指令有不同的case进行处理,比如token:Add的处理如下:voidExpressionCompiler::appendArithmeticOperatorCode(Token_operator,Typeconst&_type){......switch(_operator){caseToken::Add:m_context<<Instruction::ADD;break;caseToken::Sub:m_context<<Instruction::SUB;break;caseToken::Mul:m_context<<Instruction::MUL;break;......}//如果添加的是其他类型的指令,就找到对应的case添加即可。
4、对函数,存储的影响:
确定数据类型,代码位置libsolidity/ast/Types.cpp
MemberList::MemberMapMagicType::nativeMembers(ContractDefinitionconst*)const{//指定存储的数据类型......caseKind::Block:returnMemberList::MemberMap({{"coinbase",make_shared<AddressType>(StateMutability::Payable。,{"timestamp",make_shared<IntegerType>(256。,{"blockhash",make_shared<FunctionType>(strings{"uint"},strings{"bytes32"},FunctionType::Kind::BlockHash,false,StateMutability::View。,{"difficulty",make_shared<IntegerType>(256。,{"number",make_shared<IntegerType>(256。,{"gaslimit",make_shared<IntegerType>(256。,{"random",make_shared<IntegerType>(256。//注意这里,设置数据类型为uint256,如果需要其他数据类型,参考libsolidity/ast/Types.h中的类型定义});......
对函数的影响:代码位置libevmasm/Semanticlnformation.cpp
boolSemanticInformation::invalidInPureFunctions(Instruction_instruction)
{
switch(_instruction)
{
......
caseInstruction::TIMESTAMP:
caseInstruction::NUMBER:
caseInstruction::DIFFICULTY:
caseInstruction::GASLIMIT:
caseInstruction::RANDOM://增加的random指令影响函数的Pure属性。returntrue表示该函数不能使用pure关键字。
caseInstruction::STATICCALL:
caseInstruction::SLOAD:
returntrue;
default:
break;
}
returninvalidInViewFunctions(_instruction);
}
修改虚拟机代码
random指令的定义,代码位置:hvm/evm/opcodes.go
const(
//0x40range-blockoperations
BLOCKHASHOpCode=0x40+iota
COINBASE
TIMESTAMP
NUMBER
DIFFICULTY
GASLIMIT
RANDOM//新增
)
varopCodeToString=mapstring{
......
NUMBER:"NUMBER",
DIFFICULTY:"DIFFICULTY",
GASLIMIT:"GASLIMIT",
RANDOM:"RANDOM",//新增
......
}
varstringToOp=mapOpCode{
......
"NUMBER":NUMBER,
"DIFFICULTY":DIFFICULTY,
"GASLIMIT":GASLIMIT,
"RANDOM":RANDOM,//新增
......
}
指令操作的定义:代码位置:hvm/evm/jump_table.go,添加指令的操作属性
instructionSet=operation{
execute:opRandom,
gasCost:constGasFunc(GasQuickStep),
validateStack:makeStackFunc(0,1),
valid:true,
}
上述操作码对应函数opRandom的定义:代码位置hvm/evm/instrucitons.go,可参考number函数的定义
funcopNumber(pc*uint64,evm*EVM,contract*Contract,memory*Memory,stack*Stack)(byte,error){
stack.push(math.U256(new(big.Int).Set(evm.BlockNumber)))
returnnil,nil
}
funcopRandom(pc*uint64,evm*EVM,contract*Contract,memory*Memory,stack*Stack)(byte,error){
stack.push(math.U256(new(big.Int).Set(evm.Random)))
returnnil,nil
}
上述opRandom中使用了evm.Random,因此需要在evm结构体增加Random的属性。代码位置hvm/evm/evm.go
typeContextstruct{
......
Coinbasecommon.Address//ProvidesinformationforCOINBASE
GasLimit*big.Int//ProvidesinformationforGASLIMIT
BlockNumber*big.Int//ProvidesinformationforNUMBER
Time*big.Int//ProvidesinformationforTIME
Difficulty*big.Int//ProvidesinformationforDIFFICULTY
Random*big.Int//新增
}
上述增加了Random属性,需要对其进行初始化,代码位置为:hvm/hvm.go
funcNewEVMContext(msgMessage,header*types.Header,chainChainContext,author*common.Address)evm.Context{
......
returnevm.Context{
CanTransfer:CanTransfer,
Transfer:Transfer,
GetHash:GetHashFn(header,chain),
Origin:msg.From(),
Coinbase:beneficiary,
BlockNumber:new(big.Int).Set(header.Number),
Time:new(big.Int).Set(header.Time),
Difficulty:new(big.Int).Set(header.Difficulty),
GasLimit:new(big.Int).Set(header.GasLimit),
Random:new(big.Int).Set(header.Random),//新增
GasPrice:new(big.Int).Set(msg.GasPrice()),
}
}
上述获取的header为当前校验的块的header。header.Random的增加与生成此处不介绍了。
至此,编译源码与虚拟机源码添加Random指令修改完成。
生成编译器
1、下载源码:gitclone
https://github.com/ethereum/solidity
2、cdsolidity&&gitcheckoutv0.5.7#本文例子以v0.5.7版本为基础版本进行修改
3、按照前文介绍修改相关代码
4、编译源码生成编译器
二进制编译器:mkdirbuild&&cdbuild&&cmake..&&make#执行完成后生成二进制文件:solc
js编译器:执行./scripts/build_emscripten.sh#执行完成后生成js文件:soljson.js
5、使用编译器编译合约代码
使用二进制编译器:solc--abitest.sol#生成abi
solc--bintest.sol#生成data
solc--opcodestest.sol#查看opcodes
使用js编译器:可以将soljson.js替换到remix中进行测试。需要搭建remix环境并修改soljson.js的加载路径或者自行编写js脚本进行测试。
6、按照前文介绍修改虚拟机代码并部署到测试链,使用上述生成的abi,data进行链上测试,合约部署和调用过程不在赘述。
注:如有问题请在下方留言联系我们技术社群。
汪晓明博客:http://wangxiaoming.com/
汪晓明:HPB芯链创始人,巴比特专栏作家。十余年金融大数据、区块链技术开发经验,曾参与创建银联大数据。主创区块链教学视频节目《明说》30多期,编写了《以太坊官网文档中文版》,并作为主要作者编写了《区块链开发指南》,在中国区块链社区以ID“蓝莲花”知名。
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1900/1/1 0:00:00