科普 | 以太坊智能合约的生命周期

Ajian   |     |   4127 次阅读

编者注:本文转载自“Codefine好码安全”公众号,讲述了以太坊上的合约从部署到调用的完整过程。值得指出的是,因为与合约相关的交易被打包进区块并得到计算的过程与普通交易是即为相似的,因此读者也可借此一窥以太坊这个计算机系统是如何运行的。


"A smart contract is a computer program executed in a secure environment that directly controls digital assets."

-- Vitalik Buterin

作为以太坊的标志性技术, 网络上已经有非常多的文章对智能合约进行了介绍。今天Cindy将主要带领大家经历一场以太坊上智能合约的生命周期之旅, 一起经历合约存储、创建、部署、执行、升级与销毁的过程。

一起出发吧!

第一站:合约存储

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-以太坊上两种账户类型:a) 个人账户 b)合约账户-

首先,以太坊智能合约有两种类型的账户:外部个人账户和合约账户。这两种类型账户的功能和特点都不一样。

其次,合约在部署时, 就会创建一个合约账户, 合约代码的可执行字节码(Bytecode)保存在合约账户(CA)中。具体来说就是存在账户 codehash 指向的存储区域;codeHash 是代码的 hash 值,创建后不可更改。

再次, 数据主要存储在账户 storageRoot 指向的存储区域;storageRoot 对应合约存储结构的MPT树根节点hash值,通过它能够在数据库中检索到合约的变量信息。

最后, 所有的基础存储目前都基于 leveldb, 一种 kv 数据库。

第二站:合约创建

这里我们用用户 A 的例子做说明。

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  1. 用户 A 使用 solidity 等语言创建一份合约代码
  2. A 在 IDE/钱包/其他客户端,按一定的格式(from,data,value,Gas,GasPrice....)填写 data,然后确认(即发起一次transaction)
  3. 客户端会填补 account nonce(tx计数器)、compile solidity、签名 等操作,并将 to 字段置零(代表合约创建)。
  4. 该 tx 广播到网络上,B 节点收到该 tx。
  5. B 节点检查 tx 是否有效、格式是否正确,验证交易签名是否合法。如果符合要求,计算可能的最大交易费用,确定发送者的地址,并在本地的区块链上查看发送者的余额,如果账户余额不足以支付最大的交易费用,则返回错误。
  6. 对于符合要求的交易请求,B 将其放在交易存储池中,并向其他节点转发(比如转发给了C)。C 收到交易请求的节点重复用户 B 的处理过程。

第三站:合约部署

我们加入矿工B和C。

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-部署与挖矿过程-
  1. B 和 C 各自从本地的交易存储池中拿到一批 TX,然后打包进行 hash 计算(挖矿)。

  2. 假设 B 挖矿成功(获得了记账权),B 会根据 A 提供的交易费用和合约代码,创建合约账户,并在账户空间中部署合约。合约账户地址在创建合约的 tx 确认后返回给 A

  3. B 打包好的区块(包含 A 创建的智能合约)发送至对等节点,并在全网传播。

  4. C 接收到该区块,验证区块,如果区块通过验证:
    a. C 从内存池中删除 A 创建的智能合约交易请求
    b. C 将区块链接到本地最长链上(同步区块)
    c. C 将 A 的智能合约部署在本地区块链中。

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-区块验证过程-

第四站:合约执行

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-合约执行过程-
  1. 用户 A 按照一定格式在网络中发起一个 tx 请求;该请求被网络中节点 B 收到: i. 如果符合要求,计算可能的最大交易费用(最大交易费用=Gas Limit×GasPrice),确定发送方的地址,并在本地的区块链上从发送方账户中减去相应费用 ii. 如果账户余额不足,则返回错误,这条交易被直接丢弃。
  2. B 同步到此交易,检查交易是否有效、格式是否正确。
  3. 符合要求的交易请求,用户 B 将其放在交易存储池中,并向其他节点转发. 其他节点执行和B同样的操作过程.
  4. B 挖矿成功。 a. 对于转账交易,B 将该交易和其他交易一起打包到区块。 b. 对于合约调用交易,B 将该交易和其他交易一起打包到区块中,并在本地的 EVM 上运行合约代码: i. 如果代码并未结束而 Gas 已经用完,那么因代码运行而改变的状态回滚到代码运行之前,但是已经支付的交易费用不可收回,交易费用由B获得。 ii. 如果代码运行结束 Gas 还有剩余,那么B只会获得消耗 的Gas×GasPrice 作为手续费,不会收取剩余 Gas 对应的手续费。 c. B 将包含 A 交易请求的区块传播到对等节点,在网络中广播。
  5. C 节点收到该区块后: a. 验证区块(用户A的交易的合法性也被再次验证) i. 验证通过,C 将内存池中 A 的交易请求删掉,同时将B的区块添加到本地的区块链中 ii. 验证不通过,C 丢弃该区块。 b. 执行区块中的智能合约交易 i. C 在本地的 EVM 上运行该智能合约,并与 B 的执行结果互相验证。
  6. 网络上其他矿工节点重复 C 的执行过程:通过 EVM 在本地计算机上运行智能合约,作为他们参与挖矿进程的一部分,然后得出一个结果并进行验证。 a. 理论上,如果没有人恶意操作,每个计算机代码运行的结果都是相同的,因为它们运行着提供了相同信息的相同合约代码。

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第五站:合约升级

  1. 部署在以太坊区块链上的代码是不可改变的,即无法重新部署一个新的合约到相同的地址上。(编者注:实际上是可以改变的。但需要)
  2. 智能合约升级较为困难,务必需要一次性将合约写"完美"(测试/验证要求极高)。
  3. hacking 办法: a. 部署一个拥有调用转发功能的智能合约 b. 将收到的调用转发到另外一个包含逻辑功能的合约地址 c. 当进行合约升级时,只需要部署一个新的合约并修改转发的目标地址,以指向新的合约。

第六站:合约销毁

合约发起者可以调用 selfdestruct() 方法即可销毁合约。举例:

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参考材料:


作者: Codefine

本文为 Codefine 原创文章,ETHFANS 经授权转发。Codefine 是领先的区块链安全服务提供商,提供多种平台上的智能合约开发和安全解决方案, 并以此连接全球范围内区块链的创新者和开发者。


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