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WTF Opcodes极简入门: 18. Call指令

我最近在重新学以太坊opcodes，也写一个“WTF EVM Opcodes极简入门”，供小白们使用。

推特：@0xAA_Science

社区：Discord｜微信群｜官网 wtf.academy

所有代码和教程开源在github: github.com/WTFAcademy/WTF-Opcodes

这一讲，我们介绍EVM中的CALL指令。CALL指令可以被视为以太坊的核心，它允许合约之间进行交互，让区块链上的合约不再孤立。如果你不了解CALL指令，请参考WTF Solidity教程第22讲。

CALL 指令

CALL指令会创建一个子环境来执行其他合约的部分代码，发送ETH，并返回数据。返回数据可以使用RETURNDATASIZE和RETURNDATACOPY获取。若执行成功，会将1压入堆栈；否则，则压入0。如果目标合约没有代码，仍将1压入堆栈（视为成功）。如果账户ETH余额小于要发送的ETH数量，调用失败，但当前交易不会回滚。

它从堆栈中弹出7个参数，依次为：

  • gas：为这次调用分配的gas量。
  • to：被调用合约的地址。
  • value：要发送的以太币数量，单位为wei。
  • mem_in_start：输入数据（calldata）在内存的起始位置。
  • mem_in_size：输入数据的长度。
  • mem_out_start：返回数据（returnData）在内存的起始位置。
  • mem_out_size：返回数据的长度。

它的操作码为0xF1，gas消耗比较复杂，包含内存扩展和代码执行等成本。

下面，我们在极简EVM中支持CALL指令。由于CALL指令比较复杂，我们进行了一些简化，主要包括以下几个步骤：读取calldata，更新ETH余额，根据目标地址代码创建evm子环境，执行evm子环境代码，读取返回值。

def call(self):
    if len(self.stack) < 7:
        raise Exception('Stack underflow')
        
    gas = self.stack.pop()
    to_addr = self.stack.pop()
    value = self.stack.pop()
    mem_in_start = self.stack.pop()
    mem_in_size = self.stack.pop()
    mem_out_start = self.stack.pop()
    mem_out_size = self.stack.pop()
    
    # 拓展内存
    if len(self.memory) < mem_in_start + mem_in_size:
        self.memory.extend([0] * (mem_in_start + mem_in_size - len(self.memory)))

    # 从内存中获取输入数据
    data = self.memory[mem_in_start: mem_in_start + mem_in_size]

    account_source = account_db[self.txn.caller]
    account_target = account_db[hex(to_addr)]
    
    # 检查caller的余额
    if account_source['balance'] < value:
        self.success = False
        print("Insufficient balance for the transaction!")
        self.stack.append(0) 
        return
    
    # 更新余额
    account_source['balance'] -= value
    account_target['balance'] += value
    
    # 使用txn构建上下文
    ctx = Transaction(to=hex(to_addr), 
                        data=data,
                        value=value,
                        caller=self.txn.thisAddr, 
                        origin=self.txn.origin, 
                        thisAddr=hex(to_addr), 
                        gasPrice=self.txn.gasPrice, 
                        gasLimit=self.txn.gasLimit, 
                        )
    
    # 创建evm子环境
    evm_call = EVM(account_target['code'], ctx)
    evm_call.run()
    
    # 拓展内存
    if len(self.memory) < mem_out_start + mem_out_size:
        self.memory.extend([0] * (mem_out_start + mem_out_size - len(self.memory)))
    
    self.memory[mem_out_start: mem_out_start + mem_out_size] = evm_call.returnData
    
    if evm_call.success:
        self.stack.append(1)  
    else:
        self.stack.append(0)

测试

测试用的以太坊账户状态：

account_db = {
    '0x9bbfed6889322e016e0a02ee459d306fc19545d8': {
        'balance': 100, # wei
        'nonce': 1, 
        'storage': {},
        'code': b''
    },
    '0x1000000000000000000000000000000000000c42': {
        'balance': 0, # wei
        'nonce': 0, 
        'storage': {},
        'code': b'\x60\x42\x60\x00\x52\x60\x01\x60\x1f\xf3'  # PUSH1 0x42 PUSH1 0 MSTORE PUSH1 1 PUSH1 31 RETURN
    },

    # ... 其他账户数据 ...
}

在测试中，我们会使用第一个地址（0x9bbf起始）调用第二个地址（0x1000起始），运行上面的代码（PUSH1 0x42 PUSH1 0 MSTORE PUSH1 1 PUSH1 31 RETURN），成功的话会返回0x42。

测试字节码为6001601f5f5f6001731000000000000000000000000000000000000c425ff15f51（PUSH1 1 PUSH1 31 PUSH0 PUSH0 PUSH1 1 PUSH20 1000000000000000000000000000000000000c42 PUSH0 CALL PUSH0 MLOAD），它会调用第二个地址上的代码，并发送1 wei的以太坊，然后将内存中的返回值0x42压入堆栈。

# Call
code = b"\x60\x01\x60\x1f\x5f\x5f\x60\x01\x73\x10\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x0c\x42\x5f\xf1\x5f\x51"
evm = EVM(code, txn)
evm.run()
print(hex(evm.stack[-2]))
# output: 0x1 (success)
print(hex(evm.stack[-1]))
# output: 0x42

总结

这一讲，我们探讨了CALL指令，它使得EVM上的合约可以调用其他合约，实现更复杂的功能。希望这一讲对您有所帮助！目前，我们已经学习了144个操作码中的137个（95%）！