基于Qtum-x86智能合約的創建過程解析

Qtum-x86智能合約創建過程

Qtum-x86虛擬機與以太坊EVM最大的區別之一就是智能合約實現過程。一般來說，智能合約開發人員會使用Remix，甚至用solc來進行開發工作，以便將合約編譯成字節碼。在EVM合約中，發送到區塊鏈的字節碼就是從“0”處開始執行。當礦工（或質押人）構建區塊并將合約交易完成上鏈時，字節開始執行。底層的執行過程基本概括如下：

1. 交易字節碼被發送到區塊鏈節點

2. 礦工/質押人開始構建一個新區塊，并開始完成包含交易的字節碼

3. 字節碼從“0”處開始執行

4. 執行為智能合約構造函數生成的solidity字節碼

5.“持久的（persistent）”字節碼被復制到內存中（即所需的全部數據和字節碼，通常不包括構造函數）

6.構造函數修改后的“常量”在內存中更改，以匹配要部署的最終版本

7.合約執行結束，同時指定了應該持久化到區塊鏈的內存范圍

8. 區塊鏈將數據保存到以太坊的Global State Trie，通過“code”字段將要持久化的字節碼與地址關聯起來

基于Qtum-x86智能合約的創建過程解析

再次調用合約時，會執行以下過程：

1. 當調用合約時，執行從已持久化的合約字節碼的“0”處開始（不包括構造函數）

2. Solidity自動生成的合約代碼解析ABI數據，指定應對哪些函數和參數值執行操作

3. 執行函數

4. 函數返回的數據被復制到內存中，并在合約退出執行時指定地址（開始地址和結束地址）

基于Qtum-x86智能合約的創建過程解析

正是因為Solidity編寫可能存在相關漏洞，Qtum-x86就要求大多數智能合約開發人員需要更加細心。近期，許多智能合約編寫者都知道智能合約返回的數據大小是有固定限制的，EVM可通過一些專門的操作碼允許返回長度可變的數據，當然Solidity會在需要時使用這些操作碼。

x86合約的處理過程有著明顯的不同，在許多方面更為復雜，但同時也更加靈活。其中部分原因在于它繼承了所使用的現有編程語言（例如，C或Rust）的差異，而沒有使用抽象了所有細節的專門構建的語言。首先，編寫合約的過程盡管更透明，但也更復雜：

1. 創建一個“SimpleABI”文件，該文件指定了可以從外部調用合約的接口

2. SimpleABI程序與生成“分派”代碼的ABI文件，以及其他必需的內容一起運行，這樣智能合約開發人員就可以不用關心解析和創建ABI數據的底層細節

3.然后，開發人員為指定的所有接口函數（當然還有其他所需的非接口函數）編寫代碼-；如果沒有實現接口函數，則會導致鏈接器錯誤

4.然后代碼被編譯成單獨的對象文件，這些對象文件會鏈成一個內聚的ELF文件（Linux和其他一些unix操作系統的標準二進制格式）

5. 然后，ELF文件被載入一個自定義的Qtum程序，該程序將提取出感興趣的數據并將其編譯成一個Qtum-x86字節碼格式的文件

在大多數情況下，使用Makefiles之類的工具進行設置之后，這種過程可以自動執行，Qtum當然也會提供可以更改和修改的模板項目，以避免復雜的設置過程。

Qtum-x86字節碼格式不像Solidity那樣“扁平”。它有一個頭部區域，指定有關字節碼的一些信息，以及3個獨立的部分。頭部包含的數據有：

· 選項部分大小

· 代碼段大小

· 數據段大小

·“保留”（即尚未使用）

包含的三個部分是：

1. 選項 – 諸如選擇禁用或選擇啟用某些Qtum-x86功能的標志（例如禁用字節碼升級）或更豐富的數據（如依賴關系圖和元數據）之類的東西

2. 代碼 – 合約的實際可執行數據。該部分數據存儲為只讀和可執行文件

3. 數據 – 在合約執行期間使用和/或修改的明文數據。該部分數據以讀寫方式存儲，且不可執行

與EVM不同，x86所有內存都被認為既是數據，也是代碼。存在一些保護機制，但它要求代碼和數據能清晰地區分開來，并存儲在單獨的內存區域中。這種保護機制是為了防止一些潛在的安全問題。盡管本身不會有安全問題，但如果代碼設計不當，就可能因為覆蓋了保護區代碼或執行了調用方可控制的數據，將小錯誤“放大”為更大的錯誤。因此，這就需要對Qtum-x86的字節碼格式進行結構化處理。

當然，ELF能夠指定所有這些內容，此外還能提供其他更多的功能，那么為什么不使用ELF作為字節碼格式呢？最大的原因是為了簡化共識模型。無論使用什么樣的字節碼格式，每個節點都必須完全一致地解析和理解這些字節碼是“共識關鍵”所在。ELF明顯更為復雜，而過去那些簡單的解析器又有幾個安全漏洞。因此，一種只保留我們所需內容的大大精簡過的格式才是最佳的選擇。這也允許編譯器的其他可能的中間輸出格式，例如PE格式（用于Windows.exe文件的格式）。

既然知道了最終的字節碼，就可以將其廣播到區塊鏈上。Qtum-x86中執行合約和持久化合約的方法是類似的，但二者也有足夠的差異，由此可能會影響智能合約的開發人員：

1. 包含交易的字節碼被發送到區塊鏈節點

2. 礦工/質押人開始構建一個新的區塊，并開始完成包含交易的字節碼

3. 解析字節碼格式，并將每個部分被映射到VM的內存中

4. 字節碼從“代碼”內存的第0個位置開始執行

5. 執行由編譯器/鏈接器插入的“crt0”代碼，以初始化堆棧并準備執行

6. 系統調用目的是使合約意識到正在被構建（因此不應期望出現合約調用）

7. 執行智能合約構造函數代碼

8. 代碼退出并結束執行

9. 區塊鏈持久化存儲了整個合約字節碼格式文件。字節碼作為地址的“bytecode”數據字段保存到DeltaDB中。一個表示構造、執行和字節碼的“delta”會被插入到區塊頭中的Merkle哈希樹中

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