WebAssembly 二进制编码介绍（九）

WebAssembly 是基于栈式虚拟机的虚拟二进制指令集（V-ISA），它被设计为高级编程语言的可移植编译目标。长安链使用的是wasm的二进制模块，我们这里着重分析WebAssembly的二进制模块。WebAssembly的各组件含义及关联关系需要一段时间的学习来掌握，需要大家自己不断的研究与琢磨。

WebAssembly的官方介绍： https://www.wasm.com.cn/docs/binary-encoding/

wasm的二进制模块包含11大组件：

二进制模块组件.png

官方文档中提供解析wasm二进制的方式：

1. magic & version
   magic - uint32 - 0x6d736100
   version - uint32 - 0x1

2. 根据不同的sec type 分别解析

   
   
   section信息.png

3. 各section有详细字段说明

   
   
   section字段描述.png
4. 在官方文档描述中，字段类型uint32、int32比较好理解4字节。但varuintN、varintN并未见过，这是LEB128编码格式，具体解码方式可参考下述代码

func DecodeUint32(r io.Reader) (ret uint32, num uint64, err error) {
    const (
        uint32Mask  uint32 = 1 << 7
        uint32Mask2        = ^uint32Mask
    )

    for shift := 0; shift < 35; shift += 7 {
        b, err := readByteAsUint32(r)
        if err != nil {
            return 0, 0, fmt.Errorf("readByte failed: %w", err)
        }
        num++
        ret |= (b & uint32Mask2) << shift
        if b&uint32Mask == 0 {
            break
        }
    }
    return
}

5. 我们以长安链官方合约（镜像chainmaker-go-contract:1.1.1中的合约为例）进行解析。

5.1）执行hexdump main.wasm > main.dump命令以二进制形式查看。使用sublime等编辑工具打开。

hex.png

5.2）magic & version

a) 开始00 61 73 6d四个字节表示magic，二进制使用的是小端方式编码（大小端的含义还需要自行百度学习），实际为：0x6d736100
b) 随后01 00 00 00四个字节表示version，0x01

5.3）Type Section

该组件定义了函数的签名声明信息，定义函数的入参、返回值个数及类型。解析如下：

a) 随后一个字节01表示下面的section为Type Section。
b) 随后varuint32类型的73一个字节，表示该section的长度，通常在处理的时候会忽略该字段，除非session的id 为0。
c）随后12表示后面有18个type要描述（12是16进制）。
d) 随后60作为每个type的分割符，随后01表示一个形参，随后7f 表示该形参的类型为i32。
e）随后00表示函数返回值为0个。
f）重复d,e流程，直到遍历18个type

5.4）Function Section

该组件包含指向Type Section的Index，Function Section是数组结构，数组下标与Code Section组件一一对应，Index表示执行Type Section的函数签名。

5.5）Code Section

该组件包含函数具体的实现逻辑以及本地变量信息，Code Section是一个数组，大小与Function Section相对应。

5.6）Export Section

该组件描述的是外部可访问的内存、变量、方法等。以方法组件为例，每个Export Section元素会关联一个Index，该Index指向Code Section。当外部调用某method，可以先在export区找到匹配的method，在通过export的index，找到要执行的字节码，然后装载执行。

5.7）Data Section

该组件描述对线性的memory进行数据初始化，组件记录数据信息以及要初始化的位置信息。

5.8）Memory Section

该组件描述程序内存块数量以及最大、最小值等。

wasm二进制执行流程可以参照：https://github.com/mathetake/gasm.git，学习字节码的解析流程。长安链基于该开源代码进行bug修复，描述在 chainmaker-go/module/vm/gasm/README.md。