EVM虚拟机入门汇编入门（二）

系列文章目录

EVM虚拟机入门汇编入门（一）

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前言

介绍时间戳以及sha指令，并详细解释mapping的底层结构

一， TIMESTAMP

1. TIMESTAMP是什么？

操作码TIMESTAMP是EVM中的一个操作码，用于获取当前区块的时间戳。以下是关于TIMESTAMP操作码的详细信息：

• 功能：TIMESTAMP操作码返回当前区块的Unix时间戳，即自1970年1月1日以来的秒数。

• 历史：自以太坊创世区块（Frontier）以来，TIMESTAMP一直是EVM的一部分。

• 栈操作：

  • 输入：无输入参数。
  • 输出：栈顶（Index 1）将放置当前区块的Unix时间戳。

• 示例：

  • 如果当前区块的时间戳是1636704767，执行TIMESTAMP操作码后，栈上将输出1636704767。

• 错误情况：

  • 如果执行TIMESTAMP操作码时gas不足，当前上下文所做的状态更改将被回滚。
  • 如果栈溢出（即栈大小超过了其最大容量），当前上下文的状态更改也会被回滚。

• gas消耗：通常情况下，读取区块信息的操作码（如TIMESTAMP）的gas消耗较低，但具体的gas成本取决于以太坊网络的当前gas定价策略。

TIMESTAMP操作码在智能合约中非常有用，尤其是在需要根据当前时间执行特定逻辑时。例如，它可以用来实现时间锁定功能，确保某些操作只能在特定时间后执行。然而，开发者在使用TIMESTAMP时应该考虑到时间戳可能受到矿工时间设置的影响，因此可能存在一定的偏差。

2.TIMESTAMP作用

TIMESTAMP操作码返回的Unix时间戳是相对于1970年1月1日（UTC）的秒数，这是计算机编程中常用的时间表示方式。在以太坊中，这个时间戳是通过以下方式确定的：

1. 区块时间戳：每个以太坊区块都包含了一个时间戳，这个时间戳是由矿工在创建区块时设置的。它代表了矿工认为的区块创建时的UTC时间。

2. 网络时间：以太坊网络没有中心化的时间源，因此区块时间戳依赖于矿工的本地时间。虽然矿工通常会设置一个接近实际时间的时间戳，但这个时间戳可能受到矿工本地时间设置的影响，或者在某些情况下，矿工可能会故意设置一个不同的时间戳。

3. 不可篡改性：一旦区块被加入到区块链中，它的所有信息，包括时间戳，就变得不可篡改。这意味着即使时间戳与实际时间有偏差，它也会被永久记录在区块链上。

4. 智能合约使用：智能合约可以使用TIMESTAMP操作码来获取当前区块的时间戳，并根据这个时间戳来执行合约中的逻辑。例如，合约可以设置一个条件，只有在某个特定的时间戳之后才能执行某些操作。

5. 偏差和限制：开发者在使用TIMESTAMP操作码时应该意识到，时间戳可能会有偏差，并且不能保证与实际时间完全一致。此外，时间戳的精度通常受限于区块的生成时间，这可能在几秒到几分钟不等。

总的来说，TIMESTAMP操作码提供了一种在智能合约中使用时间的方法，但它依赖于区块的时间戳，这个时间戳是由矿工设置的，并且一旦设置就无法更改。因此，虽然它可以用来实现基于时间的逻辑，但开发者应该考虑到可能存在的偏差和限制。

二， KECCAK256

1. KECCAK256是什么？

KECCAK256是EVM中的一个操作码，用于计算内存中给定数据的Keccak-256哈希值。以下是关于KECCAK256操作码的一些关键信息：

• 功能：KECCAK256操作码接收两个输入参数，分别是内存中的字节偏移量（offset）和要哈希的字节大小（size），然后输出这个数据的Keccak-256哈希值。

• 输入：

  • offset：内存中的起始位置，从这个位置开始读取数据。
  • size：要读取并哈希的数据大小。

• 输出：hash，内存中指定数据的Keccak-256哈希值。

• 示例：

  • 如果内存地址0xFFFFFFFF处有一个值，输入1 0作为offset和size，KECCAK256操作码将会计算从内存偏移量1开始的0个字节的哈希值，输出将是该数据的哈希值。

• 错误情况：

  • 如果gas不足，或者栈上没有足够的值，当前上下文所做的状态更改将被回滚。

• gas消耗：

  • static_gas：固定消耗30gas。
  • dynamic_gas：动态消耗，由6 * minimum_word_size + memory_expansion_cost组成，其中minimum_word_size是向上取整到最近的32字节倍数的size。

• 内存扩展成本：如果操作导致内存大小增加，还需要考虑内存扩展的成本。

• 估算gas成本：

  • 输入示例中，offset为0，size也为0，当前内存大小为0，那么静态gas加上动态gas的总和是30。

在智能合约中使用KECCAK256操作码时，开发者需要确保提供足够的gas来覆盖操作的gas成本，并且要注意内存的使用情况，以避免栈溢出或其他错误。此外，由于KECCAK256操作码会消耗较多的gas，因此它通常用于关键的哈希计算，而不是频繁的计算。

2. KECCAK256举例？

// Put the required value in memory
PUSH32 0xFFFFFFFF00000000000000000000000000000000000000000000000000000000
PUSH1 0
MSTORE

// Call the opcode
PUSH1 4
PUSH1 0
KECCAK256

这段代码是一系列以太坊虚拟机（EVM）的操作码，用于将一个32字节的值放入内存，然后计算这个值的Keccak-256哈希。下面是对这些操作的详细解释：

PUSH32 0xFFFFFFFF00000000000000000000000000000000000000000000000000000000：
    这个操作码将32字节的十六进制值0xFFFFFFFF00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000压入栈。PUSH32表示接下来的32字节将作为数据压入栈。

PUSH1 0：
    这个操作码将值0压入栈。PUSH1表示接下来的1字节将作为数据压入栈。

MSTORE：
    MSTORE操作码将栈顶的两个元素（在这个例子中是0和上面PUSH32操作压入的值）存储到内存中。第一个元素（0）作为内存的偏移量，第二个元素是要存储的值。因此，这将把0xFFFFFFFF...这个值存储到内存的起始位置（偏移量0）。

PUSH1 4：
    将值4压入栈。这个值将作为KECCAK256操作码的size参数，表示要从内存中读取4个字节的数据来计算哈希。

PUSH1 0：
    将值0压入栈。这个值将作为KECCAK256操作码的offset参数，表示要从内存的偏移量0开始读取数据。

KECCAK256：
    KECCAK256操作码计算内存中从偏移量0开始的4个字节的数据的Keccak-256哈希，并把结果哈希值压入栈。

在这个例子中，由于我们存储的是一个32字节的值，但只计算了前4个字节的哈希，所以最终的哈希值将只反映这4个字节0xffffffff的数据。
输出如下

29045a592007d0c246ef02c2223570da9522d0cf0f73282c79a1bc8f0bb2c238

那么这个生成可以用来，作为mapping储存的键。

三 ，Mapping底层结构

在以太坊智能合约中，mapping是一种用于存储键值对的数据结构，其中键可以是任何类型的数据（除了映射和动态数组）。然而，由于存储（storage）只能存储具有固定大小（256位）的数据，因此不能直接将映射的键作为存储的键使用。为了解决这个问题，以太坊使用SHA3哈希函数来生成映射键的唯一标识符，这个过程通常称为“slot计算”。

以下是详细解释：

1. 映射键的哈希：首先，需要对映射的键进行SHA3哈希处理。例如，如果映射的键是一个地址或者一个字节串，那么直接对这个键进行SHA3哈希。

2. 位置信息的结合：在某些情况下，例如映射用作数组的一部分，可能还需要结合位置信息（例如数组索引）。这个位置信息也需要被编码并结合到映射键中，以确保每个元素的slot是唯一的。

3. 生成slot：将映射键的哈希值与位置信息结合后，再次进行SHA3哈希处理，得到的哈希值将用作存储中的slot。这个slot是一个256位的数值，它在存储中是唯一的，对应于映射中的一个特定元素。

4. 存储值：使用计算得到的slot，就可以在存储中设置或检索映射元素的值了。例如，如果你想设置映射中的一个值，你可以使用SSTORE操作码：

push2 0x1234
push1 0x27
push0
mstore
PUSH1 0x2
PUSH0
KECCAK256
sstore

这里是将key也就是0x27储存在memory的0偏移，然后将其取出0x27的部分sha，作为solt的key，储存0x1234作为value

5. 检索值：当需要检索映射中的值时，可以使用相同的过程计算slot，然后使用SLOAD操作码来读取存储中的值。

6. 碰撞避免：由于SHA3哈希函数的属性，即使两个不同的键和位置信息产生了相同的哈希值，再次哈希也会得到不同的结果，这确保了映射的每个元素在存储中都有一个唯一的slot，从而避免了碰撞。

7. 内存和存储：在实际的Solidity编程中，通常会使用内置的mapping语法，编译器会自动处理这些哈希和存储的操作。开发者通常不需要手动进行这些计算。

通过这种方式，以太坊智能合约能够高效地使用存储空间，同时保证了映射类型数据的灵活性和安全性。