以太坊智能合約ABI、事件和日志_ESS

原標題：《以太坊智能合約ABI、事件和日志》

作者：北京大學胡悅陽，本文僅代表作者觀點

原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/QKz8r1MpntGuw_xM9gh9_w

智能合約是什么

智能合約是在區塊鏈上運行的應用或程序。通常情況下，它們為一組具有特定規則的數字化協議，且該協議能夠被強制執行。這些規則由計算機源代碼預先定義，網絡節點會復制和執行這些計算機源碼。

簡單的說，智能合約就是區塊鏈上一個包含合約代碼和存儲空間的虛擬賬戶。

智能合約的行為由合約代碼控制，而智能合約的賬戶存儲則保存了合約的狀態。

在以太坊平臺上，智能合約的代碼運行在以太坊虛擬機中，EVM是一個圖靈完備的虛擬機，是以太坊的核心。

在以太坊的點對點網絡中，每個全節點上都包含一個以太坊虛擬機，當節點需要打包或驗證區塊時，便將交易相關的可執行代碼送入EVM中執行，執行的結果更新了以太坊賬戶的狀態并被記錄在區塊鏈上。

智能合約的操作

創建智能合約的流程：

編寫智能合約的代碼編譯智能合約的代碼變成可以在EVM上執行的bytecode，同時可以通過編譯獲得智能合約的ABI部署到區塊鏈，通過一個交易將bytecode存儲在鏈上，并獲得合約地址調用智能合約的流程：

發起一筆指向智能合約地址的交易，智能合約代碼分布式地運行在網絡中每個節點的以太坊虛擬機中，然后會獲得交易的回執。回執保存交易的輸入參數、輸出、執行狀態等。

舉一個例子，首先在Remix平臺編寫一個智能合約Hello.sol

pragma?solidity?>=0.4.21;contract?Hello{????string?message;????event?SetMessage(string?_message);????function?set(string?memory?_message)?public?{????????message?=?_message;??????????emit?SetMessage(_message);????}????function?get()?public?view?returns(string?memory){????????return?message;????}}

編譯成字節碼，發起一筆交易部署到區塊鏈中，得到交易回執。

這樣就成功的將合約部署到區塊鏈網絡中了。

ABI是什么

上文提到調用智能合約，需要發起一筆指向合約地址的交易，以太坊節點會根據輸入的信息，選擇要執行合約中的哪一個函數和函數的參數。如何知道智能合約提供哪些函數以及參數要求呢，就需要用到ABI了。

合約ABI是在以太坊生態系統中與合約進行交互的標準方法，既可以從區塊鏈外部進行，也可以用于合約間的交互。

ABI類似程序中的接口文檔，描述了字段名稱、字段類型、方法名稱、參數名稱、參數類型、方法返回值類型等。

通俗的解釋：

ABI是合約接口的說明ABI定義與合約進行交互的數據編碼解碼規則以之前的Hello.sol為例，在編譯合約的時候可以生成合約的ABI

,????????"name":?"SetMessage",????????"type":?"event"????},????{????????"inputs":?,????????"name":?"get",????????"outputs":?,????????"stateMutability":?"view",????????"type":?"function"????},????{????????"inputs":?,????????"name":?"set",????????"outputs":?,????????"stateMutability":?"nonpayable",????????"type":?"function"????}]

DeFi借貸協議bZx將上線以太坊L2解決方案Optimism:8月10日，DeFi借貸協議bZx官方發布公告稱，將在未來幾周內上線以太坊L2解決方案Optimism。在過去的幾個月內，bZx已相繼在BSC、以太坊和Polygon(Matic)上發布。bZx也將是首家在Optimism上推出的融資融券交易、借貸平臺。而以太坊L2解決方案Optimism將基準用戶交易成本降低了約10到50倍。[2021/8/10 1:45:39]

ABI各參數的意義

??name：函數名稱

??type：方法類型，包括function、event等

??payable：布爾值，表明方法是否可以接受ether

??stateMutability：狀態類型，包括pure(不讀取區塊鏈狀態)，view(和constant類型，只能查看，不會修改合約字段)，nonpayable，payable。

??inputs：數組，描述參數的名稱和類型

–name：參數名稱

–type：參數類型

??outputs：和inputs一樣，如果沒有返回值，缺省是一個空數組

當用戶調用一個合約時，要對調用的函數名和傳入的函數參數進行編碼，這樣EVM才能執行，知道用戶調用的是哪個接口，以及正確讀取用戶的參數，下面介紹以太坊是如何生成可供EVM調用的字節碼的。

生成的字節碼主要分兩部分：函數選擇器和參數編碼。

函數選擇器?FunctionSelector

函數調用的調用數據的前四個字節指定要調用的函數。它是通過將函數簽名進行Keccak-256哈希運算后，取前四個字節得到的。

以Hello.sol為例，set函數的接口定義為：

functionset(stringmemory_message)public;

在python3環境下安裝ethereum庫

>?from?ethereum.utils?import?sha3>?sha3("set(string)").hex()'4ed3885e778f096a5fd9407b264b5478208ea71532d13d454b0307e5f1542101'>?sha3("set(string)").hex()'4ed3885e'

取前四個字節即：4ed3885e

參數編碼ArgumentEncoding

從第五個字節開始，后面是編碼參數。參數的編碼根據類型的不同，編碼方式也有所區別。主要分為固定類型和動態類型。

1、固定類型

?uint：M位的無符號整數類型,0<M<=256,M%8==0，如uint32,uint8,uint256.。

?int:M位的兩個補碼有符號整數類型.0<M<=256,M%8==0.

?uint和int：整型，分別是uint256和int256的別名。注意:函數參數類型是uint，轉sha3碼時要變成uint256。

?address：地址，20個字節，160bits，等同于uint160。

?bool：布爾類型，1個字節，true:1，false:0

?bytes：固定大小的字節數組，0<M<=32,byte都是bytes1的別名。

2、動態類型

?bytes：動態分配大小的字節數組

?string：動態大小UTF8編碼的字符串

以太坊二層解決方案zkSync 2.0上線zkEVM測試網Alpha版:據官方消息，以太坊擴容項目Matter Labs宣布，以太坊二層解決方案zkSync 2.0上線zkEVM測試網Alpha版，用戶已經可以使用區塊瀏覽器查看zkSync 2.0上的活動。該版本主要成果包括完成zkEVM指令集；用Solidity和Zinc編寫的智能合約現在可以編譯成zkEVM字節碼；完成全節點集成，能夠成功部署和執行編譯后的智能合約。[2021/6/1 23:00:17]

?:給定類型的元素的可變長度數組。

?:給定類型的元素的定長數組。

編碼規則

固定類型的編碼就很簡單，直接將參數值轉成32字節長度的16進制即可。需要注意的是：數字類型，不足32bytes時，如果是正數高位補0，如果是負數高位補1。布爾類型高位補0。字節類型、字符串類型在低位補全。?動態類型的編碼稍微復雜點，如果是固定長度就不需要計算偏移量，如果是不定長度就需要先計算偏移量，并在最后加上長度和具體值的編碼。下面舉例說明。

Example

給出如下合約，參考官方文檔：

https://solidity.readthedocs.io/en/develop/abi-spec.html#function-selector-and-argument-encoding

pragma?solidity?>=0.4.16?<0.8.0;contract?Foo?{????function?bar(bytes3?memory)?public?pure?{}????function?baz(uint32?x,?bool?y)?public?pure?returns?(bool?r)?{?r?=?x?>?32?||?y;?}????function?sam(bytes?memory,?bool,?uint?memory)?public?pure?{}}

案例1

函數：baz(uint32,bool)?

調用：baz(69,true)

?0xcdcd77c0:函數選擇器，在python中通過sha3("set(string)").hex()得到0xcdcd77c0

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000045，十進制69，轉成16進制為45，因為是正數，高位補0至32bytes

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001，bool類型，true=1，false=0，高位補0

最終的字節碼為

0xcdcd77c000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000450000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001

會返回bool類型.在這個調用中，返回值是false,它的輸出將是單字節數組

0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

案例2

函數：bar(bytes3memory)?

調用：bar()

?0xfce353f6：函數選擇器，在python中通過sha3("bar(bytes3)").hex()得到0xfce353f6

Pax Treasury在以太坊網絡增發超3669萬枚BUSD:金色財經報道，Whale Alert數據顯示，北京時間2月7日00:57，Pax Treasury在以太坊網絡增發36,693,150枚BUSD，增發哈希為0xcba4d2b98ae815c57e6b75cb795185b5f3030cc9d2555bf2bfc0a43e41f8b497。[2021/2/7 19:06:10]

?固定長度不需要計算偏移量

?0x6162630000000000000000000000000000000000000000000000000000000000，字符串abc轉成16進制后為616263，低位補0

?0x6465660000000000000000000000000000000000000000000000000000000000，字符串def轉成16進制后為646566，低位補0

字符串轉16進制的python參考代碼

import?binasciis?=?'abc'str_16?=?binascii.b2a_hex(s.encode('utf-8'))??#?字符串轉16進制print(str_16)

案例3

函數：sam(bytes,bool,uint)

調用：sam("dave",true,")

?a5643bf2:函數選擇器，在python中通過sha3("sam(bytes,bool,uint256)").hex()得到a5643bf2.請注意，將uint替換為其規范表示形式uint256。

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000060:動態類型，計算偏移量。這個的偏移量是指實際存儲值的位置，由于這個函數有3個變量，那么實際存儲值的位置就是第四個32bytes位置，也就是說偏移量等于3*32bytes=96，轉成16進制后就是對應的值

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001:第二個參數，布爾值true

?0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000a0：動態類型，計算偏移量，這個偏移量就等于參數長度3*32bytes+前面的動態參數參數占有的長度，那么具體的值就是3*32bytes+(1*32bytes+1*32bytes)=5*32bytes=160，轉成16進制就是a0，高位補全就是對應的值

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000004:第一個參數的數據部分，代表元素中字節數組的長度，在這種情況下為4。

?0x6461766500000000000000000000000000000000000000000000000000000000:“dave”的utf-8編碼，填充為32字節。

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003:第三個參數的數據部分，代表數組中元素的個數，在這種情況下為3.

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001:第三個參數的第一項。

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002:第三個參數的第二項。

以太坊活躍用戶數超過比特幣：約3500萬個活躍地址:以太坊在用戶活躍數量上超過比特幣，已達3500萬個。根據Etherscan數據顯示，目前約3500萬個活躍的ETH地址，這一數字自2017年12月以來增長了100％。[2018/6/2]

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003:第三個參數的第三項。

最終的字節碼為

0xa5643bf20000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000060000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000a0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000464617665000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003

綜上所述，ABI是合約接口的說明，并定義了與合約進行交互的數據編碼解碼規則。

事件和日志

區塊鏈是一個塊列表，從根本上講就是交易列表。每一個交易都有一個收據，其中包含0個或多個日志記錄。日志記錄表示從智能合約觸發的事件的結果。在以太坊中，事件是一個基本功能，可以將數據記錄成日志，保存在區塊鏈上。事件也可以與外部交互，比如與前端進行交互。事件強調功能，是指觸發操作的行為，日志強調存儲，是指觸發事件后，將數據保存在區塊鏈上，形成日志。

事件如何定義和觸發

在solidity中，使用關鍵字event來定義事件，使用關鍵字emit來觸發事件，其參數列表就是需要保存在區塊鏈上的數據，最多可有三個具有indexed屬性的參數，表示其可以被索引，便于查找。

contract?MyContract{????event?Transfer(address?indexed?from,?address?indexed?to,?uint256?value);????function?transfer(address?_to,?uint256?_value)?public?returns?(bool)?{????emit?Transfer(msg.sender,?_to,?_value);????return?true;??}}

事件的作用

事件可以在不同的場景下使用，主要有如下三種作用。

獲取合約執行結果過濾日志存儲合約數據1、獲取合約執行結果

在開發Dapp時，我們會通過發送一筆交易來調用智能合約的某個函數，但是我們不能立即得到返回值。因為交易不是立刻打包進區塊鏈的，在這種場景下，可以使用事件來解決這個問題。

以和前端交互為例，我們可以通過編寫代碼來監聽某一特定事件來做到更新前端。例如通過如下代碼來監聽上文提到的合約中的Transfer事件。

“礦工之戰”不會發生在以太坊經典:在家庭礦工與工業礦工的競爭中，包括ETH、XMR和SC在內的加密貨幣均采取積極措施來限制某些硬件的有效性。開發人員Cody Burns發布了一項改變以太坊經典基礎算法的提議以適應這項技術。提議試圖消除為減少礦機ASIC有效性而設置的代碼，并刪除以太坊經典中的“DAG”功能。雖然這個提案鼓勵ASIC開發有一定風險，但Burns表示，從長遠來看ASIC比GPU更高效，是能滿足系統需要更多節能采礦設備要求的長期解決方案。如果接受這一舉措將需要全系統的升級以及硬分叉，為了激活它，它需要得到采礦界的一致支持以防止分裂。[2018/4/24]

var?event?=?myContract.Transfer();event.watch(function(error,?result){????if?(err)?{????console.log(err)????return;??}??console.log(result.args._value。);

當調用transfer函數的交易被打包進區塊鏈中時，將會觸發回調中的watch函數，前端可以得到有效的transfer函數的返回值。

事件通常可以被看作帶有數據的異步觸發器。當一個合約想要觸發前端時，合約會發出一個事件。因為前端正在監聽這個事件，一旦監聽到相關事件，前端可以采取相應的操作，比如顯示消息，更新前端展示內容等。

2、過濾日志

日志不能被合約訪問，Solidity沒有提供查詢日志的接口，在監聽日志的時候，Solidity提供了filter功能，借此我們可以實現對日志的查找過濾。在Transfer事件中，from和to參數被設置成indexed，說明其是可以被索引的。所以我們可以監聽特定的事件，例如轉賬地址為0xab213的事件，也可以監聽從0xab213地址轉賬到0x417ac的事件，但由于value參數沒有indexed屬性，所以我們不能監聽例如value為100的事件。

在此場景下，我們如果想過濾指定地址發出的交易，我們可以通過web3.js編寫如下代碼。

Mycontract.deployed().then(function?(instance)?{var?event?=?instance.Transfer({}function?(error,?result)?{????var?obj1?=?{????????'_to':?'0xab213',????}????var?obj2?=?{????????'fromBlock':?0,????????'toBlock':?'latest'????}????var?event?=?instance.Transfer(obj1,?obj2)????event.watch(function?(error,?result)?{????????console.log(JSON.stringify(result))????}。).then(function?(value)?{????console.log(value。).catch(function?(e)?{????console.log(e。)

參數說明：

?obj1:添加indexed屬性的參數，在這里我們可以過濾特定地址0xab213發起的交易

?obj2：Solidity提供的額外的過濾參數，可選的主要參數有：

–fromBlock：指定過濾的起始位置，值為塊的編號，默認為latest

–toBlock：指定過濾的結束位置，值為塊的編號，默認為latest

·callfunction：回調函數function(error,result

3、存儲合約數據

與上面講述的不同，事件可以作為便宜的多的一種存儲形式。通過觸發事件，存儲在日志上的數據，基本上每字節花費8gas，但是智能合約每存儲32字節花費20000gas。盡管日志可以節省大量gas，但是無法從任何智能合約中讀取日志信息。需要根據使用場景來選擇適合的存儲辦法，日志作為一種廉價存儲的方式，適合存儲可由前端展示的歷史數據。

日志記錄的組成

EVM具有5個用于發出日志的操作碼：LOG0，LOG1，LOG2，LOG3和LOG4。通過這些操作碼來創建日志記錄。

每個日志記錄都包含topics和data。Topics是bytes32類型的參數，不同的操作碼描述包含在日志記錄中的Topics數量。LOG1包含1個topic，LOG2包含2個topics，最多支持4個topics。

Topics用于描述事件，日志中存儲的不同的具有indexed屬性的事件就叫不同的主題。比如對于事件Transfer來說，其定義為eventTransfer(addressindexedfrom,addressindexedto,uint256value);，有三個主題。第一個主題為事件簽名的哈希值，即通過keccak256("Transfer(address,address,uint256)")來得到，如果該事件是匿名事件，那么就沒有這個主題。后面兩個具有indexed屬性的參數，可以用來進行過濾進行精確查找。

由于只能容納32個字節的數據，所以無法將數據或字符串之類的參數用作Topic，應該將其作為data包含在日志記錄中。如果想要包含超過32字節的topic，應該將其哈希。Topic可視作事件的索引，其使用場景在于可以有效縮小搜索查詢范圍內的數據。

日志記錄的另一個部分是數據。Topic是可以搜索的，但是數據卻不可以，數據可以擺脫Topic的32字節大小的限制，包含例如數組或字符串的復雜數據。

下面舉一個例子來說明。還是以上文中的Transfer事件為例，由于Transfer不是一個匿名事件，所以第一個Topic包含事件簽名。

contract?MyContract{????event?Transfer(address?indexed?from,?address?indexed?to,?uint256?value);????function?transfer(address?_to,?uint256?_value)?public?returns?(bool)?{????emit?Transfer(msg.sender,?_to,?_value);????return?true;??}}

在事件的參數部分，Transfer事件有三個參數from、to、value，其中from和to被聲明為indexed，標識其被視為topic，value參數不會被索引，將會作為日志的數據部分。此事件包含3個topics，將使用LOG3操作碼來創建日志記錄。

舉個例子，將上述示例合約部署到區塊鏈網絡中，我們使用：0x246B0ED379bdDbe1aDaC56277Ce5cB3018c24E04地址調用transfer函數，to參數指定為0x3F0b9B0D373C26328A879430383e87F4780AD410，value指定為1，發起一筆交易獲得交易的回執信息。其中在logs屬性中，記錄如下信息

,????"type":"mined",????"id":"log_cf046b97"??}]

其中，topics數組中有三個元素，第一個為keccak256("Transfer(address,address,uint256)")的結果，第二個為from參數的值，這里為0x246B0ED379bdDbe1aDaC56277Ce5cB3018c24E04，第三個為to參數的值，這里為0x3F0b9B0D373C26328A879430383e87F4780AD410。data字段是通過對value進行編碼得到的，這里將1轉成32字節長度的16進制的值，得到0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001。

布隆過濾器LogBloomandFilter

布隆過濾器在以太坊中用于檢索交易日志log，方便交易結果的查詢以及交易事件通知。在以太坊的區塊頭中，有一個區域叫做logsBloom。這個區域存儲了當前區塊中所有收據的日志的布隆過濾器，有2048個bit，相當于256個字節。在一個交易的收據中，可能存在0個或多個日志記錄，每個日志記錄中包含了相應的Topics和data。在一個交易的收據中同樣也存在布隆過濾器，記錄了所有的日志記錄數據。

下面介紹布隆過濾器的原理。我們知道，查找一個元素是否存在于一個集合中，可以使用數組這種數據結構。但是當數據量非常龐大的情況下，數組的空間開銷和查詢開銷也會變得非常大。

布隆過濾器的原理是當一個元素被加入到一個集合中時，使用K個哈希函數，對該元素求哈希值，得到K個不同的哈希值，分別記作X1,X2,X3,…,XK。將這K個數字作為位圖的下標，將對應的

BitMap,BitMap,BitMap,…,BitMap都設置為1。即用K個bit來表示一個元素是否存在。

當想要查詢某個元素是否存在于這個集合中時，用相同的K個哈希函數，得到Y,Y,Y...Y，如果這K個哈希值對應的位圖下標均為1，則表示這個元素可能存在，如果有任意一個下標不為1，則說明這個元素肯定不存在。

舉例說明，假設集合中現在有3個元素{X,Y,Z}，使用3個哈希函數。首先將數組進行初始化，每一位置為0。然后對于集合中的每一個元素，都通過3個哈希函數進行哈希計算，每次計算都會產生一個下標，將數組中該下標對應的值設置為1。這時候想要查詢一個元素W是否在該集合中，依次用這3個哈希函數將W映射到數組的3個位點上，如果3個位點對應的值都為1，則可能存在于集合中，若有一個位點的值不為1，則該元素一定不在這個集合中。

布隆過濾器存在一定的誤判性，因為存在一定的哈希碰撞可能，所以當位點上的值都為1時，只能反映該元素可能存在于該集合中。但這不影響其廣泛的應用性，布隆過濾器是一種存儲效率很高的數據結構，其空間利用率和時間利用率非常高，插入數據和查詢數據的時間復雜度為O。

布隆過濾器可以用于事件查詢，在以太坊中，系統會先創建各個主題的布隆過濾器，然后通過合并獲得事件的布隆過濾器，再次合并得到交易的布隆過濾器，最后合并得到區塊的布隆過濾器。在查詢過程中，查詢滿足指定特征的事件的過程是，先根據查詢條件得到布隆過濾器，如果其位向量是區塊布隆過濾器的子向量，則可能存在此區塊中，如果不是其子向量，那么就不存在此區塊中。如果可能存在，繼續比對區塊中各個交易的布隆過濾器，比對交易中每個事件的布隆過濾器。如果與事件的布隆過濾器匹配，再進行嚴格的數據驗證，相同的話即說明存在。

參考資料

https://academy.binance.com/zh/articles/what-are-smart-contracts

https://segmentfault.com/a/1190000016634359

https://cloud.tencent.com/developer/article/1328286

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zhCN/latest/docs/articles/3features/35contract/abiof_contract.html

http://www.jouypub.com/2018/437e42a5629ea0ccd567909c94abb4a4/

https://media.consensys.net/technical-introduction-to-events-and-logs-in-ethereum-a074d65dd61e

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