ESS:以太坊智能合約ABI、事件和日志_DESS

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"????}]

數據：三月以來以太坊巨鯨地址增持近70萬枚ETH:5月25日消息，據IntoTheBlock數據顯示，以太坊巨鯨地址（持幣量在1萬到10萬區間）從3月份以來，ETH持有總量由2830萬枚增長至2900萬枚，呈總體上漲趨勢。此外，持幣量介于1至10ETH的地址數從114萬個增長至119萬個。分析指出，以上數據或許說明以太坊已進入積累階段。[2022/5/25 3:40:59]

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

以太坊開發者：正在以太坊上測試PoS，并將進行首次主網影子分叉:金色財經消息，以太坊開發者Marius van der Wijden在Twitter上表示，目前正在以太坊上測試PoS，并將進行首次主網影子分叉。

注：影子分叉是指在網絡中添加與合并相關的字段進行分叉以實現模擬在現有的網絡環境下進行壓力測試。[2022/4/11 14:18:01]

?: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

?固定長度不需要計算偏移量

聲音 | V神：對以太坊治理的質疑沒有延誤以太坊2.0的開發:以太坊創始人 Vitalik Buterin 在 Reddit 上表示，最近關于以太坊治理的噪音很大，讓人不舒服，但是這并沒有耽誤以太坊 2.0 的開發進度，Prysmatic、Lighthouse 和 ETH 2.0 研究團隊都朝著既定時間表進展，狀態通道、Plasma 和 ZK Rollup 的開發也在穩步朝前。Vitalik Buterin 寫道：當你押注在以太坊生態時，你其實是在押注這些不出聲沉默的軍隊。[2019/4/14]

?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。

動態 | 以太坊未確認交易5908筆:Etherscan.io數據顯示，當前以太坊未確認交易數為5908筆，相比之前以太坊未確認筆數略有上升。整體而言，以太坊網絡較為流暢。[2019/4/1]

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

?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。

一處美國房地產交易在以太坊上完成:一處美國房地產交易在以太坊上完成，據悉該處房地產位于佛蒙特州南伯靈頓。[2018/3/9]

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。

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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