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WTF Opcodes极简入门: 20. Staticcall指令

我最近在重新学以太坊opcodes,也写一个“WTF EVM Opcodes极简入门”,供小白们使用。

推特:@0xAA_Science

社区:Discord微信群官网 wtf.academy

所有代码和教程开源在github: github.com/WTFAcademy/WTF-Opcodes


这一讲,我们介绍EVM中的STATICCALL指令,它和CALL指令类似,允许合约执行其他合约的代码,但是不能改变合约状态。它是Solidity中pureview关键字的基础。

STATICCALL 指令

STATICCALL指令会创建一个子环境来执行其他合约的部分代码,并返回数据。返回数据可以使用RETURNDATASIZERETURNDATACOPY获取。若执行成功,会将1压入堆栈;否则,则压入0。如果目标合约没有代码,仍将1压入堆栈(视为成功)。

CALL指令的不同,STATICCALL不能发送ETH,也不能改变合约的状态。它不允许子环境执行的代码中包含以下指令:

  • CREATE, CREATE2, SELFDESTRUCT
  • LOG0 - LOG4
  • SSTORE
  • value不为0的CALL

它从堆栈中弹出6个参数,依次为:

  • gas:为这次调用分配的gas量。
  • to:被调用合约的地址。
  • mem_in_start:输入数据(calldata)在内存的起始位置。
  • mem_in_size:输入数据的长度。
  • mem_out_start:返回数据(returnData)在内存的起始位置。
  • mem_out_size:返回数据的长度。

它的操作码为0xFA,gas消耗为:内存扩展成本+地址操作成本。

下面,我们在极简evm中实现STATICCALL指令。首先,我们需要检查子环境的代码是否包含STATICCALL不支持的指令:

def is_state_changing_opcode(self, opcode): # 检查static call不能包含的opcodes
state_changing_opcodes = [
0xF0, # CREATE
0xF5, # CREATE2
0xFF, # SELFDESTRUCT
0xA0, # LOG0
0xA1, # LOG1
0xA2, # LOG2
0xA3, # LOG3
0xA4, # LOG4
0x55 # SSTORE
]
return opcode in state_changing_opcodes

然后在init()函数中初始化一个is_static状态,当它为true时,意味着执行的是STATICCALL,需要检查不支持的指令:

class EVM:
def __init__(self, code, is_static=False):
# ... 其他初始化 ...
self.is_static = is_static

def run(self):
while self.pc < len(self.code) and self.success:
op = self.next_instruction()

if self.is_static and self.is_state_changing_opcode(op):
self.success = False
raise Exception("State changing operation detected during STATICCALL!")

此外,对于不为0的value的CALL,我们需要稍作修改:

def call(self):

if self.is_static and value != 0:
self.success = False
raise Exception("State changing operation detected during STATICCALL!")

# ... 其他代码 ...

最后,我们可以加入staticcall函数:

def staticcall(self):
if len(self.stack) < 6:
raise Exception('Stack underflow')

gas = self.stack.pop()
to_addr = self.stack.pop()
mem_in_start = self.stack.pop()
mem_in_size = self.stack.pop()
mem_out_start = self.stack.pop()
mem_out_size = self.stack.pop()

# 拓展内存
if len(self.memory) < mem_in_start + mem_in_size:
self.memory.extend([0] * (mem_in_start + mem_in_size - len(self.memory)))

# 从内存中获取输入数据
data = self.memory[mem_in_start: mem_in_start + mem_in_size]

account_target = account_db[hex(to_addr)]

# 使用txn构建上下文
ctx = Transaction(to=hex(to_addr),
data=data,
value=0,
caller=self.txn.thisAddr,
origin=self.txn.origin,
thisAddr=hex(to_addr),
gasPrice=self.txn.gasPrice,
gasLimit=self.txn.gasLimit,
)

# 创建evm子环境
evm_staticcall = EVM(account_target['code'], ctx, is_static=True)
# 运行代码
evm_staticcall.run()

# 拓展内存
if len(self.memory) < mem_out_start + mem_out_size:
self.memory.extend([0] * (mem_out_start + mem_out_size - len(self.memory)))

self.memory[mem_out_start: mem_out_start + mem_out_size] = evm_staticcall.returnData

if evm_staticcall.success:
self.stack.append(1)
else:
self.stack.append(0)

测试

在测试中,我们会使用第一个地址(0x9bbf起始)调用第二个地址(0x1000起始),运行上面的代码(PUSH1 0x42 PUSH1 0 MSTORE PUSH1 1 PUSH1 31 RETURN),成功的话会返回0x42

测试字节码为6001601f5f5f731000000000000000000000000000000000000c425ffA5f51(PUSH1 1 PUSH1 31 PUSH0 PUSH0 PUSH20 1000000000000000000000000000000000000c42 PUSH0 STATICCALL PUSH0 MLOAD),它会调用第二个地址上的代码,然后将内存中的返回值0x42压入堆栈。

# Staticcall
code = b"\x60\x01\x60\x1f\x5f\x5f\x73\x10\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x0c\x42\x5f\xfA\x5f\x51"
evm = EVM(code, txn)
evm.run()
print(hex(evm.stack[-2]))
# output: 0x1 (success)
print(hex(evm.stack[-1]))
# output: 0x42

总结

这一讲,我们探讨了STATICCALL指令,它提供了一种安全的方法来执行其他合约的代码,而不修改合约状态,是Solidity中pureview关键字的基础。目前,我们已经学习了144个操作码中的140个(97%)!