StudyRecord-以太坊源码分析-EVM对象

Pre:

每处理一笔交易，就要新建一个 EVM对象 来执行交易中的数据。
这是在执行交易的入口 ApplyTransaction 函数中体现的：

core/state_processor.go

func ApplyTransaction(config *params.ChainConfig, bc ChainContext, author *common.Address, gp *GasPool, statedb *state.StateDB, header *types.Header, tx *types.Transaction, usedGas *uint64, cfg vm.Config) (*types.Receipt, error) {

	...

	// 使用区块/交易相关信息，新建一个EVM对象,来处理交易
	vmenv := vm.NewEVM(blockContext, vm.TxContext{}, statedb, config, cfg)
	
	...
}

以太坊虚拟机EVM:

evm 模块的核心对象是 EVM，它代表了一个以太坊虚拟机，用于创建或调用某个合约。
EVM 对象内部主要依赖三个对象：

• 解释器 Interpreter

• 虚拟机相关配置对象 vm.Config

• 以太坊状态数据库 StateDB

这3个对象后面会一一介绍，先看看EVM对象本身的源码。

EVM数据结构：

type EVM struct {
	// Context provides auxiliary blockchain related information
	// 辅助信息对象(包括GasLimit，BlockNumber等信息)
	Context BlockContext

	// 交易相关的信息(包括ORIGIN，GASPRICE)
	TxContext

	// StateDB gives access to the underlying state
	// 为EVM提供StateDB相关操作
	StateDB StateDB

	// Depth is the current call stack
	// 记录当前调用的栈的深度
	depth int

	// chainConfig contains information about the current chain
	// 链配置信息 包含了当前的区块链的信息
	chainConfig *params.ChainConfig

	// chain rules contains the chain rules for the current epoch
	// 链规则
	chainRules params.Rules

	// virtual machine configuration options used to initialise the
	// evm.
	// 虚拟机配置
	Config Config

	// global (to this context) ethereum virtual machine
	// used throughout the execution of the tx.
	// 解释器
	interpreter *EVMInterpreter

	// abort is used to abort the EVM calling operations
	// NOTE: must be set atomically
	// 用于中止EVM调用操作
	abort int32

	// callGasTemp holds the gas available for the current call. This is needed because the
	// available gas is calculated in gasCall* according to the 63/64 rule and later applied in opCall*.
	// 当前call可用的gas
	callGasTemp uint64
}

创建EVM对象需要依赖以下信息：

• BlockContext: 区块相关信息

• TxContext: 交易相关信息

• chainConfig:链配置信息

• chainRules:链规则

• Config:虚拟机解释器配置信息

• interpreter:EVM 解释器

需要记录以下信息：

• depth: 记录当前调用的栈的深度

• abort: 用于中止EVM调用操作

• callGasTemp: 当前call可用的gas

创建EVM所需信息：

BlockContext 区块信息:

其中BlockContext里包含了区块的相关信息,例如当前区块的矿工地址、当前区块号等

// BlockContext provides the EVM with auxiliary information. Once provided
// it shouldn't be modified.
// 上下文为EVM提供辅助信息。 一旦提供，不应该修改。
type BlockContext struct {
	// CanTransfer returns whether the account contains
	// sufficient ether to transfer the value
	// 返回账户余额是否足够执行交易
	CanTransfer CanTransferFunc

	// Transfer transfers ether from one account to the other
	// 将以太从一个帐户转移到另一个帐户
	// 转账函数
	Transfer TransferFunc

	// GetHash returns the hash corresponding to n
	// GetHash用来返回入参n对应的hash值
	// 返回hash
	GetHash GetHashFunc

	// Block information
	// 区块相关信息
	Coinbase    common.Address // Provides information for COINBASE // 挖出当前区块的矿工地址
	GasLimit    uint64         // Provides information for GASLIMIT // 当前区块 gas 限额
	BlockNumber *big.Int       // Provides information for NUMBER // 当前区块号
	Time        *big.Int       // Provides information for TIME //
	Difficulty  *big.Int       // Provides information for DIFFICULTY // 当前区块难度
	BaseFee     *big.Int       // Provides information for BASEFEE // 当前区块的基础费用
	Random      *common.Hash   // Provides information for RANDOM
}

TxContext 交易信息:

其中TxContext里包含了交易的相关信息：交易发起者、 交易的gas价格

// TxContext provides the EVM with information about a transaction.
// All fields can change between transactions.
// TXContext为EVM提供有关交易的信息。
// 所有字段都可以在交易之间发生变化。
type TxContext struct {
	// Message information
	Origin   common.Address // Provides information for ORIGIN // 交易发起者
	GasPrice *big.Int       // Provides information for GASPRICE // 交易的 gas 价格
}

区块信息和交易信息在solidity文档的区块和交易属性有列举出来:

区块信息：

• blockhash(uint blockNumber) returns (bytes32)：指定区块的区块哈希 —— 仅可用于最新的 256 个区块且不包括当前区块，否则返回 0 。

• block.basefee (uint): 当前区块的基础费用，参考： (EIP-3198 和 EIP-1559)

• block.chainid (uint): 当前链 id

• block.coinbase ( address ): 挖出当前区块的矿工地址

• block.difficulty ( uint ): 当前区块难度

• block.gaslimit ( uint ): 当前区块 gas 限额

• block.number ( uint ): 当前区块号

• block.timestamp ( uint): 自 unix epoch 起始当前区块以秒计的时间戳

交易信息：

• tx.gasprice (uint): 交易的 gas 价格

• tx.origin ( address ): 交易发起者（完全的调用链）

• msg.data ( bytes ): 完整的 calldata

• msg.sender ( address ): 消息发送者（当前调用）

• msg.sig ( bytes4 ): calldata 的前 4 字节（也就是函数标识符）

• msg.value ( uint ): 随消息发送的 wei 的数量

chainConfig 链配置信息

params/config.go

type ChainConfig struct {
	ChainID *big.Int `json:"chainId"` // chainId identifies the current chain and is used for replay protection

	HomesteadBlock *big.Int `json:"homesteadBlock,omitempty"` // Homestead switch block (nil = no fork, 0 = already homestead)

	DAOForkBlock   *big.Int `json:"daoForkBlock,omitempty"`   // TheDAO hard-fork switch block (nil = no fork)
	DAOForkSupport bool     `json:"daoForkSupport,omitempty"` // Whether the nodes supports or opposes the DAO hard-fork

	// EIP150 implements the Gas price changes (https://github.com/ethereum/EIPs/issues/150)
	EIP150Block *big.Int    `json:"eip150Block,omitempty"` // EIP150 HF block (nil = no fork)
	EIP150Hash  common.Hash `json:"eip150Hash,omitempty"`  // EIP150 HF hash (needed for header only clients as only gas pricing changed)

	EIP155Block *big.Int `json:"eip155Block,omitempty"` // EIP155 HF block
	EIP158Block *big.Int `json:"eip158Block,omitempty"` // EIP158 HF block

	ByzantiumBlock      *big.Int `json:"byzantiumBlock,omitempty"`      // Byzantium switch block (nil = no fork, 0 = already on byzantium)
	ConstantinopleBlock *big.Int `json:"constantinopleBlock,omitempty"` // Constantinople switch block (nil = no fork, 0 = already activated)
	PetersburgBlock     *big.Int `json:"petersburgBlock,omitempty"`     // Petersburg switch block (nil = same as Constantinople)
	IstanbulBlock       *big.Int `json:"istanbulBlock,omitempty"`       // Istanbul switch block (nil = no fork, 0 = already on istanbul)
	MuirGlacierBlock    *big.Int `json:"muirGlacierBlock,omitempty"`    // Eip-2384 (bomb delay) switch block (nil = no fork, 0 = already activated)
	BerlinBlock         *big.Int `json:"berlinBlock,omitempty"`         // Berlin switch block (nil = no fork, 0 = already on berlin)
	LondonBlock         *big.Int `json:"londonBlock,omitempty"`         // London switch block (nil = no fork, 0 = already on london)
	ArrowGlacierBlock   *big.Int `json:"arrowGlacierBlock,omitempty"`   // Eip-4345 (bomb delay) switch block (nil = no fork, 0 = already activated)
	GrayGlacierBlock    *big.Int `json:"grayGlacierBlock,omitempty"`    // Eip-5133 (bomb delay) switch block (nil = no fork, 0 = already activated)
	MergeNetsplitBlock  *big.Int `json:"mergeNetsplitBlock,omitempty"`  // Virtual fork after The Merge to use as a network splitter

	// TerminalTotalDifficulty is the amount of total difficulty reached by
	// the network that triggers the consensus upgrade.
	TerminalTotalDifficulty *big.Int `json:"terminalTotalDifficulty,omitempty"`

	// Various consensus engines
	Ethash *EthashConfig `json:"ethash,omitempty"`
	Clique *CliqueConfig `json:"clique,omitempty"`
}

chainRules 链规则:

params/config.go

// Rules ensures c's ChainID is not nil.
func (c *ChainConfig) Rules(num *big.Int, isMerge bool) Rules {
	chainID := c.ChainID
	if chainID == nil {
		chainID = new(big.Int)
	}
	return Rules{
		ChainID:          new(big.Int).Set(chainID),
		IsHomestead:      c.IsHomestead(num),
		IsEIP150:         c.IsEIP150(num),
		IsEIP155:         c.IsEIP155(num),
		IsEIP158:         c.IsEIP158(num),
		IsByzantium:      c.IsByzantium(num),
		IsConstantinople: c.IsConstantinople(num),
		IsPetersburg:     c.IsPetersburg(num),
		IsIstanbul:       c.IsIstanbul(num),
		IsBerlin:         c.IsBerlin(num),
		IsLondon:         c.IsLondon(num),
		IsMerge:          isMerge,
	}
}

返回chainConfig里属性的布尔值

Config 解释器配置信息:

core/vm/interpreter.go

// Config are the configuration options for the Interpreter
// 解释器配置类
type Config struct {

	Debug                   bool      // Enables debugging	// 启用调试
	Tracer                  EVMLogger // Opcode logger  // 操作码记录器
	NoBaseFee               bool      // Forces the EIP-1559 baseFee to 0 (needed for 0 price calls)
	EnablePreimageRecording bool      // Enables recording of SHA3/keccak preimages // 启用SHA3/keccak

	JumpTable *JumpTable // EVM instruction table, automatically populated if unset // 操作码opcode对应的操作表

	ExtraEips []int // Additional EIPS that are to be enabled
}

比较重要的属性是JumpTable操作码opcode对应的操作表

创建EVM函数:

core/vm/evm.go

func NewEVM(blockCtx BlockContext, txCtx TxContext, statedb StateDB, chainConfig *params.ChainConfig, config Config) *EVM {
	evm := &EVM{
		Context:     blockCtx,
		TxContext:   txCtx,
		StateDB:     statedb,
		Config:      config,
		chainConfig: chainConfig,
		chainRules:  chainConfig.Rules(blockCtx.BlockNumber, blockCtx.Random != nil),
	}
	// 创建EVM解释器
	evm.interpreter = NewEVMInterpreter(evm, config)
	return evm
}

NewEVM() 函数用来创建一个新的虚拟机对象，它有5个参数，含义分别如下：

• blockCtx: 区块的信息和挖矿环境的函数和数据

• txCtx: 交易的信息

• statedb: 以太坊状态数据库对象

• chainConfig: 当前节点的区块链配置信息

• config: 虚拟机配置信息

NewEVM() 函数的实现，除了把参数记录下来以外，主要就是调用 NewEVMInterpreter() 创建一个解释器对象。

后面另外介绍 EVM的解释器对象

小结：

• 以太坊在每处理一笔交易时，都会新建一个 EVM 对象来处理。

• 创建一个EVM对象需要依赖以下信息：

  • BlockContext: 区块相关信息
  • TxContext: 交易相关信息
  • chainConfig:链配置信息
  • chainRules:链规则
  • Config:虚拟机解释器配置信息
  • interpreter:EVM 解释器

• 需要记录以下信息：

  • depth: 记录当前调用的栈的深度
  • abort: 用于中止EVM调用操作
  • callGasTemp: 当前call可用的gas