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WTF Opcodes极简入门: 19. Delegatecall指令

我最近在重新学以太坊opcodes，也写一个“WTF 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DELEGATECALL指令和不再建议使用的CALLCODE指令。他们与CALL指令类似，但是调用的上下文不同。如果你不了解DELEGATECALL指令，请参考WTF Solidity教程第23讲。

DELEGATECALL

DELEGATECALL指令与CALL有许多相似之处，但关键的区别在于调用的上下文不同，它在代理合约和可升级合约中被广泛应用。它的设计目的是允许一个合约借用其他合约的代码，但代码是在原始合约的上下文中执行。这使得一份代码可以被多个合约重复使用，而无需重新部署。使用DELEGATECALL时msg.sender和msg.value保持不变，修改的存储变量也是原始合约的。

它从堆栈中弹出6个参数，与CALL不同，它不包括value，因为ETH不会被发送：

  • 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。
def delegatecall(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)]
    
    # 创建evm子环境，注意，这里的上下文是原始的调用合约，而不是目标合约
    evm_delegate = EVM(account_target['code'], self.txn)
    evm_delegate.storage = self.storage
    # 运行代码
    evm_delegate.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_delegate.returnData
    
    if evm_delegate.success:
        self.stack.append(1)  
    else:
        self.stack.append(0)  
        print("Delegatecall execution failed!")

有两个关键点需要注意：

  1. DELEGATECALL不会更改msg.sender和msg.value。
  2. DELEGATECALL改变的存储（storage）是原始合约的存储。
  3. 与CALL不同，DELEGATECALL不会传递ETH值，因此少一个value参数。

CALLCODE

CALLCODE与DELEGATECALL非常相似，但当修改状态变量时，它会更改调用者的合约状态而不是被调用者的合约状态。由于这个原因，CALLCODE在某些情况下可能会引起意料之外的行为，目前被视为已弃用。建议大家使用DELEGATECALL，而不是CALLCODE。

我们根据EIP-2488，将CALLCODE视为已弃用：每次调用在堆栈中压入0（视为调用失败）。

def callcode(self):
    self.stack.append(0)  
    print("Callcode not support!")

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6001601f5f5f731000000000000000000000000000000000000c425ff45f51（PUSH1 1 PUSH1 31 PUSH0 PUSH0 PUSH20 1000000000000000000000000000000000000c42 PUSH0 DELEGATECALL 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。

# Delegatecall
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\xf4\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DELEGATECALL指令，它使得EVM上的合约在不更改上下文的情况下调用其他合约，增加代码的复用性。它在代理合约和可升级合约中被广泛应用。另外，我们还介绍了已被视为弃用的CALLCODE指令。目前，我们已经学习了144个操作码中的139个（96%）！