ESS:以太坊智能合约ABI、事件和日志

原标题：《以太坊智能合约ABI、事件和日志》

作者：北京大学胡悦阳，本文仅代表作者观点

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/QKz8r1MpntGuw_xM9gh9_w

智能合约是什么

智能合约是在区块链上运行的应用或程序。通常情况下，它们为一组具有特定规则的数字化协议，且该协议能够被强制执行。这些规则由计算机源代码预先定义，网络节点会复制和执行这些计算机源码。

简单的说，智能合约就是区块链上一个包含合约代码和存储空间的虚拟账户。

智能合约的行为由合约代码控制，而智能合约的账户存储则保存了合约的状态。

在以太坊平台上，智能合约的代码运行在以太坊虚拟机中，EVM是一个图灵完备的虚拟机，是以太坊的核心。

在以太坊的点对点网络中，每个全节点上都包含一个以太坊虚拟机，当节点需要打包或验证区块时，便将交易相关的可执行代码送入EVM中执行，执行的结果更新了以太坊账户的状态并被记录在区块链上。

智能合约的操作

创建智能合约的流程：

编写智能合约的代码编译智能合约的代码变成可以在EVM上执行的bytecode，同时可以通过编译获得智能合约的ABI部署到区块链，通过一个交易将bytecode存储在链上，并获得合约地址调用智能合约的流程：

发起一笔指向智能合约地址的交易，智能合约代码分布式地运行在网络中每个节点的以太坊虚拟机中，然后会获得交易的回执。回执保存交易的输入参数、输出、执行状态等。

举一个例子，首先在Remix平台编写一个智能合约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;????}}

编译成字节码，发起一笔交易部署到区块链中，得到交易回执。

这样就成功的将合约部署到区块链网络中了。

ABI是什么

上文提到调用智能合约，需要发起一笔指向合约地址的交易，以太坊节点会根据输入的信息，选择要执行合约中的哪一个函数和函数的参数。如何知道智能合约提供哪些函数以及参数要求呢，就需要用到ABI了。

合约ABI是在以太坊生态系统中与合约进行交互的标准方法，既可以从区块链外部进行，也可以用于合约间的交互。

ABI类似程序中的接口文档，描述了字段名称、字段类型、方法名称、参数名称、参数类型、方法返回值类型等。

通俗的解释：

ABI是合约接口的说明ABI定义与合约进行交互的数据编码解码规则以之前的Hello.sol为例，在编译合约的时候可以生成合约的ABI

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

数据：以太坊网络当前已销毁194.90万枚ETH:金色财经报道，据Ultrasound数据显示，截止目前，以太坊网络总共销毁1,949,045.94枚ETH。其中，OpenSea销毁230041.92枚ETH，ETHtransfers销毁185311.66枚ETH，UniswapV2销毁125763.61枚。注：自以太坊伦敦升级引入EIP-1559后，以太坊网络会根据交易需求和区块大小动态调整每笔交易的BaseFee，而这部分的费用将直接燃烧销毁。[2022/3/6 13:39:55]

ABI各参数的意义

??name：函数名称

??type：方法类型，包括function、event等

??payable：布尔值，表明方法是否可以接受ether

??stateMutability：状态类型，包括pure(不读取区块链状态)，view(和constant类型，只能查看，不会修改合约字段)，nonpayable，payable。

??inputs：数组，描述参数的名称和类型

–name：参数名称

–type：参数类型

??outputs：和inputs一样，如果没有返回值，缺省是一个空数组

当用户调用一个合约时，要对调用的函数名和传入的函数参数进行编码，这样EVM才能执行，知道用户调用的是哪个接口，以及正确读取用户的参数，下面介绍以太坊是如何生成可供EVM调用的字节码的。

生成的字节码主要分两部分：函数选择器和参数编码。

函数选择器?FunctionSelector

函数调用的调用数据的前四个字节指定要调用的函数。它是通过将函数签名进行Keccak-256哈希运算后，取前四个字节得到的。

以Hello.sol为例，set函数的接口定义为：

functionset(stringmemory_message)public;

在python3环境下安装ethereum库

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

取前四个字节即：4ed3885e

参数编码ArgumentEncoding

从第五个字节开始，后面是编码参数。参数的编码根据类型的不同，编码方式也有所区别。主要分为固定类型和动态类型。

1、固定类型

?uint：M位的无符号整数类型,0<M<=256,M%8==0，如uint32,uint8,uint256.。

?int:M位的两个补码有符号整数类型.0<M<=256,M%8==0.

?uint和int：整型，分别是uint256和int256的别名。注意:函数参数类型是uint，转sha3码时要变成uint256。

?address：地址，20个字节，160bits，等同于uint160。

?bool：布尔类型，1个字节，true:1，false:0

?bytes：固定大小的字节数组，0<M<=32,byte都是bytes1的别名。

2、动态类型

?bytes：动态分配大小的字节数组

?string：动态大小UTF8编码的字符串

以太坊网络当前已销毁146.72万枚ETH:金色财经报道，据Ultrasound数据显示，截止目前，以太坊网络总共销毁1467293.99枚ETH。其中，OpenSea销毁162963.16枚ETH，ETHtransfers销毁142873.26枚ETH，UniswapV2销毁116942.76枚。注：自以太坊伦敦升级引入EIP-1559后，以太坊网络会根据交易需求和区块大小动态调整每笔交易的BaseFee，而这部分的费用将直接燃烧销毁。[2022/1/13 8:45:21]

?:给定类型的元素的可变长度数组。

?:给定类型的元素的定长数组。

编码规则

固定类型的编码就很简单，直接将参数值转成32字节长度的16进制即可。需要注意的是：数字类型，不足32bytes时，如果是正数高位补0，如果是负数高位补1。布尔类型高位补0。字节类型、字符串类型在低位补全。?动态类型的编码稍微复杂点，如果是固定长度就不需要计算偏移量，如果是不定长度就需要先计算偏移量，并在最后加上长度和具体值的编码。下面举例说明。

Example

给出如下合约，参考官方文档：

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

函数：baz(uint32,bool)?

调用：baz(69,true)

?0xcdcd77c0:函数选择器，在python中通过sha3("set(string)").hex()得到0xcdcd77c0

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000045，十进制69，转成16进制为45，因为是正数，高位补0至32bytes

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001，bool类型，true=1，false=0，高位补0

最终的字节码为

0xcdcd77c000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000450000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001

会返回bool类型.在这个调用中，返回值是false,它的输出将是单字节数组

0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

案例2

函数：bar(bytes3memory)?

调用：bar()

?0xfce353f6：函数选择器，在python中通过sha3("bar(bytes3)").hex()得到0xfce353f6

?固定长度不需要计算偏移量

以太坊未确认交易为176,578笔:金色财经消息，据OKLink数据显示，以太坊未确认交易176,578笔，当前全网算力为660.14TH/s，全网难度为8.82P，当前持币地址为62,594,765个，同比增加115,097个，24h链上交易量为1,839,785ETH，当前平均出块时间为13s。[2021/9/13 23:19:58]

?0x6162630000000000000000000000000000000000000000000000000000000000，字符串abc转成16进制后为616263，低位补0

?0x6465660000000000000000000000000000000000000000000000000000000000，字符串def转成16进制后为646566，低位补0

字符串转16进制的python参考代码

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

案例3

函数：sam(bytes,bool,uint)

调用：sam("dave",true,")

?a5643bf2:函数选择器，在python中通过sha3("sam(bytes,bool,uint256)").hex()得到a5643bf2.请注意，将uint替换为其规范表示形式uint256。

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000060:动态类型，计算偏移量。这个的偏移量是指实际存储值的位置，由于这个函数有3个变量，那么实际存储值的位置就是第四个32bytes位置，也就是说偏移量等于3*32bytes=96，转成16进制后就是对应的值

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001:第二个参数，布尔值true

?0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000a0：动态类型，计算偏移量，这个偏移量就等于参数长度3*32bytes+前面的动态参数参数占有的长度，那么具体的值就是3*32bytes+(1*32bytes+1*32bytes)=5*32bytes=160，转成16进制就是a0，高位补全就是对应的值

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000004:第一个参数的数据部分，代表元素中字节数组的长度，在这种情况下为4。

?0x6461766500000000000000000000000000000000000000000000000000000000:“dave”的utf-8编码，填充为32字节。

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003:第三个参数的数据部分，代表数组中元素的个数，在这种情况下为3.

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001:第三个参数的第一项。

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002:第三个参数的第二项。

?0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003:第三个参数的第三项。

声音 | 以太坊联合创始人：Tether和Bitfinex的动荡可能会推动其他稳定币增长:据彭博社报道，以太坊联合创始人Joseph Lubin表示，他对加密货币交易平台Bitfinex近期的情况持悲观态度。他认为这似乎是一个非常大的混乱，可能不会变得更好。Tether对加密生态系统有些重要，因为它被不同的机构用来实现更流畅的交易。Lubin认为，Tether和Bitfinex周围的动荡可能会推动其他稳定币的增长，这将是一件非常好的事情。Lubin表示需要建立更好的系统。[2019/5/10]

最终的字节码为

0xa5643bf20000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000060000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000a0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000464617665000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003

综上所述，ABI是合约接口的说明，并定义了与合约进行交互的数据编码解码规则。

事件和日志

区块链是一个块列表，从根本上讲就是交易列表。每一个交易都有一个收据，其中包含0个或多个日志记录。日志记录表示从智能合约触发的事件的结果。在以太坊中，事件是一个基本功能，可以将数据记录成日志，保存在区块链上。事件也可以与外部交互，比如与前端进行交互。事件强调功能，是指触发操作的行为，日志强调存储，是指触发事件后，将数据保存在区块链上，形成日志。

事件如何定义和触发

在solidity中，使用关键字event来定义事件，使用关键字emit来触发事件，其参数列表就是需要保存在区块链上的数据，最多可有三个具有indexed属性的参数，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

事件可以在不同的场景下使用，主要有如下三种作用。

获取合约执行结果过滤日志存储合约数据1、获取合约执行结果

在开发Dapp时，我们会通过发送一笔交易来调用智能合约的某个函数，但是我们不能立即得到返回值。因为交易不是立刻打包进区块链的，在这种场景下，可以使用事件来解决这个问题。

以和前端交互为例，我们可以通过编写代码来监听某一特定事件来做到更新前端。例如通过如下代码来监听上文提到的合约中的Transfer事件。

动态 | 比特币矿业巨头BTC.com将推出一个以太坊矿池:据thenextweb报道，加密货币挖掘硬件巨头比特大陆的子公司BTC.com今天发布了一个专门用于挖掘以太坊区块链的新客户端。BTC.com矿场负责人表示，“我们预计采矿业务在未来12个月内将增长到以太坊总哈希值的12%”。[2018/8/30]

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

当调用transfer函数的交易被打包进区块链中时，将会触发回调中的watch函数，前端可以得到有效的transfer函数的返回值。

事件通常可以被看作带有数据的异步触发器。当一个合约想要触发前端时，合约会发出一个事件。因为前端正在监听这个事件，一旦监听到相关事件，前端可以采取相应的操作，比如显示消息，更新前端展示内容等。

2、过滤日志

日志不能被合约访问，Solidity没有提供查询日志的接口，在监听日志的时候，Solidity提供了filter功能，借此我们可以实现对日志的查找过滤。在Transfer事件中，from和to参数被设置成indexed，说明其是可以被索引的。所以我们可以监听特定的事件，例如转账地址为0xab213的事件，也可以监听从0xab213地址转账到0x417ac的事件，但由于value参数没有indexed属性，所以我们不能监听例如value为100的事件。

在此场景下，我们如果想过滤指定地址发出的交易，我们可以通过web3.js编写如下代码。

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。)

参数说明：

?obj1:添加indexed属性的参数，在这里我们可以过滤特定地址0xab213发起的交易

?obj2：Solidity提供的额外的过滤参数，可选的主要参数有：

–fromBlock：指定过滤的起始位置，值为块的编号，默认为latest

–toBlock：指定过滤的结束位置，值为块的编号，默认为latest

·callfunction：回调函数function(error,result

3、存储合约数据

与上面讲述的不同，事件可以作为便宜的多的一种存储形式。通过触发事件，存储在日志上的数据，基本上每字节花费8gas，但是智能合约每存储32字节花费20000gas。尽管日志可以节省大量gas，但是无法从任何智能合约中读取日志信息。需要根据使用场景来选择适合的存储办法，日志作为一种廉价存储的方式，适合存储可由前端展示的历史数据。

日志记录的组成

EVM具有5个用于发出日志的操作码：LOG0，LOG1，LOG2，LOG3和LOG4。通过这些操作码来创建日志记录。

每个日志记录都包含topics和data。Topics是bytes32类型的参数，不同的操作码描述包含在日志记录中的Topics数量。LOG1包含1个topic，LOG2包含2个topics，最多支持4个topics。

Topics用于描述事件，日志中存储的不同的具有indexed属性的事件就叫不同的主题。比如对于事件Transfer来说，其定义为eventTransfer(addressindexedfrom,addressindexedto,uint256value);，有三个主题。第一个主题为事件签名的哈希值，即通过keccak256("Transfer(address,address,uint256)")来得到，如果该事件是匿名事件，那么就没有这个主题。后面两个具有indexed属性的参数，可以用来进行过滤进行精确查找。

由于只能容纳32个字节的数据，所以无法将数据或字符串之类的参数用作Topic，应该将其作为data包含在日志记录中。如果想要包含超过32字节的topic，应该将其哈希。Topic可视作事件的索引，其使用场景在于可以有效缩小搜索查询范围内的数据。

日志记录的另一个部分是数据。Topic是可以搜索的，但是数据却不可以，数据可以摆脱Topic的32字节大小的限制，包含例如数组或字符串的复杂数据。

下面举一个例子来说明。还是以上文中的Transfer事件为例，由于Transfer不是一个匿名事件，所以第一个Topic包含事件签名。

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;??}}

在事件的参数部分，Transfer事件有三个参数from、to、value，其中from和to被声明为indexed，标识其被视为topic，value参数不会被索引，将会作为日志的数据部分。此事件包含3个topics，将使用LOG3操作码来创建日志记录。

举个例子，将上述示例合约部署到区块链网络中，我们使用：0x246B0ED379bdDbe1aDaC56277Ce5cB3018c24E04地址调用transfer函数，to参数指定为0x3F0b9B0D373C26328A879430383e87F4780AD410，value指定为1，发起一笔交易获得交易的回执信息。其中在logs属性中，记录如下信息

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

其中，topics数组中有三个元素，第一个为keccak256("Transfer(address,address,uint256)")的结果，第二个为from参数的值，这里为0x246B0ED379bdDbe1aDaC56277Ce5cB3018c24E04，第三个为to参数的值，这里为0x3F0b9B0D373C26328A879430383e87F4780AD410。data字段是通过对value进行编码得到的，这里将1转成32字节长度的16进制的值，得到0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001。

布隆过滤器LogBloomandFilter

布隆过滤器在以太坊中用于检索交易日志log，方便交易结果的查询以及交易事件通知。在以太坊的区块头中，有一个区域叫做logsBloom。这个区域存储了当前区块中所有收据的日志的布隆过滤器，有2048个bit，相当于256个字节。在一个交易的收据中，可能存在0个或多个日志记录，每个日志记录中包含了相应的Topics和data。在一个交易的收据中同样也存在布隆过滤器，记录了所有的日志记录数据。

下面介绍布隆过滤器的原理。我们知道，查找一个元素是否存在于一个集合中，可以使用数组这种数据结构。但是当数据量非常庞大的情况下，数组的空间开销和查询开销也会变得非常大。

布隆过滤器的原理是当一个元素被加入到一个集合中时，使用K个哈希函数，对该元素求哈希值，得到K个不同的哈希值，分别记作X1,X2,X3,…,XK。将这K个数字作为位图的下标，将对应的

BitMap,BitMap,BitMap,…,BitMap都设置为1。即用K个bit来表示一个元素是否存在。

当想要查询某个元素是否存在于这个集合中时，用相同的K个哈希函数，得到Y,Y,Y...Y，如果这K个哈希值对应的位图下标均为1，则表示这个元素可能存在，如果有任意一个下标不为1，则说明这个元素肯定不存在。

举例说明，假设集合中现在有3个元素{X,Y,Z}，使用3个哈希函数。首先将数组进行初始化，每一位置为0。然后对于集合中的每一个元素，都通过3个哈希函数进行哈希计算，每次计算都会产生一个下标，将数组中该下标对应的值设置为1。这时候想要查询一个元素W是否在该集合中，依次用这3个哈希函数将W映射到数组的3个位点上，如果3个位点对应的值都为1，则可能存在于集合中，若有一个位点的值不为1，则该元素一定不在这个集合中。

布隆过滤器存在一定的误判性，因为存在一定的哈希碰撞可能，所以当位点上的值都为1时，只能反映该元素可能存在于该集合中。但这不影响其广泛的应用性，布隆过滤器是一种存储效率很高的数据结构，其空间利用率和时间利用率非常高，插入数据和查询数据的时间复杂度为O。

布隆过滤器可以用于事件查询，在以太坊中，系统会先创建各个主题的布隆过滤器，然后通过合并获得事件的布隆过滤器，再次合并得到交易的布隆过滤器，最后合并得到区块的布隆过滤器。在查询过程中，查询满足指定特征的事件的过程是，先根据查询条件得到布隆过滤器，如果其位向量是区块布隆过滤器的子向量，则可能存在此区块中，如果不是其子向量，那么就不存在此区块中。如果可能存在，继续比对区块中各个交易的布隆过滤器，比对交易中每个事件的布隆过滤器。如果与事件的布隆过滤器匹配，再进行严格的数据验证，相同的话即说明存在。

参考资料

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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