MODULE 1 · EVM 内部原理

Lesson 4: EVM 操作码

📖 阅读 ~15 分钟🧪 2 个实验❓ 2 道测验

EVM 是一台栈机器

以太坊虚拟机 (EVM) 是一台基于栈的虚拟机。它不像 x86 那样有寄存器，所有运算都在一个 1024 深的栈上进行。每个栈元素是 256 bit (32 字节)。

// EVM 执行模型 Bytecode: 60 03 60 05 01 00 ↓ ↓ ↓ ↓ PUSH1 3 PUSH1 5 ADD STOP // 栈的变化过程： Step 1: PUSH1 3 Stack: [3] Step 2: PUSH1 5 Stack: [5, 3] Step 3: ADD Stack: [8] ← 弹出 5 和 3，压入 8 Step 4: STOP 执行结束

💡 关键理解你写的 Solidity 代码最终被编译成一串操作码 (opcode) 字节序列。EVM 从第一个字节开始，逐条执行。理解操作码就是理解合约真正在做什么。

EVM 的数据区域

EVM 有四个数据存放区域，理解它们的区别至关重要：

Stack（栈）

运算的核心，最多 1024 个元素。LIFO（后进先出）

免费使用，但深度有限

Memory（内存）

线性字节数组，交易结束后清空。按 32B 对齐扩展

MLOAD/MSTORE，3 gas 起

Storage（存储）

持久化 key-value 映射（上节课的内容）

SLOAD/SSTORE，最贵

Calldata（调用数据）

只读的输入数据，来自交易的 input 字段

CALLDATALOAD，3 gas

常用操作码速查

算术 & 比较

Opcode	Hex	描述	Gas
ADD	01	a + b	3
MUL	02	a × b	5
SUB	03	a − b	3
DIV	04	a ÷ b（整除）	5
MOD	06	a % b	5
LT / GT / EQ	10/11/14	小于 / 大于 / 等于	3
ISZERO	15	== 0 ?	3

栈操作

Opcode	Hex	描述	Gas
PUSH1~PUSH32	60~7f	压入 1~32 字节常量	3
POP	50	弹出栈顶	2
DUP1~DUP16	80~8f	复制第 N 个栈元素到栈顶	3
SWAP1~SWAP16	90~9f	交换栈顶与第 N+1 个元素	3

环境 & 区块信息

Opcode	描述	Gas
CALLER	msg.sender（调用者地址）	2
CALLVALUE	msg.value（发送的 ETH 数量）	2
TIMESTAMP	当前区块时间戳	2
NUMBER	当前区块号	2
BALANCE	查询地址的 ETH 余额	2600
ORIGIN	tx.origin（最初发送者）	2

存储 & 内存 & 调用

Opcode	描述	Gas
SLOAD	读取 Storage slot	2100 (cold)
SSTORE	写入 Storage slot	5000~22100
MLOAD	从 Memory 读 32B	3
MSTORE	写 32B 到 Memory	3
CALL	调用外部合约	2600+ (cold)
DELEGATECALL	保持调用者上下文的外部调用	2600+
STATICCALL	只读外部调用（不能修改状态）	2600+
RETURN	返回 Memory 中的数据	0
REVERT	回滚状态并返回错误数据	0

🔍 CALL vs DELEGATECALL CALL 在目标合约的上下文中执行（msg.sender = 调用者，storage = 目标的）。
DELEGATECALL 在调用者的上下文中执行（msg.sender 不变，storage = 调用者的）。
这就是代理合约 (Proxy Pattern) 的核心原理 —— 逻辑在别处，数据在本地。

函数选择器：前 4 字节

当你调用合约函数时，交易的 input data 的前 4 字节是函数选择器：

// 函数签名 → 选择器 transfer(address,uint256) → keccak256("transfer(address,uint256)") → 0xa9059cbb... → 取前 4 字节: 0xa9059cbb // 完整的 calldata 结构： 0xa9059cbb ← 4B 选择器 000000000000000000000000d8da6bf26964af9d7eed9e03e534 ← 32B 参数1 (to) 0000000000000000000000000000000000000000000000000de0b ← 32B 参数2 (amount) // EVM 用 CALLDATALOAD 读取这些数据 // Solidity 编译器生成的 dispatcher 会匹配选择器

⚠️ 选择器碰撞 4 字节只有 2³² ≈ 43 亿种可能。不同函数签名可能产生相同的选择器（碰撞）。恶意合约可以利用这一点伪装函数。这就是为什么钱包需要 ABI 来正确解码交易。

🧪 动手实验

🔬 实验 1：解码一笔真实交易的 input data

找一笔 USDC transfer 交易，用 ChainLab 解码它的 calldata，识别函数选择器和参数。

chainlab tool decode 0xa9059cbb...（USDC transfer calldata）

思考：0xa9059cbb 对应哪个函数？参数 0x5f5e100 转换成十进制是多少 USDC？

🔬 实验 2：查看合约字节码大小

编译我们的合约，观察字节码长度。字节码越长，部署 Gas 越高。

chainlab lab sol compile SimpleToken.sol

思考：runtime bytecode 和 creation bytecode 有什么区别？

❓ 自测

检验你的理解

Q1: EVM 的栈元素大小是多少？

8 bit (1 字节) 64 bit (8 字节) 256 bit (32 字节) 可变长度

✅ 正确！EVM 的每个栈元素固定为 256 bit (32 字节)。这也是为什么 Solidity 的原生整数类型是 uint256。

❌ 提示：EVM 被设计为与 Keccak-256 哈希对齐。

Q2: DELEGATECALL 与 CALL 的关键区别是？

DELEGATECALL 更便宜 DELEGATECALL 在调用者的存储上下文中执行 DELEGATECALL 不能传递 ETH 没有区别，只是名字不同

✅ 正确！DELEGATECALL 在调用者的上下文中运行目标代码 —— msg.sender、msg.value、storage 都是调用者的。这就是代理合约 (Proxy) 和可升级合约的核心原理。

❌ 关键区别在于执行上下文：DELEGATECALL 使用调用者的 storage 和 msg.sender。

📝 本课小结

核心要点 1. EVM 是基于栈的虚拟机，栈深 1024，每个元素 256 bit
2. 四个数据区域：Stack（免费）、Memory（便宜）、Storage（最贵）、Calldata（只读）
3. 函数选择器 = keccak256(函数签名) 的前 4 字节
4. CALL 在目标上下文执行，DELEGATECALL 在调用者上下文执行
5. 理解操作码 = 理解合约真正在做什么 = 安全审计的基础