理解以太坊合约数据读取过程 | 函数式与区块链(二)

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理解以太坊eth合约数据读取过程 | 函数式与区块链blockchain(二)

基于函数式语言的 Ethereum 智能合约数据读取全过程

关于函数式编程:

函数式编程是有别于传统的面对对象范式的编程范式,函数式方向是目前编程语言发展的大方向,所有新设计的编程语言都或多或少的引入了函数式编程功能。

笔者认为,「下一代计算机学科体系」将基于函数式编程语言。因此,打好函数式编程基础对于具备「长期主义」思维的程序员是必要的。

关于本专栏:

本专栏将通过实战代码分析与经典著作解读,分享作者关于函数式编程与区块链blockchain的思考与实践。就目前而言,本专栏将基于两种函数式语言:Rust 和 Elixir,有时候会提及其它语言,作为辅助性参考。

关于太上:

太上是笔者团队近期实践的一个函数式+区块链blockchain的项目。

太上炼金炉在不改变原有 NFT 合约的基础上,通过附加「存证合约」,赋予 NFT 组合、拆解、生命周期、权益绑定等能力,锻造 NFT +,创造无限创新玩法与想象空间。

项目地址: https://github.com/WeLightProject/Tai-Shang

愿景0x01: 助力所有 NFT 及其相关项目,让其具备无限商业想象空间与无限玩法。

愿景0x02: 成为下一代区块链blockchain基础设施

太上是本系列用以探讨函数式编程的第一个项目。

本篇是系列的第二篇,通过描述基于 Elixir 与 Ethereum 的交互方法,描述以太坊eth数据读取过程。需要注意的是,虽然名字是以太坊eth,但是这个过程对任何支持 EVM 的区块链blockchain都是适用的,例如:FISCO BCOS、Moobeam。

Ethereumex 与 ExABI

在 Elixir 中,使用到的两个 Repo,一个是 Ethereumex:

https://github.com/mana-ethereum/ethereumex

Elixir JSON-RPC client for the Ethereum blockchain.

另一个是 ExABI:

https://github.com/poanetwork/ex_abi

The Application Binary Interface (ABI) of Solidity describes how to transform binary data to types which the Solidity programming language understands.

小 Tips:

ABI 是与 EVM 上的合约进行交互的标准方法,.abi文件中包含了函数接口描述与事件描述,呈现方式为json

Hello World 合约的 ABI 如下:

[{     "constant": true,     "inputs": [],     "name": "get",     "outputs": [{         "name": "",         "type": "string"       }     ],     "payable": false,     "stateMutability": "view",     "type": "function" }]

需要注意的是,我们在引入 Ethereumex 的时候,除了要常规的写入mix.exsdeps中以外,还需要在applications中挂载:

# mix.exs: def application do   [     mod: {TaiShang.Application, []},     extra_applications: [:logger, :runtime_tools, :ethereumex]   ] end …… defp deps do     [          {:ethereumex, "~> 0.7.0"}     ] end

还需要在config.exs中设置访问的区块链blockchain节点url:

# config.exs config :ethereumex,   url: "http://localhost:8545"

交易结构

在 Elixir 中,我们可以通过代码简单清晰地理解结构体(Struct)。

我们可以把 Ethereum 中的交易用如下的 Elixir Struct 表示:

%Transaction{   nonce: nonce, # 确保交易顺序的累加器   gas_price: @gas.price, # gas 费用   gas_limit: @gas.limit, # gas 上限   to: bin_to, # Binary 形式的地址   value: 0, # 要发送的以太币   init: <<>>, # 机器码   data: data # 要发送给to地址的数据 }

需要注意的是,我们现在只做数据的读取,因此 nonce 这个参数是不需要的,nonce 参数只有在写操作时才会需要,也才会发生改变。

eth_call

Executes a new message call immediately without creating a transaction on the block chain.

Parameters
  1. Object – The transaction call object
  • from: DATA, 20 Bytes – (optional) The address the transaction is sent from.
  • to: DATA, 20 Bytes – The address the transaction is directed to.
  • gas: QUANTITY – (optional) Integer of the gas provided for the transaction execution. eth_call consumes zero gas, but this parameter may be needed by some executions.
  • gasPrice: QUANTITY – (optional) Integer of the gasPrice used for each paid gas
  • value: QUANTITY – (optional) Integer of the value sent with this transaction
  • data: DATA – (optional) Hash of the method signature and encoded parameters. For details see Ethereum Contract ABI in the Solidity documentation
  1. QUANTITY|TAG – integer block number, or the string "latest", "earliest" or "pending", see the default block parameter
Returns

DATA – the return value of executed contract.

Example
// Request curl -X POST --data '{"jsonrpc":"2.0","method":"eth_call","params":[{see above}],"id":1}'  // Result {   "id":1,   "jsonrpc": "2.0",   "result": "0x" }

——https://eth.wiki/json-rpc/API

在 Rust 中我们也有相似的结构:

// from: https://kauri.io/#collections/A%20Hackathon%20Survival%20Guide/sending-ethereum-transactions-with-rust/ let tx = TransactionRequest {         from: accounts[0],         to: Some(accounts[1]),         gas: None, // 即 gas limit         gas_price: None,         value: Some(U256::from(10000)),         data: None,         nonce: None,         condition: None     };

我们现在只是要把流程跑通,所以可以先不用去管 gas_price 和 gas_limit,写死即可:

@gas %{price: 0, limit: 300_000}

那么,现在只要搞定 2 个参数即可:to 和 data。

地址的 Binary 转换

在上一讲中,笔者讨论了 Binary 的基本知识。同样的,我们日常所使用的区块链blockchain中的地址,如0x769699506f972A992fc8950C766F0C7256Df601f,可以转换为 Binary:

@spec addr_to_bin(String.t()) :: Binary.t() def addr_to_bin(addr_str) do   addr_str   |> String.replace("0x", "")   |> Base.decode16!(case: :mixed) end

从智能合约函数到 Data

通过「函数字符串标识」与参数列表(params list)生成 data:

@spec get_data(String.t(), List.t()) :: String.t() def get_data(func_str, params) do   payload =   func_str   |> ABI.encode(params)   |> Base.encode16(case: :lower)    "0x" <> payload end

函数字符串标识的例子:

@func %{     balance_of: "balanceOf(address)",     token_of_owner_by_index: "tokenOfOwnerByIndex(address, uint256)",     token_uri: "tokenURI(uint256)",     get_evidence_by_key: "getEvidenceByKey(string)",     new_evidence_by_key: "newEvidenceByKey(string, string)",     mint_nft: "mintNft(address, string)",     owner_of: "ownerOf(uint256)"     }

简单来说就是「函数名(参数1类型, 参数2类型, …)」。

我们可以跳转过去,查看 encode 函数的实现:

def encode(function_signature, data, data_type \ :input)  # 在这一步会把 string 格式的 function 解析为 function_selector # 然后再次调用 encode 方法,传入 function_selector def encode(function_signature, data, data_type) when is_binary(function_signature) do   function_signature   |> Parser.parse!()   |> encode(data, data_type) end  def encode(%FunctionSelector{} = function_selector, data, data_type) do   TypeEncoder.encode(data, function_selector, data_type) end

FunctionSelector 结构体:

iex(5)> ABI.Parser.parse!("baz(uint8)") %ABI.FunctionSelector{   function: "baz",   input_names: [],   inputs_indexed: nil,   method_id: nil,   returns: [],   type: nil,   types: [uint: 8] }

TypeEncoder.encode 最终负责把 data, function_selector 和 data_type 编译为 data_type,详见:

https://github.com/poanetwork/ex_abi/blob/57ba7eb1703d8b0cd0353a0a588feef139b7edf3/lib/abi/type_encoder.ex

返回数据的转换

调用合约时返回的数据需要从hex形态的data转换为对应的格式,所以我们要写个 TypeTransalator:

defmodule Utils.TypeTranslator do   ……    def data_to_int(raw) do     raw     |> hex_to_bin()     |> ABI.TypeDecoder.decode_raw([{:uint, 256}])     |> List.first()   end    def data_to_str(raw) do     raw     |> hex_to_bin()     |> ABI.TypeDecoder.decode_raw([:string])     |> List.first()   end    def data_to_addr(raw) do     addr_bin =       raw       |> hex_to_bin()       |> ABI.TypeDecoder.decode_raw([:address])       |> List.first()      "0x" <> Base.encode16(addr_bin, case: :lower)   end  …… end

具体采用哪种方式视返回值的类型而定,我们可以通过 ABI 判定返回值:

{     "constant": true,     "inputs": [],     "name": "get",     "outputs": [{         "name": "",         "type": "string"  # 返回值是string       }     ],     "payable": false,     "stateMutability": "view",     "type": "function" }

合约调用函数—Elixir

现在只差最后一步了!我们只要将如上几个函数放在一个调用函数中,区块链blockchain数据读取就大功告成。

get_balance函数为例:

@spec balance_of(String.t(), String.t()) :: Integer.t() def balance_of(contract_addr, addr_str) do   {:ok, addr_bytes} = TypeTranslator.hex_to_bytes(addr_str)   data = get_data("balanceOf(address)", [addr_bytes])    {:ok, balance_hex} =     Ethereumex.HttpClient.eth_call(%{ # 交易结构被Ethereumex 封装过了!     data: data,     to: contract_addr   })      TypeTranslator.data_to_int(balance_hex) end

合约调用函数—Rust

最后是一个用rust-web3去调用合约的例子:

extern crate hex; use hex_literal::hex;  use web3::{     contract::{Contract, Options},     types::{U256, H160, Bytes}, };  #[tokio::main] async fn main() -> web3::contract::Result<()> {     let _ = env_logger::try_init();     let http = web3::transports::Http::new("https://ropsten.infura.io/v3/9aa3d95b3bc440fa88ea12eaa4456161")?;     let web3 = web3::Web3::new(http);      let addr_u8 = hex::decode("7Ad11de6d4C3DA366BC929377EE2CaFEcC412A10").expect("Decoding failed");     let addr_h160 = H160::from_slice(&addr_u8);      let contra = Contract::from_json(         web3.eth(),         addr_h160,         include_bytes!("../contracts/hello_world.json"),     )?;      // let acct:[u8; 20] = hex!("f24ff3a9cf04c71dbc94d0b566f7a27b94566cac").into();      let result = contra.query::<String, _, _,_>("get", (), None, Options::default(), None).await?;     println!("{}", result);      Ok(()) }

这个例子的完整项目见:

https://github.com/leeduckgo/eth-interactor-rs

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