理解以太坊合约数据读取过程 | 函数式与区块链编程（二）

vlambda
2022-02-11

理解以太坊合约数据读取过程 | 函数式与区块链编程（二）

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。

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，描述以太坊数据读取过程。需要注意的是，虽然名字是以太坊，但是这个过程对任何支持 EVM 的区块链都是适用的，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^[1] (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.exs的deps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节点url：

# config.exsconfig :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^[2]

1.QUANTITY|TAG - integer block number, or the string "latest", "earliest" or "pending", see the default block parameter^[3]

Returns

DATA - the return value of executed contract.

Example

——https://eth.wiki/json-rpc/API

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

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

@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" <> payloadend

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_selectordef 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，区块链数据读取就大功告成。

以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

References

[1] Application Binary Interface: https://solidity.readthedocs.io/en/develop/abi-spec.html
[2] Ethereum Contract ABI in the Solidity documentation: https://solidity.readthedocs.io/en/latest/abi-spec.html
[3] default block parameter: https://eth.wiki/json-rpc/API#the-default-block-parameter

vlambda博客
学习文章列表