Hyperledger Burrow EVM

Hyperledger Burrow由Linux基金会托管，最初由Monax设计，Monax是一个开放平台，可为企业生态系统构建，交付和运行基于区块链的应用程序。著名的处理器和芯片制造商英特尔也共同赞助了该项目。

Hyperledger Burrow充当许可的智能合约应用程序引擎，其主要工作是以安全有效的方式执行和处理智能合约程序。它是为支持特定于应用程序的优化的多链环境而构建的。

以太坊等许多区块链网络都支持智能合约，自行执行的合约，这些合约的合约条款直接写入代码中。简而言之，Hyperledger Burrow充当智能合同解释器，促进遵循以太坊虚拟机（EVM）标准的网络上此类合同的执行。EVM使用全球公共节点网络执行以太坊智能合约脚本。Burrow充当区块链上的一个节点，该区块链使用EVM标准来提供各种智能合约交易的结论性和高交易吞吐量。

Hyperledger Burrow包含以下组件：

共识引擎负责在区块链上订购和处理各种交易，并确保高交易量输出。它具有一组内置的事务验证器，还可以防止任何可能的恶意企图来破解和分叉区块链。共识引擎与智能合约应用程序无关，因为另一层应用程序区块链接口（ABCI）将两者分开，从而确保了核心引擎与各种应用程序（有时可能包括恶意应用程序）之间的安全性。

每当在区块链网络上发生的交易要求执行智能合约代码时，智能合约应用程序（SCA）组件都会在许可的EVM中激活该帐户代码的必要执行。EVM的工作是确保执行应用程序的代码遵守以太坊操作代码规范，并正确授予所需的权限。Burrow通过EVM模块支持合约的执行与调用，调用时根据合约地址获取到代码，生成环境后载入到EVM中运行。通常智能合约的开发流程是用solidlity编写逻辑代码，再通过编译器编译元数据，最后再发布。

虽然Burrow遵循以太坊虚拟机标准，但是其EVM的设计与以太坊的虚拟机还是有一定差别。

Burrow EVM

Hyperledger Burrow 的EVM代码存放于execution\evm中。

其结构：

Burrow EVM 其他部分与以太坊虚拟机差别不大，都是基于栈的虚拟机，其中：
•contract.go 定义了智能合约的数据结构
•evm.go 定义了执行器，以及对外提供一些外部接口
•memory.go 定义了EVM的内存
•stack.go 定义了EVM的栈

gas

其gas花费代码位于execution\native\gas.go中，与以太坊虚拟机不同，Burrow EVM每次花费固定为1：

智能合约

合约是EVM智能合约的存储单位也是解释器执行的基本单位，包含了代码，调用人，所有人，gas相关的信息。定义于native\contract.go中：

type Contract struct {// Comment describing purpose of native contract and reason for assembling// the particular functionsComment string// Name of the native contractName          stringfunctionsByID map[abi.FunctionID]*Functionfunctions     []*Functionaddress       crypto.Addresslogger        *logging.Logger
}

执行环境

执行入口定义在evm.go中，功能是组装执行环境（代码，执行人关系，参数等）。同样需要创建调用对象的state，但参数稍有不同，这里没有考虑别人合约可能需要花钱。

func (vm *EVM) Execute(st acmstate.ReaderWriter, blockchain engine.Blockchain, eventSink exec.EventSink,params engine.CallParams, code []byte) ([]byte, error) {// Make it appear as if natives are stored in statest = native.NewState(vm.options.Natives, st)state := engine.State{CallFrame:  engine.NewCallFrame(st).WithMaxCallStackDepth(vm.options.CallStackMaxDepth),Blockchain: blockchain,EventSink:  eventSink,}output, err := vm.Contract(code).Call(state, params)if err == nil {// Only sync back when there was no exceptionerr = state.CallFrame.Sync()}// Always return output - we may have a reverted exception for which the return is meaningfulreturn output, err
}

ABI

ABI即Application Binary Interface，是应用程序二进制接口，描述了应用程序和EVM之间，一个应用和它的库之间，或者应用的组成部分之间的低接口。ABI涵盖了各种细节，如：
●数据类型的大小、布局和对齐；
●调用约定（控制着函数的参数如何传送以及如何接受返回值），例如，是所有的参数都通过栈传递，还是部分参数通过寄存器传递；哪个寄存器用于哪个函数参数；通过栈传递的第一个函数参数是最先push到栈上还是最后；
●系统调用的编码和一个应用如何向EVM进行系统调用；
●以及在一个完整的EVM的ABI中，目标文件的二进制格式、程序库等等。

这么说可能有点难懂，先从智能合约的角度说起。

我们编写智能合约的流程是：
●编写合约代码（一般使用solidity语言）
●编译合约，将solidity编写的代码编译成EVM可识别的bytecode，这一步生成abi
●部署合约，将合约部署到区块链上，生成合约地址，将合约内容（即上一步生成的bytecode）作为input date输入。部署合约是一个交易过程，所以也会生成一个交易Hash
●执行合约，获取合约地址，然后传入参数调用合约中的方法，获得执行结果

从上面的步骤可以看出，abi对于EVM来说，其实是不需要的。但是对于调用者来说，就需要知道合约有哪些方法，方法的参数是什么，返回值是什么，而这些信息就记录在智能合约的abi中。
所以简单来说，ABI其实就相当于开发者的接口文档，方便开发者调用执行合约。

以一个简单的solidity为例，通过Web3，Remix等工具编译生成ABI。

pragma solidity ^0.4.24;contract Demo {uint private x;function set(uint _x) public {x = _x;}}

执行 truffle compile 编译合约，就会生成对应的文件Demo.json

{"contractName": "Demo","abi": [{"constant": false,"inputs": [{"name": "_x","type": "uint256"}],"name": "set","outputs": [],"payable": false,"stateMutability": "nonpayable","type": "function"}],"bytecode": "0x6080604052348015600f57600080fd5b5060a48061001e6000396000f300608060405260043610603f576000357c0100000000000000000000000000000000000000000000000000000000900463ffffffff16806360fe47b1146044575b600080fd5b348015604f57600080fd5b50606c60048036038101908080359060200190929190505050606e565b005b80600081905550505600a165627a7a723058201dfe7c019fec67ccd87250c9ac8642c163cc5f43588715b33e8a8953df3715f60029","deployedBytecode": "0x608060405260043610603f576000357c0100000000000000000000000000000000000000000000000000000000900463ffffffff16806360fe47b1146044575b600080fd5b348015604f57600080fd5b50606c60048036038101908080359060200190929190505050606e565b005b80600081905550505600a165627a7a723058201dfe7c019fec67ccd87250c9ac8642c163cc5f43588715b33e8a8953df3715f60029","sourceMap": "27:97:1:-;;;;8:9:-1;5:2;;;30:1;27;20:12;5:2;27:97:1;;;;;;;","deployedSourceMap": "27:97:1:-;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;69:52;;8:9:-1;5:2;;;30:1;27;20:12;5:2;69:52:1;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;112:2;108:1;:6;;;;69:52;:::o","source": "pragma solidity ^0.4.24;\n\n\ncontract Demo {\n\n    uint private x;\n\n    function set(uint _x) public {\n        x = _x;\n    }\n\n}\n","sourcePath": "/Users/root/Workspace/DApp/demo/contracts/Demo.sol","ast": {...},"legacyAST": {...},"compiler": {"name": "solc","version": "0.4.24+commit.e67f0147.Emscripten.clang"},"networks": {},"schemaVersion": "2.0.1","updatedAt": "2018-09-14T11:57:49.750Z"
}

其中，各字段的意义分别为：
name：函数名称
type：方法类型，包括function, constructor, fallback(缺省方法)可以缺省，默认为function
constant：布尔值，如果为true指明方法不会修改合约字段的状态变量
payable：布尔值，标明方法是否可以接收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（和payable含义一样），payable（和payable含义一样）。其实保留payable和constant是为了向后兼容
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

在使用ABI调用合约函数时，传入的ABI会被编码成calldata（一串hash值）。calldata由function signature和argument encoding两部分组成。通过读取call data的内容， EVM可以得知需要执行的函数，以及函数的传入值，并作出相应的操作。

EVM读取并执行call data的规则：
●函数选择器： Call data的前4个bytes对应了合约中的某个函数。因此EVM通过这4个bytes, 可以跳转到相应的函数。

ByteCode中的体现：

上面两张图是合约bytecode最开始的部分，EVM依次执行每条命令，当执行到CALLDATASIZE（L6）时，EVM读取input的size（读取的是function的hash, 长度为4bytes）。L7会和4进行比较，作为L9的JUMPI的跳转条件

input的size比4小，则跳转到fallback function（fallback function是唯一一个没有名字的函数）。跳转的地址是由L8 push到栈中的，跳转的地址是6d，转换成10进制为109，也就是L42。

input的size长度为4，则会继续执行每个指令。L11的CALLDATALOAD会从读取input的具体值，与L18,23,28,33,38的hash值（该合约中的函数签名）进行比较，以L18为例，L19会比较input的函数签名与L18的哈希值是否相等。如果相等，则跳转到L20表明的地址（PC:8d），否则继续执行，直到遇到函数签名相等的情况为止

如果没有一个函数签名相等（此时执行到L41），因为没有执行到终止命令，如stop。EVM会继续往下执行L42，L42是fallback function的起始位置。因此fallback function的执行情况是：
A contractcan have exactly one unnamed function. This function cannot have arguments and cannot return anything. It is executed on a call to the contract if none of theother functions match the given function identifier. Furthermore, this functionis executed whenever the contract receives plain Ether (without data).

●参数读取：call data是32bytes的整数倍（头4 bytes的函数签名除外），EVM通过CALLDATALOAD指令，每次能从call data中读取32byte的值，放入stack中。上面的图通过2个CALLDATALOAD分别读出了newState和value的值，放入了stack中。通过JUMP指令跳转到函数体（tag19），并继续执行。

●返回值：

当函数结束完时，会跳转到tag18。Tag 18最末尾的RETURN指令。RETURN指令会从stack中读取两个值，通过这两个值从memory中读取相应的值，以返回给调用方。

ABI是如何编码的

●函数编码：在EVM中，每个函数都由4个byte长度的16进制值来唯一标识，这4个bytes叫做函数签名。函数签名是对函数名，函数参数做Keccak(SHA-3) 运算后，获得的hash值的前4个bytes.

如下面increaseAge这个函数，直接通过web3提供的sha3，取前4bytes即可获得函数签名F9EA5E79. EVM会通过这个函数签名找到对应的函数，通过JUMPI跳转到对应的函数。

functionincreaseAge(string name, uint num)returns (uint){return ++age;
}

●函数参数编码：

每个参数都是以一个32byte长度hash值的形式传入的，长度不够用0补，如uint8的长度是8bytes，前面不足的24bytes都用0来补。用下面的合约来举例：

pragma solidity ^0.4.16;contract Foo {function baz(uint32 x, bool y) public pure returns (bool r) { r = x > 32 || y; }function bar(bytes3[2] memory) public pure {}function f(uint, uint32[], bytes10, bytes) public pure {}
}

案例一：
函数：baz(bytes3[2] memory)
调用：baz(69, true)

0xcdcd77c0，在node中使用new Web3().sha3('baz(uint32,bool)')生成

const Web3 = require('web3')const web3 = new Web3()
console.log(web3.sha3('f(uint256,uint32[],bytes10,bytes)'))

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
所以最终字符串为：

0xcdcd77c0
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000045
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001

一共68bytes。

返回：该函数返回的是true，output将会是

0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
案例二：
函数：bar(bytes3[2] memory)
调用：bar(["abc", "def"])

0xfce353f6，在node中使用new Web3().sha3('bar(bytes3[2])')生成
固定长度不需要计算偏移量
0x6162630000000000000000000000000000000000000000000000000000000000，字符串abc转成16进制后为616263，低位补0
0x6465660000000000000000000000000000000000000000000000000000000000，同上
所以最终字符串为：

0xfce353f6
6162630000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
6465660000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

案例三：
函数：f(uint,uint32[],bytes10,bytes)
调用：

f(0x123, [0x456, 0x789], "1234567890", "Hello, world!")

0x8be65246，在node中使用f(uint256,uint32[],bytes10,bytes)生成
0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000123，0x123对应的16进制，正数补全
0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000080，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4个变量，那么实际存储值的位置就是第五个32bytes位置，也就是说偏移量等于4×32bytes=128，转成16进制后就是对应的值
0x3132333435363738393000000000000000000000000000000000000000000000，字符串1234567890转成16进制后为31323334353637383930，bytes类型，低位补全
0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000e0，动态类型，计算偏移量，这个偏移量就等于参数长度4×32bytes+前面的动态参数参数占有的长度（因为前面只有一个动态参数，所以这个长度就是1×32bytes+2×32bytes，1×32bytes是第一个动态参数长度所占的bytes数，2×32bytes是因为该函数中的第一个动态参数有2个值），那么具体的值就是 4×32bytes+(1×32bytes+2×32bytes)=7×32bytes=224，转成16进制就是e0，高位补全就是对应的值
0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002，第一个动态参数的长度，长度为2
0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000456，第一个动态参数中的第一个元素
0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000789，第一个动态参数中的第二个元素
0x000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000d，第二个动态参数的长度，长度为13
0x48656c6c6f2c20776f726c642100000000000000000000000000000000000000，第二个动态参数的值编码
所以最终字符串为：

0x8be65246
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000123
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000080
3132333435363738393000000000000000000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000e0
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000456
0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000789
000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000d
48656c6c6f2c20776f726c642100000000000000000000000000000000000000

用ABI与smart contract进行交互

当DAPP端调用smart contract的某个函数时，web3的作用就是把ABI通过网络发送给Node。Node接收到ABI之后，编译成hash值并且执行。Node把执行完的结果上传到区块链。如果有返回值，Node再通过网络的方式返回给DAPP。