死磕以太坊源码分析之EVM指令集

死磕以太坊源码分析之EVM指令集

配合以下代码进行阅读:https://github.com/blockchainGuide/

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以下指令集持续更新,最新文章请参考上面

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EVM 指令集概念

EVM执行的是字节码。由于操作码被限制在一个字节以内,所以EVM指令集最多只能容纳256条指令。目前EVM已经定义了100多条指令,还有100多条指令可供以后扩展。这100多条指令包括算术运算指令,比较操作指令,按位运算指令,密码学计算指令,栈、memory、storage操作指令,跳转指令,区块、智能合约相关指令等

EVM指令集

算数运算指令集

0x0

    STOP:       "STOP",
    ADD:        "ADD", //加法运算
    MUL:        "MUL", //乘法运算
    SUB:        "SUB", //减法运算
    DIV:        "DIV", //无符号整除运算
    SDIV:       "SDIV", //有符号整除运算
    MOD:        "MOD", //无符号取模运算
    SMOD:       "SMOD", //有符号取模运算
    EXP:        "EXP",  //指数运算
    NOT:        "NOT",
    
    //从栈顶弹出两个元素,进行比较,
    //然后把结果(1表示true,0表示false)推入栈顶。
    //其中LT和GT把弹出的元素解释为无符号整数进行比较,
    //SLT和SGT把弹出的元素解释为有符号数进行比较,EQ不关心符号
    LT:         "LT",  //无符号小于比较
    GT:         "GT", //无符号大于比较
    SLT:        "SLT", //有符号小于比较
    SGT:        "SGT", //有符号大于比较
    EQ:         "EQ",  // 等于比较
    
    //SZERO指令从栈顶弹出一个元素,判断它是否为0,如果是,则把1推入栈顶,否则把0推入栈顶
    ISZERO:     "ISZERO", //布尔取反
    
    //SIGNEXTEND指令从栈顶依次弹出k和x,并
    //把x解释为k+1(0 <= k <= 31)字节有符号整数,然
    //后把x符号扩展至32字节。比如x是二进制10000000,k是0,
    //则符号扩展之后,结果为二进制1111…10000000(共249个1)
    SIGNEXTEND: "SIGNEXTEND" //符号位扩展

位运算指令集

0x10

    //AND、OR、XOR指令从栈顶弹出两个元素,进行按位运算,然后把结果推入栈顶
    AND:    "AND",
    OR:     "OR",
    XOR:    "XOR",
    
    //BYTE指令先后从栈顶弹出n和x,取x的第n个字节并推入栈顶。
    //由于EVM的字长是32个字节,所以n在[0, 31]区间内才有意义,
    //否则BYTE的运算结果就是0。另外,字节是从左到右数的,因此第0个字节占据字的最高位8个比特
    BYTE:   "BYTE", 
    
    //这三条指令都是先后从栈顶弹出两个数n和x,
    //其中x是要进行位移操作顶数,n是位移比特数,然后把结果推入栈顶
    SHL:    "SHL",
    //SHR和SAR的区别在于,前者执行逻辑右移(空缺补0),后者执行算术右移(空缺补符号位)
    SHR:    "SHR",
    SAR:    "SAR",
    
    ADDMOD: "ADDMOD",
    
    //MULMOD指令依次从栈顶弹出x、y、z三个数,
    //先计算x和y的乘积(不受溢出限制),再计算乘积和z的模,最后把结果推入栈顶
    //假定乘积不会溢出,那么MULMOD(x, y, z)等价于x * y % z
    MULMOD: "MULMOD",

加密指令集

0x20

SHA3: "SHA3"

关闭状态指令集

0x30

   ADDRESS:        "ADDRESS",
    BALANCE:        "BALANCE",
    ORIGIN:         "ORIGIN",
    CALLER:         "CALLER",
    CALLVALUE:      "CALLVALUE",
    CALLDATALOAD:   "CALLDATALOAD",
    CALLDATASIZE:   "CALLDATASIZE",
    CALLDATACOPY:   "CALLDATACOPY",
    CODESIZE:       "CODESIZE",
    CODECOPY:       "CODECOPY",
    GASPRICE:       "GASPRICE",
    EXTCODESIZE:    "EXTCODESIZE",
    EXTCODECOPY:    "EXTCODECOPY",
    RETURNDATASIZE: "RETURNDATASIZE",
    RETURNDATACOPY: "RETURNDATACOPY",
    EXTCODEHASH:    "EXTCODEHASH",

块操作指令集

0x40

    BLOCKHASH:   "BLOCKHASH",
    COINBASE:    "COINBASE",
    TIMESTAMP:   "TIMESTAMP",
    NUMBER:      "NUMBER",
    DIFFICULTY:  "DIFFICULTY",
    GASLIMIT:    "GASLIMIT",
    CHAINID:     "CHAINID",
    SELFBALANCE: "SELFBALANCE"

存储和执行指令集

0x50

    POP: "POP",  // 栈顶弹出元素
    MLOAD:    "MLOAD",
    MSTORE:   "MSTORE",
    MSTORE8:  "MSTORE8",
    SLOAD:    "SLOAD", //先取出栈顶元素x,然后在storage中取以x为键的值(storage[x])存入栈顶
    SSTORE:   "SSTORE", //存储storage是一个键值存储,可将256位字映射到256位字
    JUMP:     "JUMP",
    JUMPI:    "JUMPI",
    PC:       "PC",
    MSIZE:    "MSIZE",
    GAS:      "GAS",
    JUMPDEST: "JUMPDEST"

Push指令集

0x60

    // PUSH系列指令把紧跟在指令后面的N(1 ~ 32)字节元素推入栈顶
    PUSH1:  "PUSH1",
    ...
    PUSH32: "PUSH32",

    //DUP系列指令复制从栈顶开始数的第N(1 ~ 16)个元素,并把复制后的元素推入栈顶
    DUP1:  "DUP1",
    DUP2:  "DUP2",
    ...
    DUP16: "DUP16",

    //SWAP系列指令把栈顶元素和从栈顶开始数的第N(1 ~ 16)+ 1 个元素进行交换。
    SWAP1:  "SWAP1",
    ...
    SWAP16: "SWAP16",
    
    LOG0:   "LOG0",
    ...
    LOG4:   "LOG4",

参考

https://mindcarver.cn

https://github.com/blockchainGuide

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