Wie funktioniert Smart Contract Storage?

Verständnis von intelligenten Aufbewahrungsmechanismen

Smart Contract Storage ist ein grundlegender Aspekt der Blockchain -Technologie, insbesondere in Plattformen wie Ethereum. Der Speicher bezieht sich auf die anhaltenden Daten, die ein Vertrag zwischen Funktionsaufrufen beibehält. Im Gegensatz zu Speicher oder Stapel, die nach jeder Transaktion vorübergehend und zurückgesetzt werden, ist der Speicher anhaltend und bleibt auf der Blockchain auf unbestimmte Zeit. Jede in einem Vertrag deklarierte Variable wie Zustandsvariablen wird im Speicher gespeichert, und der Zugriff auf oder ändern Sie diese Daten verursachen Gaskosten.

In Ethereum wird die Speicherung als Schlüsselwertgeschäft implementiert, in dem jeder Schlüssel ein 32-Byte-Steckplatz ist und jeder Wert auch 32 Bytes beträgt. Diese Struktur ist als Speicher -Trie bekannt, das Teil des gesamten Ethereum State Tries ist. Die Zuordnung von Variablen zu Speicherschlitzen wird vom Compiler (z. B. Solidität) bestimmt, und das Verständnis dieser Kartierung ist für die Optimierung der Gasverbrauch von entscheidender Bedeutung.

Wie Variablen in intelligenten Verträgen gespeichert werden

Wenn Entwickler Variablen in Solidität deklarieren, bestimmt der Compiler, wie sie in Speicherplätze gepackt werden. Wenn beispielsweise mehrere Variablen in einen einzelnen 32-Byte-Steckplatz passen, werden sie zusammengepackt, um Platz zu sparen und die Gaskosten zu senken . Dieses Verhalten hängt jedoch von den verwendeten Variablen ab. Kleinere Datentypen wie uint8 , bool oder address können in einem einzigen Steckplatz zusammen gespeichert werden, wenn sie nacheinander deklariert werden.

Im Gegensatz dazu belegen größere Typen wie uint256 oder string ihre eigenen Speicherplätze. Dynamische Arrays und Zuordnungen sind komplexer, da ihre Daten nicht direkt im deklarierten Slot gespeichert sind. Stattdessen dient ein Slot als Basisreferenz , und die tatsächlichen Daten werden anhand von Hashing -Funktionen an abgeleiteten Positionen gespeichert. Beispielsweise wird die Länge eines dynamischen Arrays am Basissteck gespeichert, während die Elemente im keccak256(baseSlot) + index gespeichert werden.

Gaskosten und Effizienz beim Speicherzugriff

Der Zugriff und die Änderung des Speichers ist der teuerste Betrieb in Ethereum. Das Lesen aus der Lagerung (SLOAD) kostet 100 Gas , während das Schreiben (SSTORE) deutlich teurer ist. Die Kosten des Schreibens hängen davon ab, ob sich der Wert von Null zu ungleich Null (20.000 Gas), ungleich Null zu ungleich Null (5.000 Gas) oder ungleich Null auf Null wechselt (was Gas zurückerstattet). Dieses Gasmodell macht Entwickler an, den Speicherzugriff zu minimieren und die Struktur der Daten zu optimieren.

Eine effektive Optimierung besteht darin , mehrere Variablen in einen einzelnen Speicherplatz zu packen . Wenn Sie beispielsweise einen bool , einen uint8 und ein uint16 in einen Steckplatz kombinieren, können Sie die Anzahl der SSTORE -Operationen verringern. Eine andere Optimierung besteht darin, Zuordnungen oder Arrays nur bei Bedarf zu verwenden, da ihre Speicherlogik komplexer und teurer ist.

Speicherlayout in komplexen Datenstrukturen

Komplexe Datenstrukturen wie Zuordnungen und Strukturen erfordern ein tieferes Verständnis der Speicherung, wie die Speicherung zugewiesen wird. Zuordnungen haben keine Länge und ihre Schlüssel werden nicht direkt gespeichert. Stattdessen wird der Wert für einen Schlüssel k in einem Mapping m bei keccak256(k ++ m_slot) gespeichert, wobei ++ eine Verkettung bezeichnet. Dieser Hashing -Mechanismus stellt sicher, dass jede Schlüsselkarten zu einem einzigartigen Speicherort.

Strukturen werden nacheinander im Speicher gespeichert, beginnend mit der ersten deklarierten Variablen. Wenn eine Struktur mehrere Variablen enthält, die in einen einzelnen Steckplatz passen, sind sie zusammen gepackt. Padding kann jedoch je nach Regeln des Compilers zwischen den Variablen zur Ausrichtung hinzugefügt werden. Das Verständnis des Strukturlayouts ist für die Optimierung der Lagerung und zur Reduzierung der Gaskosten beim Lesen oder Schreiben von Strukturen von wesentlicher Bedeutung.

Abrufen und Ändern von Speicherdaten

Um Daten aus dem Speicher eines intelligenten Vertrags abzurufen, können externe Tools wie Web3.js oder Ethers.js verwendet werden, um die Blockchain abzufragen. Diese Bibliotheken bieten Methoden wie getStorageAt(address, position) , mit denen Entwickler die Speicherung in einem bestimmten Steckplatz inspizieren können. Die Interpretation der zurückgegebenen Daten erfordert jedoch Kenntnisse über das vom Vertrag verwendete Speicherlayout- und Codierungsschema.

Das Ändern des Speichers erfolgt über Funktionsaufrufe, die Statusvariablen aktualisieren. Da jedes Modifikationsgas gas kostet, stören Entwickler häufig Aktualisierungen oder verwenden temporäre Speichervariablen, um die Endwerte zu berechnen, bevor sie sich für den Speicher befinden. Darüber hinaus kann die Verwendung von Ereignissen (Protokollen) dazu beitragen, Speicheränderungen zu verfolgen, ohne den gesamten Speicher-Tries abzufragen , wodurch die Überwachung außerhalb der Kette effizienter wird.

Sicherheitsüberlegungen im Smart Contract -Speicherplatz

Eine unsachgemäße Abwicklung der Lagerung kann zu Schwachstellen wie Lagerkollisionen, nicht autorisierten Zugang oder Gasschöpfungsangriffen führen. Verträge, die nicht initialisierte Zeiger oder falsche Slot -Berechnungen verwenden, können unbeabsichtigte Daten überschreiben. Darüber hinaus können externe Verträge die Lagerung potenziell manipulieren, wenn Zuordnungen oder Arrays ohne ordnungsgemäße Zugangskontrolle öffentlich ausgesetzt sind.

Ein gemeinsamer Angriffsvektor ist die Speicherkollision in Proxy -Verträgen , bei denen der Implementierungsvertrag und der Proxy -Vertrag das gleiche Speicherlayout haben. Wenn das Layout nicht übereinstimmt, können Upgrades vorhandene Daten beschädigen. Um dies zu mildern, sollten Entwickler gut etablierte Upgraditätsfähigkeitsmuster wie transparente Proxy oder UUPs (universeller aufrüstbarer Proxy-Standard) verwenden.

Häufig gestellte Fragen

F: Kann ich direkt auf den Speicher eines anderen Vertrags zugreifen? Nein, Sie können den Speicher eines anderen Vertrags nicht direkt in einem intelligenten Vertrag aus lesen. Externe Tools wie Web3.js oder Ethers.js können verwendet werden, um Speicherschlitze außerhalb des Ketten zu befragen. Der Zugriff auf Ketten ist jedoch auf den eigenen Speicher des Vertrags beschränkt.

F: Was ist der Unterschied zwischen Speicher und Speicher in der Solidität? Der Speicher ist anhaltend und behält Daten zwischen Transaktionen bei, während der Speicher nach jedem Funktionsaufruf vorübergehend und gelöscht wird. Der Speichervorgang ist im Vergleich zum Speicher teurer.

F: Wie funktioniert die Gasrückerstattung bei Speicheränderungen? Wenn ein Speicherschlitz auf Null gesetzt ist (dh gelöscht), wird eine Gasrückerstattung angewendet. Dies ermutigt Entwickler, ungenutzte Daten zu beseitigen. Die Rückerstattung ist jedoch begrenzt und fällt nur teilweise die anfänglichen Gaskosten für das Schreiben in die Lagerung aus.

F: Werden Speichervariablen auf der Blockchain verschlüsselt? Nein, alle in intelligenten Verträgen gespeicherten Daten sind öffentlich und für alle sichtbar, die Zugriff auf die Blockchain haben. Wenn Datenschutz erforderlich ist, müssen Entwickler Verschlüsselungsmechanismen außerhalb des Kettens implementieren oder Technologien für Datenschutzverwaltungen wie Null-Wissen-Beweise verwenden.