智能合同存儲如何工作？

以太坊中的智能合約存儲是一個持久的鍵值商店，在該商店中保留了諸如狀態數據之類的變量，並具有閱讀和寫作的氣體成本，並通過插槽包裝和有效的數據結構進行了優化。

2025/07/29 07:35

了解智能合同存儲機制

智能合約存儲是區塊鏈技術的一個基本方面，尤其是在以太坊等平台中。存儲是指合同在函數調用之間維護的持久數據。與內存或堆棧（在每次交易之後都是暫時的和重置）不同，存儲是持久的，並且無限期保留在區塊鏈上。合同中聲明的每個變量（例如狀態變量）都存儲在存儲中，訪問或修改該數據會損害氣體成本。

在以太坊中，存儲被實現為一個鍵值存儲，每個鍵是一個32字節插槽，每個值也為32個字節。該結構被稱為存儲Trie ，它是整個以太坊狀態Trie的一部分。變量對存儲插槽的映射由編譯器（例如，固定）確定，理解此映射對於優化氣體使用至關重要。

變量如何存儲在智能合約中

當開發人員在固體中聲明變量時，編譯器會確定它們如何包裝到存儲插槽中。例如，如果多個變量符合一個32字節的插槽，則將它們包裝在一起以節省空間並降低氣體成本。但是，此行為取決於所使用的變量的類型。如果較小的數據類型（例如uint8 ， bool或address連續聲明，則可以將其存儲在一起。

相反，諸如uint256或string類的較大類型占據了自己的存儲插槽。動態陣列和映射更為複雜，因為它們的數據未直接存儲在聲明的插槽中。取而代之的是，插槽用作基本參考，並且使用哈希功能將實際數據存儲在派生位置。例如，動態陣列的長度存儲在基本插槽中，而元素則存儲在keccak256(baseSlot) + index上。

汽油成本和存儲訪問效率

訪問和修改存儲是以太坊中最昂貴的操作。從存儲（SLOAD）閱讀的讀數為100天氣，而寫入（SSTORE）的質量要昂貴得多。寫作成本取決於該值是從零變為非零（20,000氣），非零為非零（5,000氣體）還是非零的零變為零（退還氣體）。該氣體模型激發開發人員，以最大程度地減少存儲訪問並優化數據的結構方式。

一種有效的優化是將多個變量填充到一個存儲插槽中。例如，將bool ， uint8和uint16組合到一個插槽中可以減少SSTORE操作的數量。另一種優化涉及僅在必要時使用映射或數組，因為它們的存儲邏輯更為複雜且昂貴。

複雜數據結構中的存儲佈局

複雜的數據結構（例如映射和結構）需要更深入地了解如何分配存儲。映射沒有長度，其鍵沒有直接存儲。取而代之的是，映射m中的鍵k的值存儲在keccak256(k ++ m_slot)上，其中++表示串聯。這種哈希機制可確保每個鑰匙映射到唯一的存儲位置。

從第一個聲明的變量開始，結構依次存儲在存儲中。如果一個結構包含適合單個插槽的多個變量，則它們會被包裝在一起。但是，根據編譯器的規則，可以在變量之間添加填充物以進行對齊。了解結構佈局對於在閱讀或編寫結構成員時優化存儲和降低氣體成本至關重要。

檢索和修改存儲數據

為了從智能合約的存儲中檢索數據，可以使用web3.js或ethers.js之類的外部工具來查詢區塊鏈。這些庫提供了諸如getStorageAt(address, position)之類的方法，使開發人員可以在特定插槽中檢查存儲。但是，解釋返回的數據需要了解合同使用的存儲佈局和編碼方案。

修改存儲是通過更新狀態變量的函數調用來完成的。由於每次修改成本，開發人員通常會批量更新或使用臨時內存變量來計算最終值，然後再將其提交存儲。此外，使用事件（日誌）可以幫助跟踪存儲更改，而無需查詢整個存儲trie ，從而使鍊式監視效率更高。

智能合約存儲中的安全考慮

不當處理存儲會導致漏洞，例如存儲碰撞，未經授權的訪問或氣體耗盡攻擊。使用非初始化的指針或不正確的插槽計算的合同可能會覆蓋意外數據。此外，如果映射或陣列公開暴露而沒有適當的訪問控制，則外部合同可能會操縱存儲。

一個常見的攻擊向量是代理合同中的存儲碰撞，該合同和代理合同共享相同的存儲佈局。如果佈局不匹配，則升級可能會損壞現有數據。為了減輕這種情況，開發人員應使用透明的代理或UUP（通用可升級的代理標準）等良好的升級模式。

常見問題

問：我可以直接訪問另一個合同的存儲空間嗎？

不，您不能直接從智能合同中讀取另一個合同的存儲空間。諸如web3.js或ethers.js之類的外部工具可用於查詢鍊鍊的存儲插槽，但鏈訪問僅限於合同自己的存儲空間。

問：堅固性存儲與內存之間有什麼區別？

存儲是持久的，並保留在交易之間的數據，而內存是暫時的，並且在每個功能調用後都清除。與存儲器相比，關於氣體的存儲操作更昂貴。

問：在存儲修改期間，天然氣退款如何工作？

當將存儲插槽設置為零（即清除）時，將應用氣體退款。這鼓勵開發人員清理未使用的數據。但是，退款是有限的，僅部分抵消了最初的撰寫本儲備成本。

問：是否在區塊鏈上加密存儲變量？

不，所有存儲在智能合約中的數據都是公開的，並且可訪問區塊鏈的任何人都可以看到。如果需要隱私，則開發人員必須在鏈上實施加密機製或使用隱私保護技術，例如零知識證明。