Ethereum，一个领先的去中心化平台，提供了一种原生的、高度优化的功能，称为预编译合约。预编译合约是一组核心例程，对于以太坊的加密功能至关重要。在本综合指南中，我们将探讨这些合约、它们的创建过程以及如何在Solidity中使用内联汇编来应用它们。
揭开预编译合约的面纱
以太坊上的预编译合约就像平台的内置函数，它们位于特定地址，从0x1到0x8，提供特定的、通常是加密的功能。以下是其中的一些：
0x1: ECDSA 恢复函数 (ecrecover)0x2: SHA-256 哈希函数 (sha256hash)0x3: RIPEMD-160 哈希函数 (ripemd160hash)0x4: 身份函数 (dataCopy)
在Go Ethereum（geth），以太坊的客户端实现中，一个预编译合约看起来像这样：
var PrecompiledContractsHomestead = map[common.Address]PrecompiledContract{
common.BytesToAddress([]byte{1}): &ecrecover{},
common.BytesToAddress([]byte{2}): &sha256hash{},
common.BytesToAddress([]byte{3}): &ripemd160hash{},
common.BytesToAddress([]byte{4}): &dataCopy{},
}
在这里，我们定义了一个预编译合约的映射。键是合约地址，从字节转换为通用以太坊地址格式。值是相应的合约实现。
在Solidity中与预编译合约交互
Solidity，以太坊的原生语言，拥有大多数预编译合约的功能，可以作为内置函数直接使用。让我们以SHA-256哈希函数为例：
pragma solidity ^0.8.0;
contract Sha256Example {
function calculateHash(string memory input) public pure returns (bytes32) {
bytes32 hash = sha256(abi.encodePacked(input));
return hash;
}
}
在这个简单的合约中，calculateHash接收一个字符串输入，使用sha256函数对其进行哈希，并返回相应的bytes32哈希。它使用abi.encodePacked在哈希之前打包字符串。
但是如果我们想直接利用这些预编译合约进行高级用例呢？
这就是Solidity的内联汇编发挥作用的地方。
使用内联汇编利用预编译合约
内联汇编提供了一种直接与以太坊虚拟机（EVM）交互的方法。以下是如何使用内联汇编调用sha256hash预编译合约：
pragma solidity ^0.8.0;
contract Sha256Example {
function calculateHash(bytes memory data) public returns (bytes32 result) {
assembly {
// 空闲内存指针
let memPtr := mload(0x40)
// 数据长度
let dataLength := mload(data)
// 32字节偏移量以访问数据字节
let dataStart := add(data, 0x20)
// 将数据存储到内存中
mstore(memPtr, dataLength)
mstore(add(memPtr, 0x20), dataStart)
// 在地址0x2处调用SHA256的预编译合约
// 输入是memPtr（开始）和add(memPtr, 0x40)（长度）
// 输出是memPtr（开始）和0x20（长度）
if iszero(call(not(0), 0x2, 0, memPtr, add(memPtr, 0x40), memPtr, 0x20)) {
revert(0, 0)
}
result := mload(memPtr)
// 更新空闲内存指针
mstore(0x40, add(memPtr, 0x60))
}
}
}
这个函数与前一个示例做的事情是一样的，但是直接使用内联汇编调用sha256hash预编译合约。准备数据和进行直接调用的过程更复杂，但它允许细粒度的控制，并且有时对于优化合约代码是必要的。
安全考虑
预编译合约被认为是安全的；然而，如果使用不当，可能会暴露脆弱性。
- 错误使用
ecrecover: ecrecover用于验证以太坊签名。然而，错误的实现可能导致签名易变性问题。攻击者可以操纵签名中的v参数以生成不同的公钥。
- 低估Gas费用: 在以太坊上的每个操作，包括调用预编译合约，都会消耗Gas。低估这些费用可能导致超出Gas限制的异常和交易失败。
- 假设确定性输出: 像
bn256Add、bn256ScalarMul和bn256Pairing这样的合约可能由于基础数学异常而并不总是产生确定性输出。如果某个合约假设这些预编译合约的输出是确定性的，则可能被利用。
- 未能处理调用失败:
call操作码可能因多种原因失败。如果合约在调用预编译合约时没有正确处理这些失败，可能会导致意想不到的行为。
if iszero(call(not(0), 0x2, 0, memPtr, add(memPtr, 0x40), memPtr, 0x20)) {
revert(0, 0)
}
在这里，call调用了sha256hash预编译合约。如果call返回零（表示失败），合约则会回滚，防止潜在的漏洞。
预编译合约提供高效的计算例程，但其使用需要全面的理解和小心处理。定期审计、正式验证、跟踪以太坊改进提案（EIPs）并遵循最佳实践对于确保智能合约的安全性至关重要。
