Qtum賬戶抽象層(AAL)實現簡析
Qtum設計上以比特幣UTXO為基礎賬戶模型，並實現了支援EVM規範的智慧合約，這是透過賬戶抽象層(Account Abstract Layer, AAL)來完成的。AAL對UTXO賬戶和EVM合約賬戶之間進行了適配，這樣透過AAL可以使用UTXO交易輸出實現在鏈上建立智慧合約，傳送交易到合約賬戶用於觸發合約的執行，完成執行後AAL最終對執行結果進行處理並適配至UTXO。由於採用了AAL，合約開發者不需關心對合約操作相關的UTXO轉換細節，即可使用EVM的特性進行開發而且相容現有以太坊的智慧合約。本文透過對從UTXO交易到智慧合約執行的實現程式碼進行解讀，初略分析了AAL的工作過程。
1.UTXO交易新增的指令碼操作碼
Qtum 針對UTXO交易指令碼新增了三個操作碼OP_CREATE，OP_CALL和OP_SPEND，目的是用於為UTXO和EVM賬戶模型之間的轉換提供操作支援。這些操作碼定義在opcodetype列舉型別中：
這個三個操作碼分別有以下作用：
- OP_CREATE用於智慧合約的建立；
- OP_CALL用於合約的執行；
- OP_SPEND用於合約餘額的花費。
為了在區塊生成過程中，識別並處理由這幾個操作碼控制的交易，在用於UTXO模型交易的類CTransaction中增加了HasCreateOrCall()和HasOpSpend()函式，用於新區塊中對mempool中的交易處理，並在指令碼操作碼解析的EvalScript()函式中增加了相應的處理。
2.UTXO交易到EVM模型交易的轉換
產生新的區塊時，除了對UTXO交易進行常規的引數合法性、共識規則、DDOS攻擊檢查等之外，還需要使用操作碼檢查函式HasCreateOrCall()判斷交易輸出是否包含OP_CREATE或OP_CALL，分別對應著EVM需要執行合約建立或合約呼叫。這部分有以下的處理過程：
2.1 進行EVM模型的賬號引數提取
合約在EVM的執行用到了data、gasPrice、gasLimit、VM version這幾個引數，這些引數是透過RPC呼叫sendtocontract 傳送的，sendtocontract會生成一個UTXO交易，並在交易輸出中使用了OP_CALL操作碼，之後交易會廣播到區塊鏈網路上。AAL中從UTXO到EVM的適配是透過QtumTxConverter類實現的，在這一步中該類的成員函式extractionQtumTransactions()和parseEthTXParams()完成對所有此類UTXO交易輸出的引數提取。程式碼片段如下：
以上程式碼首先判斷如果opcode 為OP_CALL，則說明地址為vecAddr的合約已經建立，因此直接轉換成EVM格式的地址receiveAddress，否則為OP_CREATE，對應合約的建立，沒有該欄位，所以不做提取。接下來依次完成了data、gasPrice、gasLimit、VM version的提取，這些都是EVM執行bytecode時必不可少的引數。
2.2 進行EVM賬戶模型的交易轉換
交易轉換是透過QtumTxConverter類的函式 createEthTX()完成，使用前面一步提取的引數和UTXO的交易輸出vout建立了QtumTransaction型別的交易。由於QtumTransaction派生自EVM中的dev::eth::Transaction類，因此和EVM執行相關的操作QtumTransaction類都支援。
首先程式碼etp.receiveAddress == dev::Address()判斷該合約是EVM狀態中沒有而需要新建立的還是EVM狀態已經包含的合約，差別只在於合約地址。然後，QtumTransaction()建構函式完成了部分的交易引數構造，接下來的語句提取交易的傳送者(sender)，之後設定交易HASH。一個UTXO交易支援多個輸入和輸出，Qtum的AAL設計考慮到了這種情況，因此AAL支援一個交易輸出包含UTXO賬號和合約賬號，透過最後設定的nOut指示該交易的nOut輸出是傳送到智慧合約的，所以該輸出將觸發合約執行。這樣就按照EVM的賬號模型完成了交易的轉換。
3.合約執行及執行結果的UTXO轉換
合約的執行會改變狀態(由QtumState類的例項化物件globalState統一管理)，對於合約的狀態，Qtum沿用了EVM定義，所以能相容所有的符合EVM規範的智慧合約。但是賬戶金額的轉移(transfer)，Qtum做了UTXO的轉換，這意味著智慧合約和普通的UTXO模型賬號之間能完成互動，這是AAL實現UTXO支援智慧合約的重要的一環。下面簡要介紹一下合約執行和狀態結果的轉換過程。
3.1 合約執行環境構建及合約執行
合約的執行是對合約處理中很關鍵的一步，直接對合約的狀態產生影響。透過ByteCodeExec類實現了EVM對合約bytecode的執行，主要函式是performByteCode()。這一步的主要流程是使用上面提取的交易引數，來進行虛擬機器執行環境的構建，之後完成合約的執行，其程式碼如下：
首先是構建合約執行環境，由BuildEVMEnvironment()完成。可以看到這個執行環境是針對每個獨立交易進行的，這樣就最大限度的把不同交易的合約執行過程隔離開，避免合約執行過程中的交叉影響。然後構建一個新的sealEngine類，該類是EVM執行引擎，由createSealEngine()函式具體完成。中間對出現的可能狀態異常進行檢查，之後globalState->execute()完成合約的執行，這裡使用到了構建的執行環境envInfo和EVM執行引擎se。
3.2 合約執行結果的UTXO轉換
合約執行完成後的結果儲存在vector<ResultExecute> result，vector向量理記錄了每個合約執行產生的EVM賬戶間transfer關係，AAL透過把這些transfer轉換成UTXO交易，完成了從EVM賬戶模型到UTXO模型交易的轉換。這一處理是透過processingResults()函式實現的，以下是程式碼片段。
首先定義了ByteCodeExecResult型別的resultBCE變數，用於儲存轉換的結果。使用操作碼OP_SPEND，用於實現交易的花費，這是因為比特幣的UTXO透過私鑰簽名在交易輸入解鎖後來實現餘額花費的，而EVM執行涉及不同賬戶之間的transfer，所以需要透過OP_SPEND實現這些transfer到UTXO模型交易的轉換。如果execRes.excepted不為None，即合約執行異常，則將餘額返還給合約呼叫者。否則，如果沒有異常，則將扣除消耗的gas之後的剩餘gas返還給合約的呼叫者。對於合約執行中出現的transfer其UTXO交易儲存在result[i].tx中。因此，經過這一步處理合約執行產生的不同UTXO賬戶之間的交易就儲存在valueTransfers向量中了，最終這些交易會包含進新的區塊中。至此AAL模組就完成了從EVM交易到UTXO的轉換。
4.總結
AAL透過新增的UTXO指令碼操作碼，協助完成合約的建立、執行和花費。在合約建立和執行前，需要進行UTXO交易到EVM模型交易的轉換，之後使用構建的EVM執行環境和引擎，完成合約的執行。AAL最終對合約的執行結果進行處理並從EVM適配至UTXO，這樣就實現了基於UTXO的智慧合約。AAL使得Qtum相容符合EVM規範的智慧合約，為Dapp提供一個新的基礎平臺，同時UTXO的優點使得諸如並行處理、隱私性等優點能得以保留。
