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TVM 底层原理

TRON 上的 Solidity 开发基础

TVM 指令集在兼容 EVM 的基础上，扩展了一组 TRON 特有指令，用于 TRC-10 Token 处理、Stake 2.0 质押与资源代理、超级代表投票、合约内省等场景。本节按功能分组列出。关于 TVM 与 EVM 的高阶架构差异，请参阅 TVM vs EVM 对照指南。

能量栏标注 [A*] 的指令，点击链接查看附录：能量消耗计算中的公式。

算术运算 — 0x00 … 0x0B

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	备注
0x00	STOP	0			停止执行
0x01	ADD	3	a, b	a + b	(u)int256 加法，模 2²⁵⁶
0x02	MUL	5	a, b	a × b	(u)int256 乘法，模 2²⁵⁶
0x03	SUB	3	a, b	a − b	(u)int256 减法，模 2²⁵⁶
0x04	DIV	5	a, b	a // b	uint256 除法
0x05	SDIV	5	a, b	a // b	int256 除法
0x06	MOD	5	a, b	a % b	uint256 取模
0x07	SMOD	5	a, b	a % b	int256 取模
0x08	ADDMOD	8	a, b, N	(a + b) % N	(u)int256 加法，模 N
0x09	MULMOD	8	a, b, N	(a × b) % N	(u)int256 乘法，模 N
0x0A	EXP	A1	a, b	a ** b	uint256 幂运算，模 2²⁵⁶
0x0B	SIGNEXTEND	5	b, x	SIGNEXTEND(x, b)	将 `x` 从 `(b+1)` 字节符号扩展为 32 字节

比较与位运算 — 0x10 … 0x1D

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	备注
0x10	LT	3	a, b	a < b	uint256 小于
0x11	GT	3	a, b	a > b	uint256 大于
0x12	SLT	3	a, b	a < b	int256 小于
0x13	SGT	3	a, b	a > b	int256 大于
0x14	EQ	3	a, b	a == b	(u)int256 等于
0x15	ISZERO	3	a	a == 0	(u)int256 是否为零
0x16	AND	3	a, b	a & b	按位与
0x17	OR	3	a, b	a \| b	按位或
0x18	XOR	3	a, b	a ^ b	按位异或
0x19	NOT	3	a	~a	按位非
0x1A	BYTE	3	i, x	x 的第 i 字节	从左数第 i 字节（i 从 0 开始）
0x1B	SHL	3	shift, val	val << shift	左移
0x1C	SHR	3	shift, val	val >> shift	逻辑右移
0x1D	SAR	3	shift, val	val >> shift	算术右移

哈希运算 — 0x20

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	备注
0x20	SHA3	A2	ost, len	keccak256(mem[ost:ost+len])	Keccak-256（尽管历史名称为"SHA3"）

环境信息 — 0x30 … 0x3F

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	内存 / 存储	备注
0x30	ADDRESS	2		address(this)		当前执行合约的地址
0x31	BALANCE	20	addr	addr.balance		余额，单位 sun
0x32	ORIGIN	2		tx.origin		发起交易的地址
0x33	CALLER	2		msg.sender		msg 发送方地址
0x34	CALLVALUE	2		msg.value		msg 值，单位 sun
0x35	CALLDATALOAD	3	idx	msg.data[idx:idx+32]		从索引 `idx` 处读取 msg data 的一个字
0x36	CALLDATASIZE	2		len(msg.data)		msg data 长度，单位字节
0x37	CALLDATACOPY	A3	dstOst, ost, len		mem[dstOst:dstOst+len] := msg.data[ost:ost+len]	复制 msg data
0x38	CODESIZE	2		len(this.code)		当前执行合约代码长度，单位字节
0x39	CODECOPY	A3	dstOst, ost, len		mem[dstOst:dstOst+len] := this.code[ost:ost+len]	复制当前执行合约代码
0x3A	GASPRICE	2		tx.gasprice		在 TVM 上返回 `energyPrice`
0x3B	EXTCODESIZE	20	addr	len(addr.code)		`addr` 处代码大小，单位字节
0x3C	EXTCODECOPY	A4	addr, dstOst, ost, len		mem[dstOst:dstOst+len] := addr.code[ost:ost+len]	从 `addr` 复制代码
0x3D	RETURNDATASIZE	2		size		上次外部调用返回数据的大小
0x3E	RETURNDATACOPY	A3	dstOst, ost, len		mem[dstOst:dstOst+len] := returndata[ost:ost+len]	复制上次外部调用的返回数据
0x3F	EXTCODEHASH	400	addr	hash		`addr.exists ? keccak256(addr.code) : 0`

区块与链信息 — 0x40 … 0x4A

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	备注
0x40	BLOCKHASH	20	blockNum	blockHash(blockNum)
0x41	COINBASE	2		block.coinbase	当前区块提议者地址
0x42	TIMESTAMP	2		block.timestamp	当前区块时间戳
0x43	NUMBER	2		block.number	当前区块编号
0x44	DIFFICULTY	2		0	TVM 上始终为 `0`（无工作量证明）
0x45	GASLIMIT	2		0	TVM 上始终为 `0`
0x46	CHAINID	2		chain_id	将当前链 ID 压入栈
0x47	SELFBALANCE	5		address(this).balance	当前执行合约余额，单位 sun
0x48	BASEFEE	2		block.basefee	TVM 上返回 `energyPrice`（未实现 EIP-1559）
0x49	BLOBHASH	3	index	versionedHash	Cancun。TVM 上始终返回 `0`（无 blob 交易）
0x4A	BLOBBASEFEE	2		block.blobbasefee	Cancun。TVM 上始终返回 `0`（无 blob 交易）

栈、内存、存储、控制流 — 0x50 … 0x5F

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	内存 / 存储	备注
0x50	POP	2	a			从栈顶移除一项并丢弃
0x51	MLOAD	A5	ost	mem[ost:ost+32]		从偏移量 `ost` 处读取内存中的一个字
0x52	MSTORE	A5	ost, val		mem[ost:ost+32] := val	向内存写入一个字
0x53	MSTORE8	A6	ost, val		mem[ost] := val & 0xFF	向内存写入单个字节
0x54	SLOAD	50	key	storage[key]		从存储读取一个字
0x55	SSTORE	A7	key, val		storage[key] := val	向存储写入一个字
0x56	JUMP	8	dst			`$pc := dst`（必须落在 `JUMPDEST` 上）
0x57	JUMPI	10	dst, cond			`$pc := cond ? dst : $pc + 1`
0x58	PC	2		$pc		程序计数器
0x59	MSIZE	2		len(mem)		当前执行上下文的内存大小，单位字节
0x5A	GAS	2		gasRemaining		可用能量数量
0x5B	JUMPDEST	1				有效跳转目标标记；`$pc := $pc + 1`
0x5C	TLOAD	100	key	transient[key]		Cancun。从瞬态存储读取一个字（交易结束时清除）
0x5D	TSTORE	100	key, val		transient[key] := val	Cancun。向瞬态存储写入一个字（交易结束时清除）
0x5E	MCOPY	A3	dstOst, ost, len		mem[dstOst:dstOst+len] := mem[ost:ost+len]	Cancun。内存到内存复制
0x5F	PUSH0	2		0		Shanghai。将常量 `0` 压入栈

栈操作 — PUSH、DUP、SWAP

这些系列的 opcode 和能量结构相同——仅操作数大小或栈位置不同。

Opcode 范围	名称	能量	栈效果	备注
0x60 – 0x7F	`PUSH1` … `PUSH32`	3	将 `N` 字节立即数压入栈	`N` = (opcode − 0x5F)。`PUSH1` 压入 1 字节；`PUSH32` 压入 32 字节。
0x80 – 0x8F	`DUP1` … `DUP16`	3	复制栈顶第 N 项	`N` = (opcode − 0x7F)。`DUP1` 复制栈顶项。
0x90 – 0x9F	`SWAP1` … `SWAP16`	3	交换栈顶与第 N 项	`N` = (opcode − 0x8F)。`SWAP1` 交换栈顶与下一项。

日志 — 0xA0 … 0xA4

Opcode	名称	能量	初始栈	备注
0xA0	LOG0	A8	ost, len	`LOG0(memory[ost:ost+len])`
0xA1	LOG1	A8	ost, len, topic0	`LOG1(memory[ost:ost+len], topic0)`
0xA2	LOG2	A8	ost, len, topic0, topic1	`LOG2(memory[ost:ost+len], topic0, topic1)`
0xA3	LOG3	A8	ost, len, topic0, topic1, topic2	`LOG3(memory[ost:ost+len], topic0, topic1, topic2)`
0xA4	LOG4	A8	ost, len, topic0, topic1, topic2, topic3	`LOG4(memory[ost:ost+len], topic0, topic1, topic2, topic3)`

TRON 特有 — TRC-10（0xD0 … 0xD3）

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	备注
0xD0	CALLTOKEN	A9	callEnergy, addr, val, tokenId, argOst, argLen, retOst, retLen	success	附带 `val` 和 TRC-10 `tokenId` 调用 `addr`
0xD1	TOKENBALANCE	20	tokenId, address	balance	`address` 在 `tokenId` TRC-10 Token上的余额
0xD2	CALLTOKENVALUE	2		value	当前调用附带的 TRC-10 Token值
0xD3	CALLTOKENID	2		tokenId	当前调用附带的 TRC-10 Token ID

TRON 特有 — 内省（0xD4）

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	备注
0xD4	ISCONTRACT	20	address	isContract	若 `address` 是合约则为 `true`

TRON 特有 — Stake 1.0（旧版，0xD5 … 0xD7）

旧版。新代码应使用下面的 Stake 2.0 opcode。

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	备注
0xD5	FREEZE	A10	resourceType, frozenBalance, receiverAddress	success	向 `receiverAddress` 质押 `frozenBalance` 的 `resourceType` 资源
0xD6	UNFREEZE	20000	resourceType, targetAddress	success	解除 `targetAddress` 上所有 `resourceType` 的质押
0xD7	FREEZEEXPIRETIME	50	resourceType, targetAddress	expireTime	`targetAddress` 上 `resourceType` 的到期时间

TRON 特有 — 投票（0xD8 … 0xD9）

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	备注
0xD8	VOTEWITNESS	A11	amountArrayLength, amountArrayOffset, witnessArrayLength, witnessArrayOffset	success	按 `witnessArray` 中的 SR 按 `amountArray` 中对应数量投票
0xD9	WITHDRAWREWARD	20000		withdrawReward	将累积投票奖励领取到合约余额

TRON 特有 — Stake 2.0（0xDA … 0xDF）

当前资源质押与代理 opcode（TIP-467）。

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	备注
0xDA	FREEZEBALANCEV2	10000	resourceType, frozenBalance	success	质押 TRX 以获取资源
0xDB	UNFREEZEBALANCEV2	10000	resourceType, unfreezeBalance	success	开始解除质押——启动解质押等待期（主网 14 天）
0xDC	CANCELALLUNFREEZEV2	10000		success	取消所有待处理的解质押操作
0xDD	WITHDRAWEXPIREUNFREEZE	10000		success	提取已过解质押等待期的 TRX
0xDE	DELEGATERESOURCE	10000	resourceType, delegateBalance, receiverAddress	success	将资源代理给另一地址
0xDF	UNDELEGATERESOURCE	10000	resourceType, unDelegateBalance, receiverAddress	success	取消资源代理

调用与合约创建 — 0xF0 … 0xFF

Opcode	名称	能量	初始栈	结果栈	内存 / 存储	备注
0xF0	CREATE	A12	val, ost, len	addr		创建合约
0xF1	CALL	A9	callEnergy, addr, val, argOst, argLen, retOst, retLen	success	mem[retOst:retOst+retLen] := returndata	附带 `val` 和参数调用 `addr`
0xF2	CALLCODE	A13	gas, addr, val, argOst, argLen, retOst, retLen	success	mem[retOst:retOst+retLen] := returndata	类似 `DELEGATECALL`，但不传播原始 `msg.sender` 和 `msg.value`
0xF3	RETURN	A14	ost, len			停止执行并返回 `mem[ost:ost+len]`
0xF4	DELEGATECALL	A15	callEnergy, addr, argOst, argLen, retOst, retLen	success	mem[retOst:retOst+retLen] := returndata	delegatecall——在调用者上下文（存储、余额、`msg.sender`）中执行
0xF5	CREATE2	A16	val, ost, len, salt	addr		`addr = keccak256(0x41 ++ address(this) ++ salt ++ keccak256(mem[ost:ost+len]))[12:]`
0xFA	STATICCALL	A15	gas, addr, argOst, argLen, retOst, retLen	success	mem[retOst:retOst+retLen] := returndata	不允许状态变更的调用
0xFD	REVERT	A14	ost, len			`revert(mem[ost:ost+len])` — 回滚状态，退还剩余能量
0xFF	SUICIDE	A17	addr			停止执行；行为取决于 `ALLOW_TVM_SELFDESTRUCT_RESTRICTION` 是否激活（主网已激活）——对于非在当前交易中创建的合约，仅转移余额和资产而非删除账户。在 Solidity 中也以 `SELFDESTRUCT` 暴露。参见 TVM vs EVM — SELFDESTRUCT 受限行为。

附录：能量消耗计算

A01: memNeed(offset, size)

计算操作所需的内存空间。

offset —— 内存起始偏移量。
size —— 自 offset 起待处理的数据字节大小。
返回 offset + size 的计算结果。

A02: calcMemEnergy(oldMemorySize, memorySize, copySize)

计算内存操作所消耗的能量。

oldMemorySize —— 操作前的内存大小。
memorySize —— 操作后的新内存大小。
copySize —— 在数据复制操作中，指需要复制的数据长度。
memWords = (memorySize + 31) / 32
oldMemWords = oldMemorySize / 32
energyCost = 3 * memWords + memWords² / 512 − (3 * oldMemWords + oldMemWords² / 512) + 3 * ((copySize + 31) / 32)

A03: penalty(energyCost)

在启用动态能量模型（Dynamic Energy Model）时，计算并返回合约执行的惩罚能量消耗。

DYNAMIC_ENERGY_FACTOR = 10000
Factor —— 当前合约的能耗惩罚因子。
penalty = energyCost * factor / DYNAMIC_ENERGY_FACTOR − energyCost
返回值：若计算所得的 penalty > 0，则返回该值；否则返回 0。

A04: isDeadAccount(address)

判断目标地址是否为“非合约账户”（未部署合约代码的账户）。如果是，则返回 true，否则返回 false。

A05: sizeInWords(len)

以字（Word，32 字节）为单位计算并返回数据长度。

计算公式：len == 0 ? 0 : (len − 1) / 32 + 1。

A1: EXP 能量成本

byte_len_exponent — 指数的字节数（即栈表示中的 b）。
energy_cost = 10 + 10 * byte_len_exponent

A2: SHA3 能量成本

energy_cost = 30 + calcMemEnergy(oldMemSize, memNeed(ost, len), 0)

A3: 复制操作

适用于 CALLDATACOPY、CODECOPY、RETURNDATACOPY 和 MCOPY（不适用于 EXTCODECOPY）。

energy_cost = calcMemEnergy(oldMemSize, memNeed(dstOst, len), len)

A4: EXTCODECOPY

energy_cost = 20 + calcMemEnergy(oldMemSize, memNeed(dstOst, len), len)

A5: MLOAD, MSTORE

energy_cost = calcMemEnergy(oldMemSize, memNeed(ost, 32), 0)

A6: MSTORE8

energy_cost = calcMemEnergy(oldMemSize, memNeed(ost, 1), 0)

A7: SSTORE

oldValue — storage[key] 的旧值。
energy_cost = (oldValue == null && val != 0) ? 20000 : 5000

A8: LOG0 到 LOG4

nTopics — 主题数量。
energyCost = 375 + 375 * nTopics + 8 * len + calcMemEnergy(oldMemSize, memNeed(ost, len), 0)

A9: CALLTOKEN, CALL

energyCost_1 = 40
             + (val != 0 ? 9000 : 0)
             + (val != 0 && isDeadAccount(addr) ? 25000 : 0)
             + calcMemEnergy(oldMemSize,
                             max(memNeed(orgOst, orgLen), memNeed(retOst, retLen)),
                             0)
energyCost_2     = energyCost_1 + penalty(energyCost_1)
energyLimitLeft  = energyLimit - energyCost_2
energyCost       = energyCost_2 + min(callEnergy, energyLimitLeft)

A10: FREEZE

energyCost = 20000 + (isDeadAccount(receiverAddress) ? 25000 : 0)

A11: VOTEWITNESS

energyCost = 30000 + (ALLOW_ENERGY_ADJUSTMENT
    ? calcMemEnergy(oldMemSize,
                    max(memNeed(amountArrayOffset, amountArrayLength),
                        memNeed(witnessArrayOffset, witnessArrayLength)),
                    0)
    : calcMemEnergy(oldMemSize,
                    max(memNeed(amountArrayOffset, amountArrayLength * 32 + 32),
                        memNeed(witnessArrayOffset, witnessArrayLength * 32 + 32)),
                    0))

A12: CREATE

energyCost = 32000 + calcMemEnergy(oldMemSize, memNeed(ost, len), 0)

A13: CALLCODE

energyCost_1 = 40
             + (val != 0 ? 9000 : 0)
             + calcMemEnergy(oldMemSize,
                             max(memNeed(orgOst, orgLen), memNeed(retOst, retLen)),
                             0)
energyCost_2     = energyCost_1 + penalty(energyCost_1)
energyLimitLeft  = energyLimit - energyCost_2
energyCost       = energyCost_2 + min(callEnergy, energyLimitLeft)

A14: RETURN, REVERT

energy_cost = calcMemEnergy(oldMemSize, memNeed(ost, len), 0)

A15: DELEGATECALL, STATICCALL

energyCost_1     = 40 + calcMemEnergy(oldMemSize,
                                      max(memNeed(orgOst, orgLen), memNeed(retOst, retLen)),
                                      0)
energyCost_2     = energyCost_1 + penalty(energyCost_1)
energyLimitLeft  = energyLimit - energyCost_2
energyCost       = energyCost_2 + min(callEnergy, energyLimitLeft)

A16: CREATE2

energyCost = 32000 + calcMemEnergy(oldMemSize, memNeed(ost, len), 0) + 6 * sizeInWords(len)

A17: SUICIDE

其能量消耗取决于网络当前已激活的提案门控状态：

门控	接收方账户存活	接收方账户死亡
基础（无门控）	0	0
仅 `ALLOW_ENERGY_ADJUSTMENT`	0	25,000（`NEW_ACCT_CALL`）
`ALLOW_TVM_SELFDESTRUCT_RESTRICTION`（主网已激活）	5,000	30,000（5,000 + 25,000）

关于能量消耗变更所带来的底层语义变化，请参阅 TVM vs EVM — SELFDESTRUCT 受限行为。

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