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智能合約的重要性已越來越明顯，現如今，整個密碼貨幣生態系統都是由智能合約所驅動！不管我們有多小心，或者我們的代碼測試工作做得有多好，如果我們創建的是一個復雜的系統，那我們就有必要更新合約邏輯，以修補其存在的漏洞，或者添加必要的缺失功能。有時候，由于EVM虛擬機的更改或者被新發現的漏洞，我們可能需要去升級我們的智能合約。

一般來說，開發人員可以很容易地升級他們的軟件，但區塊鏈的情況是不一樣滴，因為它們有著難以更改的屬性。如果我們部署了一個合約，這就好比是潑出去的水。然而，如果我們使用適當的技術，我們可以在不同的地址部署一個新的合約，并使得舊合約無效。下面是一些最常見的，創建可升級智能合約的方法。

主從合約（Master-Slave contract）

主從技術，是可實現升級智能合約最為基礎也是最容易理解的技術之一。在這種技術當中，我們部署一個主合約，以及其他合約，其中主合約負責存儲所有其他合約的地址，并在需要時返回所需的地址。當這些合約需要和其它合約進行溝通時，它們會充當從合約，從主合約那里獲取其它合約的最新地址。為了升級智能合約，我們只需要在網絡上部署它，并更改主合約中的地址。雖然這遠不是發展可升級智能合約的最佳方式，但它確是最簡單的。這種方法存在著很多的局限性，其中之一是，我們不能輕易地把合約的數據或資產遷移到新合約中。

永久存儲合約（Eternal Storage contract）

在這種技術當中，我們將邏輯合約和數據合約彼此分離。數據合約應該是永久并且不可升級的。而邏輯合約可以根據需要進行多次升級，并將變化通知給數據合約。這是一項相當基本的技術，并且存在著一個明顯的缺陷。由于數據合約是不可升級的，數據結構中需要的任何更改，或數據合約中存在的漏洞，都會導致所有數據變得無用。這種技術的另一個問題是，如果邏輯合約想要訪問／操作區塊鏈上的數據，那么這個邏輯合約將需要進行外部調用，而外部調用會消耗額外的gas。通常情況下，這種技術會和主從技術相結合，以促進合約間的通信。

可升級存儲代理合約

我們可通過使永久存儲合約充當邏輯合約的代理，以此防止支付額外的gas。這個代理合約，以及這個邏輯合約，將繼承同一存儲合約，那么它們的存儲會在EVM虛擬機中對齊。這個代理合約將有一個回退函數，它將委托調用這個邏輯合約，那么這個邏輯合約就可以在代理存儲中進行更改。這個代理合約將是永恒的。這節省了對存儲合約多次調用所需的gas，不管數據做了多少的更改，就只需要一次委托調用。

這項技術當中有三個組成部分：

代理合約（Proxy contract）：它將充當永久存儲并負責委托調用邏輯合約；

邏輯合約（Logic contract）：它負責完成處理所有的數據；

存儲結構（Storage structure）：它包含了存儲結構，并會由代理合約和邏輯合約所繼承，以便它們的存儲指針能夠在區塊鏈上保持同步；

委托調用

該技術的核心在于EVM所提供的DELEGATECALL操作碼，DELEGATECALL就像是一個普通的CALL 調用操作碼，不同之處在于目標地址上的代碼是在調用合約上下文中執行的，而原始調用的msg.sender以及msg.value將被保留。簡單說，DELEGATECALL基本上允許（委托）目標合約在調用合約的存儲中做它任何想做的事情。

我們將利用這一點，并創建一個代理合約，它將使用DELEGATECALL操作碼委托調用邏輯合約，這樣我們就可以在代理合約中保持數據的安全，同時我們可以自由地更改邏輯合約。

如何使用可升級存儲代理合約？

讓我們深入研究一下細節。我們需要的第一個合約是存儲結構。它將定義我們需要的所有存儲變量，并將由代理合約和執行合約所繼承。它看起來會是這樣的：

contract StorageStructure {
address public implementation;
address public owner;
mapping (address => uint) internal points;
uint internal totalPlayers;
}

我們現在需要一個執行／邏輯合約。讓我們創建一個簡單版的合約，在添加新玩家時不會增加totalPlayers計數器的數字。

contract ImplementationV1 is StorageStructure {
modifier onlyOwner() {
require (msg.sender == owner);
_;
}
function addPlayer(address _player, uint _points)
public onlyOwner
{
require (points[_player] == 0);
points[_player] = _points;
}
function setPoints(address _player, uint _points)
public onlyOwner
{
require (points[_player] != 0);
points[_player] = _points;
}
}

下面就是最關鍵的部分：代理合約；

contract Proxy is StorageStructure {modifier onlyOwner() {
require (msg.sender == owner);
_;
}/**
* @dev constructor that sets the owner address
*/
constructor() public {
owner = msg.sender;
}/**
* @dev Upgrades the implementation address
* @param _newImplementation address of the new implementation
*/
function upgradeTo(address _newImplementation)
external onlyOwner
{
require(implementation != _newImplementation);
_setImplementation(_newImplementation);
}/**
* @dev Fallback function allowing to perform a delegatecall
* to the given implementation. This function will return
* whatever the implementation call returns
*/
function () payable public {
address impl = implementation;
require(impl != address(0));
assembly {
let ptr := mload(0x40)
calldatacopy(ptr, 0, calldatasize)
let result := delegatecall(gas, impl, ptr, calldatasize, 0, 0)
let size := returndatasize
returndatacopy(ptr, 0, size)switch result
case 0 { revert(ptr, size) }
default { return(ptr, size) }
}
}/**
* @dev Sets the address of the current implementation
* @param _newImp address of the new implementation
*/
function _setImplementation(address _newImp) internal {
implementation = _newImp;
}
}

為了讓合約生效，我們首先需要部署代理合約以及ImplementationV1合約，然后調用這個代理合約的upgradeTo(address)函數，同時pass掉我們的ImplementationV1合約地址。現在，我們可以忘記這個ImplementationV1合約的地址，并把代理合約的地址作為我們的主地址。

為了升級這個合約，我們需要創建一個新的邏輯合約實現，它可以是這樣的：

contract ImplementationV2 is ImplementationV1 {function addPlayer(address _player, uint _points)
public onlyOwner
{
require (points[_player] == 0);
points[_player] = _points;
totalPlayers  ;
}
}

你應該注意到，這個合約也繼承了存儲結構合約（StorageStructure contract），盡管它是間接地。

所有的執行方案都必須繼承這個存儲結構合約，并且在部署代理合約后不得進行更改，以避免對代理的存儲進行意外覆蓋。

為了實現升級，我們在網絡上部署這個合約，然后調用代理合約的upgradeTo(address) 函數，同時pass掉ImplementationV2合約的地址。

這種技術，使得升級合約邏輯變得相當容易，但它仍然不允許我們升級合約的存儲結構。我們可以通過使用非結構化的代理合約來解決這個問題。

非結構化可升級存儲代理合約

這是當前最先進的，可實現智能合約升級的方法之一。它通過保存合約地址以及在存儲中固定位置所有者的方法，以實現它們不會被執行／邏輯合約提供的數據所覆蓋。我們可以使用sload以及sstore操作碼來直接讀取和寫入由固定指針所引用的特定存儲槽。

此方法利用了存儲中狀態變量的布局，以避免邏輯合約覆蓋掉固定位置。如果我們將固定位置設置為0x7，那么在使用前7個存儲槽后，它就會被覆蓋掉。為了避免這種情況，我們將固定位置設置為類似keccak256(“org.govblocks.implemenation.address”).

這消除了在代理合約中繼承存儲結構合約的需要，這意味著我們現在也可以升級存儲結構了。然而，升級存儲結構是一項棘手的任務，因為我們需要確保，我們所提交的更改，不會導致新的存儲布局與先前的存儲布局不匹配。

這項技術有兩個組成部分。

1、代理合約：它負責將執行合約的地址存儲在一個固定的地址當中，并負責委托調用它； 2、執行合約：它是主要合約，負責把我邏輯以及存儲結構；

你甚至可以將這項技術用于你現有的合約，因為它不需要對你的執行合約進行任何更改。

這個代理合約會是這樣子的：

contract UnstructuredProxy {// Storage position of the address of the current implementation
bytes32 private constant implementationPosition =
keccak256("org.govblocks.implementation.address");// Storage position of the owner of the contract
bytes32 private constant proxyOwnerPosition =
keccak256("org.govblocks.proxy.owner");/**
* @dev Throws if called by any account other than the owner.
*/
modifier onlyProxyOwner() {
require (msg.sender == proxyOwner());
_;
}/**
* @dev the constructor sets owner
*/
constructor() public {
_setUpgradeabilityOwner(msg.sender);
}/**
* @dev Allows the current owner to transfer ownership
* @param _newOwner The address to transfer ownership to
*/
function transferProxyOwnership(address _newOwner)
public onlyProxyOwner
{
require(_newOwner != address(0));
_setUpgradeabilityOwner(_newOwner);
}/**
* @dev Allows the proxy owner to upgrade the implementation
* @param _implementation address of the new implementation
*/
function upgradeTo(address _implementation)
public onlyProxyOwner
{
_upgradeTo(_implementation);
}/**
* @dev Tells the address of the current implementation
* @return address of the current implementation
*/
function implementation() public view returns (address impl) {
bytes32 position = implementationPosition;
assembly {
impl := sload(position)
}
}/**
* @dev Tells the address of the owner
* @return the address of the owner
*/
function proxyOwner() public view returns (address owner) {
bytes32 position = proxyOwnerPosition;
assembly {
owner := sload(position)
}
}/**
* @dev Sets the address of the current implementation
* @param _newImplementation address of the new implementation
*/
function _setImplementation(address _newImplementation)
internal
{
bytes32 position = implementationPosition;
assembly {
sstore(position, _newImplementation)
}
}/**
* @dev Upgrades the implementation address
* @param _newImplementation address of the new implementation
*/
function _upgradeTo(address _newImplementation) internal {
address currentImplementation = implementation();
require(currentImplementation != _newImplementation);
_setImplementation(_newImplementation);
}/**
* @dev Sets the address of the owner
*/
function _setUpgradeabilityOwner(address _newProxyOwner)
internal
{
bytes32 position = proxyOwnerPosition;
assembly {
sstore(position, _newProxyOwner)
}
}
}

如何使用非結構化可升級存儲代理合約？

使用非結構化可升級存儲代理合約是非常簡單的，因為這種技術幾乎可以處理所有現有的合約。想要使用這種技術，你只需要遵循以下步驟：

部署代理合約和執行合約；

調用代理合約的upgradeTo(address)函數，同時pass掉執行合約的地址。

我們現在可以忘掉這個執行合約地址，然后把代理合約的地址作為主地址。

而要升級這個新實施的合約，我們只需要部署新的執行合約，并調用代理合約的upgradeTo(address) 函數，同時pass掉這個新執行合約的地址。就是這么簡單！

讓我們簡單舉個例子。我們將再次使用上述可升級存儲代理合約中使用的同一邏輯合約，但是我們不需要用到存儲結構。因此，我們的ImplementationV1合約看起來會是這樣的：

contract ImplementationV1 {
address public owner;
mapping (address => uint) internal points;modifier onlyOwner() {
require (msg.sender == owner);
_;
}function initOwner() external {
require (owner == address(0));
owner = msg.sender;
}function addPlayer(address _player, uint _points)
public onlyOwner
{
require (points[_player] == 0);
points[_player] = _points;
}function setPoints(address _player, uint _points)
public onlyOwner
{
require (points[_player] != 0);
points[_player] = _points;
}
}

下一步是部署這個執行合約以及我們的代理合約。然后，再調用代理合約的upgradeTo(address) 函數，同時pass掉執行合約的地址。

你可能注意到，在這個執行合約中，甚至沒有聲明totalPlayers變量，我們可以升級這個執行合約，其中具有 totalPlayers變量，這個新的執行合約看起來會是這樣的：

contract ImplementationV2 is ImplementationV1 {
uint public totalPlayers;function addPlayer(address _player, uint _points)
public onlyOwner
{
require (points[_player] == 0);
points[_player] = _points;
totalPlayers  ;
}
}

而要升級這個新的執行合約，我們需要做的，就是在網絡上部署這個合約，然后，嗯你猜對了，就是調用代理合約的upgradeTo(address)函數，并同時pass掉我們新執行合約的地址。現在，我們的合約已演變為能夠保持跟蹤 totalPlayers，同時仍然為用戶提供相同的地址。

這種方法是強大的，但也存在著一些局限性。主要關注的一點是，代理合約擁有者（proxyOwner）有太多的權力。而且，這種方法對復雜的系統而言是不夠的。對于構建具有可升級合約的 dApp而言，組合主從合約以及非結構化可升級存儲代理合約，會是更為靈活的一種方法，這也是作者所在的GovBlocks所使用的方法。

結論

非結構化存儲代理合約，是創建可升級智能合約最先進的技術之一，但它仍然是不完美的。畢竟，我們并不希望dApp所有者對dApp具有不當的控制權。如果開發者擁有了這種權力，那這個dapp還能稱之為去中心化應用嗎？在這里，我建議讀者可以閱讀下Nitika提出的反對使用onlyOwner的論點。你也可以在GitHub上窺探到我們的代理合約。

希望這篇文章可以幫助你創建可升級的智能合約。

同時向Zepplin在代理技術方面進行的工作致敬。