2025年區(qū)塊鏈工程師能力評(píng)估卷：智能合約設(shè)計(jì)與調(diào)試試題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______第一部分：智能合約設(shè)計(jì)1.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的去中心化投票系統(tǒng)智能合約。該系統(tǒng)應(yīng)支持：*初始化投票主題和候選人數(shù)量。*允許注冊(cè)用戶進(jìn)行投票。*計(jì)算并返回投票結(jié)果。*確保每個(gè)地址只能投票一次。*投票完成后，不允許再進(jìn)行投票。請(qǐng)描述你的設(shè)計(jì)思路，包括：*合約的核心狀態(tài)變量。*關(guān)鍵函數(shù)及其作用（如初始化函數(shù)、投票函數(shù)、計(jì)票函數(shù)等）。*數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇（如使用映射Map、數(shù)組Array等）。*簡(jiǎn)述如何保證用戶只能投一次票。2.假設(shè)你需要開發(fā)一個(gè)基于ERC-721標(biāo)準(zhǔn)的NFT合約，用于發(fā)行代表數(shù)字藝術(shù)作品的NFT。除了ERC-721標(biāo)準(zhǔn)要求的基本功能（如`ownerOf`,`balanceOf`,`approve`,`transferFrom`等）外，該NFT還需要包含以下特性：*每個(gè)NFT的元數(shù)據(jù)（如名稱、描述、圖像URI）存儲(chǔ)在鏈下（如IPFS），合約中只存儲(chǔ)其對(duì)應(yīng)的URI地址。*所有NFT的創(chuàng)建者（鑄造者）是合約的初始所有者。*提供一個(gè)公共函數(shù)，允許合約所有者（部署者）批量鑄造NFT。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該NFT合約的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，包括必要的狀態(tài)變量、核心函數(shù)（如構(gòu)造器、`mint`函數(shù)、`tokenURI`函數(shù)等）及其基本邏輯。請(qǐng)?zhí)貏e說明`tokenURI`函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式。第二部分：智能合約編碼與實(shí)現(xiàn)3.請(qǐng)根據(jù)你在第一部分第1題中設(shè)計(jì)的去中心化投票系統(tǒng)，使用Solidity語(yǔ)言編寫智能合約的核心代碼部分。至少包含初始化投票主題、注冊(cè)投票、進(jìn)行投票、查詢投票結(jié)果等關(guān)鍵功能的實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)確保代碼中包含基本的訪問控制（如`onlyOwner`修飾符，假設(shè)投票系統(tǒng)由單一管理員管理）。4.請(qǐng)編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的ERC-20代幣合約，實(shí)現(xiàn)`transfer`、`transferFrom`、`approve`和`increaseAllowance`、`decreaseAllowance`函數(shù)。為了簡(jiǎn)化，可以不實(shí)現(xiàn)事件（Events）和錯(cuò)誤（Errors）的拋出，但需注意處理整數(shù)溢出/下溢的情況（可使用Solidity0.8.0及更高版本自動(dòng)處理，或顯式實(shí)現(xiàn)）。第三部分：智能合約調(diào)試與問題解決5.以下是一段存在安全漏洞的Solidity代碼片段（假設(shè)使用Solidity0.8.0+，可自動(dòng)處理整數(shù)溢出，但Reentrancy風(fēng)險(xiǎn)存在）：```soliditypragmasolidity^0.8.0;contractVulnerableContract{mapping(address=>uint256)publicbalances;functiondeposit()publicpayable{balances[msg.sender]+=msg.value;}functionwithdraw(uint256amount)public{require(balances[msg.sender]>=amount,"Insufficientbalance");balances[msg.sender]-=amount;payable(msg.sender).transfer(amount);}}```請(qǐng)分析這段代碼中存在的安全漏洞，并解釋其可能被利用的方式。如果你是調(diào)用者（攻擊者），你會(huì)如何利用這個(gè)漏洞竊取資金？6.假設(shè)你部署了一個(gè)智能合約，并嘗試調(diào)用其`transfer`函數(shù)向另一個(gè)地址發(fā)送代幣。調(diào)用失敗，并返回錯(cuò)誤信息提示“OutofGas”。請(qǐng)分析可能導(dǎo)致此錯(cuò)誤的原因，并列舉至少三種可能的解決方案。7.在調(diào)試一個(gè)智能合約時(shí)，你發(fā)現(xiàn)合約狀態(tài)變量`state`的值在某個(gè)操作后變得異常（不是預(yù)期的值）。你正在使用RemixIDE進(jìn)行部署和交互測(cè)試。請(qǐng)描述你將采取的調(diào)試步驟，以定位導(dǎo)致`state`變量異常的原因。你需要檢查哪些信息？可能會(huì)使用哪些工具或命令行（如`etherscan`）？第四部分：智能合約基礎(chǔ)知識(shí)與安全8.解釋以下概念的區(qū)別：狀態(tài)變量（StateVariable）、視圖函數(shù)（view）和純函數(shù)（pure）。9.什么是智能合約的Gas費(fèi)用？簡(jiǎn)述影響Gas費(fèi)用的主要因素。10.描述“重入攻擊”（ReentrancyAttack）的基本原理，并說明一種防范該攻擊的常用方法。試卷答案第一部分：智能合約設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)思路：*狀態(tài)變量：*`addressowner`:合約所有者（管理員）。*`stringmemoryproposalTitle`:投票主題。*`mapping(address=>bool)voted`:記錄已投票地址。*`mapping(address=>uint256)votes`:記錄每個(gè)候選人的得票數(shù)。*`uint256candidateCount`:候選人數(shù)量。*`boolvotingFinished`:標(biāo)記投票是否結(jié)束。*函數(shù)：*`constructor(stringmemory_title,uint256_candidateCount)`:初始化函數(shù)，設(shè)置投票主題、候選人數(shù)量，設(shè)置部署者為合約所有者，初始化`votingFinished`為`false`。*`functionvote(uint256candidateIndex)public`:投票函數(shù)。檢查`candidateIndex`是否有效，檢查`votingFinished`是否為`false`，檢查`msg.sender`是否已投票（`voted[msg.sender]`是否為`true`），如果滿足條件，將對(duì)應(yīng)候選人的票數(shù)加一，并將`voted[msg.sender]`設(shè)置為`true`。*`functionfinishVoting()public`:結(jié)束投票函數(shù)。只有合約所有者（`msg.sender==owner`）可以調(diào)用，將`votingFinished`設(shè)置為`true`。*`functiongetVoteCount(uint256candidateIndex)publicviewreturns(uint256)`:獲取某個(gè)候選人得票數(shù)的函數(shù)。檢查`candidateIndex`是否有效，返回對(duì)應(yīng)候選人的票數(shù)。*`functionisVoted(addressvoter)publicviewreturns(bool)`:查詢某個(gè)地址是否已投票。*數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：*使用`mapping(address=>bool)voted`記錄投票情況，鍵為投票者地址，值為是否已投票布爾值。*使用`mapping(address=>uint256)votes`記錄候選人的得票數(shù)，鍵為候選人地址（或索引），值為票數(shù)。*使用`uint256candidateCount`存儲(chǔ)候選人總數(shù)。*使用`boolvotingFinished`標(biāo)記投票狀態(tài)。*保證唯一投票：通過`mapping(address=>bool)voted`數(shù)組，在`vote`函數(shù)中檢查`msg.sender`是否已經(jīng)存在該鍵且值為`true`，如果存在則拒絕投票，從而保證每個(gè)地址只能投票一次。2.設(shè)計(jì)方案：*關(guān)鍵結(jié)構(gòu)：*繼承`ERC721`標(biāo)準(zhǔn)合約。*狀態(tài)變量：*`stringmemoryname`:合約名稱。*`stringmemorysymbol`:合約符號(hào)。*`mapping(uint256=>TokenMetadata)privatetokenMetadata`:存儲(chǔ)每個(gè)NFT的元數(shù)據(jù)信息（地址）。*`uint256internal_tokenIdCounter`:記錄下一個(gè)要生成的tokenId。*結(jié)構(gòu)體`TokenMetadata`:*`stringuri`:元數(shù)據(jù)的IPFSURI地址。*構(gòu)造器：初始化`name`和`symbol`。*函數(shù)：*`constructor(stringmemory_name,stringmemory_symbol)ERC721(_name,_symbol)`:調(diào)用父合約構(gòu)造器。*`functionmint(addressrecipient,stringmemory_tokenUri)public`:假設(shè)只有合約所有者可以鑄造，使用`onlyOwner`修飾符。增加`_tokenIdCounter`，創(chuàng)建NFT給`recipient`，設(shè)置該NFT的`tokenMetadata`的`uri`字段為`_tokenUri`。*`functiontokenURI(uint256tokenId)publicviewoverridereturns(stringmemory)`:實(shí)現(xiàn)`ERC721`的`tokenURI`函數(shù)。檢查`tokenId`是否存在。從`tokenMetadata`中獲取對(duì)應(yīng)`tokenId`的`uri`，并拼接上基礎(chǔ)前綴（如`ipfs://`），返回完整的URI。*元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：合約僅存儲(chǔ)每個(gè)NFT元數(shù)據(jù)的URI地址。創(chuàng)建NFT時(shí)，調(diào)用者提供該URI，合約將其與`tokenId`關(guān)聯(lián)。實(shí)際元數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)在鏈下IPFS，用戶通過合約返回的URI訪問。第二部分：智能合約編碼與實(shí)現(xiàn)3.Solidity代碼（核心部分）：```soliditypragmasolidity^0.8.0;contractVotingSystem{addresspublicowner;stringpublicproposalTitle;mapping(address=>bool)publicvoted;mapping(address=>uint256)publicvotes;uint256publiccandidateCount;boolpublicvotingFinished;constructor(stringmemory_title,uint256_candidateCount){owner=msg.sender;proposalTitle=_title;candidateCount=_candidateCount;votingFinished=false;}modifieronlyOwner(){require(msg.sender==owner,"Notthecontractowner");_;}functionvote(uint256candidateIndex)publiconlyOwner{require(candidateIndex<candidateCount,"Invalidcandidateindex");require(!votingFinished,"Votinghasfinished");require(!voted[msg.sender],"Youhavealreadyvoted");voted[msg.sender]=true;votes[msg.sender]=candidateIndex;//AssumingcandidateIndexisthevotechoice}functionfinishVoting()publiconlyOwner{votingFinished=true;}functiongetVoteCountForCandidate(uint256candidateIndex)publicviewreturns(uint256){require(candidateIndex<candidateCount,"Invalidcandidateindex");uint256count=0;for(uint256i=0;i<candidateCount;i++){if(votes[i]==candidateIndex){count++;}}returncount;}}```4.ERC-20代幣合約代碼（簡(jiǎn)化版，無事件和錯(cuò)誤，整數(shù)溢出由0.8+自動(dòng)處理）：```soliditypragmasolidity^0.8.0;contractSimpleERC20{mapping(address=>uint256)publicbalanceOf;mapping(address=>mapping(address=>uint256))publicallowance;uint256publictotalSupply;stringpublicname="SimpleToken";stringpublicsymbol="STK";uint8publicdecimals=18;eventTransfer(addressindexedfrom,addressindexedto,uint256value);eventApproval(addressindexedowner,addressindexedspender,uint256value);constructor(uint256_initialSupply){balanceOf[msg.sender]=_initialSupply;totalSupply=_initialSupply;}functiontransfer(addressto,uint256amount)publicreturns(bool){_transfer(msg.sender,to,amount);returntrue;}functiontransferFrom(addressfrom,addressto,uint256amount)publicreturns(bool){require(amount<=allowance[from][msg.sender],"Allowanceexceeded");allowance[from][msg.sender]-=amount;_transfer(from,to,amount);returntrue;}functionapprove(addressspender,uint256amount)publicreturns(bool){allowance[msg.sender][spender]=amount;emitApproval(msg.sender,spender,amount);returntrue;}functionincreaseAllowance(addressspender,uint256addedValue)publicreturns(bool){allowance[msg.sender][spender]+=addedValue;emitApproval(msg.sender,spender,allowance[msg.sender][spender]);returntrue;}functiondecreaseAllowance(addressspender,uint256subtractedValue)publicreturns(bool){require(allowance[msg.sender][spender]>=subtractedValue,"Allowancebelowzero");allowance[msg.sender][spender]-=subtractedValue;emitApproval(msg.sender,spender,allowance[msg.sender][spender]);returntrue;}function_transfer(addressfrom,addressto,uint256amount)internal{require(to!=address(0),"Cannottransfertozeroaddress");require(amount>0,"Transferamountmustbepositive");balanceOf[from]-=amount;balanceOf[to]+=amount;emitTransfer(from,to,amount);}}```第三部分：智能合約調(diào)試與問題解決5.漏洞分析：*漏洞：重入攻擊（ReentrancyAttack）。*原理：`withdraw`函數(shù)在執(zhí)行`payable(msg.sender).transfer(amount)`時(shí)，如果存在一個(gè)外部合約調(diào)用了`withdraw`并在這個(gè)轉(zhuǎn)賬過程中再次調(diào)用該合約的某個(gè)狀態(tài)修改函數(shù)（即使該函數(shù)不耗Gas或耗Gas很少），那么這個(gè)狀態(tài)修改函數(shù)可能會(huì)再次調(diào)用`withdraw`，導(dǎo)致原始調(diào)用者的資金被重復(fù)提取。*利用方式：攻擊者部署一個(gè)惡意合約，該合約實(shí)現(xiàn)一個(gè)調(diào)用`VulnerableContract`的`withdraw`函數(shù)，并在調(diào)用`transfer`之前，通過某種方式（例如，利用`transfer`的收包特性，或另一個(gè)合約配合）再次觸發(fā)`VulnerableContract`的`withdraw`，使得資金被多次提取。6.原因分析：*調(diào)用`transfer`函數(shù)時(shí)，合約的執(zhí)行需要支付Gas。如果發(fā)送的代幣數(shù)量加上交易本身的Gas費(fèi)用超過了賬戶余額，交易就會(huì)失敗，返回“OutofGas”。*可能原因：*發(fā)送的代幣數(shù)量本身過大。*交易設(shè)置了較高的Gas限制，但實(shí)際執(zhí)行所需的Gas超過了限制。*被轉(zhuǎn)賬地址接收交易時(shí)，其合約代碼執(zhí)行過程中消耗了過多的Gas，導(dǎo)致超出其賬戶余額所能支付的Gas。*網(wǎng)絡(luò)擁堵，實(shí)際執(zhí)行成本遠(yuǎn)高于預(yù)估，導(dǎo)致Gas不足。*解決方案：*降低發(fā)送的代幣數(shù)量。*重新發(fā)送交易，適當(dāng)提高Gas限制（但要合理，避免浪費(fèi)）。*檢查接收方合約代碼，看是否有Gas消耗過大的地方（如復(fù)雜的計(jì)算、不必要的循環(huán)）。*在發(fā)送前使用Gas估算器估算所需Gas，確保賬戶余額充足。*在發(fā)送`transfer`或`transferFrom`時(shí)，考慮使用`call{value:amount}()`形式，同時(shí)發(fā)送少量ETH作為Gas費(fèi)，確保即使接收方合約執(zhí)行耗盡Gas，也能保證轉(zhuǎn)賬成功（前提是接收方合約不會(huì)消耗過多Gas）。7.調(diào)試步驟：*查看交易回執(zhí)（TransactionReceipt）：在Etherscan或其他區(qū)塊鏈瀏覽器中找到導(dǎo)致`state`異常的交易，查看其`output`或`logs`，看是否有相關(guān)的事件日志或錯(cuò)誤信息。*檢查調(diào)用棧（CallStack）：如果使用IDE（如Remix），查看合約調(diào)試器中的調(diào)用棧信息，看是哪個(gè)函數(shù)的執(zhí)行導(dǎo)致了`state`變化，以及調(diào)用該函數(shù)的上下文。*單步調(diào)試：在IDE中設(shè)置斷點(diǎn)，逐步執(zhí)行代碼，觀察`state`變量在關(guān)鍵操作點(diǎn)（如函數(shù)入口、重要賦值語(yǔ)句前后）的值的變化。*檢查輸入?yún)?shù)：確認(rèn)調(diào)用函數(shù)時(shí)傳入的參數(shù)是否正確，參數(shù)錯(cuò)誤可能導(dǎo)致邏輯異常。*檢查狀態(tài)變量初始化：確認(rèn)合約部署時(shí)狀態(tài)變量是否正確初始化。*查看事件日志：如果合約中定義了事件，檢查相關(guān)事件是否被正確觸發(fā)，事件日志可以提供函數(shù)調(diào)用順序和參數(shù)信息。*分析代碼邏輯：仔細(xì)閱讀相關(guān)函數(shù)的代碼邏輯，特別是涉及`state`變量更新的部分，檢查是否存在并發(fā)問題、邊界條件處理不當(dāng)、條件判斷錯(cuò)誤等。*使用`etherscan`：查詢與該合約相關(guān)的交易，查看交易詳情和日志，確認(rèn)合約狀態(tài)變化的時(shí)間點(diǎn)和原因。第四部分：智能合約基礎(chǔ)知識(shí)與安全8.區(qū)別：*狀態(tài)變量（StateVariable）:存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈的狀態(tài)信息，占用Gas，每個(gè)區(qū)塊的最終狀態(tài)會(huì)被永久記錄。如`uint256balance;`。其值可以被合約內(nèi)的其他函數(shù)讀取和修改。*視圖函數(shù)（view）:一種特殊函數(shù)，通過`view`關(guān)鍵字聲明。它不會(huì)修改合約的任何狀態(tài)，因此執(zhí)行時(shí)不需要消耗調(diào)用者的Gas（除了基本的讀取開銷）。主要用于讀取狀態(tài)變量或計(jì)算值，返回結(jié)果。調(diào)用者無需擔(dān)心其執(zhí)行會(huì)改變合約狀態(tài)。*純函數(shù)（pure）:另一種特殊函數(shù)，通過`pure`關(guān)鍵字聲明。它既不修改合約狀態(tài)，也不讀取任何狀態(tài)變量。它的輸出完全取決于其輸入?yún)?shù)，并且其執(zhí)行結(jié)果會(huì)被緩存，相同輸入多次調(diào)用返回相同結(jié)果，執(zhí)行時(shí)不需要消耗調(diào)用者的Gas。純函數(shù)通常用于計(jì)算，結(jié)果不寫入鏈上。9.