【虛擬機專欄】三分鐘了解Rust智能合約的應用

【導讀】

往期“智能合約執行引擎的前世今生”、“熟悉的新朋友- 鏈上JVM”中，我們介紹了智能合約的起源，以及自研的可以執行Java智能合約的執行引擎HVM。雖然HVM相比於EVM，性能已經有了很大的提升，但是由於其字節碼數量很大，在解釋執行的場景下執行性能十分受限。另一方面，合約漏洞(不考慮業務邏輯漏洞)引發的安全問題，每年都在發生，所造成的經濟損失都十分嚴重，那麼有沒有一種方案能讓使用者拋開個人因素，盡量寫出安全的合約？

人

【安全性】

人"人"，往往會帶來量子學的色彩，最好是有另外一套機制來確保合約的正確性。

Rust作為高效、可靠的通用語言毫無疑問是現有的最好解決方案。

Rust語言的可靠性依託於豐富的類型系統和所有權模型，以及強大的編譯器，在編譯期就能捕獲經典錯誤。這迫使開發者在編寫合約過程中，思考自己所寫的每行代碼是否準確，並通過編譯器來確認，保證通過編譯器檢查的合約代碼一定是安全的，極大的提高了合約的安全性以及可靠性。

此外，我們自研的合約框架提供了一個運行時的測試框架，讓開發者能模擬合約運行，無需部署就能在鏈下找到合約中存在的問題。這無疑是給上鍊的合約增加了一重保險。

另外，我們的合約框架利用rust的宏展開技術，將操作放在宏註解裡面。這樣能讓開發者在使用過程中更多的關注自己合約的業務邏輯，從某種程度上保證了合約邏輯安全，畢竟只需要專註一個部分而沒有其他因素的干擾，能讓開發者更加投入的去打磨邏輯的細節。

【執行效率】

EVM在本質上是腳本程序，是基於棧的虛擬機，需要由編譯程序翻譯成指令後執行，即解釋執行，這導致EVM的執行效率非常低。與之相對，wasm使用了編譯執行的方式，採用了虛擬機/字節碼技術， 並定義了緊湊的二進制格式， 擁有更高更快的智能合約執行速度。因此我們引入wasm極大的提高了整個合約的運行效率。

WASM(WebAssembly) 按照字面意思就是web彙編，是為web瀏覽器定制的彙編語言。這裡雖然說是定制，但隨著靈性的發展，它不僅僅只適用於web，其《核心規範》更是與平台無關。既然號稱彙編，那它顯然具有彙編語言的特點：

1）層次低，接近於機器語言，提高運行效率；

2）適合作為目標代碼，由其他高級語言(C/C++/Rust/Go等)編譯器生成，擴大適用性；

另外模塊是wasm程序編譯、傳輸和加載的單位。 wasm定義了兩種模塊格式：

二進制格式：是wasm模塊的主要編碼格式，文件以.wasm為後綴。由於其格式設計的非常緊湊，可以縮小二進制體積，擁有更快的傳輸和執行效率。

文本格式：文件以.wat為後綴，此處不詳細展開。

模塊的劃分使得wasm的組織結構更加清晰，解析更為方便，極大地提升了解析的效率。

【FVM詳解】

那麼除了使用Rust來編寫合約，以及將合約編譯成wasm字節碼，真正要將合約運行起來，依然需要為wasm提供一個運行環境，也就是FVM做的事。

從語義上講，一個wasm模塊從二進制格式到最終被執行可以分為3個階段：解碼，驗證，執行。解碼階段把二進制模塊解碼為內存格式；驗證階段對模塊進行靜態分析，確保模塊的結構滿足規範要求，且函數的字節碼沒有不良行為；執行階段又可以分為實例化和函數調用兩個部分。

（1） FVM組成

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（3）整體流程

整個介紹下來，相信大家對Rust智能合約的使用有了個大概的印象。這裡對整個流程做個梳理：

step1: 用戶通過Rust合約框架編寫智能合約(一定要測試)

step2:編譯合約為wasm文件

step3: 將wasm合約文件部署到FVM

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目前的合約都只是針對相對簡單的業務，在我們的規劃中，FVM既能應用在現有的合約場景，又能應用在業務複雜以及對合約執行速度有較高要求的場景。同時給了非區塊鏈行業技術人員一種“零學習成本”的上鍊方法——使用他們熟悉的編程語言來編寫合約。擴大了區塊鏈技術的應用場景以及影響範圍，以便探尋更多的區塊鏈技術落地方案。

目前FVM在性能上的表現已經很好的達到了預期，但是我們不會滿足於眼前的現狀停滯不前。在後續的規劃中，我們將繼續探尋一些優化方案，比如：

1) 虛擬機緩存的優化；

2) 引入AOT(Ahead-of-Time)， 即預先編譯的方式，替換現有的字節碼解釋執行，將wasm模塊直接編譯成go代碼，利用go的插件機制直接加載運行，得到極致的性能體驗。

技術在不斷的推陳出新，優化工作將一直持續下去，“保持先進”是我們的目標。

作者簡介

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參考文獻

參考文獻

參考文獻

[1] rust程序設計語言

[2]《WebAssembly原理與核心技術》